Аэрационная колонна

 Назначение и сравнение безнапорной и напорной аэрационных колонн

1. Назначение аэрационных колонн
2. Виды аэрационных колонн
3. Применение аэрационных колонн для очистки воды от различных видов загрязнений
3.1. Использование аэрационных колонн для очистки воды от железа
3.2. Применение аэрационных колонн для очистки воды от органических веществ
3.3. Использование аэрационных колонн для очистки воды от растворенных газов
Выводы и рекомендации по выбору типа аэрационной колонны

1. Назначение аэрационных колонн
   Аэрационные колонны предназначены для предварительного окисления воды и последующей ее очистки от различных видов загрязнений органической и неорганической природы: растворенного железа, марганца (при условии, если pH больше 7,5 ед.), растворенных газов: аммиака, сероводорода, радона, углекислоты, органических веществ: бактерий, вирусов. Наибольшее распространение аэрационные колонны и аэрация воды в целом получили при очистки воды из скважин и поверхностных источников от железа и органики.
  Принцип действия всех аэрационных колонн заключается в том, что в воду подается воздух, насыщая ее кислородом. Затем вода подается в емкости различного объема (в зависимости от требуемого времени на реакцию окисления), в которых происходит смешивание воды с кислородом воздуха и окисление веществ, которые в ней находятся (растворенное железо, органика и др.), остатки кислорода и растворенные газы отводятся через вытяжку или свободным путем в атмосферу. В качестве оборудования, которое нагнетает воздух в воду используются компрессоры или воздуходувки.
  Преимуществом аэрации воды перед другими методами окисления (хлорированием, озонированием) является безопасность и надежность. А также отсутствие необходимости добавления в воде различных реагентов и выведения их из нее.
   Ограничения применения. Наряду с преимуществами в применении аэрационных колонн существуют весьма существенные ограничения:

1. Аэрация способна эффективно очищать железо при условии, если его содержание в воде не превышает 7-10 мг/л., а ПМО (перманганатная окисляемость) не превышает 5 мг/л. (т.е. находится в норме СанПин 1074).
2. Аэрация способна окислять марганец при условии если уровень pH более 7,5 ед.
3. Аэрация воды способна окислять органические вещества при условии, если ПМО не более 5 мг/л.

2. Виды аэрационных колонн

  В зависимости от наличия давления аэрационные колонны бывают двух основных видов.

  1. Напорные аэрационные колонны (под давлением). В напорных аэрационных колоннах смешивание кислорода воздуха с водой происходит в закрытых емкостях под давлением. В качестве колонн используются напорные колонны из стекловолокна, нержавеющей стали способные выдержать давление до 10-15 бар.
   Принцип действия напорной аэрационной колонны.

1. Вода проходит через расходомер, установленный в трубе. В качестве расходомера обычно используется счетчик воды с импульсным выходом. Расходомер подает сигнал на реле расхода, которое запускает компрессор или воздуходувку, которая нагнетает воздух в трубу.
2. Далее вода, насыщенная кислородом поступает в колонну, которая находится под давлением. В ней происходит реакция окисления растворенных в воде веществ. Излишки кислорода отводятся через отводящий воздушный клапан, установленный на оголовке аэрационной колонны.
3. После аэрационной колонны вода, насыщенная кислородом с окисленными веществами поступает на следующую стадию очистки, в которой происходит ее очищение от окисленных веществ (железа, марганца, сероводорода, органики и др.) (см. Рис. 1).

Рис. 1 Схема установки напорной аэрационной колонны (1 - датчик потока, 2 компрессор, 3 аэрационная колонна, 4 - фильтр обезжелезиватель или сорбционный фильтр)

  Особенностями напорных аэрационных колонн является то, что вода в ней находится под давлением. Поэтому для дальнейшей подачи воды не требуется дополнительных насосов и автоматики. Давление воды ускоряет реакцию окисления, что также является преимуществом напорных аэрационных колонн перед безнапорными. К недостаткам можно отнести то, что для полноценной реакции окисления требуется обычно довольно продолжительное время контакта кислорода с растворенными веществами от 20 минут и более. Поэтому для обеспечения этого времени требуются колонны весьма значительных размеров, что увеличивает их стоимость.

При монтаже напорных аэрационных колонн следует тщательно выбирать место установки. Потому что компрессор работает достаточно шумно. Устанавливается система в отдельно стоящем здании или в подвальных помещениях. При увеличении производительности можно добавлять реагенты. Они ускорят химический процесс и помогут справиться с более загрязненной водой. Но при этом, естественно, теряется экологичность метода.

