Обезжелезивание
Одно из наиболее часто встречающихся в природной воде загрязнений - это повышенное содержание железа (Feобщ, Fe2+, Fe3+). В природной воде встречаются многообразные формы соединений железа, которые попадают в воду различными путями и все они вредны как для здоровья человека, так и для многочисленных приборов используемых человечеством для обеспечения своей жизнедеятельности.
При этом железо может присутствовать в воде в четырех различных формах:
- двухвалентное железо Fe2+ в виде растворенных ионов;
- трехвалентное Fe3+ (коллоидное железо) в виде осажденных частиц;
- железо общее Feобщ в виде растворенных ионов двухвалентного железа Fe2+ и ионов
трехвалентного железа Fe3+
- в виде неотъемлемой части микроорганизма - бактериальное железо.
Метод очистки воды от железа называется - обезжелезивание
В воде железо обычно находится в двухвалентном состоянии. При определенных условиях оно легко окисляется растворенным в воде кислородом, переходя в трехвалентную форму, и оседает в виде плохо растворимой гидроокиси красновато-бурого цвета. Поэтому вода, содержащая двухвалентное железо и только что налитая в стакан и совершенно прозрачная со временем мутнеет. Органическое железо присутствует в растворенных соединениях и мелкодисперсных осадках. Некоторые виды бактерий используют энергию, выделяемую при окислении ими двухвалентного железа, которое становится частью их слизистых оболочек.
Поскольку железо (Fe) и марганец (Мn) составляют приблизительно 5 и 0,1 %, соответственно, коры земли, неудивительно, что эти элементы также найдены в подземных водах. Грунтовые воды могут содержать большие количества диоксида углерода, сформированного во время разложения органической материи в верхних областях земли и затем выщелачиваемого вниз к водоносным слоям. Диоксид углерода затем реагирует с водой, чтобы формировать угольную кислоту, которая понижает pH грунтовых вод. Водоносные слои с низким pH вместе с отсутствием растворенного кислорода и присутствия других, часто встречающихся восстановителей, содержат нерастворимые формы марганца и железа.
Марганец более трудно окислить в нерастворимую форму, чем железо, следовательно, также более трудно устранять, поэтому он почти всегда находится в воде как растворенный ион. Концентрации марганца в грунтовых водах редко превышают уровень 2 мг/л.
Ситуация может усложняться тем, что железо и марганец могут содержаться в грунтовых водах в виде органических или неорганических комплексов, которые образуются, при содержании в воде гуминовых, фульво- и танокислот, создающих с растворимым железом и марганцем устойчивые комплексы, обычно находящихся в грунтовых поверхностных водах, где органическое вещество распространено. Часто вода, содержащая органические комплексы железа и марганца, бывает ярко окрашена. Органические комплексы могут также присутствовать в водопроводной бесцветной, но мутной воде.
Соединения железа и марганца могут также иметь неорганическую природу, при взаимодействии с силикатами, фосфатами и монофосфатами. Они - подлинные комплексы с железом и марганцем, изолированным неорганической молекулой. Однако, даже при окислении, встречаются относительно устойчивые комплексы, которые предотвращают агломерацию, осаждение и фильтрацию окисей.
Допустимым пределом содержания суммарного железа в воде хозяйственно-питьевого назначения является значение 0,3 мг/л.
В связи с этим, возникает вполне естественный вопрос: каким же образом произвести обезжелезивание воды?
На первый взгляд, очень просто. Надо перевести железо, содержащееся в воде, в нерастворимую трехвалентную форму и как следует отфильтровать. А вот как перевести в иное химическое состояние и как отфильтровать - это уже целая проблема. Причем проблема достаточно серьезная и обусловленная разнообразием природных условий, в том числе многообразием состава, как правило, подземных вод, а также форм соединений железа в них. При этом обезжелезивание воды может включать целый ряд физико-химических процессов и сводиться, прежде всего, к концентрации растворенных в воде соединений железа и к последующему их переводу в нерастворимые и слаборастворимые формы.
Обезжелезивание и удаление марганца из воды производится технологиями включающими в себя фильтры умягчения и окисления. В прошлом, при умягчении с использованием ионообменного вещества, данные технологии также использовались для удаления марганца и обезжелезивания. Этот метод, однако, мог использоваться только если железо и марганец находилось в полностью растворимых формах, что ограничивало использование воды с относительно низким pН, и воды, не содержащей кислорода или других окислителей. Увеличение концентрации железа и марганца потенциально загрязняет ионообменое вещество, уменьшая срок его службы.
