有效去除制丝用水中铁离子的技术

2019-10-10 16:08 来源：钢铁世界网作者：dengys

1．除铁工作原理接触氧化式水－气射流泵高效曝气压力过滤除铁装置的除铁工作原理：利用射流泵将空气送入运转中的深井泵，水和空气在深井泵叶轮的高速旋转搅动中得以充分混合而变成溶氧水，含溶解氧的地下水在深井泵的压送下，经过滤器的虑层进行过滤时，水中的二价铁被滤料吸附，从而氧化水解，逐渐生成具有催化作用的铁质活性“滤膜”，在滤膜的催化作用下，铁的氧化速度大大加快，进而被滤料除去，这种除铁方法称为曝气接触氧化法。这种除铁装置最大的优点式可以根据水源的水质状况，调节地下水的溶氧量，以达到最佳除铁效果。

2．影响除铁的主要因素我国的缫丝厂分布较广，各地的地下水中所含的矿物质不尽相同，所以，设计这套除铁装置必须结合本企业水源的实际状况，也就是说，必须考虑以下的一些因素。 2．1铁和锰在处理过程中的干扰在实践中，如果地下水中铁和锰的含量都较高时，一般应先除铁后除锰，当原水含铁、含锰量均较低时，铁和锰可用在同一滤层中去除的方法。 2．2水中可溶性硅酸对除铁的影响地下水中都不同程度地含有可溶性硅酸，一般在15－30mg/L之间，少数地区高达60－80mg/L据国外文献报道，水中可溶性硅酸超过30－50mg/L，将明显阻碍铁的空气氧化。当硅酸含量高的水曝气后PH值提高7.0以上，正二价铁离子迅速被氧化成正三价时，所生成的正三价－硅酸复合物会大量穿透滤层，致使滤后水质不合格。可溶性硅酸含量较高的水源，可以采用曝气接触氧化法，适当控制曝气程度，曝气后水的PH值在7.0以下，并迅速进入过滤器，使正二价铁离子的氧化和正三价铁离子的凝聚沉淀过程基本上在滤层中完成，这样可以获得较好的除铁效果但是，上述情况也有例外，这是因为含铁、含锰地下水不仅仅受硅酸含量的影响，而且还受其他水质因素的影响。 2．3碱度、PH值的影响从除铁的化学反应方程式得知，水的PH值越高，越有利于铁的氧化反应。因此，接触氧化铁，要求原水的PH值在6.0以上。调查及试验结果表明，碱度对除铁的影响更甚于是溶解硅酸，从有关资料得知，某些水源硅酸含量在45mg/L以上，但由于原水碱度在268mg/L以上，甚至高达1062mg/L,而曝气后的水PH值虽达7.1以上，甚至高达7.5－8.0并未发生铁穿透滤层的现象。有些水源的硅酸含量虽不高，但原水碱度低于98mg/l，在生产和试验中却发现，这类水一经曝气，当PH值接近或超过7.0，便有高铁大量穿透滤层的现象发生。由上可见，充分曝气后高铁是否穿透滤层，并不完全取决于硅酸的含量，而主要是取决于原水碱度的高低。经验表明，原水碱度低于122mg/L,尤其是低于92mg/L时，将明显影响除铁的效果。

3．除铁工艺流程和气水比的合理选择 3．1原水含铁量较低时的工艺流程当原水含铁量低于5mg/L时，可以采用以单级过滤装置为主体的除铁工艺系统，这种工艺流程可将曝气装置与反应池组成一体，当原水含铁量超过5mg/L不多时，可适当降低滤速，或适当增加滤层厚度。 3． 2原水含铁量较高时的工艺流程（1）当原水含铁量高于5mg/L，且水中含锰量高于1.5mg/L时，可以采用双级滤池为主体的除铁系统，这种工艺流程一级过滤主要是除铁，二级过滤主要是除锰。曝气装置的位置视原水水质及其他条件而定，一般设于二次过滤之前（2）当原水含铁量高于5mg/L,且水中可溶性硅酸（以SiO2计）含量较高（30－50mg/L）,而碱度较低（低于73－122mg/l）时，可在一级过滤前采用简单曝气形式，在一级过滤后采用强烈曝气形式。曝气时的气水比（参与曝气的空气体积和水体积之比），对曝气效果有重要影响。在曝气溶氧过程中，由于氧在水中的溶解度很小，参与曝气的空气中的氧不可能全部溶于水中，选用过大的气水比是不必要的，一般不大于0.1－0.2。在曝气散除二氧化碳过程中，由于参与曝气的空气量有限，只能散除水中部分二氧化碳，随着气水比的增大，二氧化碳的去除率不断升高，所以只有选用较大的气水比，才能获得好的曝气效果，气水比一般不小于3－5。