   2. Безнапорные аэрационные колонны. В безнапорных аэрационных колоннах в отличие от напорных реакция окисления воздуха с водой происходит не под давлением, а в открытых емкостях по естественным атмосферным давлением. В качестве емкостей для смешивания используются баки из пластика, нержавеющей стали, стекловолокна, открытые бетонные емкости и другие.
 Принцип действия безнапорной аэрационной колонны. Принцип действия безнапорной аэрационной колонны аналогичен принципу действия напорной аэрации с той разницей, что окисление происходит не под давлением, а в емкостях с открытым доступом к воздуху.
  1. Вода проходит через расходомер, установленный в трубе. В качестве расходомера обычно используется счетчик воды с импульсным выходом. Расходомер подает сигнал на реле расхода, которое запускает компрессор или воздуходувку, которая нагнетает воздух в трубу.
  2. Затем вода водовоздушная смесь поступает в открытую емкость на излив, в которой происходит смешивание с кислородом воздуха и его окисление. Растворенные в воде газы (радон, сероводород, аммиак) отводятся с помощью вытяжки в открытую атмосферу.
  3. После аэрационной колонны вода, под действием естественного напора или с помощью подающего насоса второго подъема подается в следующую стадию очистки, в которой происходит ее очищение от окисленных веществ (железа, марганца, сероводорода, органики и др.).

Рис. 2 Схема установки безнапорной аэрационной колонны (1 - датчик потока, 2 компрессор, 3 аэрационная емкость, 4 - обратный клапан, 5 - насос 2-го подъема, 6 - фильтр)

   Особенностями безнапорных аэрационных колонн является более длительный контакт с воздухом (поскольку накопительные емкости больше по объему), возможность более эффективно выводить из воды растворенные в ней газы: радон, аммиак, сероводород и другие, также дополнительный контакт с атмосферным воздухом.

Но при этом сильно увеличивается время окисления, и, следовательно, фильтрации. Безнапорные колонны аэрации используются только при незначительном загрязнении примесями или как один из этапов в системе водоподготовки. При сильной концентрации вредных веществ, метод аэрации без дополнительного вмешательства не справится с поставленной задачей. Для повышения производительности требуется увеличить площадь соприкосновения воды с кислородом. Это не всегда удобно, потому что в этом случае занимается достаточно большая площадь. А не все предприятия могут вместить габаритное оборудование.

3. Применение аэрационных колонн для очистки воды от различных видов загрязнений

3.1. Использование аэрационных колонн для очистки воды от железа
   В скважинной воде значительная часть железа находится в двухвалентной (растворенной) форме. Для его окисления можно использовать безнапорную или напорную аэрацию воды.
   Описание технологии.
  1-я стадия. Вода проходит через напорную или безнапорную аэрационную колонны, в которых происходит смешивание кислорода воздуха с водой, кислород вступает в реакцию окисления с железом, переводя его из двухвалетную (растворенную) в трехвалентную (нерастворенную) форму. Для эффективного окисления железа и марганца необходимо обеспечить время нахождения воды в аэрационной колонне не менее 30 минут. Часть окисленного нерастворенного железа начинает оседать и выпадать в осадок уже в аэрационной колонне.
  2-я стадия. Вода подается в фильтр обезжелезиватель, в котором происходит доокисление и осаждение остатков железа и марганца. Количество железа, которое способен задержать обезжелезиватель определяется удельной емкостью обезжелезивающего материала и содержанием железа в исходной воде. В качестве обезжелезивающего материала используется каталитические загрузки, которые также ускоряют реакцию окисления (МФО, МЖФ, Экоферокс и другие).
  Несомненным преимуществом данного метода обезжелезивания воды является безопасность и отсутствие необходимости покупать реагенты для обезжелезивания воды.
 Наряду с преимуществами для данного метода существуют определенные ограничения применения: железо в воде не более 3 мг/л. ПМО не более 5 мг/л.

Для обезжелезивания аэрационные колонны устанавливают чаще для бытового использования. То есть на загородных участках. В промышленном производстве процесс окисления будет протекать достаточно долго, что немного не рентабельно. Хотя для предварительной обработки такой способ определенно подходит. Чаще всего его комбинируют с другими методами.

3.2. Применение аэрационных колонн для очистки воды от органических веществ.

