Знезалізнення води

У природній воді, особливо у воді підземних джерел, у великих кількостях у розчиненому вигляді міститься залізо і часто марганець. Норми їх утримання в питній воді складають за СанПіН 2.1.4.1074-01 0,3 мг/л для заліза та 0,1 мг/л для марганцю. Вимоги багатьох виробництв значно жорсткіші.

Видалення заліза з води називають знезалізненням. Часто одночасно з води видаляється марганець, тобто проводиться деманганація.

Залізо знаходиться у воді у таких формах:

  • двовалентне - розчинене у вигляді іонів Fe 2+;
  • тривалентне (хоча хлориди та сульфати Fe 3+ добре розчиняються у воді, іони Fe 3+ повністю гідролізуються в нерозчинний гідроксид Fe(OH)3 , який знаходиться у вигляді суспензії або осаду);
  • органічне залізо (перебуває у вигляді різних розчинних комплексів із природними органічними кислотами (гуматів), маючи, зазвичай, колоїдну структуру);
  • бактеріальне залізо – продукт життєдіяльності залізобактерій (залізо перебуває у тому оболонці).

У підземних водах є, в основному, розчинене двовалентне залізо у вигляді іонів Fe 2+ . Тривалентне залізо з'являється після контакту такої води з повітрям та у зношених системах водорозподілу при контакті води з поверхнею труб.

У поверхневих водах залізо вже окислене до тривалентного стану та, крім того, входить до складу органічних комплексів та залізобактерій. Підхід до очищення таких вод від заліза різний.

Якщо у воді присутній тільки тривалентне залізо у вигляді суспензії, що буває в системах, що живляться підземною водою через водонапірні башти, достатньо простого відстоювання або механічної фільтрації на фільтрах з розміром пор менше 5 мкм.

Для вилучення розчинених у водідвовалентного заліза та марганцю спочатку необхідно їх окислити та перевести в нерозчинну форму. Для окиснення використовують кисень повітря, хлор, озон, перманганат калію. Частинки окислених заліза та марганцю у вигляді гідроксиду відфільтровуються на гранульованому завантаженні. Ця операція зазвичай пов'язана з механічною фільтрацією води і може проводитися на традиційних піщаних, антрацитових або гравійних завантаженнях. Однак їх ефективність низька, оскільки процес окислення та формування пластівців досить тривалий.

2Fe 2+ + O2 + 2H + = 2Fe 3+ + 2OH

Такі матеріали починають ефективно працювати тільки після нарощування на їх частинках шарів гідроксиду заліза Fe(OH)3, що працює як каталізатор подальшого окиснення.

Принципово новими продуктами, що з'явилися протягом останнього десятиліття, є спеціальні каталітичні завантаження, що дозволяють з високою ефективністю проводити знезалізнення і деманганацію води. До них відносятьсяБірм (Birm), піролюзит, магнетит,Грінсенд (Manganese Greensand, MZ-10) таMTM та їх аналоги з іншими назвами, виробництва конкуруючих фірм. Це природні матеріали, що містять діоксид марганцю, наприклад типу піролюзиту, або цеоліти, в які при відповідній обробці вводиться діоксид марганцю. При пропущенні води, що містить двовалентне залізо і полівалентний марганець, через шар таких наповнювачів відбувається окислення заліза і марганцю та їх переведення в нерозчинний гідроксид, що осаджується на завантаженні.

Грінсенд (Manganese Greensand, MZ-10) та його хімічний аналог МТМ є пористими носіями (цеолітами), в структуру яких введений марганець. Greensand (у перекладі з англійської – зелений пісок) – це мінерал глауконіт. Manganese Greensand є натрієвимглауконітом ( NaZ ), попередньо обробленим розчином хлориду марганцю, який необоротно поглинається цеолітом.

При подальшому контактуванні з розчином перманганату калію на поверхні частинок утворюється шар вищих оксидів марганцю:

У такій формі марганцевий цеоліт є джерелом кисню, який окислює іони двовалентних заліза і марганцю до тривалентних. В окисленому стані залізо і марганець осаджуються у вигляді нерозчинних гідроксидів:

Плівка вищих оксидів марганцю витрачається на окислення заліза і марганцю, і тому необхідне постійне або періодичне відновлення. Для цього завантаження або попередньо обробляється розчином калію перманганату, або його постійно дозують у воду за допомогою системи пропорційного дозування (насоса-дозатора) перед її надходженням у фільтр. Використання перманганату калію спільно з даними завантаженнями дозволяє також видалити з води сірководень, окислюючи його до елементарної сірки, і частково органічні речовини та біологічні забруднення, забезпечуючи знезараження води.

