Обезжелезивание подземных вод

Вода поступает в камеру окисления из скважины через верхний патрубок 12 и насосом 10 направляется в эжектор 3, где в камере смешения благодаря чередующимся стадиям сжатия и разряжения поток разгоняется до большой скорости. Вода насыщается озоном, который получается в озонаторе 6, работающем от источника питания 5, из воздуха, очищенного на фильтре 8. Объем засасываемой в эжектор озоновоздушной смеси достигает 5 м3/ч. Концентрация озона в газо-водяной смеси, направляемой из эжектора в камеру окисления, составляет 1-2 % и более. Озон токсичен, поэтому избыточное его количество удаляется из системы в блоке разложения остаточного озона 4, представляющего собой специально сконструированное устройство. В нем есть тепло электронагреватели и сетка, удерживающая катализатор "ГТТ", разработанный учеными химического факультета МГУ и изготовленный научно-внедренческой фирмой "TИМИС" [9]. Высота слоя катализатора "ГТТ" составляет 200 мм, тепло электронагреватели обеспечивают начальный разогрев до 300 °С и поддерживают затем температуру 90 °С, что необходимо для протекания реакции разложения озона. Катализатор обеспечивает высокую эффективность, имеет хорошие адсорбционные характеристики и достаточную прочность. Санитарно-гигиеническими исследованиями озон в воздухе рабочей зоны помещений, где происходит озонирование, не обнаружен, что засвидетельствовано соответствующими протоколами.

Обогащенная озоном вода направляется в кавитатор 2, расположенный в камере окисления. Кавитатор выполнен в виде двух параллельных круговых пластин, установленных горизонтально. Внутренние стороны пластин имеют чередующиеся круговые выступы и углубления образующие радиальные каналы для выхода газо-водяной смеси от центра к периферии.

Малый зазор между перфорированными дисками, специфический угол наклона выступающих граней создают особые условия для движения воды, попавшей в кавитатор. Поступив в центральную часть верхнего диска, вода движется от центра к периферии, проходя между стационарными направляющими. При этом она многократно последовательно расширяется и сжимается, испытывая механические удары, завихрения, дает тонкую пленку при выходе из зазора между дисками. Это обеспечивает высокую степень диспергирования воды и газа, образующих систему "газ - жидкость" с коллоидно-дисперсным и грубодисперсным состоянием газовой фазы. В состав газовой фазы входят озон, воздух, водяной пар. Потоки насыщенной кислородом воды с большой скоростью вырываются из кавитатора по окружности и падают с высоты ~ 800 мм. Затем эта вода соединяется с остальной частью воды, находящейся в нижней части камеры окисления. Таким образом, обеспечиваются условия для интенсивного смешивания воды с газами. При этом концентрация кислорода и озона, находящегося как в истинно растворенном состоянии, так и в виде мелкодисперсных пузырьков в коллоидном и грубодисперсном состоянии, достигает максимально высоких значений (до 10-20 г/дм3). Достоинством гидравлического кавитатора является отсутствие дополнительных энергозатрат.

Полученная газо-водяная смесь многократно циркулирует через эжектор и кавитатор с помощью насоса 10. При этом автоматически контролируются давление (манометром 7) и уровни воды (измерителями 11) в системе, что исключает возникновение нештатных ситуаций, так как устройство автоматически отключается в случае нарушения заданного режима работы (система управления на схеме не показана). Общее время пребывания воды в камере окисления, необходимое для окисления всех загрязнителей, находящихся в восстановительных формах, составляет 10-30 мин. и зависит от состава исходной воды. Длительность воздействия озона регулируется за счет изменения объема воды в камере окисления. Здесь происходит окисление Fe+2, Mn+2 и других примесей, разрушение бактериальных клеток и обогащение кислородом и озоном, что необходимо для последующих стадий обработки воды.

Интенсивность воздействия газовой окислительной смеси можно изменять за счет различной скорости циркуляции, устанавливая разную производительность насоса 10. При сильном загрязнении воды существует возможность подключения второй системы (не показана), также состоящей из насоса, эжектора, кавитатора. В этом случае удается достичь эффективного удаления из воды железа даже при его высоком содержании - 10-15 мг/дм3. Если вода одновременно с железом содержит органические примеси (фенолы, гумусовые вещества, нефтяные углеводороды и тд.), то обезжелезивание традиционными способами затруднено. Проведенные исследования показали, что предлагаемая технология с интенсификацией окисления в этом случае эффективна. При окислении двухвалентного железа, в том числе освободившегося из связанных форм (коллоидных и комплексных соединений) после их разрушения под действием окислительных и кавитационных процессов, образуются хлопья Fe(OH)3. Их большая удельная поверхность и имеющийся заряд создают благоприятные условия для абсорбции загрязнителей (ионов тяжелых металлов, органических молекул). Таким образом, при фильтровании вода освобождается не только от железа, но и от других вредных примесей.

После достижения необходимого эффекта аэрирования и озонирования система с помощью гидравлических клапанов и затворов (не показаны) переключается на перекачивание воды насосом 9 для осуществления других стадий очистки (например, для фильтрования железосодержащего осадка, сорбции). Таким образом, в единой системе реализованы преимущества кавитации и эжекционного диспергирования воздуха и озона, чем достигается повышение насыщения воздухом и озоном.

Обезжелезивание подземных вод страница 3