  Вода, которая подается из скважин, рек, озер и других поверхностных водоемов содержит значительное количество органических соединений.
   При их незначительном содержании (показатель перманганатной окисляемости ПМО не должен превышать норму в 5 мг/л. аэрация может быть весьма эффективным методом окисления в сочетании с сорбционными угольными фильтрами, в которых происходит сорбция органических веществ).
  Описание технологии.
  1-я стадия. Вода поступает в аэрационную колонну, аналогично 1-й стадии обезжелезивания. Далее происходит предварительное окисление органических веществ, содержащихся в воде.
   2-я стадия. Вода подается в сорбционный угольный фильтр, в котором на активированных углях происходит сорбция (извлечение) органических веществ. В качестве активированных углей может быть использован березовый или кокосовый активированный уголь предназначенный специально для очистки воздуха или воды.

При удалении сероводорода из воды, аэрация является очень удобным способом. Но при этом желательно расположение колонн подальше от населённых зданий. Дело в том, что скопившиеся газы выходят через специальное отверстие в системе. А именно сероводород имеет свойство накапливаться в воздухе. Поэтому на месте расположения системы фильтрации может быть неприятный запах и скопление в воздухе вредного газа. Особой опасности это не несет, но все же лучше не находится поблизости от оборудования.

3.3. Использование аэрационных колонн для очистки воды от растворенных газов

 Для очистки воды от растворенных газов: сероводород, аммиак, радон предпочтительнее использовать безнапорную аэрацию воды в сочетании с сорбционным угольным фильтром или системой обратного осмоса. Для отвода растворенных в воде газов желательно предусмотреть вытяжку газов в открытый атмосферный воздух.
   Описание технологии.
   1-я стадия. Вода насыщается воздухом и поступает на излив в емкость безнапорной аэрации, в которой происходит смешивание и отвод растворенных в ней газов. Газы из емкости желательно отводить с помощью вытяжки в открытый атмосферный воздух. Для этого в емкости патрубок и вентилятор (аналогично вентиляции в домах).
  2-я стадия. Далее вода для очистки от остатков растворенных газов поступает не следующую стадию на сорбционные угольные фильтры или систему обратного осмоса для удаления остатков газов.
   В заключении приведем таблицу сравнения технико-экономических характеристик безнапорной и напорной аэрационных колонн с рекомендациями по возможной области применения.

 Таблица 1 – Сравнение характеристик напорной и безнапорной аэрации

  Выводы и рекомендации по выбору типа аэрационной колонны.  Как видно из таблицы сравнительного анализа, безнапорные аэрационные колонны более просты в эксплуатации, требуют меньше места для размещения, обладают более низкой стоимостью. Однако более надежными и эффективными при наличии в воде растворенных газов и железа являются безнапорные аэрационные колонны.

Метод аэрации очень широко распространен и может использоваться в различных сферах для фильтрации воды. Его преимущество в экологичности способа, ведь окислителем выступает кислород. При этом затраты на установку невелики. Не требуется покупать реагенты или устанавливать дополнительные комплектующие. Но при этом сам процесс окисления происходит довольно медленно, что значительно снижает производительность. К тому же существуют ограничения для исходной воды. Должен быть определенный кислотно-щелочной баланс и концентрация примесей не должна превышать определенных нормативов. Если требования не соблюдаются, то эффективность метода значительно падает.

Установки аэрации можно автоматизировать. Исходный источник используется любой, хотя чаще всего аэрацию используют для очистки скважинной воды. Какое-то специальное сервисное обслуживание система не требует. Может использоваться на этапе доочистки. При усилении эффекта окисления можно добавлять в систему химические вещества. Это значительно ускорит процесс, но не подходит для очистки питьевой воды. Но при этом необходимо дополнять систему комплектующими. А именно необходим дозатор для точной подачи химических веществ в воду. Метод аэрации оставляет давление потока и улучшает органолептические свойства, благодаря постоянному насыщению кислородом. Монтаж системы производится быстро и не требует определенных навыков.

Современные модели имеют разную комплектацию и внешний вид. Все это зависит от производителя. При выборе оборудования вначале проводится химический анализ воды и на основе этих данных определяется тип аэрации и модель оборудования. Важно соблюдать требования по эксплуатации и периодически промывать загрузочный материал. При несоблюдении требований, примеси смогут попадать в очищенную воду, ухудшая её качество.

Аэрационные колонны могут эффективно работать с любыми элементами фильтрации. То есть если возникает необходимость доочистки или предварительной обработке воды, то можно устанавливать любые фильтры. Для первичной очистки чаще всего применяют фильтры грубой очистки, которые помогают задержать механические загрязнения, что значительно продлевает срок службы аэрационных колонн.

Все элементы системы должны быть стойкими к коррозии и агрессивным воздействиям элементов. Чаще всего, в комплектацию уже входит загрузочный материал. Он, со временем, может быть заменен на любой другой. Аэрационные колонны имеют достаточно длительный срок службы.