Подбор и расчет оборудования для очистки воды от взвешенных веществ и железа

Проведя довольно подробный обзор методов обезжелезивания, где рассматриваются в основном технологические аспекты этого процесса, справедливо было бы перейти к более практическому вопросу, а именно подбор оборудования на основе данных о потреблении воды, ее изначального качества и заданных параметров на выходе.

Для начала необходимо обратиться к основным документам, регламентирующим качество питьевой воды, а также количество реагентов, необходимых для окисления растворенного в воде железа, органических загрязнений и обеззараживания:

  1. СНиП 2.04.03-85 КАНАЛИЗАЦИЯ. НАРУЖНЫЕ СЕТИ И СООРУЖЕНИЯ;
  2. СНиП 2.04.01 «Внутренний водопровод и канализация зданий»;
  3. ГОСТ 2874-82 «ВОДА ПИТЬЕВАЯ. Гигиенические требования и контроль за качеством»;
  4. СанПиН 2.1.4. 1175-02 Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения;
  5. СНиП 2.04.02-84 ВОДОСНАБЖЕНИЕ. НАРУЖНЫЕ СЕТИ И СООРУЖЕНИЯ.

    Для выбора оборудования и его расчета нам минимум понадобится:
  1. Протокол исследования воды - составляется после проведения химического анализа;
  2. Количество проживающих в доме человек;
  3. Количество точек водозабора (ванна, туалет, стиральная машина и пр.).

В соответствии со СНиП 2.04.01 «Внутренний водопровод и канализация зданий» расход воды в душе, туалете, стиральной машине и прочих точках будет составлять:

Точка потребления Расход
л/с л/мин м3/час
Умывальник, рукомойник со смесителем 0,12 7,2 0,43
Унитаз со смывным бачком 0,1 6 0,36
Писсуар 0,035 2,1 0,13
Кран для поливки 0,3 18 1,08
Душ со смесителем 0,2 12 0,72
Душевая кабина 0,12 7,2 0,4
Ванна со смесителем 0,25 15 0,9
Мойка 0,15 9 0,54
    Средний расход воды на человека по СНиП 2.04.02-84 составляет:
  1. Без ванн 125–160 л/сут.
  2. С ванными и водонагревателями 160–230 л/сут.
  3. С централизованным горячим водоснабжением 230–350 л/сут.

Выбор метода удаления железа

Зависит от качества воды и источника водоснабжения, и также может быть определен по СНиП 2.04.02-84.

Аэрация воды - может быть осуществлена путем излива в емкость, где высота излива должна быть не менее 0,5—0,6 м над уровнем воды, или путем ввода воздуха в подающий трубопровод (не менее 2 л воздуха на 1г двухвалентного (закисного) железа), или на аэрационной колонне, с дальнейшим фильтрованием на модифицированной загрузке следует применять при следующем качестве воды:

  1. Содержание железа: не более 10 мг/л;
  2. Содержание двухвалентного железа: (Fе2+) не меньше 70 %;
  3. рН > 6,8;
  4. Щелочность воды: (1+Fе2+/28) мг-экв/л;
  5. Содержание сероводорода: не более 2 мг/л.

В случае, если данные условия не соблюдаются, то очистку воды от железа следует проводить с использованием реагента-окислителя гипохлорита натрия, как наиболее безопасного и эффективного:

Дозируется гипохлорит натрия в подающую трубу перед напорным фильтром-обезжелезивателем в количестве, определяемом по СНиП 2.04.02-84:
Железо II - 0,64 мг хлора на 1 мг железа,
Марганец II - 1,29 мг хлора на 1 мг Mn(II),
Сульфиды - 2,08 мг хлора на 1 мг H2S,
Нитриты - 1,54 мг хлора на 1 мг NO2– ,

Для окисления органических веществ хлор дозируется в соответствии с рекомендациями СНиП 2.04.02 – 84 (Приложение 4, табл. 1.):

Перманганатная окисляемость воды, мг О/л Доза окислителя, мг/л
хлора перманганата калия озона
8-10 4-8 2-4 1-3
10-15 8-12 4-6 3-5
15-25 12-14 6-10 5-8

Для обеззараживания воды, при отсутствии данных по бактериологическому исследованию воды, в соответствии с рекомендациями, дозу активного хлора необходимо принимать:
Для поверхностных вод после фильтрования 2—3 мг/л,
Для вод подземных источников 0,7—1 мг/л.

Расчет системы очистки воды в частном доме с удалением растворенного железа II:

    Имеем:
  1. Вода из скважины со следующими показателями:
    № п/п Показатель Ед. изм. Содержание в пробе ПДК СанПиН
    1 Цветность град. 22,5 ≤ 20
    2 Взвешенные вещества мг/л 28,6 ≤ 1,5
    3 Запах балл 0 ≤2
    4 pH 7,0 6-9
    5 Щелочность мг-экв./л 6,6
    6 Общая жесткость мг-экв./л 7,52 ≤7
    7 Кальций мг/л 96,0 ≤140
    8 Магний мг/л 33,0 ≤85
    9 Железо общее мг/л 28,5 ≤0,3
    10 Окисляемость перманганатная мг О2/л 1,3 ≤5,0
    11 Хлориды мг/л 18,2 ≤350
    12 Нитраты мг/л не обн. ≤45
    13 Аммоний мг/л 0,05 ≤2,0
    14 Марганец мг/л 0,11 ≤0,1
    15 Алюминий мг/л не обн. ≤0,5

    Из протокола анализа воды видно, что имеются значительные превышения по железу (в 95 раз), взвешенным веществам (19 раз), и незначительные − по цветности, общей жесткости и марганцу.

