Устранение примесей железа и марганца является важной и обязательной задачей при очистке воды. Процесс этот непростой и трудоемкий. Очистке подвергаются как поверхностные, так и подземные воды.
Для чего нужна очистка воды от Fe и Mn? Содержание данных веществ в воде приводит к ее помутнению, приобретению бурой окраски. Вода c такими показателями непригодна для использования в качестве питья и применения для технических нужд. Согласно данным ВОЗ, ГОСТу и СанПину, объем железа в воде, употребляемой в пищу, не должен быть больше 0,3 мг/л.
Допустимые нормы содержания железа в воде разнятся для различных областей ее применения в соответствии с РД. В теплоэнергетическом комплексе для котлов естественного циркулирования включение железа в норме равняется 0,02-0,1 мкг/дм3, прямоточным котлам максимальный уровень снижен до 0,01мкг/дм3. Воды с поверхности могут в изобилии быть насыщены железобактериями и биологическими комплексами, в которых Fe заключен в трехвалентном состоянии. В водах, берущих начало глубоко под землей, растворенное железо содержится в виде ионов.
Установки обезжелезивания воды как раз и удаляют ионы железа.
Какими методами можно удалить Mn и Fe из воды
Окисление железа с валентностью II происходит при наличии кислотно-щелочной среды. Наблюдается процесс гидролиза и появление примеси гидроокисла феррума.
Когда подземные воды выходят на поверхность, нарушается баланс состава содержимых веществ, происходит выделение углекислого газа и поглощение кислорода. Затем начинается процесс бикарбонатного распада с выходом двуокиси углерода, и растет кислотность воды. Если кислород находится в достаточном количестве, рост уровня pH приводит к окислению Fe и появлению гидрозакиси. После добавления окислителя гидрозакись в воде становится гидратом окиси.
Окисление ионов железа может происходить раньше процесса гидролиза или одновременно с ним, но результат будет всегда одинаковый – гидроокись. Визуально наличие гидроксидов определяется по наличию в воде бурых хлопьев, которые не растворяются и окрашивают воду в темный цвет. Процесс устранения железа завершается на этапе выведения хлопьев гидроксида из воды.
Что касается марганца, его наличие в основном сопровождает содержание Fe в очищаемой воде. Окисление Mn достигается с большим трудом и при высокой кислотности среды.
Окисление
Происходит под воздействием хлора, кислорода, озона, калия перманганата, перекиси водорода с предстоящей фильтрацией под напором воды или коагуляцией. Если применять для окисления только кислород, потребуется много емкостей для обеспечения соответствующего длительного времени контакта. Если в емкость добавить хлор или озон, процесс окисления значительно ускориться.
Чаще всего в качестве добавочных окислителей применяют хлор. Озон добавляют реже, так как эта процедура дорогостоящая и требует специальной подготовки персонала.
Чтобы сократить время осаждения и отфильтровать окислы железа, принято использовать коагулянты и флокулянты. Дозировка коагулянта не рассчитывается и производится пробным путем. Нет схемы определения соотношения количества коагулянта и осадочных коллоидов.
Указанные способы окисления плохо справляются с удалением органического железа.
Окисление с катализатором и фильтрацией
Самый популярный метод в борьбе с содержанием Fe и Mn в воде. Окислительный процесс совершается на поверхности особого фильтра, который играет роль катализатора, ускоряя проведение процесса химической реакции.
Чаще всего применяются в фильтрующем элементе диоксид марганца: МТМ, МЖФ, Pyrolox, Birm и т.д. Железо и частично марганец выпадают в виде осадков на поверхности данных фильтровальных материалов с катализаторами. Ускорению процесса окисления могут также способствовать дополнительно введенные в воду химические окислители. Популярными препаратами для этой цели являются средства на основе перманганата калия. Добавка запускает процесс окисления и препятствует удалению марганца из фильтрующего материала.
Перманганат можно добавлять постоянно или периодически.
Описанный метод может быть малоэффективным, если уровень железа в воде достигает 15 мг/л. Также недостатком является образование биологической пленки поверх фильтрующей загрузки в результате деятельности микроорганизмов. Слабо действует процесс окисления также на органическое железо.
Ионные процессы
Катиониты в ходе процесса могут выводить из воды как ионы Mn2+ и Fe2+, так и металлы с валентностью, равной двум – Mn и Fe, растворенные в жидкости. Процесс этот, однако, сильно затрудняется тем фактом, что феррум, имеющий валентность три, образует некое подобие экрана на поверхности катионитов, в последствии с трудом вымывается из них. Также не допускается попадание в воду окислителей, которые превращают двухвалентное железо в трехвалентное. Ионит может зарастать биологической пленкой из-за наличия органического железа и бактериальных форм.
Мембранная ультрафильтрация
Если процесс водоподготовки может позволить дополнительные эксплуатационные расходы и сложность работы с данной установкой, можно применять мембраны ультрафильтрации. Они хорошо удаляют бактериальное железо, трехвалентное и коллоиды.
Все способы по удалению содержимого в воде железа и марганца имеют свои преимущества и недостатки для определенных случаев. Выбирать подходящий метод следует, опираясь на такие показатели воды:
- Щелочность,
- Кислотность,
- Условия эксплуатации,
- Концентрация вещества,
- Температура,
- Желаемая производительность,
- Форма вещества в воде.
