Метод аэрации применяется, когда необходимо избавиться от содержащегося в воде железа и марганца (станции очистки воды от железа и марганца) или растворённого в воде сероводорода (очистка воды от сероводорода). Этот метод помогает также устранить запах сероводорода и прочих газов с неприятным запахом. Используется аэрация, кроме того, при обработке сточных вод, и в быту – для домашних аквариумов, например. В этих случаях задача несколько иная: повысить концентрацию кислорода в воде, чтобы ускорить биологические процессы в стоках, или обеспечить нормальное дыхание для аквариумных рыб. В статье речь пойдет главным образом о применении системы аэрации для подготовки артезианской воды.
Одной из основных стадий очистки воды является ее обработка окислителями. Для окисления содержащихся в воде примесей - ионов железа, алюминия или марганца, органических соединений или растворенных газов, существуют разные способы. Можно задействовать хлор, гипохлориты, озон, перманганат калия или перекись водорода, но самым экономичным и безвредным окислителем является, конечно, кислород воздуха. Чтобы обогатить воду кислородом, используют аэрационные эжекторы или компрессоры для аэрации воды.
Для объектов с биологической очисткой отработанной воды, удаление железа проводят исключительно методом аэрации, причем возможны два технических подхода: напорная и безнапорная аэрация. Напорная аэрация осуществляется в статических миксерах или в колоннах, а безнапорная – с помощью форсунок или безнапорных эжекторов (аэраторы для обезжелезивания воды).
Напорная аэрация воды.
Реакция с кислородом воздуха протекает значительно медленнее, чем с химическими реагентами-окислителями и происходит в контактной камере, которую, по сути, и представляют собой статический миксер и колонна для аэрации. Обогащенная смесь воздуха и воды вводится в колонну до середины камеры по подающей трубе, За счет взаимодействия с водной средой поднимающихся вверх при барботировании мелких пузырьков воздуха, кислород быстрее растворяется и окисляет содержащиеся в воде вещества. По ходу процесса вода избавляется от избыточного содержания газов, таких как метан и сероводород, что в значительной степени влияет на ее потребительские свойства, такие как запах и вкус. Например, дегазация приводит к устранению неприятного запаха сероводорода. Этот процесс проходит одновременнов двух направлениях: газ уходит через оголовок совместно с прочими летучими веществами, а оставшийся в воде - реагирует с кислородом, который присутствует в аэрированной воде в достаточном количестве. Система аэрации действует совместно с системой фильтрации. Взаимодействие с кислородом происходит на фильтрах, содержащих катализатор. В результате реакции сероводород окисляется до нерастворимой в воде элементарной серы, которая остается на фильтре.
Газы и избыток кислорода в верхней части агрегата отводятся через специальный клапан. Клапан имеет поплавковый механизм, который производит открывание и закрывание выходного отверстия с помощью гибкого уплотнителя за счет всплытия или погружения поплавка. Если воздуха под поплавком достаточно, то он выпускается наружу через выходные каналы. Если же в пространство под поплавком попадает вода, то гибкий уплотнитель закрывает выходное отверстие и не дает воздуху выходить.
Поскольку в колонне для аэрации уровень воды доходит только до трубки клапана, то остается достаточно большая поверхность контакта воды с воздухом. Это приводит к дополнительной аэрации. Кроме того, такая воздушная подушка работает как демпфер, предотвращая повреждение подключенного к установке оборудования при резких перепадах давления в магистральной трубопроводной системе.
Обогащенная воздухом вода с содержащимися в ней продуктами окисления по коллектору, расположенному вблизи дна колонны, и трубе, соединенной с аэрационным оголовком, отводится из системы далее.
Бюджетным вариантом является упрощенная система аэрации воды. В ней нет ни миксера, ни колонны, благодаря чему ее цена довольно демократичная, но и возможности такой системы аэрирования воды значительно ограничены.
Безнапорная аэрация
Аппараты, работающие по принципу безнапорной аэрации, имеют большую эффективность, если сравнивать их с устройствами напорной аэрации. Суть метода безнапорной аэрации в том, что поступающая на обработку вода подается в специальную емкость для аэрации и там подвергается распылению. Аэрационный эжектор или форсунки создают дополнительный эффект. Сильная турбулентность в окислительном баке способствует быстрому протеканию химических процессов взаимодействия железа и газов с кислородом, за счет высокого насыщения им воды.
Система безнапорной аэрации требует дополнительной установки насосов в линии с отводимой водой, чтобы повысить давление до приемлемых значений – 2,5-4 атм. Для поддержания системы в рабочем состоянии требуется регулярно проводить очистку дна бака от осадка, состоящего преимущественно из окислов железа. Как правило, это достаточно делать 2-4 раза в год. Частота проведения подобных процедур определяется качеством исходной воды и может меняться в зависимости от этого. Системы очистки воды подобные этой уже действуют и позволяют проводить обезжелезивание без применения реагентов при содержании железа на уровне 120 мг/л, содержания марганца на уровне 4,5 мг/л и при химическом потреблении кислорода (ХПК) по перманганату на уровне 15 мг/л.
Технический прогресс позволяет рассчитывать на усовершенствование уже существующих и выработку новых методов водоподготовки. Например, современные ультразвуковые эжекторы в двухкамерном исполнении используются в системах напорной аэрации воды. В сравнении с обычными эжекторами они имеют повышенный более чем на треть коэффициент эжекции при равных расходах воды. Появляются и новые модернизированные детали для установок аэрации воды: форсунки и аэрационные оголовки.
Проблема избавления от содержащегося в воде железа постоянно остается актуальной и развитие новых технологических решений в этой области - лишь вопрос времени. Метод аэрации во многом привлекателен не только из-за своей простоты и экономичности, но и, что немаловажно, благодаря своей экологичности, ведь нет необходимости применять небезопасные для здоровья человека реагенты, когда под руками всегда есть самый доступный окислитель – кислород воздуха. Современные станции очистки воды от железа и очистки воды от марганца в качестве окислителя используют кислород воздуха, а в качестве катализатора окисления - каталитические загрузки для обезжелезивания и деманганации воды (Сорбент АС, Сорбент МС, Birm, GreenSand, МТМ и другие).
