О выборе метода обезжелезивания воды

Высокое содержание железа ухудшает органолептические показатели воды, ограничивает ее использование в технологических процессах, приводит к образованию отложений и шлама в инженерных системах, отрицательно влияет на водоподготовительное оборудование (ионообменное, баромембранное, магнитное и др.). Кроме того, железо способствует развитию «железобактерий», в результате чего в трубопроводах и на оборудовании образуются скопления слизи. Санитарные нормы России запрещают использовать для хозяйственно-питьевого водоснабжения воду, содержание железа в которой превышает 0,3 мг/л. В ряде случаев очистка воды от соединений железа – довольно сложная задача, которая может быть решена только комплексно. В первую очередь это связано с многообразием форм существования железа в природных водах

В воде поверхностных источников железо находится обычно в форме органо-минеральных коллоидных комплексов, в частности, в виде гуминовокислого железа и тонкодисперсной взвеси гидроксида железа. В речной воде, загрязненной кислотными стоками, встречается сульфат двухвалентного железа FeSO4. Из-за наличия в речной воде растворенного кислорода двухвалентное железо Fe2+ окисляется в трехвалентное Fe3+. При появлении в воде сероводорода H2S образуется тонкодисперсная взвесь сульфида железа FeS. Подземные источники воды в подавляющем большинстве характеризуются наличием растворенного бикарбоната двухвалентного железа Fe(HCO3)2, который вполне устойчив в отсутствие окислителей и рН>7,5. При высокой карбонатной жесткости, рН>10 и содержании Fe2+>10 мг/л бикарбонат может гидролизоваться с образованием углекислоты. Концентрация железа в подземных грунтовых водах находится в пределах от 0,5 до 50 мг/л. В Центральном регионе РФ, включая Подмосковье, эта величина изменяется в диапазоне 0,3–10 мг/л, наиболее часто – 3–5 мг/л, в зависимости от географического местоположения и глубины источника. Анаэробная (не имеющая контакта с воздухом) прозрачная грунтовая вода может содержать соединения двухвалентного железа (Fe2+) до нескольких мг/л без ее помутнения при прямой подаче из источника. Однако при контакте с кислородом воздуха двухвалентное железо окисляется до трехвалентного коллоидного состояния, придавая воде характерный красно-коричневый оттенок.

Пользователь зачастую наблюдает следующую картину: в первый момент вода, полученная из скважины, кажется абсолютно чистой и прозрачной, но с течением времени (от нескольких минут до нескольких часов) мутнеет, приобретая специфический оттенок. При отстаивании воды муть оседает, образуя бурый рыхлый осадок (гидроксид трехвалентного железа). Процесс окисления Fe2+ до Fe3+ каталитически ускоряют присутствие в воде солей меди, а также контакт воды с ранее выпавшим осадком Fe(OH)3. В зависимости от условий (значение рН, температура, наличие в воде окислителей или восстановителей, их концентрация) окисление может предшествовать гидролизу, идти параллельно с ним или окислению может подвергаться продукт гидролиза двухвалентного железа Fe(OH)2. Выбор оптимального метода обезжелезивания воды зависит от знания форм железа, присутствующих в природных водах. В соответствии с требованиями СНиП 2.04.02-84* метод обезжелезивания воды, расчетные параметры и дозы реагентов следует принимать на основе результатов технологических изысканий, выполненных непосредственно у источника водоснабжения.

Методы обезжелезивания

Для обезжелезивания поверхностных вод используются только реагентные методы с последующей фильтрацией. Обезжелезивание подземных вод осуществляют фильтрованием в сочетании с одним из способов предварительной обработки воды – аэрацией (упрощенной, и в специальных устройствах), коагуляцией и осветлением, введением окислителей – хлора, гипохлорита натрия или кальция, озона, перманганата калия. При мотивированном обосновании применяют катионирование, диализ, флотацию, электрокоагуляцию и другие методы. Для удаления из воды железа, содержащегося в виде коллоида гидроксида железа Fe(OH)3 или в виде коллоидальных органических соединений, используют коагулирование сульфатом алюминия или железным купоросом с добавлением хлора или гипохлорита натрия. В качестве наполнителей для фильтров, в основном, используют песок, антрацит, сульфоуголь, керамзит, пиролюзит, а также фильтрующие материалы с нанесенным катализатором, ускоряющим процесс окисления двухвалентного железа в трехвалентное. В последнее время всё большее распространение получают именно такие наполнители.

