Очистка воды аэрацией

Очистка воды аэрацией

Аэрация — это единичный процесс, при котором воздух и вода вводятся в тесный контакт. Турбулентность увеличивает аэрацию проточных потоков. В промышленных процессах поток воды обычно направляется противотоком к атмосферному или принудительному воздушному потоку. Время контакта и отношение воздуха к воде должно быть достаточным для эффективного удаления нежелательного газа.

Очистка воды аэрацией используется для следующих операций:

  • Уменьшение количества диоксида углерода (декарбонизация);
  • Окисление железа и марганца, обнаруженное во многих колодцах (окислительная башня);
  • Сокращение аммиака и сероводорода (удаление).

Аэрация также является эффективным методом борьбы с бактериями.

Методы аэрации

Для аэрации воды могут использоваться два общих метода. Наиболее распространенным в промышленном использовании является аэратор с водяным падением. Благодаря использованию распылительных форсунок вода разбивается на мелкие капли или тонкую пленку для усиления противоточного воздушного контакта. В воздушном диффузионном способе аэрации воздух диффундирует в приемный сосуд, содержащий противоточную проточную воду, создавая очень маленькие пузырьки воздуха. Это обеспечивает хороший воздушно-водяной контакт для «промывки» нежелательных газов из воды.

Аэраторы с водяным падением

Для этого типа аэрации используются многие вариации принципа падения воды. В простейшей конфигурации используется вертикальный стояк, который выделяет воду путем свободного падения в бассейн. Подъемник обычно работает на доступной поверхности воды. Эффективность аэрации улучшается по мере увеличения расстояния падения. Кроме того, могут быть добавлены ступени или полки для разрушения падения и распространения воды на тонкие листы или пленки, что увеличивает время контакта и эффективность аэрации. Коксовый лоток и древесные или пластиковые аэраторы с водяным паром относительно похожи по конструкции и имеют преимущество в небольших требованиях к пространству.

Коксовые аэраторы широко используются в окислении железа и марганца, потому что каталитический эффект обеспечивается контактом воды, содержащей железо или марганец, со свежими осадками. Эти блоки состоят из серии заполненных коксом лотков, через которые проходит вода, с дополнительной аэрацией, полученной во время свободного падения с одного лотка на другой. Аэраторы для деревянных или пластиковых ламелей подобны небольшим атмосферным градирням. Щиты лотка расположены в шахматном порядке, чтобы разбить свободное падение воды и создать тонкие пленки, прежде чем вода, наконец, упадет в бассейн.

Для многих промышленных водоподготовительных установок используются вытяжные аэраторы с водяным падением. Горизонтальные деревянные или пластиковые решетчатые поддоны или башни, заполненные упаковкой различных форм и материалов, предназначены для максимального разрушения падающей воды в небольшие потоки для более высокого контакта с воздухом и водой. Воздух подается через устройство с помощью воздуходувки, которая обеспечивает равномерное распределение воздуха по всему поперечному сечению, поперечному току или противотоку до падения воды. Из-за этих особенностей аэраторы с принудительной тягой более эффективны для удаления газа и требуют меньше места для данной мощности.

Воздухораспределительные аэраторы

Воздухораспределительные системы аэрируются путем прокачки воздуха в воду через перфорированные трубы, фильтры, пористые пластины или трубки. Теоретически аэрация диффузией превосходит аэрацию воды, потому что тонкий пузырь воздуха, поднимающийся через воду, постоянно подвергается воздействию свежих жидких поверхностей, обеспечивая максимальную поверхность воды на единицу объема воздуха. Кроме того, скорость всплесков пузырьков, поднимающихся через воду, намного ниже скорости свободно падающих капель воды, обеспечивая более длительное время контакта. Наибольшая эффективность достигается, когда поток воды противостоит восходящим пузырькам воздуха.

Процесс аэрации под водой

Применение

В промышленном водоподготовке одной из основных целей аэрации является удаление двуокиси углерода. Аэрация также используется для окисления растворимого железа и марганца (обнаруженного во многих колодцах) до нерастворимых осадков. Аэрация часто используется для уменьшения углекислого газа, выделяемого в процессе обработки. Например, кислоту можно подавать в выходящий поток умягчителей цеолита натрия для контроля щелочности котла. Двуокись углерода образуется в результате кислотной обработки, и для очистки воды от этого коррозионного газа используется аэрация. Аналогичным образом, когда сточные воды цеолитов водорода и натрия смешиваются, образующийся углекислый газ удаляется путем аэрации. В случае смягчения холодной извести диоксид углерода можно удалить из воды до того, как вода попадет в оборудование. Когда удаление двуокиси углерода является единственной целью, оборудование обычно предпочитает удалять высокие концентрации углекислого газа путем аэрации, а не химическим осаждением извести. Воздушную десорбцию можно использовать для снижения концентрации летучих органических веществ, таких как хлороформ, а также растворенных газов, таких как сероводород и аммиак. Стандарты загрязнения воздуха должны учитываться при удалении воздуха для уменьшения летучих органических соединений.

