Установки обезжелезивания

ПРАЙС-лИСТ (на I полугодие 2013 г.) на эжекционные установки безреагентного обезжелезивания артезианской воды типа УОПР

         ТИП           Производительность                              Цена, тыс. Руб.

           (Номинальная, V, кб. М\ч)             

1 . УОПР -5                     до 5                                   120
2.  УОПР-10                      10                          153
3.  УОПР-20                  20                                                           220  
4.  УОПР-30                  30                                                           252 
5.  УОПР-50                 50                                                          304 
6.  УОПР-70                  70           385
7. УОПР-100               100                                                          493
8. УОПР-200              200                                                         796
9. УОПР-500                    500                            1540
10. УОПР-800                   800                          1890

(Установка включает блок окисления и блок инерционно-гравитационного осветления с обвязкой. Расчетная концентрация F** 3мг\кг)

Примечания: 
1. Приведенные аппараты могут быть рассчитаны для любых иных концентраций Ft**. 
2. Установки могут быть изготовлены на любые промежуточные производительности. 
3. Установки могут быть укомплектованы насосами, напорными фильтрами и обвязкой.

В технологической цепочке тепло- массообменной обработки (подготовки) воды в теплоэнергетике и промышленности обезжелезивание занимает первую позицию, если в нём вообще возникает необходимость. А возникает она только в тех случаях, когда источником воды является артезианская скважина и содержание в ней железа превышает нормативный уровень (0,3 мг/л). При этом необходимость обезжелезивания выходит за рамки объектов теплоэнергетики и промышленности, становясь проблемой ещё и холодного водоснабжения.

Санитарное нормирование содержания железа в воде хозяйственно питьевого качества определяется вредным воздействием соединений железа на организм человека. Но есть и технический аспект. При поступлении артезианской воды, содержащей Fe (HCO3)2, в схеме ее умягчения на Na-катионитные фильтры (далее в тексте — Na-к -фильтры) ионы Fe++ будут обмениваться на натрий, и концентрация железа в воде уменьшится. Однако при регенерации и остановках фильтров в них поступает кислород воздуха и происходит окисление 2-валентного железа до 3-валентногго с образованием трудно растворимого гидроксида Fe (OH)3, который обволакивает зёрна катионита и лишь частично удаляется при регенерации. Таким образом, обменная ёмкость катионита непрерывно снижается; как следствие, уменьшаются промежутки между регенерациями и срок службы катионита, увеличивается расход натрийсодержащих соединений и промывной воды на регенерацию, т. Е. заметно возрастает себестоимость умягчения воды.

Для полноты картины отметим: автор [2] обращает внимание на второй тип подземных вод с повышенным содержанием железа, который связан с грунтовыми водами первых от поверхности горизонтов с высоким содержанием в них кислорода и гумусных веществ, что характерно для болотистой местности. Железо здесь присутствует в 3-валентной форме в виде сложных устойчивых комплексов, которые легко мигрируют, концентрируются в больших количествах и трудно удаляются из воды, т. К. разрушаются только специальными реагентами. Это, разумеется, особый случай, и ниже мы его не обсуждаем, но должны иметь в виду при выборе водоносного горизонта.

МЕТОДЫ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ.

Независимо от метода, суть процесса обезжелезивания сводится к двум стадиям. На первой железо, находящееся в виде растворимых в воде соединений, переводится в соединения нерастворимые в воде, а на второй эта взвесь тем или иным способом извлекается из воды.

Все известные методы по подходу к реализации первой стадии можно разделить на реагентные и безреагентные.

Первые применяются главным образом в бытовых очистителях воды небольшой производительности для квартир, коттеджей, предприятий общественного питания и т. П. (когда решающими факторами являются компакт-ность и простота эксплуатации).. В качестве реагентов используются различного рода окислители на основе соединений хлора, марганца и т. П.

Для промышленных масштабов и при высоких содержаниях железа эти методы оказались не достаточно эффективными и слишком дорогими. Для кого эти методы представляют интерес можно рекомендовать обратиться к предложениям компании «Первая строительная империя».

При безреагентном обезжелезивании в качестве окислителя используется кислород воздуха. Все отличия сводятся к способам обеспечения контакта воды и воздуха, методам развития поверхности контакта, к организации технологического процесса.

Следует отметить, что известны предложения по использованию твёрдых материалов, обладающих адсорбционными по отношению к ионам железа свойствами. Такие материалы требуют периодической регенерации и замены, что роднит этот метод с реагентным. В большинстве своём они тоже дороги.

И, наконец, когда требуется глубокое обессоливание воды, при котором удаляются и ионы железа, используется метод гиперфильтрации (обратный осмос) на основе так называемых молекулярных сит. Этот метод связан с очень высокими затратами электроэнергии и применяет в специальных случаях при обработке небольших количеств воды.

