Высокоэффективная и надежная технология очистки и обеззараживания подземной воды

О. Д. ЛУКАШЕВИЧ, канд. хим. наук; Е.И. ПАТРУШЕВ

При обработке воды озоном используется многократное циркулирование водно-озоновой эмульсии в замкнутой системе камера окисления — насос — эжектор — кавитатор — камера окисления. Нам не известны литературные источники, в которых были бы приведены данные о такой высокой степени насыщения воды газами, которая достигается в данном устройстве. Таким образом, создано эффективное и экономичное по энергозатратам устройство для насыщения воды кислородом, воздухом и/или озоном за счет повышения эффективности массообмена при эжекции и кавитации пузырьков кислорода, воздуха, озона, водяного пара.

Блок безреагентной коагуляции. Наибольшая проблема при удалении из воды осадков — мешающее влияние микрогетерогенных частиц. Образование устойчивых к осаждению коллоидов и взвесей характерно для соединений железа и марганца в присутствии органических частиц. Известно, что в некоторых случаях электроимпульсное воздействие способствует коагуляции. Нами экспериментально установлено, что при кратковременной низкоэнергетической электрообработке суспензии гидроксида железа достигается эффект повышения скорости осаждения Fe(ОН)з. Это объясняется уменьшением в 2-3 раза электрофоретической подвижности коллоидных частиц с соответствующим снижением дзетапотенциала. Еще лучший эффект достигается при пропускании озонированной воды, содержащей загрязнители, через проточный электрокоагулятор. Присутствие в воде парогазовых пузырьков, кратковременно соприкасающихся между собой и с поляризованными электродами, способствует кратковременным электрозамыканиям и микровзрывам. При этом протекают деструктивные процессы, связанные с окислительно-восстановительными реакциями на поверхности электродов, электрогидравлическими ударами, действием полиградиентного электрического поля. В результате суммарное увеличение эффективности очистки воды возрастает почти на порядок. Блок фильтрования. Фильтрование — стадия; завершающая очистку воды от механических, химических и частично микробиологических примесей. Обычно в фильтре происходит удерживание твердых частиц загрязнителей в слое зернистой загрузки высотой до 2 м. Усовершенствование конструкции фильтров обычно направлено на повышение скорости фильтрования, увеличение грязеемкости, удлинение фильтроцикла. Нами получен патент на изобретение фильтра, в котором благодаря конусообразным днищу и крышке и ряду других новшеств достигается равномерная подача очищаемой и промывной воды. Режим работы фильтра управляется автоматически: в результате кольматации повышается давление в трубопроводах, и с электроконтактного манометра подаются сигналы для включения и выключения соответствующих насосов и гидроклапанов, обеспечивающих однонаправленное движение промывной воды. По истечении времени промывки, установленного при технологических изысканиях, фильтр (также автоматически) переключается с режима регенерации на рабочий режим. Сорбционный блок .

Наиболее эффективный способ удаления некоторых опасных загрязнителей из воды — адсорбция. К таким загрязнителям относится ряд органических веществ и тяжелых металлов, а также многие радионуклиды. В случае сильного загрязнения природной воды, а также при внештатных ситуациях на вредных производствах для устойчивой работы предусмотрено подключение сорбционного блока. По конструкции это может быть либо описанный выше фильтр, либо система картриджей. 3 зависимости от этого исполнение сорбционного материала также имеет несколько вариантов. Сорбент может быть применен в виде зернистой загрузки или пористого монолита, в качестве адсорбентов используются либо хорошо зарекомендовавшие себя активированные угли (что имеет приоритет при загрязнении органическими веществами), либо высокопористая металлокерамика на основе оксидно-карбидной системы AI2O3 + TiC + FeTiAl, изготовленная с использованием лейкоксен-рутил-ильменитового сырья путем самовоспламеняющегося синтеза.

Так как озон — прекрасный дезинфектант, то дополнительное обеззараживание воды на финишной стадии проводится только для сохранения стерильности воды в отношении патогенной микрофлоры при транспортировке и хранении. Поскольку вода имеет высокую степень очистки от микробов и органических веществ, то достаточно периодически в профилактических целях обрабатывать накопитель чистой воды и трубопроводы дозами хлорсодержащих дезинфектантов, взятых с концентрацией активного хлора 1 мг/дм.

Эффективность технологии показана ниже на примере реализации двух блоков (озонирования и фильтрования) при очистке подземных вод с высоким содержанием железа.

Пример 1. Обработка воды озонозоновоздушной смесью осуществляется следующим образом. Вода, содержащая 6,14 мг/дм3 железа, из скважины насосом подается в корпус камеры окисления через верхний патрубок и наполовину заполняет камеру. Из нижнего патрубка с помощью насоса 7 (см. рисунок) вода направляется в эжектор, где насыщается воздухом, кислородом, озоном. Полученная газо-водная смесь поступает в гидравлический кавитатор, диспергируется, подвергается ультразвуковому воздействию и соединяется с заполняющей камеру окисления водой. Высота падения газо-водных струй (капель) составляет 800 мм. По мере движения струй происходит дополнительное дробление капель. Затем вышеприведенный цикл обработки воды повторяется. Общая продолжительность аэрирования и озонирования составляет 20 мин, концентрация озона достигает 1,8 %. Далее вода отводится через патрубок по трубопроводу с помощью насоса 14 на дальнейшую очистку фильтрованием. В результате насыщения воды воздухом, озоном и кислородом происходят уничтожения микроорганизмов, окисление органических веществ, ионов двухвалентных железа, марганца и других низковалентных металлов, которые начинают переходить из растворимого в осажденное (твердое) состояние.

Пример 2. В устройство для аэрации и/или озонирования поступает подземная вода из скважины с содержанием ионов двухвалентного железа 2,12 мг/дм3. При насыщении воды воздухом и озоном в эжекторном устройстве в 1 м3 воды внедрили 0,2 м3 газа. Давление в трубопроводе составляло 1,8 атм. Диаметр дисков кавитатора был равен 560 мм. Время обработки воды составляло 16 мин, при этом для насыщения 24 т воды использовали 5м3 воздуха. Была достигнута концентрация озона в воде, равная 1,5%. Результаты, иллюстрирующие высокую степень насыщения воды озоном и эффективность удаления железа из обработанной в заявляемом устройстве воды, приведены в таблице.

Уменьшение перманганатной окисляемости, снижение содержания железа и марганца в обработанной воде являются косвенным доказательством большого насыщения воды озоном.

Технология прошла не только опытную отработку блоков, но и испытания в производственных условиях. В настоящее время она используется в 12 водоочистительных станциях.

Изменение состава подземной воды в результате обработки ее по технологии аэрации и озонирования с последующим фильтрованием через слой альбитофира.