Методы обезжелезивания воды
Подписаться на раздел|
Повышенное содержание железа в воде придает ей буроватую окраску, характерный металлический привкус, вызывает зарастание водопроводных сетей и, что самое важное, вредно для здоровья человека. При продолжительном потреблении воды с повышенным содержанием железа, избыток его накапливается в печени, вызывая со временем ее разрушение. В поверхностных водах железо чаще всего присутствует в виде органических (фульваты, гуматы) и минеральных комплексных соединений, либо в коллоидной форме. В подземных водах железо представлено в основном бикарбонатом железа (II), в меньшей степени сульфидами, карбонатами и сульфатами. Одной из основных форм существования железа в воде является также коллоидный гидроксид железа. Количество коллоидного гидроксида железа зависит от наличия в воде гумусовых веществ, которые способствуют устойчивости гидроксидной формы. Железо может переведено из этого комплекса в осадок двумя путями: • естественным – при участии бактерий, разрушающих органическое вещество • искусственным – с помощью сильных окислителей, уничтожающих защитные коллоиды гумусовых веществ. Многообразие форм и концентраций железа, встречающихся в природных водах, вызвало необходимость разработки целого ряда методов и технологических схем обезжелезивания воды. БЕЗРЕАГЕНТНЫЕ МЕТОДЫ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ Эти методы могут быть применены, когда исходная вода характеризуется: рН – не менее 6,7; щелочностью – не менее 1 мг-экв/л; перманганатная окисляемость – не более 7 мг О2/л. По стехиометрии на окисление 1 мг железа (II) расходуется 0,143 мг растворенного в воде кислорода, щелочность воды при этом снижается на 0,036 мг-экв/л. Метод окисления железа путем упрощенной аэрации основан на способности воды, содержащей двухвалентное железо и растворенный кислород, при фильтровании через зернистый слой железо осаждается на поверхности зерен, образуя каталитическую пленку из ионов и оксидов двух- и трехвалентного железа. 4Fe2+ + O2 + 8HCO3- +2H2O =4Fe(OH)3 + 8CO2 Эта пленка, ускоряет процесс окисления и осаждения железа из воды. В самом начале процесса обезжелезивания при поступлении на фильтр первых порций воды, когда загрузка еще чистая, адсорбция соединений железа на ее поверхности происходит в мономолекулярном слое т.е имеет место физическая адсорбция. После образования мономолекулярного слоя процесс выделения соединений железа на зернах песка не прекращается, а наоборот, усиливается, вследствие того, что образовавшийся монослой химически более активен, чем чистая поверхность загрузки. Пленка представляет собой очень сильный адсорбент губчатой структуры. Одновременно, она же является катализатором окисления поступающего в загрузку железа (II). В связи с этим эффект очистки воды зернистым слоем несравненно выше, чем это могло бы быть в гомогенном слое. РЕАГЕНТНЫЕ МЕТОДЫ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ Дозирование хлора или перманганата калия применяется при низких значениях рН, высокой окисляемости, нестабильности воды. По стехиометрии на окисление 1 мг железа (II) расходуется 0,64 мг хлора; щелочность воды при этом снижается на 0,018 мг-экв/л. Реакция окисления протекает по следующему уравнению: 2Fe2+ +Cl2 + 6HCO3- = 2Fe(OH)3 +2Cl- + 6CO2 При обработке воды перманганатом калия реакция окисления и последующего гидролиза протекает по уравнению: 4Fe2+ + MnO4- + 8HCO3- +2H2O =4Fe(OH)3 + MnO2 + 8CO2 По стехиометрии на окислении 1 мг железа(II) расходуется 0,71 мг перманганата калия; щелочность воды при этом уменьшается на 0,036мг-экв/л. Сам метод заключается в пропорциональном дозировании того или иного реагента в воду и осаждении, выпадающих в осадок (окисленных) соединений железа, на осадочном фильтре или фильтре обезжелезивания со специальной загрузкой. Обезжелезивание воды на марганцевом песке. Для быстрого окисления железа (II), даже при низких значениях рН, применяют загрузку с нанесенным на нее катализатором. В качестве катализатора чаще всего используют оксиды марганца в высших степенях окисления, которые в виде пленки покрывают зерна загрузки. Процесс окисления железа (II) высшими оксидами марганца, которые при этом восстанавливаются до низших ступеней окисления, а затем вновь окисляются перманганатом калия, при промывке загрузки. Эти процессы описываются уравнениями: 4Fe(HCO3)2 +3MnO2 +2H2O =4Fe(OH)3 + MnO + Mn2O3 + 8CO2 3MnO + 2KMnO4 +H2O = 5MnO2 + 2KOH 3Mn2O3 + 2KMnO4 +H2O = 8MnO2 + 2KOH ДЕМАНГАНАЦИЯ ВОДЫ Наиболее эффективным и технологически простым методом удаления марганца из вод поверхностных и подземных источников в настоящее время является - обработка их перманганатом калия. 3Mn2+ + 2MnO4- + 2H2O = MnO2 + 4H+ Очень важным аспектом применения перманганата калия для очистки воды от марганца является образование дисперсного осадка оксида марганца MnO2, который, имея большую удельную поверхность порядка 300 м2/г, является эффективным сорбентом. В водах с повышенным содержанием органических веществ железо и марганец образуют устойчивые органические соединения (комплексы), медленно и трудно удаляемые при обычной обработке хлором. Применение перманганата калия, сильного окислителя, позволяет разрушить эти комплексы с дальнейшим окислением ионов марганца (II) и железа (II) и коагуляцией продуктов окисления. Кроме того, коллоидные частички гидроксида марганца Mn(OH)4 в интервале рН=5….11 имеют заряд, противоположный зарядам коллоидов коагулянтов Fe(OH)3 поэтому добавление перманганата калия в воду интенсифицирует процесс коагуляции. На удаление 1 мг Mn(II) расходуется 1,88 мг. KMnO4. Таким образом, перманганат калия, оказывая совокупное действие как окислителя, сорбента и вспомогательного средства коагуляции, является высокоэффективным реагентом для очистки воды от целого ряда загрязнений, в том числе и от марганца. Использование катализаторов окисления марганца. Установлено, что предварительно осаженные на поверхности зерен фильтрующей загрузки оксиды марганца оказывают каталитическое влияние на процесс окисления иона марганца (II) растворенным в воде кислородом. При фильтровании аэрированной и подщелоченной воды, содержащей марганец, через песчаную загрузку по прошествии некоторого времени на поверхности зерен песка образуется слой, состоящий из отрицательно заряженного осадка гидрокисида марганца Mn2O3, который адсорбирует положительно заряженные ионы марганца (II). Гидролизируясь, эти ионы реагируют с осадком Mn(OH)4, образуя хорошо окисляемый полутораоксид Mn2O3 по реакциям: Mn(OH)4 + Mn(OH)2 = Mn2O3 + 3H2O 2Mn2O3 + O2 + 8H2O = Mn(OH)4 Таким образом, в результате снова образуется гидроксид марганца (IV), который опять участвует в процессе окисления в качестве катализатора. Использование этого свойства оксидов марганца дало возможность применить в практике кондиционирования воды метод ее фильтрования через песок, зерна которого предварительно покрыты пленкой оксида марганца (так называемый «зеленый марганцевый песок»).
|
