Главная > Статьи > Страница 14

Процесс аэрации воды. Как это работает.

Аэрация воды – это комбинированный процесс химического и физического воздействия воздуха на нежелательные примеси, растворенные в воде. Растворенные примеси химически окисляются, летучие органические вещества и сероводород физически «выветриваются» из воды. Для химического удаления из воды нежелательные примеси должны пройти последовательно через три этапа: окисление, коагуляцию (образование осадка) и фильтрацию.

Химический процесс окисления.

Согласно определению WQA (Ассоциация Качества Воды, США) «окисление – это процесс утраты электронов веществом. Электроны имеют отрицательный заряд, поэтому результат процесса окисления — увеличение положительной валентности окисленного вещества». Окисление уменьшает число электронов в орбиталях химического элемента и образует связь окисленного элемента с кислородом, принимающим утраченные электроны.

Растворенное железо чаще всего находится в подземной воде в виде гидрокарбоната железа с химической формулой Fe(HCO₃)₂. Железо в составе этого соединения двухвалентное (Fe²⁺). В процессе окисления железо теряет электрон, приобретает валентность III (Fe³⁺) и образует новое соединение – гидроксид железа с химической формулой Fe(ОH)₃. Для полного окисления (полноценной аэрации) содержание растворенного кислорода в воде должно составлять не менее 15% концентрации железа. Если кислорода достаточно железо с кислородом, образуют соединение. Растворимый гидрокарбонат железа полностью окисляется и образует нерастворимый гидроксид железа  Fe(ОH)₃, выпадающий в осадок из коллоидного состояния. Исключение – вода с кислой реакцией (pH<7). Вода с нерастворимым гидроксидом железа приобретает красноватый цвет и характеризуется общим названием «красная вода». Если окисление происходит в воде со щелочной реакцией (pH7) железо очень быстро выпадает в осадок.

Коагуляция (образование осадка).

Одно из главных требований для успешной коагуляции состоит в обеспечении достаточного времени контакта кислорода и окисляемого вещества. Для удаления железа лучше всего использовать отдельную аэрационную (контактную) емкость, обеспечивающую время контакта и сброс избытка воздуха. Обычно типоразмер корпуса такой емкости может быть равен типоразмеру корпуса фильтра. В правильно спроектированной аэрационной емкости воздушный мешок должен занимать от 1/3 до 1/2 высоты корпуса. Входящий диффузор распиливает воду в воздушном мешке. В зависимости от химических свойств воды корпуса 1054 вполне достаточно для задачи удаления железа и сероводорода в большинстве случаев бытового применения. Высокое содержание сероводорода может потребовать увеличения аэрационной емкости.

Фильтрация.

Нерастворимое железо легко удаляется многочисленными фильтровальными загрузками. Некоторые задачи требуют пилотных испытаний для определения того, какая из фильтровальных сред будет работать лучше в конкретно взятых условиях. Правильный выбор типоразмера фильтра позволит в будущем избежать многих неприятностей. Обычно можно заменить или добавить в уже существующую систему дополнительный модуль, но гораздо проще решить задачу с первой попытки.

Скорость потока подачи воды нужно измерить точно, так как для большинства фильтровальных загрузок скорость потока обратной промывки, как минимум, вдвое больше скорости фильтрации. Такая ситуация может потребовать установки двух фильтров меньшего типоразмера параллельно для того, чтобы обеспечить одинаковую скорость фильтрации и скорость обратной промывки (каждый из параллельных фильтров промывается последовательно). Параллельно установленные фильтры могут иметь в выходных линиях ограничители потока, чтобы не допустить форсированный поток в момент промывки одного из фильтров.

Какой способ аэрации воды лучше выбрать?

Рассмотрим три общеизвестных метода подачи воздуха: инжектором, воздушным компрессором и противоточной вентиляцией под атмосферным давлением (безнапорная аэрация).

Инжектор.

Это самый простой и дешевый метод подачи воздуха в водопроводную систему под давлением. Тем не менее этот метод может создать больше проблем, чем решить. Инжектор устанавливается в магистральную линию подачи воды (обычно между насосом и гидроаккумулятором). Соответственно вся вода в здании будет содержать воздух. Инжектор извлекает воздух из атмосферы только тогда, когда достигается высокая скорость потока. Инжектор резко ограничивает разрез магистрального трубопровода, уменьшая его до диаметра карандаша. Это ограничение создает высокое давление на насос и уменьшает поток воды, который необходим для адекватной обратной промывки фильтра. Соответственно установка инжектора между насосом и гидроаккумулятором (наиболее корректный вариант установки в линию со стабильно высокой скоростью потока) приводит к аэрации всей поступающей в здание воды (отсутствие гибкости и линий воды без воздуха). Также такое размещение инжектора приводит к отложениям и скоплению окисленного железа в самом инжекторе, в трубопроводах и в мембране гидроаккумулятора. Другая потенциальная проблема – поверхностные самососающиеся насосы, которые не могут создать достаточную скорость потока через инжектор для поступления воздуха в воду.

Воздушный компрессор.

Простой, эффективный и относительно недорогой метод подачи воздуха в водопроводную систему под давлением. Воздушные компрессоры способны подавать необходимое количество воздуха и не ограничивают скорость потока воды, что является критическим фактором систем обезжелезивания на основе аэрации. Компрессор не влияет на работоспособность фильтра, обеспечивает более высокий объем подачи воздуха по сравнению с инжектором. Точка подачи воздуха непосредственно перед аэрационной емкостью обеспечивает отличную функциональность. В бытовых и коммерческих задачах обезжелезивания и смягчения инсталляторы могут устанавливать системы смягчения на основе ионного обмена, удалять нерастворимое железо и соли жесткости, устанавливать систему ареации и фильтр с активированным углем для удаления сероводорода и остатков железа, которые не были удалены.

Безнапорная противоточная аэрация.

Системы безнапорной противоточной аэрации удаляют летучие органические вещества и сероводород в три стадии. На первой стадии вода и воздух смешиваются в условиях атмосферного давления, на второй – летучие вещества оставляют воду и переносятся в воздух, на третьей – происходит повторное повышение давления воды в атмосферной емкости насосной системой «второго подъема». Безнапорная аэрация – лучшая из доступных технологий для удаления летучих веществ без применения активированного угля. Фильтрация через активированный уголь тоже обеспечивает удаление летучих органических веществ и требует меньших начальных капиталовложений, но дальнейшее обслуживание (замена и утилизация загрузки) отдают общее предпочтение безнапорным аэрационным системам. Конструкция безнапорного варианта аэрации — наиболее затратная среди всех вариантов аэрационных систем, однако, этот вариант наиболее эффективен для задач удаления летучих органических веществ, включая радон.