Удаление железа и марганца

Железо и марганец в колодцевых водах встречаются в виде растворимых черных и марганцевых бикарбонатов. В процессе аэрации вода насыщается кислородом. Продукты окисления, гидроксид железа и диоксид марганца нерастворимы. После аэрации их удаляют путем осветления или фильтрации. Иногда после аэрации можно использовать сильные химические окислители, такие как хлор (Cl2) или перманганат калия (KMnO4) для обеспечения полного окисления.

Растворенный газ

Газы, растворенные в воде, следуют принципу, согласно которому растворимость газа в жидкости (воде) прямо пропорциональна парциальному давлению газа над жидкостью в равновесии. Это известно как закон Генри и может быть выражено следующим образом: Ctatal = kP, где Ctotal = полная концентрация газа в растворе, где P = парциальное давление газа над раствором. k = константа пропорциональности, известная как постоянная закона Генри. Однако газы часто встречающиеся при обработке воды (за исключением кислорода), не ведут себя в соответствии с законом Генри, потому что они ионизируются при растворении в воде.

Двуокись углерода, сероводород и аммиак растворимы в воде при определенных условиях в пределах 1700, 3900 и 531 000 м.д. соответственно. Редко эти концентрации встречаются, за исключением некоторых технологических конденсатов. В нормальной атмосфере парциальное давление каждого из этих газов практически равно нулю. Следовательно, установление состояния равновесия между водой и воздухом посредством аэрации приводит к насыщению воды азотом и кислородом и почти полному удалению других газов.

Исходя из вышеперечисленных данных, ионизация газов в воде является обратимой реакцией. Общий ионный эффект может быть использован для получения почти полного удаления этих газов путем аэрации. Если концентрация одного из ионов в правой части уравнения увеличивается, реакция движется влево, образуя газ. В случае двуокиси углерода и сероводорода концентрация ионов водорода может быть увеличена добавлением кислоты. Бикарбонатные и карбонатные ионы в воде образуют углекислый газ, который можно удалить путем аэрации. Аналогичным образом, увеличение концентрации гидроксильных ионов путем добавления каустической соды способствует удалению аммиака.

Удаление газа путем аэрации достигается, когда уровень газа в воде приближается к равновесию с уровнем газа в окружающей атмосфере. Процесс улучшается за счет увеличения температуры, времени аэрации, объема воздуха, контактирующего с водой, и площади поверхности воды, подверженной воздействию воздуха. Как указывалось ранее, рН является важным элементом. Эффективность аэрации больше, когда концентрация газа, подлежащего удалению, высока в воде и низка в атмосфере.

Ограничения

Температура значительно влияет на эффективность процессов десорбции воздуха. Поэтому эти процессы могут не подходить для использования в более холодных климатах. Теоретически, при 68 ° F содержание двуокиси углерода в воде может быть уменьшено до 0,5 ppm путем аэрации до равновесных условий. Это не всегда практично с экономической точки зрения, и сокращение двуокиси углерода до 10 ppm обычно считается удовлетворительным. Хотя удаление свободной двуокиси углерода увеличивает рН воды и делает ее менее коррозионной с этой точки зрения, аэрация также приводит к насыщению воды растворенным кислородом. Это обычно не представляет проблемы, когда исходное содержание кислорода уже велико. Тем не менее, в случае колодезного водоснабжения, содержащегося в двуокиси углерода, но без кислорода, аэрация просто обменивает один коррозионный газ на другой.

Эффективность аэрации возрастает по мере того, как начальная концентрация газа, подлежащего удалению, возрастает выше его равновесного значения. Поэтому, когда воды содержат только небольшое количество диоксида углерода, нейтрализация добавлением щелочи обычно более экономична. Полное удаление сероводорода должно сочетаться с понижением рН или химическим окислением. Нелетучие органические соединения не могут быть удалены путем удаления воздуха. Например, фенолы и креозолы не подвержены влиянию только такого процесса, как очистка воды аэрацией.

Комментарии: “Очистка воды аэрацией

  1. Тимофей:

    Пол интернета перелопатил, что бы хоть что найти по «аэраци».А на этом сайте полностью открытая тема.Спасибо автору

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *