Современные методы обезжелезивания и деманганации природной воды

Д.т.н. Б.Е. РЯБЧИКОВ

Часть 2

Некоторые фирмы предлагают проводить очистку от железа и марганца физическими методами - нанофильтрацией и обратным осмосом. Однако все современные композитные мембраны очень чувствительны к содержанию железа в воде. Это объясняется тем, в процессе фильтрации при окислении двухвалентного железа в толще мембраны образуется практически неудаляемое трехвалентное железо, что приводит к потере производительности и селективности, т . н . отравлению мембраны .

Ультрафильтрационные мембраны позволяют извлечь коллоидное и бактериальное железо и, как ни странно, также способны удалять двухвалентные железо. Однако это уже физико - химический процесс, сочетающий каталитическое окисление двухвалентного железа в трехвалентное в слое гидроокиси на поверхности мембраны с ультрафильтрацией. Регенерация таких мембран производится обратной промывкой и химической мойкой растворами кислот, щелочей и комплексонов.

Химический метод, позволяющий извлечь двухвалентные железо и марганец - это ионный обмен на неорганических и органических ионитах. В тех случаях , когда вода умягчается на катионите в Na - форме, т. е. из нее сорбируются катионы кальция и магния, одновременно сорбируются двухвалентные железо и марганец. При регенерации солью они десорбируются. Такая технология применима, когда в качестве катионита используются неорганические материалы, например , сульфоуголь.

Интересным решением является использование специального фильтрующего материала Chrystal - Right CR -100 и CR -200 фирмы Mineral Right, представляющего собой искусственный кристаллический цеолит. Этот материал умягчает воду, одновременно удаляя из нее железо и марганец, и после каждого цикла регенерации полностью восстанавливает свою обменную емкость. Кроме того , наряду с железом, марганцем и солями жесткости он удаляет из воды аммоний и небольшие количества сероводорода, а также уменьшает ее коррозионную активность, повышая величину водородного показателя рН. Таким образом, вместо многоступенчатой установки водоподготовки может быть использован 1 фильтр.

Применение Chrystal - Right ограничивается величиной рН - не менее 5,5 для катионита CR -100 и не менее 7,0 для катионита CR -200, цветностью - не более 30 градусов, суммарным содержанием двухвалентных железа и марганца - не более 10 мг/л, а трехвалентного железа - не бо­лее 1 мг/л, растворенный кислород, нефтепродукты и твердые абразивные частицы - отсутствие, сероводород и сульфиды - не более 0,2 мг/л, окисляемость перманганатная - не более 6,0 мг 02/л.

Для современных органических катионитов имеется серьезное препятствие использование такой технологии - это окисление двухвалентного железа в нерастворимые трудноудаляемые трехвалентные соединения внутри органической матрицы . При этом катионит «отравляется» , т. е. его емкость существенно падает. Различные промывки катионита практически безрезультатны. Рекламируемое некоторыми фирмами использование специальных катионитов, например, Purotine, отличающегося от стандартного только узким гранулометрическим составом, несколько удлиняет жизнь катионита, но не решает проблемы. Поэтому на установки умягчения желательно подавать воду предварительно очищенную от двухвалентного железа. При сорбции на катионите в Н - форме эта проблема стоит не столь значительно, поскольку катионит постоянно обрабатывается кислотой, эффективно смывающей железо.

Наиболее распространенный способ извлечения растворенных двухвалентного железа и марганца сочетает в себе химические и физические методы и заключается, а их окислении и переводе в нерастворимую форму гидроокисей с последующей фильтрацией. Для окисления используют кислород воздуха, хлор, озон, перманганат калия. Частицы окисленных железа и марганца в виде гидроокисей отфильтровываются на гранулированной загрузке. Эта операция обычно сопряжена с механической фильтрацией воды и может производиться на традиционных песчаной , антрацитовой или гравийной загрузке .

Существует несколько способов окисления железа и марганца :

  • кислородом воздуха ;
  • расходуемым регенерируемым твердым окислителем ;
  • растворенным в воде окислителем на катализаторе .

Окисление железа и марганца растворенным в
воде кислородом воздуха протекает с малой скоростью , поскольку процессы окисления и формирования хлопьев достаточно длительные.

При окислении и переходе железа (и марганца) в нерастворимую гидроокись образуются свободные ионы водорода, т. е. раствор подкисляется. В кислой среде растворимость гидрокси увеличивается, и процесс замедляется или останавливается. Предельная концентрация железа, которое может быть извлечено из нейтральной или слабощелочной воды при ее аэрации, ограничивается 5 мг/л. При больших концентрациях необходимо корректировать рН либо использовать специальные загрузки, подщелачивающие воду, см. ниже.

Концентрация растворенного в воде кислорода, необходимая для эффективного удаления, например железа, легко определяется по стехиометрии приведенных выше реакций. Из расчета следует, что на 1 мг растворенного железа расходуется 0,14 мг кислорода , то есть чуть менее 15%. На один миллиграмм растворенного марганца необходимо 0,29 мг, или ~30% кислорода.

Продолжение - Часть 3

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