Обезжелезивание воды. Проблемы потребления воды с высоким содержанием железа

Все многообразие методов, применяемых в технологии обезжелезивания воды, можно свести к двум основным типам - реагентные и безреагентные.  Обезжелезивание  поверхностных  вод,  как  правило,  осуществляют  реагентными методами, а для удаления железа из подземных вод наибольшее распространение получили безреагентные методы. Безреагентные методы обезжелезивания воды могут быть применены, когда исходная вода характеризуется следующими показателями: рН - не менее 6,7; щелочность - не менее 1 мг-экв/л; перманганатная окисляемость - не более 7 мг О2/л.

Окисление двухвалентного железа при аэрации воды кислородом воздуха.  Воду насыщают кислородом воздуха в специальных установках. 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.

4Fe2+ +О2 + 8НСО3- +2Н2О =4Fe(OH)3 ↓+8CO2↑

Метод окисления железа путем упрощенной аэрации основан на способности воды, содержащей двухвалентное железо и растворенный кислород, при фильтровании через зернистый слой выделять железо на поверхности  зерен, образуя каталитическую пленку из ионов и оксидов двух- и трехвалентного железа. Эта пленка, активно интенсифицирует процесс окисления и выделения железа из воды. В самом начале процесса обезжелезивания при поступлении на фильтр первых порций воды, когда загрузка еще чистая, ад-

сорбция  соединений железа  на  ее поверхности происходит  в  мономолекулярном  слое, то есть 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 (песка). Адсорбционные свойства пленки из соединений железа на зернах фильтрующей загрузки, высокая ее удельная поверхность и наличие  большого  количества связанной воды  позволяют  сделать вывод,  что  пленка  представляет собой очень сильный адсорбент губчатой структуры. Одновременно, пленка 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. Обезжелезивание воды в загрузке, покрытой пленкой, является гетерогенным автокаталитическим  процессом,  в  результате  чего  обеспечивается  непрерывное  обновление пленки как катализатора непосредственно при работе фильтра.

Обезжелезивание воды  методом напорной флотации основано  на действии  молекулярных сил, способствующих слипанию отдельных частиц гидроксида железа с пузырьками тонкодиспергированного в воде воздуха и всплывании образующихся при этом агрегатов на поверхность  воды.  Метод флотационного  выделения дисперсных  и  коллоидных  примесей природных  вод  весьма  перспективен  вследствие  резкого сокращения продолжительности процесса (в 3-4 раза) по сравнению с осаждением или обработкой в слое взвешенного осадка. Процесс напорно-флотационного отделения хлопьев гидроксида железа заключает  в себе несколько стадий: растворение воздуха в воде и образование пузырьков; образование комплексов «пузырек воздуха -хлопья гидроксида железа»; подъем этих комплексов на поверхность воды. Реагентные методы обезжелезивания хлором и перманганатом калия  следует применять 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 хлором протекает по следующему уравнению:

2Fe2+ + С12 + 6НСО3- = 2Fe(OH)3 ↓ + 2C1 +6CO2↑

При обработке воды перманганатом калия реакция окисления и последующего гидролиза протекает по уравнению:

4Fe2+ + МnО4- + 8НСО3- +2Н2О =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 0,036 мг-экв/л. Обезжелезивание воды фильтрованием через модифицированную загрузку основано на увеличении сил адгезии путем воздействия на молекулярную структуру поверхности  зерен  фильтрующей  загрузки.  Для  увеличения  сил  адгезии  на  поверхности  зерен фильтрующей загрузки необходимо образовать пленку из соединений, имеющих более высокое значение константы Ван-дер-Ваальса. Кроме того, электростатические свойства этих соединений должны обеспечить изменение дзетта-потенциала поверхности зерен в нужном направлении. Методика модификации загрузки  предусматривает ее  последовательную обработку 1,5%-ным раствором сернокислого железа (II), а затем 0,5%-ным раствором  перманганата калия. Суммарная продолжительность  контакта 30 мин.  Спустя 20 мин. после начала работы фильтрат отвечает лимитам  качества «Вода питьевая». Обезжелезивание воды упрощенной аэрацией, хлорированием и фильтрованием заключается  в удалении избытка углекислоты и обогащения  воды  кислородом при аэрации, что способствует повышению рН и первичному окислению железо-органических соединений.  Окончательное  разрушение  комплексных  соединений  железа (II) и  частичное  его окисление достигается путем введения в обрабатываемую воду окислителя (хлора, озона, перманганата  калия и  т.п.).  Нерастворимые гидроксиды  железа  извлекаются  из  воды при фильтровании.

Биосорбционное  обезжелезивание  воды  позволило  реализовать  нетрадиционный подход в очистке, превратив врага – железобактерии в верного помощника. Метод основан на использовании свойств каталитической пленки, образующийся на песчаногравийной  загрузке,  а  также  на  способности  железобактерий  обеспечивать  течение сложных химических  процессов  без  каких-либо  затрат  энергии  и  использования  реагентов. Обильное развитие железобактерий отмечается в воде с большим содержанием

железа от 10 до 30 мг/л, однако, как показывает опыт, их развитие возможно даже при концентрации железа в сто раз меньше. Единственное условие - это поддержание  кислотности среды на достаточно низком уровне при одновременном доступе кислорода из воздуха, хотя бы в ничтожно малых количествах. Бактерии потребляют соединения железа, удовлетворяя свои жизненные потребности и, таким образом снижают концентрацию железа в очищаемой воде.  В некоторых случаях биоочистка является единственно  возможным  способом  приведения  воды  в  нормальное  для  потребления  состояние. Железобактерии извлекают соединения железа из воды для удовлетворения своих жизненных потребностей, тем самым, снижая его концентрацию в очищаемой воде.

Pages: 1 2