Методи за обезжелезяване на вода
отстраняване на желязо
За отстраняване на желязо от повърхностни води се използват само реагентни методи, последвани от филтриране. Отстраняването на желязо от подпочвените води се извършва чрез филтриране в комбинация с един от методите за предварителна обработка на водата:
- аериране на специални устройства;
- коагулация и избистряне;
- въвеждането на окислители като хлор, натриев или калциев хипохлорит, озон, калиев перманганат.
С мотивирана обосновка се използват катионизация, диализа, флотация, електрокоагулация и други методи. За отстраняване на желязо от вода, съдържаща се под формата на колоид от железен хидроксид Fe (OH) 3 или под формата на колоидни органични съединения, като железни хумати, се използва коагулация с алуминиев сулфат или алуминиев оксихлорид или железен сулфат с добавяне на хлор или натриев хипохлорит. Като пълнители за филтри се използват предимно алуминосиликатен сорбент, пясък, антрацит, сулфо въглища, експандирана глина, пиролузит, както и филтърни материали, обработени с катализатор, който ускорява процеса на окисляване на двувалентно желязо до фери желязо. Напоследък все по-разпространени са пълнителите с каталитични свойства: Manganese Green Sand (MGS), Birm, МТМ, МЖФ и др. При наличие на колоидно двувалентно желязо във вода се налага пробно отстраняване на желязото. Ако не е възможно да се приложи на първия етап от проектирането, един от горните методи се избира въз основа на пробното обезжелезяване в лабораторията или опита на подобни инсталации.
Опростена аерация, SNiP 2.04.02-84
По време на аерирането кислородът на въздуха окислява двувалентното желязо, докато въглеродният диоксид се отстранява от водата, което ускорява процеса на окисление ипоследваща хидролиза до образуване на железен хидроксид. Методът се основава на способността на водата, съдържаща двувалентно желязо и разтворен кислород, когато се филтрира през гранулиран слой, да освобождава желязо върху повърхността на товарните зърна, образувайки каталитичен филм от йони и хидроксиди на двувалентно и фери желязо. Филмът активно интензифицира процеса на окисление и освобождаване на железни съединения от водата. Когато първите порции пречистена вода навлязат във филтъра в началото на процеса на отстраняване на желязото, върху повърхността на пълнителя се образува мономолекулен слой от железни съединения (физическа адсорбция). Повърхностният слой е химически по-активен от чистия пълнител, което ускорява процеса на отлагане на желязо. Стойността на истинската повърхност на филма от железни съединения е повече от 200 m2/g, което определя свойствата му на силен адсорбент с пореста структура. Този филм едновременно служи като катализатор за окисляването на двувалентното желязо. Трябва да се отбележи, че редица примеси в третираната вода, като сероводород, свободен въглероден диоксид, колоидна силициева киселина, амоняк, значително влошават каталитичните свойства на филма.
Описаният метод е валиден за следните водни количества:
- pH стойност - не по-малко от 6,8;
- обща алкалност - повече от (1 + Fe2+ / 28) mmol/l;
- перманганатна окисляемост – не повече от (0,15 Fe2+ + 3) mgO/l;
Ако едно от тези условия не е изпълнено, е необходимо водата да се аерира предварително в аератори с добавяне на необходимите реагенти (хлор, натриев хипохлорит, калиев перманганат и др.). Когато съдържанието на желязо във водата е под формата на сулфат FeSO4, аерирането на водата не позволява отстраняването му от желязо: по време на хидролизата на разтворената желязна сол се образува киселина, която понижава pH на водата до по-малко от 6,8, докато процесът на хидролиза почти спира. Заотстраняването на киселина от вода изисква нейното варуване с утаяване на слабо разтворим гипс CaSO4:
FeSO4 + Ca(OH)2 = Fe(OH)2 + CaSO4След варуване са необходими утаяване и филтриране на водата.
