Современные методы обезжелезивания и деманганации природной воды

Д.т.н. Б.Е. РЯБЧИКОВ

Часть 3

Растворимость воздуха при атмосферном давлении и температуре 20 °С составляет 24,2 мг/л, концентрация кислорода при этом (содержание О2 в воздухе - 23% вес .) составит 5,57 мг/л. Таким образом, равновесное значение растворимости воздуха позволяет создать в очищаемой воде концентрацию кислорода превышающую ее стехиометрическое значение для концентраций растворенных железа более 30 мг/л и марганца более 3 мг/л соответственно. Однако в практике водоподготовки для увеличения скорости процесса окисления используются существенные превышения содержания кислорода сверх стехиометрического. Следует отметить, что в поверхностных водах содержание растворенного кислорода колеблется в пределах от 5 до 14 мг/л, а в подземных водах кислорода нет вовсе .

Окисление кислородом воздуха может проводиться в буферной емкости, установленной перед механическим засыпным фильтром (рис. 1а). Подача воды в емкость осуществляется через эжектор, который засасывает избыточное количество воздуха или через разбрызгивающую головку. Часть воздуха растворяется и расходуется на окисление железа, а большая часть удаляется, унося с собой растворенные газы, например, сероводород. Из ёмкости, вода с помощью насосной станции (2) подаётся на фильтр обезжелезиватель (3), где железо доокисляется и задерживается в толще фильтрующей загрузки .

Фильтрация такой воды , содержащей взвесь гидроокиси железа, может производиться на любой гранулированной загрузке, имеющей необходимые гидравлические характеристики .

Было замечено , что такие материалы начинают эффективнее и быстрее работать только после наращивания на их частицах слоев гидроокиси железа Fe(OH)3, работающей как катализатор дальнейшего окисления. Также было установлено, что у оксида марганца скорость катализа еще выше, и он обладает окислительными свойствами. Основываясь на этом, было начато производство фильтрующих сред специально для обезжелезивания. В настоящее время на рынке предлагается широкий выбор таких загрузок . К ним относятся импортные материалы Бирм (BIRM , аналог - Techlite BW , Magnofilt BW), Гринсенд (Manganese Greensand , MGS , MZ -10), MTM , Pyrolox , Aqua - Mandix - AMDX, Fillox, и их аналоги, производства конкурирующих фирм, с другими названиями, а также отечественные - МЖФ, ДАМФ, дробленый пиролюзит. При пропускании воды, содержащей двухвалентное железо и поливалентный марганец, через слой таких наполнителей происходит интенсивное окисление железа и марганца и их перевод в нерастворимую гидроокись и двуокис , осаждающихся на загрузке .

К фильтрующим средам предъявляются требования не только высокой каталитической активности, но и большой грязеемкости, малого гидравлического сопротивления, а также минимального расхода воды при регенерации. Три последних требования связаны с плотностью и размером частиц. Скорость промывной воды определяет ее расход на регенерацию . При этом она обязательно должна обеспечивать срыв с частиц загрузки сформировавшейся гидроокиси железа и быть больше скорости ее уноса. Слой мелких частиц имеет высокое гидравлическое сопротивление, а крупных - низкую эффективность фильтрации .

Поэтому дробленый природный минерал - пиролюзит, представляющий собой на 75-85% двуокись марганца и имеющий наилучшие каталитические характеристики, но и наиболее тяжелый, требует при оптимальном гранулометрическом составе наибольшего количества воды для промывки и поэтому используется в практике водоподготовки в ограниченном объеме. Легкие материалы, как например, рекламируемые некоторыми фирмами аниониты, взрыхляются при таком малом расходе воды, что полного удаления гидроокиси железа с их гранул не происходит.

В настоящее время наиболее перспективны принципиально новые продукты - каталитические фильтрующие материалы, представляющие собой относительно легкую матрицу - алюмосилицеолиты, которая либо покрыта пленкой оксидов марганца или железа, либо указанные оксиды введены в ее структуру.

От содержания оксида марганца или железа зависит плотность частиц, скорость реакции, емкость загрузки по железу, иными словами количеством железа и/или марганца, которое задерживает 1 литр загрузки, после чего необходима обратная промывка, а также называемая буферная емкость - то количество железа, которое катализатор может окислить сам, без помощи растворенного в воде кислорода или другого окислителя .

Выше отмечено , что существуют два разных способа окисления железа и марганца: растворенным в воде окислителем на катализаторе и расходуемым регенерируемым твердым окислителем. В первом способе для эффективного протекания процесса каталитического окисления, кроме катализатора обязательно необходим собственно окислитель, которым может являться растворенный в воде кислород, озон, активный хлор, перманганат калия и пр. Во втором варианте сам материал является источником окисляющего агента .

Наиболее известным и распространенным каталитическим материалом является Бирм (Birm) (аналоги Techlite BW, Magnofilt BW), который представляет собой природный алюмосиликат, на поверхность которого нанесены оксиды железа и марганца . Бирм эффективно работает только при наличии в воде растворенного кислорода воздуха .

При незначительном содержании железа - единицы мг/л при пропускании воды через каталитическую загрузку типа Birm, содержащегося в воде кислорода оказывается достаточно для окисления железа. Образующаяся гидроокись отфильтровывается на слое загрузки. При отсутствии в воде кислорода окисление железа происходит за счет восстановления оксидов железа и марганца с поверхности частиц. При этом они смываются с частиц и эффективность катализатора падает.

Продолжение - Часть 4

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