Главная > Окисление железа (аэрация воды)>Инжекторы воздуха Mazzei 

Определение теоретического объема воздуха для окисления и удаления железа и марганца из воды.  Фактический объем инжектируемого воздуха определяют для выбора типоразмера инжектора Mazzei и задания условий его работы.

Химия воды.

Водородный показатель рН — критический параметр для окисления железа и марганца. Для окисления железа  атмосферным кислородом значение рН не должно быть ниже 7,2. В идеале значение рН должно находится в пределах 7,5-8. Если вода содержит марганец рекомендованный уровень рН для его окисления атмосферным кислородом при аэрации – 9,5. Если рН ниже этого значения процесс окисления марганца проходит очень медленно. Вода с низким рН  или низкой щелочностью может требовать дозирования веществ (например, гидроксида натрия) для повышения уровня рН.

Другие факторы.

Окисление железа и марганца атмосферным кислородом не осуществляется мгновенно.  Поэтому необходима экспозиция во времени.  Контактная емкость обеспечивает достаточное время экспозиции для полноценного окисления и осаждения.  В зависимости от фактических условий минимальное время контакта составляет около 5-15 минут.

Формулы.

Следующие реакции описывают химическое взаимодействие растворенного железа и марганца с кислородом в воде.

Соотношения реагентов.

1. Железо.

Молекулярная масса железа составляет 55.847 г/моль . Одна молекула кислорода вступает в реакцию с 4 атомами железа, общая атомная масса которых составляет 223,39 г/моль. Молекулярная масса кислорода равна 31,999 г/моль. Реакционная пропорция железа и кислорода составляет 31,999 /223,39  или 0,1432. Это означает, что количество кислорода 0,1432 мг/л достаточно для окисления железа в количестве 1 мг/л.

2. Марганец.

Молекулярная масса марганца составляет 54.938 г/моль. Одна молекула кислорода вступает в реакцию с 2 атомами марганца, общая атомная масса которых составляет 109,88 г/моль. Молекулярная масса кислорода равна 31,999 г/моль. Реакционная пропорция марганца и кислорода составляет 31,999 /109,88  или 0,2912. Это означает, что 0,2912 мг/л кислорода достаточно для окисления марганца в количестве 1 мг/л.

Остаточный кислород.

Инжекция воздуха должна обеспечивать должна обеспечивать также поддержание остаточного кислорода в воде. Поддержание остаточного кислорода служит нескольким целям. С одной стороны поддержание остаточного кислорода формирует буферный запас для реакции со скачками концентрации железа или марганца в воде, с другой – остаточный кислород делает воду более вкусной, с третьей – поддержание остаточного кислорода обеспечивает большую скорость окисления.

Приемлемое значение остаточного кислорода -5 мг/л. Количество инжектируемого воздуха должно поддерживать этот уровень. Нужно учесть, что начальный уровень кислорода в воде с растворенным железом и/или марганцем обычно равен нулю.

Теоретическое количество требуемого для окисления кислорода.

Теоретическое количество требуемого для окисления железа и марганца кислорода может быть рассчитано по формуле:

ΣO₂=Xf ×(Fe)+ Xm×(Mn)+R, мг/л

где,

Xf – реакционный коэффициент для железа и кислорода;

(Fe) – содержание в воде железа, мг/л;

Xf – реакционный коэффициент для марганца и кислорода;

(Fe) – содержание в воде железа, мг/л;

R – остаточный кислород, мг/л (5 мг/л).

Пример. Вода содержит железо 10 мг/л и марганец 2,5 мг/л.

 

ΣO₂= 0,1432 × 10 мг/л + 0,2912 × 2,5 мг/л + 5 мг/л = 7,16 мг/л.

 

Теоретическое количество требуемого воздуха.

Плотность воздуха в нормальных условиях атмосферного давления (1 атм) и температуры (20 град.С) равна 1,2047 г/л. Воздух в условиях нормального атмосферного давления содержит 20,95% кислорода. Таким образом, 1 литр воздуха содержит 0,2524 г/л кислорода ( 1,2047 г/л × 0,2095 = 0,2524 г/л) или 252,4 мг/л кислорода.  Для определения теоретического количества инжектируемого в воду воздуха в литрах для окисления железа и марганца необходимо задать объемную скорость потока воды в л/мин.

Q = (V × ΣO₂) / G, л/мин,

где,

Q – объемная скорость инжекции воздуха в воду, л/мин;

V – объемная скорость потока воды, л/мин;

ΣO₂– теоретическое количество кислорода для окисления железа и марганца, мг/л;

G – весовое содержание кислорода в воздухе, мг/л.

Используем исходные данные об уровне загрязнения из предыдущего примера. Если количество теоретически необходимого кислорода составляет 7,16, весовое содержание кислорода в воздухе  составляет 252,4 мг/л, скорость потока воды равна 100 л/мин  получим необходимую скорость инжекции воздуха в воду:

Q = (100 × 7,16) / 252,4 = 2,84 л/мин.

Скорость инжекции воздуха составляет 2,84 л/мин при скорости потока воды 100 л/мин. Это означает, что теоретическое количество инжектированного воздуха для каждой 1000 литров воды равно 28,4 литра воздуха.

Фактическое количество требуемого воздуха.

Эффективность массопереноса кислорода для аэрационного инжектора Mazzei составляет 25%, что подтверждается как лабораторными, так и эксплуатационными данными. Это означает, что фактическое  количество требуемого воздуха должно быть приблизительно в 4 раза выше теоретического количества требуемого воздуха.

Примем исходные данные, полученные в предыдущих примерах. Если теоретическое количество требуемого воздуха составляет 2,84 л/мин (или 28,4 литров воздуха на каждую 1000 литров воды) фактическое количество требуемого воздуха будет в 4 раза больше и равно 11,4 л/мин (или 114 литров воздуха на каждую 1000 литров воды).

В реальных условиях количество инжектируемого воздуха, требуемого для окисления железа и марганца, рекомендуется увеличить с учетом «коэффициента запаса» на 10 — 20%.