Опростената аерация може да се осъществи чрез наливане на вода в джоб или в централния канал на отворени филтри от височина 0,5–0,6 m над нивото на водата. При използване на филтри под налягане въздухът се вкарва директно в захранващия тръбопровод на разстояние, равно на най-малко 10 диаметъра на тръбопровода, с разход 2 литра на 1 g желязо (Fe2+). Ако изходната вода съдържа повече от 40 mg/l свободен въглероден диоксид и повече от 0,5 mg/l сероводород, тогава в тръбопровода не се вкарва въздух. В този случай пред филтъра за налягане трябва да се монтира междинен резервоар със свободен изход за вода и нагнетателна помпа. SNiP 2.04.02-84 „Водоснабдяване. Външни мрежи и конструкции”. Използвайки характеристиките на конкретна филтърна среда, можете да изчислите филтърната станция. SNiP 2.04.02-84 изискват продължителността на работа на филтрите между измиванията в нормален режим да бъде най-малко 8-12 часа, а при принудителен режим или пълна автоматизация на измиването на филтъра - най-малко 6. Аерация в специални устройства. Когато е необходимо да се отстрани желязото от водата при концентрация във вода над 10 mg/l и да се повиши стойността на рН до повече от 6,8, аерирането се извършва в специални устройства. За това се използват вентилаторни охладителни кули (дегазатори) или контактни охладителни кули с естествена вентилация. Суровата вода се подава към горната част на вентилаторно охлажданата кула, пълна с керамична набивка (Raschig пръстени). Въздухът се насочва към водния поток с помощта на вентилатор. В процеса на аериране се отделя въглероден диоксид (въглероден диоксид), водата се обогатява с кислород и желязото се окислява.След това водата се подава във филтъра, където завършва образуването на люспи от железен хидроксид и тяхното задържане в обема на пълнителя.
Сух метод на филтриране
Методът се състои във филтриране на емулсията въздух-вода през „сух“ (ненаводнен) гранулиран товар чрез създаване на вакуум във филтъра или инжектиране на голямо количество въздух, последвано от изсмукване от дънното пространство. В същото време върху повърхността на филтриращия товар се образува адсорбционно-каталитичен филм от железни съединения (и манган, ако присъства във водата), което повишава ефективността на процесите на отстраняване на желязо и деманганизация. Като товар обикновено се използват пясък, експандирана глина, антрацит, винилова пластмаса и др.. Характеристика на процеса е образуването на дехидратиран филм върху зърната на товара, състоящ се от магнетит, сидерит, гетит и хематит. Тези съединения имат плътна структура и обемът им е 4–5 пъти по-малък от този на железния хидроксид. Следователно скоростта на нарастване на загубите на налягане в товара е ниска при такава схема на процеса.
Коагулация, избистряне, флокулация
От повърхностните води, като правило, е необходимо да се отстранят суспензии и колоидни диспергирани вещества, включително съединения на желязото. Освобождаването на вода от суспензия и колоидни вещества може да се извърши само чрез въвеждане на специални коагулантни реагенти. Коагулантът образува люспи във вода, които адсорбират колоиди на повърхността си и се отделят като утайка.
Като коагуланти се използват:
алуминиев сулфат (алуминиев оксид) Al2(SO4)3 18 H2O при pH на изходната вода 6,5–7,5;
железен сулфат (железен сулфат) FeSO4 · 7 H2O при pH на водата 4–10;
железен хлорид FeCl3 6 H2O за вода с pH = 4–10;
полихидрокси алуминиев хлорид Al2(OH5)Cl.
За интензификация на процесакоагулация, флокуланти се въвеждат допълнително във водата (полиакриламидът е най-често срещаният. Флокулантите допринасят за грубостта на утайката и ускоряват процеса на слепване на утаените колоидни и суспендирани частици.
Въвеждане на окислителни реагенти
SNiP 2.04.02-84 определя прогнозната доза хлор (по отношение на 100%, mg / l) за целите на отстраняването на желязото по следния израз:
където [Fe2+] е концентрацията на двувалентно желязо, mg/l.