Одновременное умягчение с удалением железа и марганца не всегда дает желательный результат. Поэтому рекомендуется отдельно умягчение и удаление железа и марганца.
Существует тип фильтров, работа которых основана на окислении железа и марганца кислородом воздуха с дальнейшей фильтрацией через инертную загрузку материала катализатора.
Недостаток этого типа фильтров - кислород, который для аэрации должен быть включен в систему, увеличивает коррозионную активность очищенной воды. Кроме того, окисление растворенного марганца при диапазоне рН. от 6 до 7,0 не будет выполнено без использования более сильного окислителя типа перманганат калия.
Сероводород также требует более сильного окисления в виде хлорирования или дозирования перманганата калия.
Современные осадительные системы с каталитической фильтрующей средой позволяют эффективно удалять из воды железо, марганец и сероводород, которые находятся в растворенном состоянии. В качестве фильтрующей среды используется базовый материал, обогащенный оксидом марганца (II). Фильтрующий материал Manganese Greensand (далее-марганцевый зеленый-глаутонитовый песок, MGS) имеет высокую и стабильную способность по эффективному удалению растворенного железа (Fe2+), марганца (Mn2+)и сероводорода (H2S), отрицательно влияющих на качество очищенной воды. Аналогичные каталитические фильтрующие среды - Greensand Plus, MTM, FMH. В качестве базового фильтрующего материала обычно используется минерал Zeolite или натуральная марганцевая руда.
Оксид марганца служит катализатором, многократно ускоряющим реакцию окисления железа, марганца и сероводорода. В результате этого процесса растворенные в воде железо или марганец переходят в нерастворимую форму, задерживаются в слое фильтрующей среды и выпадают в осадок, который вымывается в дренаж при обратной промывке. После обратной промывки производится регенерация фильтрующей загрузки с использованием 6% водного раствора перманганата калия (марганцовки), после чего фильтрующая среда MGS восстанавливает свои каталитические свойства. Вторичной промывкой из слоя катализатора удаляется оставшаяся часть перманганата калия и фильтрующая среда вновь готова к работе.
При расчете систем деманганизации и обезжелезивания необходимо учитывать суммарную концентрацию железа, марганца и сероводорода. В некоторых случаях эффективное удаление растворенного двухвалентного железа достигается предварительным дозированием раствора перманганата калия (KMnO4), или гипохлорита натрия (NaOCl).
Обезжелезивание воды, как из поверхностных источников водоснабжения, так и из артезианских скважин, представляет собой одну из самых сложных технологических проблем. Даже поверхностный обзор существующих на сегодняшний день методов обезжелезивания воды позволяют сделать вполне обоснованный вывод о том, что не существует универсального, экономически оправданного способа обезжелезивания воды, применимого во всех случаях жизни. Напротив, в каждом конкретном случае необходимо использовать конкретные методы и конкретное водоочистное оборудование для обезжелезивания.
ЗАО «Акваметосинтез» придерживается именно такого принципа при разработке технологических схем для обезжелезивания воды. Ведь при выборе методов очистки воды от примесей железа необходимо учесть множество факторов, начиная от концентрации содержания железа в исходной воде, заканчивая географическим месторасположением объекта и уровнем обслуживающего персонала. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо использовать конкретные методы и водоочистное оборудование, уровень автоматизации технологического процесса обезжелезивания и т.д.
Наше предприятие изготавливает водоподготовительные установки для обезжелезивания воды как в мобильном исполнении - типа МВПУ, производительностью до 100 м3/час, так и в блочно-модульном исполнении - серии БВПУ, производительностью до 10 000 м3/час.
Функциональное назначение установок - обесцвечивание, осветление, обезжелезивание, деманганация, умягчение, обессоливание, дегазация, корректировка минерального состава и обеззараживание воды с доведением её до нормативных требований.
Все производимые нашим предприятием водоподготовительные установки сертифицированы. Наряду с изготовлением установок ЗАО «Акваметосинтез» производит их монтаж и пуско-наладку непосредственно на объектах, а также обеспечивает гарантийное и сервисное обслуживание установок собственными специализированными бригадами.