Современные методы обезжелезивания и деманганации природной воды

Д.т.н. Б.Е. РЯБЧИКОВ

Часть 1

Одним из наиболее распространенных загрязнений, присутствующих в природной воде, причем в больших количествах, особенно в воде подземных источников, является железо и, часто, марганец. Наличие железа в воде, в отличие от большинства других загрязнений, легко определяется даже на бытовом уровне по окраске воды, появлению взвеси и осадка после отстаивания, образованию трудно удаляемых подтеков на сантехническом оборудовании, окрашиванию белья при стирке.

Поскольку железо и марганец относятся к токсичным тяжелым металлам, то согласно принятым санитарным нормам СанПиН 2.1.4.1074 -01, их содержание в питьевой воде не должно превышать 0,3 мг/л для железа и 0,1 мг/л для марганца . Требования многих производств (пищевых, энергетика, электроника) значительно жестче. Поэтому удаление железа и марганца из природной воды (обезжелезивание и деманганация воды) являются важной и наиболее распространенной операцией водоподготовки .

Разработке технологий удаления железа и марганца всегда уделялось большое внимание за рубежом и в России. К сожалению, многие прогрессивные решения не были внедрены в отечественную практику. В последнее десятилетие , когда потребовалось создание малогабаритных высокоэффективных установок, началось широкое использование зарубежных технологий, оборудования и материалов. В настоящее время и отечественные производители предлагают новые высокоэффективные материалы, не уступающие зарубежным .

Железо находится в природной воде в растворенном , коллоидном и взвешенном состоянии в виде различных химических соединений :

  • двухвалентное - растворенное в виде ионов Fe 2 ;
  • трехвалентное. Хотя хлориды и сульфаты Fe3 хорошо растворимы в воде, ионы Fe 3 полностью гидролизуются в нерастворимый гидроксид Fe(OH)3 , который находится в виде взвеси или осадка .
  • органическое железо - находится в виде различных растворимых комплексов с природными органическими кислотами (гуматами ), имея, как правило, коллоидную структуру ;
  • бактериальное железо - продукт жизнедеятельности железобактерий; железо находится в их оболочке .

В подземных (артезианских) водах, забираемых с большой глубины, присутствуют , в основном , ионы двухвалентного железа, обычно в виде растворенного бикарбоната - Fe(HC03)2. В таких глубинных скважинных водах с низким содержанием растворенного кислорода может наблюдаться концентрация железа до нескольких десятков миллиграмм в 1 литре . При этом вода остается совершенно прозрачной. При подъеме на поверхность после контакта такой воды с воздухом она приобретает неприятные запах и вкус, а при хранении на воздухе из нее выделятся красно - бурый осадок .

В поверхностных водах вследствие наличия избытка кислорода железо находится в окисленном , трехвалентном состоянии. Концентрация железа в таких источниках обычно находится в пределах десятых долей миллиграмма в литре, но может и превышать допустимую норму. Как правило , железо в поверхностных водах встречается в коллоидном состоянии в составе органических комплексов с солями гуминовых кислот (гуматы, танины и лигнины ), а также входящее в состав железобактерий (бактериальное железо ), которое образуется в процессе жизнедеятельности железобактерий и серобактерий , окисляющих двухвалентное железо до трехвалентного состояния. Такие соединения находятся в виде коллоидов. Наибольшее содержание железа в виде органических комплексов, десятки миллиграммов на литр, наблюдается в болотных водах, где велика концентрация гумусовых веществ. Поэтому она имеет коричневатый «ржавый» оттенок, но не образует осадка .

Бактериальное железо проявляет себя опалесцирующей радужной пленкой на поверхности воды и желеобразной массой, накапливаемой внутри труб .

Подход к очистке вод от железа определяется формой его существования в данной воде, концентрацией, производительностью и требованиями производства. Очистка включает целый ряд физико - химических процессов и сводится, прежде всего, к переводу соединений железа в нерастворимые или слаборастворимые формы с последующим извлечением их из воды .

Существуют 3 метода удаления железа (деферизация ) и марганца (деманганация ) воды :

  • физический - макро -, микро , ультро - и на нофильтрация, и обратный осмос ;
  • химический - окисление различными окисляющими агентами , в том числе в присутствии катализатора ;
  • биологический - окисление двухвалентного железа с включением в состав бактерий .

В простейшем случае, если в воде присутствует только трехвалентное железо в виде взвеси, что бывает в системах питающихся подземной водой через водонапорные башни, или очистные сооружения, где вода подвергалась обеззараживанию окислителями, а также в изношенных системах водораспределения при контакте очищенной воды с поверхностью труб, достаточно простого отстаивания или механической фильтрации . Могут быть использованы насыпные и мембранные фильтры. Регенерируемые фильтры с гранулированными загрузками предпочтительно применять при высокой производительности установок. Для бытовых нужд оптимально использование одноразовых картриджных мембранных фильтров с размером пор 5-50 мкм. Возможно также применение регенерируемых микро - и ультрафильтрационных мембран, например, керамических или металлокерамических. Устанавливаемые в массовом порядке сетчатые фильтры, например, Хонивелл, для этих целей не пригодны, поскольку после зарастания слоем гидроокиси железа они практически не регенерируют.

Продолжение - часть 2

(c) 2010 НПК "Медиана - фильтр"
Все права защищены.