Системы аэрации воды

В водоподготовке процесс аэрации воды предназначен для насыщения последней кислородом воздуха. Аэрация воды сопровождается физическими, химическими и биохимическими процессами и реакциями. Следствием физических процессов является переход молекул кислорода из газообразной в жидкую фазу, при этом происходит вытеснение (отдувка) растворённых в воде газов таких как сероводород, аммиак, метан, углекислый газ и т.д. При протекании химической реакции происходит окисление неорганических загрязняющих веществ, таких как железо и марганец. Подобное химическое окисление является безреагентным, при нем отсутствуют побочные токсичные продукты, которые могут образовываться при хлорировании или озонировании. Кроме того, при аэрации практически отсутствуют эксплуатационные расходы, всё это объясняет распространённость этого метода.

Методы аэрации можно классифицировать по способу контакта жидкой и газовой фаз: стекание воды по поверхности, разбрызгивание воды в воздухе и ввод воздуха в жидкость. Перенос кислорода в воду сопровождается потерей напора, создаваемой системой аэрации. В зависимости от выбранного способа аэрации величина потери напора существенно варьируется от нескольких сантиметров водного столба при барботировании и до полной потери напора при разбрызгивании. В зависимости от типа аэратора их разделяют на безнапорные (со свободной поверхностью) и напорные (на основе принципа барботирования).

Напорные аэрационные установки

Напорные аэраторы часто используются в технологии обезжелезивания подземных вод. Это обуславливается возможностью сохранения давления артезианской воды, создаваемого скважинными насосами, для дальнейшей подачи потребителям или в накопительные резервуары после аэрирования и фильтрования. Напорные системы аэрации воды можно разделить по аппаратному исполнению устройства обеспечивающего контакт воздуха и воды. Система нагнетания воздуха в напорный трубопровод идентична в обоих случаях, и может быть выполнена на основе безмаслянных компрессоров или подачи воздуха из существующей воздушной сети.

Первый, наиболее распространённый вариант системы аэрации воды, основан на использовании аэрационной колонны (напорной камеры) и обеспечивает необходимое время контакта и окисления перед фильтрованием. В процессе работы воздух закачивается в трубопроводную магистраль или напрямую в контактную камеру, в которой происходит барботаж. Находящийся в верхней части контактной камеры воздухоотводчик выпускает лишний воздух и газ, накапливающиеся в верхней части колонны. Вода заполняет контактную камеру не полностью (до трубы связанной с воздухоотводчиком). Образовавшаяся на уровне трубки воздухоотводчика воздушная подушка повторно обеспечивает контакт зеркала воды с воздухом и выполняет также демпфирующую функцию в случае гидроударов в водопроводной магистрали. Вода с окисленными примесями выводится из контактной камеры по коллектору, опущенному практически до дна колонны и трубопроводу, присоединенному к распределительному оголовку.

Второй вариант напорной системы аэрации воды основан на интенсивном перемешивании водо-воздушной смеси через статический смеситель. Конструктивно статический смеситель представляет собой корпус, внутри которого находятся кольца Палля или другие турбулизирующие элементы. В приоритете использование колец так как их проще очищать от железосодержащих окисей, образующихся в процессе эксплуатации.

Кольца Паля отличаются очень высокой производительностью. Чётко и точно выраженные перемычки придают кольцу высокую механическую прочность и одновременно высокую пустотность. Малый вес и высокая прочность позволяют получать высокую насыпную высоту без промежуточных несущих решёток. Отличия этой насадки - высокие допустимые нагрузки при больших потоках газа и жидкостей и очень низкая потеря давления, кроме того, насадка нечувствительна к загрязнениям и моющим растворам.

С торцов корпуса находятся ‘’фиксаторы’’, чтобы не происходил вынос колец из смесителя. Ещё одним элементом такой системы аэрации воды является сепаратор и высокопоточный воздухоотводчик, задачей которых является отделение и вывод излишков воздуха из потока воды. По сравнению с контактной колонной статические смесители более компактны, особенно на производительностях по воде более 20,0 м3/ч, интенсивно перемешивают водо-воздушную смесь, но не обеспечивают необходимого времени контакта, поэтому их применение ограниченно при сильно загрязненной воде.

Безнапорная аэрация воды

Безнапорные установки аэрации воды представляют из себя контактую емкость, сообщающуюся с атмосферой. Обогащение воды кислородом воздуха в таких системах может выполняться при помощи аэрационного компрессора с тарельчатым распределителем, специального эжектора работающего при разряжении потока воды или при помощи разбрызгивающих устройств, монтируемых в верхней части емкости. Системы безнапорной аэрации более громоздки и требуют насосной станции второго подъема для дальнейшей фильтрации и подачи очищенной воды, однако в случаях обработки сильно загрязненных сложных вод (особенно с органическими соединениями), являются единственным возможным решением. 

Объём емкости для безнапорной аэрации воды обычно подбирается исходя из половины часового объема воды, проходящего через установку. Таким образом осуществляется некоторый запас исходной воды на случаи в перебое водоснабжения, частичное отстаивание загрязнений и снижение нагрузки на дальнейшее фильтровальное оборудование и обеспечивается стабильное давление обрабатываемой воды за счет насосной станции второго подъёма. 

Модельный ряд стандартных установок