Пречистването на водата с хлор се извършва с помощта на хлоратори, в които газообразният (изпарен) хлор се абсорбира от водата. Хлорната вода от хлоратора се подава до мястото на потребление. Въпреки че този метод за пречистване на водата е най-често срещаният, той все пак има редица недостатъци, свързани главно със сложното транспортиране и съхранение на големи количества силно токсичен течен хлор. Като алтернатива през последните години все по-често се използва обработка на вода с разтвор на натриев хипохлорит (NaClO), като този метод се използва както в големи пречиствателни станции, така и в малки съоръжения, включително частни домове. При изчисляване на дозата натриев хипохлорит за отстраняване на желязото е необходимо да се вземе предвид потреблението му за деманганизация, отстраняване на сероводород (ако манган и сероводород присъстват в третираната вода) и, когато е необходимо, дезинфекция. При окисляването на желязото с натриев хипохлорит не се получава подкисляване на водата, което е много важно за процеса на филтриране. В допълнение, разтворът на натриев хипохлорит (както търговски, така и електрохимичен) е алкален.
Третиране на вода с калиев перманганат
Методът за окисляване на двувалентно желязо се използва чрез въвеждане на разтвор на калиев перманганат KMnO4 - калиев перманганат в изходната вода преди филтрите. Последният също може да бъде въведенв комбинация с натриев хипохлорит за лечение на трудни води и спестяване на калиев перманганат, доста скъп окислител. За окисляването на 1 mg Fe2+ се изразходват 0,71 mg (почти 1 mg) калиев перманганат и алкалността на водата намалява с 0,036 mmol / l. SNiP 2.04.02-84 определя
- при температура 20°C - 6,34 g KMnO4 на 100 g вода;
- при температура 60°C - 22,2 g KMnO4 на 100 g вода.
Съвместното въвеждане на реагенти позволява спестяване на до 80% калиев перманганат. Въвеждането на този реагент преди въвеждането на натриев хипохлорит във водата разрушава органичните вещества, които реагират с хлора. В резултат на това се образуват продукти с остра миризма, като феноли. Ако въвеждането на реагенти се извършва в различна последователност, тогава калиевият перманганат ще унищожи образуваните хлорни продукти.
Обработка на вода с озон
Един от обещаващите методи за окисление на желязото е озонирането. Озонът (O3) е един от най-мощните окислители. Едновременно с дезинфекцията протичат процеси на окисление на двувалентно желязо и манган, обезцветяване на водата, както и нейното дезодориране и подобряване на органолептичните свойства.
Филтриране с използване на каталитична среда
Филтрирането с каталитичен слой е най-разпространеният метод за отстраняване на желязо и манган, използван във високоефективни компактни системи. Това се дължи както на търговските аспекти, така и на високата технологичност на процесите. Каталитичните пълнители са естествени материали, съдържащи манганов диоксид или пълнители, в които е въведен манганов диоксид.с подходяща обработка:
- натрошен пиролузит, "черен пясък", сулфовъглища и MZHF (вътрешни товари);
- Manganese Green Sand (MGS), Birm, МТМ (чужди пълнители);
- неефективен срещу органично желязо;
- освен това, при наличие на каквато и да е форма на органично желязо във водата, върху повърхността на гранулите на филтърния материал се образува органичен филм, който изолира катализатора (мангановия диоксид) от водата;
- наличието на манган във водата допълнително влошава ефективността на отстраняването на желязото.
Каталитични пълнители
"Черен пясък" и сулфо въглища) позволяват процеса на филтриране да се извършва със скорост 10 m / h с височина на пълнежния слой 1 м. "Черен пясък" се получава чрез третиране на кварцов пясък с размер на частиците 0,5–1,2 mm с 1% разтвор на калиев перманганат с неговото алкализиране до pH = 8,5–9 с разтвор на амоняк. 10% разтвор на манганов хлорид (MnCl2) се използва за обработка на сулфонирани въглища. След това през него се филтрира 1% разтвор на калиев перманганат. Манганът се измества от структурата на пълнителя и се отлага върху повърхността на въглищата под формата на филм.
Отстраняване на желязо от вода чрез катионизация
Съвременните ефективни методи за отстраняване на органичното желязо са сорбция върху специални слабо основни анионобменници (органни абсорбери) и ултрафилтрация.