знезалізнення

води

води

Основні способи знезалізнення води:

а – подача повітря компресором чи ежектором; б – об'ємна аерація; в – дозування перманганату

У першому варіанті обробка перманганатом калію проводиться при кожній регенерації завантаження. Регенерація включає розпушення завантаження подачею води знизу, при цьому з шару видаляються затримані гідроксиду металів і механічні забруднення. Потім фільтр зверху подається розчин перманганату калію в розрахунковій кількості, і після його пропуску завантаження відмивається водою до відсутності в ній слідів марганцівки. Для проведення ефективної регенерації кількість перманганату калію береться з великоюнадлишком, що надходить у стічні води. Якщо для очищення стоків використовуються біосептики, як це прийнято в сучасних котеджах, перманганат, що надійшов в них, повністю вбиває мікроорганізми і виводить септик з ладу.

У цьому варіанті сам фільтр та пристрій автоматичного управління аналогічні фільтру пом'якшення (див. нижче), в сольовому баку якого знаходиться розчин перманганату.

У другому випадку регенерація фільтра проводиться традиційним зворотним промиванням, аналогічно з механічними фільтрами.

Порівнюючи ці два способи, можна відзначити, що при безперервному дозуванні калію перманганат використовується в стехіометричній кількості. Однак при зміні складу води, наприклад, сезонному, можливе або недоокислення заліза і марганцю, або попадання перманганату, що не прореагував надлишку, в очищену воду. Останнє призводить до перевищення ГДК по марганцю і появі на сантехніці забруднень, що важко видаляються.

Обробка завантаження перманганатом при регенерації, як зазначалося, вимагає великих витрат дорогого реагенту і виводить з ладу септики.

Зроблений розрахунок для очищення 0,8 м 3 на добу води, що містить 4,0 мг/л двовалентного заліза та 0,3 мг/л марганцю, показав, що при періодичній регенерації з рекомендованою виробником витратою, що дорівнює 2 г KMnO4 на 1 л завантаження, річне споживання складе 17,2 кг KMnO4. При безперервному дозуванні у кількості, розрахованій для повного окислення заліза та марганцю, річне споживання становитиме 1,34 кг KMnO4. Отже, у першому випадку надлишкові майже 16 кг KMnO4 будуть скинуті у каналізацію з відповідним результатом.

Ґрінсенд має більшу щільність і вимагає більшої витрати води на розпушування, ніж МТМ, але забезпечує більш тонку фільтрацію. Застосуваннязавантажень типу Grеensаnd, MZ -10, MTM дає можливість видаляти до 20 мг/л заліза та до 5 мг/л марганцю.

Найбільш складно видалити залізо, що входить до складу органічних сполук та біологічних об'єктів. Необхідно або зруйнувати органічні комплекси, або, навпаки, їх агрегатувати до створення умов осадження, або витягти їх із розчину.

Органічні комплекси гумінових та фульвокислот дуже стійкі і при обробці звичайними окислювачами важко та не повністю руйнуються. Хлорування дає незначний ефект та призводить до появи токсичних продуктів. Більш ефективно та екологічно безпечно для споживача озонування. Оскільки різні води суттєво відрізняються за складом, ефективність такої обробки може бути встановлена ​​лише за експериментів з конкретним зразком води. У ряді випадків озонування не дає суттєвого ефекту.

Стандартним методом видалення органічних забруднень є сорбція на активованому вугіллі. Цей спосіб широко використовується в промисловості та муніципальній водопідготовці. Застосовується фільтрація через шар гранульованого вугілля або введення пилоподібного вугілля. Найкращі результати виходять при спільному використанні пилоподібного вугілля та коагуляції.

Коагуляція солями заліза або алюмінію дає, як правило, хороші результати видалення органічного заліза.

Сучасними ефективними методами видалення органічних забруднень є сорбція на спеціальних слабоосновних аніонітах - органопоглинача (скавенжерах), іультрафільтрація на мембранах. При обробці води, що містить залізо, що знаходиться в дуже міцному комплексі з гуматами, який не руйнувався хлором та озоном, застосування органопоглинача дозволило одним його обсягом очистити від заліза та органічних домішок до20 000 обсягів води.

Обробка цієї води солями алюмінію в режимі контактної коагуляції також дала хороші результати.

Бактеріальне залізо видаляється як методами коагуляції та ультрафільтрації, так і з використанням залізобактерій.