Аэрация

В процессе аэрации кислород воздуха окисляет двухвалентное железо, при этом из воды удаляется углекислота, что ускоряет процесс окисления и последующий гидролиз с образованием гидроксида железа. Метод упрощенной аэрации основан на способности воды, содержащей двухвалентное железо и растворенный кислород, при фильтровании через зернистый слой выделять железо на поверхности зерен загрузки, образуя каталитическую пленку из ионов и гидроксидов двух- и трехвалентного железа. Пленка активно интенсифицирует процесс окисления и выделения соединений железа из воды. Нужно отметить: ряд примесей в очищаемой воде, таких как сероводород, свободная углекислота, коллоидная кремниевая кислота, аммиак, заметно ухудшают каталитические свойства пленки. Этот метод допустим, если концентрация железа в воде не превышает 10 мг/л, а значение рН – более 6,8. (Есть также ограничения значений щелочности, перманганатной окисляемости, содержания сероводорода, аммонийных солей и сульфидов.) В других случаях необходима предварительная аэрация воды в аэраторах с добавлением в нее необходимых реагентов (хлор, гипохлорит натрия, перманганат калия и др.). При содержании железа в воде в виде сульфата FeSO4 аэрация воды не позволяет провести ее обезжелезивание из-за образования кислоты, понижающей значение рН воды менее 6,8, при этом процесс гидролиза почти прекращается. Для удаления из воды кислоты требуется ее известкование с осаждением плохо растворимого гипса CaSO4. После известкования необходимы отстаивание и фильтрование воды. При использовании напорных фильтров воздух вводят непосредственно в подающий трубопровод, с нормой расхода 2 л на 1 г железа (II). Если в исходной воде более 40 мг/л свободной углекислоты и более 0,5 мг/л сероводорода, то воздух в трубопровод не вводят. В этом случае перед напорным фильтром необходимо установить промежуточную емкость со свободным изливом воды и повысительный насос. Когда необходимо удалить из воды железо при концентрации его в воде более 10 мг/л и увеличить значение рН до более 6,8, осуществляется аэрация в специальных устройствах – дегазаторах. Вода в них обогащается кислородом, и происходит окисление железа. Затем она подается на фильтр, где в объеме наполнителя завершаются образование хлопьев гидроксида трехвалентного железа и их задержание.

Метод «сухой фильтрации»

Метод заключается в фильтровании воздушно-водной эмульсии через «сухую» (незатопленную) зернистую загрузку путем создания в фильтре вакуума или нагнетания большого количества воздуха с последующим отсосом из поддонного пространства. При этом на поверхности фильтрующей загрузки образуется ад- сорбционно-каталитическая пленка из соединений железа (и марганца, если он присутствует в воде), повышающая эффективность процессов обезжелезивания и деманганации. В качестве загрузки обычно используют песок, керамзит, антрацит, винипласт и др.

Коагулирование, осветление, флокулирование

Из поверхностных вод, как правило, необходимо удалить взвеси и коллоидно-дисперсные вещества, включающие соединения железа. Освобождение воды от взвесей и коллоидных веществ возможно осуществить только путем ввода специальных реагентов-коагулянтов. Коагулянт образует в воде хлопья, которые адсорбируют на своей поверхности коллоиды и выделяются в виде осадка. В качестве коагулянтов применяют сульфат алюминия (при рН исходной воды 6,5–7,5), сульфат железа (железный купорос), хлорное железо (рН = 4–10), полигидроксихлорид алюминия. Для интенсификации процесса коагуляции в воду дополнительно вводят флокулянты. Обработка воды окислителями Реагенты-окислители, в первую очередь хлор, с целью обеззараживания, а также удаления железа, используются в России с начала ХХ в. После обработки разных вод этим методом содержание железа во всех случаях становится меньше 0,1 мг/л, причем и тогда, когда не работают другие методы. Под действием хлора происходят разрушение гуматов и других органических соединений железа и переход их в форму неорганических солей трехвалентного железа, которые легко гидролизуются с выпадением в осадок. Доза хлора, в зависимости от содержания железа, может составлять 5–20 г. на 1 м3 воды при контакте, по крайней мере, в течение 30 мин (не только для окисления железа, но и для надежного обеззараживания). Однако этот метод обработки воды обладает целым рядом недостатков, в первую очередь связанных со сложной транспортировкой и хранением больших объемов жидкого высокотоксичного хлора. Поэтому в последние годы всё шире используют обработку воды раствором гипохлорита натрия (NaClO), причем этот метод находит применение как на крупных станциях водоподготовки, так и на небольших объектах, в том числе и в частных домах. Водные растворы гипохлорита натрия получают химическим или электрохимическим методом по суммарной реакции. В процессе окисления железа гипохлоритом натрия не происходит подкисления воды, а это очень важно для процесса фильтрации. Кроме того, раствор гипохлорита натрия (как товарный, так и электрохимический) – щелочной, что благоприятно для фильтрования. Окисление двухвалентного железа достигается также введением в исходную воду перед фильтрами раствора перманганата калия KMnO4. С целью обработки сложных вод и экономии достаточно дорогостоящего перманганата калия он может использоваться в сочетании с гипохлоритом натрия. Один из перспективных методов окисления железа – озонирование (см. А-Т 26.302), одновременно обеспечивающее обеззараживание, обесцвечивание и дезодорацию воды, улучшение ее органолептических свойств, окисление двухвалентных железа и марганца.