4 除铁过滤设施 4 . 1 压力滤罐水一气射流泵高效曝气压力过滤除铁装置的压力滤罐属于一种降速过滤装置，这种装置的工作性能稳定，因而出水水质较好。每只罐体的直径可根据实际需要确定。 4 . 2 滤料由于水一气射流泵高效曝气压力过滤除铁装置属于接触氧化式，因而对除铁滤料除了应满足作为滤料的一般要求，及有足够的机械强度，足够的化学稳定性，不含毒质，对除铁水质无不良影响等特点以外，还应具有较大的吸附容量和较短的“成熟期”。从我厂多年的实践对比认为，选用精制石英砂可满足上述要求。精制石英砂滤料的粒径应根据水中铁离子的含量进行配置，最大可在1.0－1.55mm和最小在0.5-0.6mm之间选择，精制石英砂滤料承托层的组成，同一般快滤池。 4 . 3 滤速和滤层厚度除铁过滤罐的滤速在设计时应根据原水水质，特别是地下水的含铁量来确定。设计滤速以选用5-10m/h时为宜，含铁量低可选用上限，含铁量高宜选用下限。除铁过滤罐内的滤层厚度在设计时也应根据地下水的含铁量来确定，设计滤层厚度以选用1000-1500mm为宜，含铁量低时选用上限，含铁量高时选用下限。 4 . 4 滤罐工作周期及反冲洗从我厂水一气射流泵高效曝气压力过滤除铁装置的工作周期使用情况看，应保证滤池运转后工作周期不小于18h ，若周期过短，既浪费水量，又不适应缥丝厂生产时间（两班制16h ）。滤罐的反冲洗，应安排在下班后，反冲洗强度一般为13-15L/s.m2，膨胀率为30%-40%，冲洗时间10-15min，冲洗时间不宜过长，以免破坏铁质活性滤膜。

5 使用效果和适用条件我国制丝企业常用曝气装置的形式主要有：跌水曝气装置，莲蓬头或穿孔管曝气装置。这两种装置我厂曾先后采用过，它们的使用效果和适用条件与水一气射流泵高效曝气装置的使用效果和适用条件分别对比如下。 5 . 1 跌水曝气装置跌水曝气装置的工作原理是：水自高处自由落下，能挟带一定量的空气进人下部受水池，空气以气泡形式与水接触，使水得以曝气。跌水曝气的溶氧效率，与跌水的单宽流量、跌水高度以及跌水级数有关。另外，由于这种装置安装在室外，它还受到大气压、风速、阳光等多种因素的影响。一般情况下，各企业根据地下水的含铁量，采用跌水1-3级，每级跌水高度0.5-1m，单宽流量20-50m3/h.m。我们从多年的实践中发现，这种形式的曝气装置由于曝气效果（溶氧饱和度）仅为30%-50%，曝气后水中溶解氧含量只有2-5mg/L。曝气的不稳定和不充分，造成在制丝生产过程中白厂丝产生灰丝和夹花丝。因此，对制丝生产而言，它只适用于处理含铁量低于0.5mg/L的地下水。 5 . 2 莲蓬头或穿孔管曝气装置莲蓬头或穿孔管曝气是一种喷淋式曝气装置，地下水通过莲蓬头或穿孔管上的小孔向下喷淋，把水分散成许多水滴与空气接触，从而实现水的曝气。莲蓬头的锥顶夹角45度－60度，锥底面为弧形，直径为150-250mm，孔眼直径4-6mm，开孔率10%-20%，安装高度为离曝气池内水面1.5-2m。水在孔眼中的流速可取为2-3m/s，一个莲蓬头的出水流量为4-8L/s，当将莲蓬头安装在滤池水面上时，每个莲蓬头的服务面积为1-3m2。穿孔管曝气装置与莲蓬头相类似，管上孔眼直径5-10mm，孔眼倾斜向下与垂线夹角不大于45度。孔眼流速2－3m/s，安装高度1.5-2.5m。穿孔管曝气装置可单独设置，也可设于曝气塔上或跌水曝气池上，与其他曝气装置组合设置。莲蓬头或穿孔管的曝气效果（溶氧饱和度）为50%-60%，它与跌水曝气装置相比，由于水中溶氧量增加，除铁效果有所提高，但它存在的缺点与跌水曝气有相同之处，由于曝气不充分，除铁也不彻底，如用于处理制丝用地下水，水中的含铁量不能高于0.8mg/L。 5．3水－气射流泵高效曝气装置水－气射流泵高效曝气装置的工作原理前面已经谈到，这种装置的构造如图

水－气射流泵高效曝气装置在设计时应掌握几个要点：喷嘴锥顶夹角可取15－25度；喷嘴前端应有长为0.25d0的圆柱段（d0为喷嘴直径）；混合管为圆柱形，管长L2为管径d2的4－6倍；喷嘴距混合管入口的最佳距离Z为喷嘴直径d0的1－3倍，即Z＝1－3 d0，当面积比较大时，取较大的Z值；空气吸入口应位于喷嘴之后；喷嘴内壁、混合管内圆面、扩散管内圆面的加工光洁度应达到5－6级。喷嘴、混合管和扩散管的中心线必须对准。射流泵向深井泵吸水管加气的方式见图
水－气射流泵高效曝气装置的曝气效果（溶氧饱和度）可达100％，如与单级压力过滤除铁装置相配，可适用于处理含铁量5mg/L以下的地下水，如与两级压力过滤除铁装置相配，可适用于处理含铁量10mg/L以下的地下水。这种高效曝气除铁装置与制丝企业常用的曝气除铁装置相比，具有受外部影响因素小，曝气充分

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