Установка для обезжелезивания воды

Заявленное техническое решение относится к устройствам для обезжелезивания воды, содержащей железо, преимущественно в виде сульфатов, при исходной концентрации железа (II) 10 мг/л, щелочности менее 1+[Fe²⁺]/28. Устройство состоит из реакционной камеры, снабженной роторным устройством для создания гидродинамической кавитации, контактной емкости, фильтра с загрузкой из природного цеолита и накопителя очищенной воды.

Заявленное техническое решение относится к устройствам для очистки воды от железа и может быть использовано в системах водоснабжения отдельных объектов, населенных пунктов и сельскохозяйственных комплексов, очистки сточных вод.

Традиционные методы обезжелезивания воды основываются на окислении двухвалентного железа до трехвалентного состояния, с образованием нерастворимого гидроксида железа (III), который, впоследствии, удаляется отстаиванием или фильтрацией.

Из существующего уровня техники известно устройство для обезжелезивания подземных вод [Николадзе Г.И., Минц Д.М., Кастальский А.А. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения. - М.: Высш. шк., 1984. - 368 с.]. Известное техническое решение обеспечивает удаление железа, находящегося в виде бикарбонатов, из подземных вод, методом упрощенной аэрации с обогащением воды воздухом путем излива ее с высоты 0,5-1,0 м в карман открытого фильтра или путем введения воздуха в трубопровод перед напорными фильтрами.

К числу недостатков известного технического решения следует отнести его громоздкость, большую продолжительность обработки. Необходимое качество очищаемой воды достигается при исходном содержании железа меньше 10 мг/л, рН>6,8 и при щелочности более 1+[Fe²⁺]/28.

Устранить указанные недостатки позволяет техническое решение с применением метода глубокой аэрации. Известно устройство для обезжелезивания воды, описанное в Патенте РФ на полезную модель 49814 (МПК 7, C02F 1/64, 1/72, 1/74, 2005) и принятое в качестве прототипа для заявляемой полезной модели.

Известное техническое решение содержит последовательно соединенные между собой трубопроводом эжектор, диспергатор, контактную емкость, насос и фильтр с фильтрующим материалом, одновременно подключенный трубопроводом к аккумулирующей емкости и к вентилю подачи очищенной воды потребителю.

Недостатком данного известного технического решения, как и всех аэрационных устройств, является неэффективность его применения в тех случаях, когда железо в очищаемой воде находится в форме сульфатов [Кожинов В.Ф. Очистка питьевой и технической воды. Примеры и расчеты: Учеб. Пособие для вузов. - М.; ООО «БАСТЕТ», 2008. - 304 с.]. При гидролизе сульфата железа образуется кислота, понижающая рН воды, что ведет, практически, к прекращению процесса гидролиза.

Решить указанный недостаток позволяет способ очистки вод от железа, включающий аэрацию исходной воды, окисление с последующим фильтрованием через зернистую загрузку, при этом воду предварительно подщелачивают до рН 8,5-8,8 с одновременной подачей сжатого воздуха, а для доокисления используют гипохлорит натрия [Патент РФ 2442754, C02F 1/64, 2006].

Недостатками данного технического решения является необходимость дополнительного расхода реагентов для регулировки рН и окисления, ухудшение органолептических свойств воды (запах, вкус) и возможность образования токсичных хлорсодержащих соединений при использовании гипохлорита натрия.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в обезжелезивании воды, при исходной концентрации железа (II) 10 мг/л, щелочности менее 1+[Fe²⁺]/28, в тех случаях, когда железо в очищаемой воде находится, преимущественно, в виде сульфатов.

Данная задача решается за счет того, что установка содержит реакционную камеру, снабженную роторным устройством для создания гидродинамической кавитации, контактную емкость, фильтр с загрузкой из природного цеолита и накопитель очищенной воды.

Роторное устройство приводится в движение электродвигателем с частотой 4000 об/мин. Активатор устройства выполнен в виде диска с установленными по нормали к его боковым поверхностям кубическими, активными кавитаторами (8 шт). На нижнем пассивном диске установлены в два ряда неподвижные кавитаторы 4 (16 шт). Диаметральное расстояние между активными кавитаторами 58 мм. Размеры кавитаторов 8*6 мм, зазор между ними 2 мм. Периодическое проскакивание подвижных кавитаторов относительно неподвижных усиливает динамичность кавитационных зон за кавитаторами, благодаря чему повышается интенсивность кавитационной обработки. Пузырьковая кавитация возникает за кавитаторами внутри объема жидкости и не возникает на стенках камеры и активатора, что предотвращает их кавитационную эрозию.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображена схема установки для обезжелезивания воды (фиг.1).

Установка работает следующим образом: очищаемая вода подается в роторное устройство 1 (время обработки 1 минута), стекает по трубопроводу в контактную емкость 2 (время контакта не менее 15 минут), направляется насосом на фильтры 3, заполненные природным цеолитом и далее из накопителя очищенной воды 4 потребителю.

Сравнительные результаты по обезжелезиванию воды, содержащей сульфат железа (II), в предлагаемом устройстве и при глубокой аэрации представлены в таблице.

Интенсификация процесса окисления железа (II) при низконапорной гидродинамической кавитации, генерируемой устройством роторного типа, происходит за счет повышения эффективности массообменных процессов, дополнительного насыщения раствора кислородом и образования активных частиц с высокой окислительной способностью (OH·, H₂O₂ и др.). Кроме того, следует отметить, что в роторных устройствах, в отличие от струйных устройств (трубы Вентури, кавитация в потоке и т.п.), реализуется смешанный метод возбуждения кавитации за счет пульсаций давления в потоке жидкости с использованием периодического многократного изменения скорости потока жидкости.

Устройство для обезжелезивания воды при исходной концентрации железа (II) больше или равной 10 мг/л, щелочности менее 1 ммоль/л в тех случаях, когда железо в очищаемой воде находится преимущественно в виде сульфатов, содержащее реакционную камеру, снабженную кавитационным устройством роторного типа, контактную емкость, фильтр с загрузкой из природного цеолита и накопитель очищенной воды.