Фильтрование с применением каталитических загрузок

Наиболее распространенный метод удаления железа и марганца, применяемый в высокопроизводительных компактных системах, – фильтрование с применением каталитических загрузок. В качестве последних используются природные материалы, содержащие диоксид марганца или загрузки, в которые диоксид марганца введен при соответствующей обработке. К ним относятся дробленый пиролюзит, «черный песок», сульфоуголь и МЖФ (отечественные загрузки); Manganese Green Sand (MGS), Birm, МТМ (зарубежные наполнители). Эти фильтрующие загрузки (засыпки для фильтров) различаются как своими физическими характеристиками, так и содержанием диоксида марганца и поэтому эффективно работают в разных диапазонах значений характеризующих воду параметров. Их действие основано на способности соединений марганца сравнительно легко изменять валентное состояние. Двухвалентное железо в исходной воде окисляется высшими оксидами марганца. Последние восстанавливаются до низших ступеней окисления, а далее вновь окисляются до высших оксидов растворенным кислородом и перманганатом калия. Впоследствии большая часть окисленного и задержанного на фильтрующем материале железа вымывается в дренаж при обратной промывке. Таким образом, слой гранулированного катализатора служит одновременно и фильтрующей средой. Для улучшения процесса окисления в воду могут добавляться дополнительные химические окислители. При проведении процесса следует иметь в виду, что для эффективного окисления соединений железа (и марганца) необходимо как наличие катализатора, который только ускоряет процесс, так и реагента-окислителя. В роли окислителя могут выступать растворенный кислород, высшие соединения марганца, хлор, гипохлорит. Он вводится извне или входит в состав фильтрующей загрузки. В последнем случае следует определить ресурс загрузки, исходя из состава воды и ее расхода, а также обеспечить своевременную регенерацию или замену фильтрующего материала. Отметим: системы на основе каталитического окисления с помощью диоксида марганца неэффективны в отношении органического железа; более того, при наличии в воде любой из форм органического железа, на поверхности гранул фильтрующего материала со временем образуется органическая пленка, изолирующая катализатор (диоксид марганца) от воды. Кроме того, они не могут справиться со случаями, когда содержание железа в воде превышает 10–15 мг/л. Присутствие в воде марганца еще более ухудшает эффективность обезжелезивания. Каталитические наполнители позволяют вести процесс фильтрования со скоростью 10 м/ч при высоте слоя наполнителя 1 м. Современные эффективные способы удаления органического железа – сорбция на специальных слабоосновных анионитах (органопоглотителях) и ультрафильтрация.


Обращаем Ваше внимание, что помимо традиционных способов оплаты товара в нашем магазине предусмотрена возможность он-лайн оплаты через сервис по приему платежей RoboKassa, что позволяет расплачиваться: банковской картой, через интернет-банкинг, электронным кошельком, через терминалы оплаты, различными другими способами включая сотовых операторов.





Валюта цен
Курс магазина
Доллар:
80,00 руб.
Евро:
90,00 руб.
Наши сертификаты:
Сертификат официального дистрибьютера Canature
Сертификат официального дилера ACV

Другие наши сайты:
РуТепло.ru КупиТепло.ru ИнсталТерм.ru