    Наибольший дискомфорт при употреблении такой воды жильцы испытывают от образующегося рыже-бурого осадка, выпадение которого происходит вследствие окисления железа II кислородом воздуха.

  2. Количество жильцов – 2.
    Находим максимальный средний расход воды за сутки: 160 л/сут  ⋅ 2 чел = 320 л/сут.
  3. Точки водозабора:
    1. Умывальник, рукомойник со смесителем − 0,432 м3/ч;
    2. Унитаз со смывным бачком − 0,36 м3/ч;
    3. Кран для поливки − 1,08 м3/ч;
    4. Душевая кабина − 0,432 м3/ч.

    Беря во внимание, что разбор будет осуществляться не более чем из двух точек одновременно, находим максимальный расход воды в час: 0,43 м3/ч + 1,08 м3/ч = 1,51 м3/ч.

  4. Для удаления железа и взвешенных веществ в качестве модифицированной загрузки выбираем фильтрующий материал МЖФ.
  5. Для расхода по данной производительности и условиям монтажа берем колонну 08х44 (0,8-1,2 м3/ч). Объем МЖФ для данной колонны – 25 л.
  6. Определяем межрегенерационный период по емкости загрузки для железа:
    Емкость МЖФ по железу – 1,5 г/л. Отсюда 25 л/1,5 г/л = 16,7 г железа по теоретическому расчету можно отфильтровать через данный фильтр.
    По объему воды – 16 700 мг/28,5 мг/л = 586 л.
    При расходе воды 320 л/сут межрегенерационный период составит:
    586 л/320 л/сут = 1,8 сут.
    Учитывая наличие взвешенных веществ, неравномерность расхода воды, а также запас по железу, регенерацию необходимо проводить 1 раз в сутки.
  7. Приготовление рабочего раствора гипохлорита натрия и расчет его подачи.

    Готовить раствор гипохлорита натрия необходимо 2% или 1%. Раствор такой концентрации позволит лучше корректировать дозацию реагента.

    Рассчитаем готовку 10 л 2% и 1% раствора гипохлорита натрия из 19% и 17% товарного продукта:
    Плотности растворов:
    р 19% = 1260 г/дм3
    р 17% = 1240 г/дм3
    р 1% = 1020 г/дм3
    р 2% = 1040 г/дм3

    Найдем массу хлора в 10 л 1% и 2% растворах:
    m 10л 1% р-ра = V х р = 10 л х 1020 г/л = 10 200 г
    m Cl в 10 л 1% р-ра = 10 200 г х 0,01 = 102 г

    m 10л 2% р-ра = V х р = 10 л х 1040 г/л = 10 400 г
    m Cl в 10 л 2% р-ра = 10 400 г х 0,02 = 208 г

    Найдем необходимый объем товарного гипохлорита, который нужно разбавить до 10 л чистой водой для приготовления рабочих растворов:
    m 19% р-ра для 1% = m/n = 102 г / 0,19 = 536,8 г
    V 19% р-ра для 1% = m/p = 536,8 г / 1260 г/л = 0,43 л

    m 17% р-ра для 1% = m/n = 102 г / 0,17 = 600 г
    V 17% р-ра для 1% = m/p = 600 г /1240 г/л = 0,48 л

    m 19% р-ра для 2% = m/n = 208 г / 0,19 = 1094,7 г
    V 19% р-ра для 2% = m/p = 1094,7 г /1260 г/л = 0,87 л

    m 17% р-ра для 2% = m/n = 208 г / 0,17 = 1223,5 г
    V 17% р-ра для 2% = m/p = 1223,5 г / 1240 г/л = 0,99 л

    Из расчетов видно, что для приготовления 10 л 1% раствора гипохлорита необходимо взять около 0,5 л рабочего раствора, для 2% - около 1 л.

  8. Выбор дозирующего насоса и расчет подачи реагента.
    Учитывая небольшое потребление воды в единицу времени и то, что дозировка окислителя будет проходить на 1 литр воды, выбираем дозирующий насос с наименьшей производительностью - TeknaEVO APG 603, с регулируемой производительностью при давлении до 6 атм 7 л/ч и рабочим объемом камеры 0,7 мл (см3), т.е. при максимальной производительности насос выдает 7 000 мл/ч / 0,7 мл/кач. = 10 000 кач/ч или 10 000/60 = 167 кач/мин или 2,8 кач/сек.
  9. Рассчитаем необходимое количество гипохлорита для полного окисления органических веществ, марганца и железа.

    По СНиП 2.04.02-84 для окисления 1 мг железа потребуется 0,64 мг/л хлора, для марганца 1,29 мг/л, для обеззараживания возьмем 0,5 мг/л, следовательно:
    С Cl = Fe*0,64 + Mn*1,29 + 0,5 = 28,5*0,64 + 0,11*1,29 + 0,5 = 18,24 + 0,14 + 0,5 = 18,9 мг хлора на 1 литр воды нам понадоится для полного окисления растворенных металлов и обеззараживания воды.
    Объем 2 % раствора гипохлорита на 1 л воды:
    m 2% NaOCl = m/n = 18,9 мг / 0,02 = 945 мг
    V 2% NaOCl = m/p = 945 мг / 1040 мг/мл = 0,9 мл/л

    Расчетные значения всегда являются предварительными и в процессе пусконаладочных работ могут незначительно меняться в ту или иную сторону. В нашем случае видно, что ориентировочная дозировка должна составлять от 1 до 3 качков на 1 импульс расходомера, или на 1 литр поступающей на фильтр-обезжелезиватель воды.