Отметим еще один, на наш взгляд довольно экзотический метод, который предлагает, например, ООО «Аква-хим». Это метод внутрипластовой очистки воды, который заключается в попеременной закачке аэрированной воды с добавлением реагента в скважины водозабора с целью создания в пласте зон окисления железа.

В связи с вышесказанным во всех случаях, когда есть возможность, предпочтение должно отдаваться безреагентным методам, которым и посвящены следующие разделы настоящей работы.

Процесс безреагентного обезжелезивания

Итак, при содержании железа в исходной воде более 0,3 мг/л необходимо проводить её обезжелезивание. Этот процесс в безреагентном варианте также включает две стадии:

— Окисление кислородом воздуха растворимого 2-х валентного железа до 3-х валентного с последующим гидролизом Fe (HCO3)2 и образованием нерастворимого гидроксида железа согласно уравнению химической реакции: 4Fe (HCO3)2 + О2 + 2Н2О = 4Fe (OH)3 + 8СО2;

— Фильтрацию воды на осветлительных фильтрах с целью удаления из неё образовавшейся взвеси нерастворимых соединений железа.

В технологическом оформлении безреагентного обезжелезивания можно выделить два подхода.

Первый. Обе стадии выполняются в одном аппарате — фильтре, заполненном фильтрующим материалом, на который сверху подаётся вода, а снизу воздух. Фильтры заполняются, например, гранитным щебнем. Главные недостатки такого подхода: низкая скорость фильтрации (6-8 м/ч), обуславливающая громоздкость и, соответственно, высокую стоимость аппаратов; необходимость в специальном устройстве газоотделения; высокая энергоёмкость; невозможность использовать для предварительного осветления (на 50-70%) такие дешёвые методы, как отстаи-вание.

Второй. Стадии окисления и фильтрации реализуются в отдельных аппаратах.

Для проведения первой стадии при содержании железа в исходной воде менее 10 мг/л и рН > 6,8. Некоторыми разработчиками рекомендуется упрощённая (по мнению её авторов) схема, согласно которой в трубопровод исходной воды (до Na-к-фильтров) подаётся сжатый воздух. Но при этом расход воздуха должен строго дозироваться с тем, чтобы иметь избыток растворённого кислорода, не превышающий 0,6 мг О2 на 1 мг Fe++. Иначе работа фильтров ухудшается. Кроме того, Na-к-фильтры необходимо снабжать устройствами автоматического отвода скапливающегося воздуха.

При концентрациях железа более 10 мг/л авторы [3] рекомендуют окисление проводить в специальном аппарате. По нашему мнению, такое решение во всех случаях эффективнее и экономичнее "упрощённой" схемы.

АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ

Для окисления, чаще всего, рекомендуются противоточные насадочные (с кольцами Рашига) аппараты, в которых сверху на насадку подаётся вода, а снизу, ей навстречу (с помощью вентилятора) — атмосферный воздух. Мы убеждены, что не менее эффективно будут работать и любые другие противоточные контактные устройства (барботажные, капельные и пр., см., например, [4]).

Большинство разработчиков и поставщиков предлагают именно противоточные аппараты, отличающиеся названиями, компоновкой, производительностью и требованиями к содержанию железа в исходной воде. Абсолютное большинство из предлагаемых установок расчитаны на невысокую производительность, от нескольких десятков литров то нескольких кубометров в час.

В отдельную группу можно выделить установки, в которых насыщение воды воздухом осуществляется в трубопроводе, а в аппарате происходит основная фаза процесса окисления, отделение и удаление пузырьков воздуха. Для подачи воздуха используются как компрессоры, так и эжекторы.

СОВРЕМЕННЫЕ РЕШЕНИЯ

Все установки, о которых шла речь выше, построены на морально устаревших подходах и решениях. Вместе с тем, следует обратить внимание на тот факт, что здесь мы имеем дело с массообменным процессом, сопровождающимся химической реакцией, для завершения которого достаточно одной теоретической ступени контакта. Откуда следует, что этот процесс можно реализовать в прямоточных аппаратах, имеющих целый ряд существенных преимуществ перед противоточными. Наиболее эффективным будет проведение процесса окисления в прямоточных распылительных аппаратах (ПРА), работающем в режиме самоэжекции воздуха.

Устройство эжекционного прямоточного распылительного аппарата для обезжелезивания артезианской воды (УОПР), реализующего первую стадию обезжелезивания , и схема его под-ключения приведены на рисунке. Этот аппарат, кроме блока окисления, содержит ещё и блок предварительного отстаивания, который позволяет многократно уменьшить нагрузку на напорный фильтр второй стадии обезжелезивания. В блоке отстаивания происходит также выделение и удаление захваченных водой пузырьков воздуха.

