Очистка воды от железа

Железо в воде может находиться в разных формах:

- в форме двухвалентного растворенного железа. В такой форме чаще всего находиться в подземной воде, где мало кислорода, но присутствует углекислый газ. Когда такая железонесущая вода поступает на поверхность, из нее удаляется углекислый газ и поступает кислород. Он окисляет двухвалентное железо, переводя его в трехвалентную форму. Затем ионы трехвалентного железа соединяются с гидроксильными группами ОН-, образуя нерастворимую студенистую массу Fe(OH)3.

- В форме трехвалентного железа, если рН низкий.

- в форме гидроксида трехвалентного железа, нерастворимого в нейтральной или щелочной среде.

- в форме оксида трехвалентного железа, появляющегося из водопровода в виде ржавчины.

- органическое железо, то есть в соединении с органическими веществами (такая форма называется – хелатной) или железобактериями.

В самом общем виде существуют три основных метода очистки:

- окисление и фильтрация;

- фильтрация с помощью ионного обмена.

В методе окисления и фильтрации выделяются два варианта очистки:

- окисление кислородом воздуха и последующее осветление на каталитических фильтрах (аэрация);

- химическое окисление хлором, перманганатом калия, озоном, перекисью водорода, гипохлоритом натрия с последующим осветлением на засыпных или картриджных фильтрах.

Указанные варианты подходят для водоподготовки при нейтральной или щелочной воде (рН>7). Подача окислителя в воду производиться с помощью дозаторов химических реагентов.

Насыщение железосодержащей воды кислородом воздуха осуществляется:

- распылением воды в накопительную емкость с помощью специальных насосов (душевание);

- насыщение кислородом с использованием компрессора или эжектора. Содержащая кислород вода подается в напорную ёмкость, где она перемешивается, а затем поступает в фильтр- осветлитель, где на каталитических загрузках происходит окисление железа и его седиментация. Периодически обратной промывкой удаляется окисленное железо. Линейная скорость протока воды через седиментныйфильтр должна составлять 10-12 м/час.

Объем напорной ёмкости, в которую поступает содержащая растворенное железо вода, должен обеспечивать время взаимодействия воды и кислорода около 4-х минут. Зная скорость протока через седиментный фильтр (такая же скорость протока должна быть и в напорной емкости) можно рассчитать ее высоту и соответствующий по диаметру и производительности баллон. Эффективность поступления воздуха в воду при использовании эжекторов зависит от скорости протока. При малых скоростях эффект эжекции может отсутствовать. Для устранения этого недостатка устанавливается гидроаккумулятор с реле давления.Для удаления избытка воздуха в напорной емкости устанавливается воздухоотводящий клапан. Наряду с воздухом из воды будет удаляться углекислый газ, сероводород, метан и т.п.

Если рН воды низкий, в качестве каталитической загрузки можно использовать кальцит либо смесь кальцита с окисью магния (соотношение 5:1). Растворяясь в воде с низким рН, такая загрузка нейтрализует кислотность, несколько увеличивая жесткость. Периодически следует добавлять эту загрузку в баллоны, поддерживая высоту загрузки на уровне не менее 70см. Растворяясь, кальцит связывает свободный углекислый газ, повышая рН. Один миллиграмм растворенного кальцита связывает 0,44 мг СО2.

Если присутствуют в виде органического либо фосфатного железа, необходимо использовать химические методы окисления, которые производят инкапсулирование, то есть разрушение оболочки вокруг ионов двухвалентного железа, и затем окисление его. Окисленное железо осаждается на седиментных фильтрах, а в случае использования в качестве окислителя хлора следует использовать дополнительно угольные фильтры для удаления избытка хлора и хлоропроизводных.При использовании химического окисления необходимо достаточно большое время для растворения окислителя (20-30 мин).

Марганцевый зеленый песок(Greensand) – фильтрационная загрузка, сероводорода. Марганцевый зеленый песок представляет собой минерал глауконит, обработанный диоксидом марганца. Он окисляет и осаждает железо, марганец и сероводород за счет контакта воды с высшими оксидами марганца на гранулах марганцевого зеленого песка. Периодически марганцевый зеленый песок регенерируется перманганатом калия из-за истощения двуокиси марганца на гранулах. Восстановление окислительной стабильности можно проводить периодически либо непрерывно (непрерывная реакция), с малой концентрацией перманганата калия. В этом случае надо тщательно подбирать концентрацию и объем дозирования перманганата калия, чтобы концентрация марганца после очистки не превышала его ПДК. Окисленное железо, марганец и сероводород удаляются из фильтра обратной промывкой. Из-за высокой плотности зеленого песка для его отмывки от продуктов окисления требуется при обратной промывке высокая линейная скорость воды (до 40 м/ч).

Удаление железа и марганца ионным обменом.

Использование ионообменной смолы для удаления железа и марганца – хороший метод фильтрации, совмещенный с одновременным умягчением воды. Однозначно сказать, какое количество железа можно удалять, невозможно. На этот вопрос нет однозначного ответа, и некоторые специалисты считают, что этот вид оборудования может удалять ионы двухвалентного железа в количествах, сравнимых с количеством ионов солей жесткости, удаляемых из воды. Другие ограничивают концентрацию железа 5 мг/л. Точно известно только одно- необходима низкая концентрация кислорода в очищаемой воде и использование при регенерации химических очистителей смолы (например, айроноут- смесь бисильфита натрия, кальцинированной смолы и лимонной кислоты).

Ионообменная смола в натриевой форме регенерируется хлоридом натрия. При этом на каждый миллиграмм в литре железа необходимо, чтобы жесткость была не ниже 1 мг-экв/л.При расчете частоты регенерации смолы, следует на каждый мг/л двухвалентного железа прибавлять к величине жесткости 1-1,5 мг-экв/л.

По аналогичной технологии удаляется марганец. Так как обычно концентрация марганца мала по сравнению с концентрацией железа, ее можно не учитывать при расчете частоты регенерации.

Для варианта с удалением железа и марганца аэрацией необходимо обеспечить рН аэрируемой воды не ниже 8,5 ед.

В 1999 году украинскими специалистами разработана надежная и исключительно эффективная технология комплексной очистки многокомпонентной фильтрующей средой, состоящей из пяти ионообменных и сорбционных материалов природного и синтетического происхождения (Экомикс). Эти материалы отличаются механизмом сорбционного и фильтрующего действия, относительной плотностью и гранулометрическим составом. Эта технология позволяет удалять из воды железо с концентрацией до 15 мг/л и марганец до 3 мг/л. Кроме того, Экомикс эффективно умягчает, снижает содержание органических веществ и аммония. Все эти процессы происходят одновременно в одну стадию и в одном фильтре. Регенерация многокомпонентной среды осуществляется с использованием соли и воды.