Способы очищения воды от железа (обезжелезивание)
Аэрация
При не высоком превышении концентрации железа (до 10 мгл) достаточно провести аэрацию с последующим остстаиванием и фильтрацией может оказаться вполне достаточно для превращения воды в питьевую. Суть метода сводится к окислению железа в воде. Существует несколько способов аэрации, выбор которых зависит от состояния исходной воды (концентрации двухвалентного железа например). Можно условно разделить все виды аэрации на напорные и безнапорные. В настоящее время самым распространенным способом очищения воды от железа является сочетание каталитической очистки и аэрации любого вида:
- фонтанирование воды
- душирование (внутри емкости )
- барботаж слоя воды воздухом
- инжектирование (введение потока воздуха в воду за счет перепада давления)
- компрессорная аэрация воздухом
При окислении двухвалентное железо окисляется в трехвалентное и оседает естественным способом. Каталитиз необходим как раз чтобы ускорить этот естественный процесс.
Окисление
Как уже было сказано в выше добавление сильных оксилителей ускоряет процесс превращения двухвалентного железа в трехвалентное. Процесс окисления очень эффективен. Содержание железа после его применения не превышает 0,1 мгл. Все органические соедиенения железа превращаются в неорганические трехвалентные. Также реагенты расходуются на обеззараживание. В нашей стране еще с начала прошлого века для этих целей используется хлор. Добавление окислителей требует точного расчета количества и дозированности реагентов для обеззараживания и выведения избытка сероводорода:
- хлорирование
Обработка воды с помощью газообразного хлора, который абсорбирует с водой. Этот метод широко распространен, но отличается рядом недостатков. Жидкий хлор опасен при транспортировке и хранении и высокотоксичен. Метод очистки хлором не абсолютен. После него остается гидроксид железа и продукты неполного гидролиза – различные соли железа. При этом хлор разрушает двухвалентный марганец и органические вещества. В последнее время хролирование заменяют обработкой воды гипохлоритом натрия. Его растворы не имеют взвесей, он не содержит солей кальция и магния (как хлорная известь) и не увеличивает жесткость воды. Гипохлорит натрия можно получить на месте путем электролиза поваренной соли. Он гораздо лучше очищает воду от бактерий, чем растворы, в основе которых лежит активный хлор.
- озонирование
Очень и очень щадящий метод очистки воды. Он не приводит к увеличению солевого состава (жесткости) воды, почти не загрязняет продуктами окислительных реакций. Процесс озонирования легко автоматизировать. Озон получить совсем легко на месте очистки из технического кислорода и просто из воздуха. Очистка воды озонирование происходит двумя этапами: прямым окислением и непрямым (вторичное окисление озоновыми радикалами, озонолиз, озонокатолиз). Полнота очищения воды достигается за счет того, что часть примесей убирается прямым окислением, а часть веществ (например, органика) убирается в комбинации видов окисления.
- коагуляция
Коагуляция (осаждение растворенных частиц гидроксида трехвалентного железа) происходит сама собой при отстаивании воды. Укрупнение частиц ведет к ускорению процесса и требует добавления коагулянтов. Коагуляция требуется и при фильтрации традиционными песчаными и антрацитовыми фильтрами, которые не могут удержать особо мелкие частицы. Ввод коагулянтов производится насосом с дозатором.
Низкая скорость процесса коагуляции, большое количество побочных следствий от окислителей и малая эффективность аэрации, а также то, что все эти методы применяются только при малых содержаниях железа в воде, приводят к тому, что такие способы применяются только для очистки воды в промышленных масштабах. Для малых установок высокой производительности применяются другие методы обезжелезивания.
Каталитическое обезжелезивание
Каталитическое обезжелезивание на сегодня является самым распространенным методом обезжелезивания для небольших установок очистки воды: малые и средние предприятия, поселки, коттеджи. Установки каталитического окисления железа компактны и высокопроизводительны (до 30 куб.м. в час). Реакция окисления железа происходит в напорном резервуаре на фильтрах обезжелезивания (насыпные фильтры с насыпным каталитическим материалом). Высокие каталитические свойства засыпки определяются их высокой пористостью. Часто используется синтетический материал с высокой пористостью и низкой насыпной массой, удаляющий из воды соединения железа и марганца. Вода в таких установках, как правило, предварительно аэрируется. Другой вариант засыпки – каталитические засыпки на основе природных материалов.
- ионообмен
Для удаления железа применяются катиониты природного происхождения (цеолит и др.) и синтетические ионообменные смолы. Все катиониты удаляют из воды не только железо, но и любые двухвалентные металлы (кальций, магний). Обычно катиониты для этого и используются, так как при высокой концентрации железа они мало эффективны из-за содержания в воде трехвалентного железа, которое быстро оседает на смоле и приводит ее в непригодное состояние. Поэтому вода с содержанием кислорода, который и окисляет железо в трехвалентное, не пригодна для этого метода, а это дает очень узкий диапазон применения метода. Более того органические соединения железа могут осесть на смоле и покрыть ее органической пленкой, в которой развиваются бактерии. Тогда смола станет непригодной для деминерализации воды. Поэтому ионообмен обычно используется когда требуется конечная доочистка воды от соединений кальция и магния.
- мембранная очистка
Микрофильтрационные, утрафильтрационные и нанофильтрационные мембраны способны удалять коллоидные частицы гидроксида железа, бактериальное желез. При обратном осмосе удаляют практически все двухвалентное железо в воде. Однако мембраны быстро забиваются и могут подернуться органической пленкой, а стоимость их достаточно велика. Используются скорее не для обезжелезивания, а для доочистки в процессе обеззараживания или обессоливания воды. Мембраны забиваются двухвалентным железом и перестают удерживать другие вещества. Обратноосмотические мембраны имеют очень серьезные ограничения по диапазону концентрации железа, взвешенных примесей в воде. Применяется там, где повышенные требования к очистке воды (пищевая и медицинская промышленность).
- биологическое обезжелезивание
Железобактерии окисляют двухвалентное железо. Продукты окисления (трехвалентное железо) и бактериальная пленка удаляются в отстойниках. Применяется при особо повышенных концентрациях железа (40 мгл и выше). Также актуально при перенасыщении воды сероводородом и углекислым газом.