И, наконец, здесь же может осуществляться [непосредственной подачей пара или горячей водой через стенки трубчатки (на рисунке не показана)] подогрев исходной воды перед её подачей на Na-к-фильтры.

Подогрев, как известно, не ухудшает теплового баланса котельной, но обуславливает рост обменной ёмкости катионита (она практически удваивается при подогреве на каждые 10°С), увеличение промежутков между регенерациями, сокращение расхода промывочной воды и соли.

Теперь несколько слов о второй стадии процесса.

Решать вопрос фильтрации надо с учётом конкретных условий.

При сравнительно небольших концентрациях железа в исходной воде (до 3 мг/л), наличии блока предварительного отстаивания и последующем умягчении воды в Na-к-фильтрах последние можно одновременно использовать и в качестве механических фильтров. Образующийся на них осадок будет вымываться на стадиях регенерации.

Во всех остальных случаях используются напорные фильтры, которые заполняются дроблёным антрацитом, кварцевым песком или их комбинацией и периодически промываются обезжелезенной водой. Скорость фильтрации в них принимается равной 5-15 м/ч. Фильтр отключают на промывку, когда потеря напора на нём достигает 0,1 МПа Интенсивность промывки 4-5 л/ (с*м2) в течение 20-25 минут. Выбор фильтрующего материала и расчёт фильтров осуществляется по известным методикам.

Вернёмся к описанию работы аппарата и схемы в целом.

На рисунке:: 1 — трубопровод артезианской воды; 2 — рабочие форсунки; 3 — блок окисления; 4, 16, 17, 18 — вентили; 5 — манометр; 6 — воздуховходное окно; 7 — зона сепарации блока окисления; 8 — блок предварительного отстаивания; 9, 10 — перегородки; 11 — слив и перелив; 12 — бак обезжелезенной воды; 13 — насос; 14 — трубопровод промывки блока предварительного отстаивания; 15— напорный фильтр; К—зона контакта.

Работает схема следующим образом.

Вода из артезианской скважины по трубопроводу 1 подаётся в блок окисления 3 аппарата обезжелезивания. В рассматриваемом случае это прямоточный распылительный аппарат, где вода фор-сунками 2 (типа ЦС) распыливается на капли, образующие факел, эжектирующий в свою полость через окно 6 наружный воздух. При этом производительность, число и расстановка форсунок, а также геометрия газового тракта рассчитываются так, чтобы удельный расход воздуха (коэффициент эжекции) с учётом концентрации 2-валентного железа в исходной воде гарантировал его полное окис-ление при минимальном расходе воздуха (а значит, минимальных размерах и стоимости аппарата).

Взаимодействие воды и воздуха происходит в зоне К на высокоразвитой поверхности капель. Последнее является определяющим фактором, т. К. процесс протекает в диффузионной области. Отработанный воздух далее направляется в зону 7, где освобождается от захваченных капель и выбрасывается в атмосферу.

Вода из зоны К сливается в блок предварительного отстаивания 8, затем поступает в бак обезжелезенной воды 12, откуда насосом 13 через напорный фильтр 15 подаётся потребителям.

Отметим, что в блоке 8 осаждаются наиболее крупные (агломерированные) частицы, массовая доля которых обычно не меньше 65-80%, т. Е. блок предварительного отстаивания снижает нагрузку на фильтр в 3-5 раз. Устройство подогрева воды в блоке отстаивания не показано, оно может и отсутствовать.

Итак, при использовании в теплоэнергетических схемах и схемах холодного водоснабжения подземных вод со сверхнормативным содержанием железа стадия обезжелезивания в технологии обработки воды является обязательной как с санитарной, так и с технической точек зрения.

Процесс обезжелезивания целесообразно проводить в специальной установке, включающей аппарат обезжелезивания (окисления) и напорный фильтр.

Для проведения процесса окисления могут использоваться любые массообменные аппараты, как противоточные, так и прямоточные. Оптимальными с точки зрения эффективности, минимальных капитальных и эксплуатационных затрат являются прямоточные распылительные устройства, которые содержат блок окисления и блок предварительного отстаивания и дополнительно позволяют осуществить подогрев воды перед умягчением.

• Новейшие экономичные, эффективные и компактные устройства.

• Две стадии обезжелезивания осуществляются в двух совмещенных блоках. В блок окисления воздух попадает за счет эффекта эжекции, т. Е. необходимость в вентиляторе отпадает.

• Наличие блока предварительного осветления позволяет в 4-5 раз снизить нагрузку на напорный фильтр.

• УОПР просты, надежны, долговечны.

• Разрабатываются индивидуально на любые производительности с учетом содержания железа в исходной воде. Изготавливаются моноблоком, могут собираться из нескольких модулей.