Виды примесей железа
Железо существует в природе в трех различных формах, определенных его валентностью (Fe0, Fe2+, Fe3+), и в виде различных соединений и комплексов. Чтобы выбрать наиболее эффективный метод очистки воды от примесей железа, важно знать в какой форме содержится железо в обрабатываемой воде.
а) Элементарное железо Fe0
Элементарное железо, естественно, нерастворимо в воде. В присутствии влаги и воздуха оно окисляется до трехвалентного состояния Fe3+, превращаясь в окись железа Fe2O3 (происходит процесс образования ржавчины).
б) Двухвалентное железо Fe2+
Двухвалентное железо почти всегда растворимо в воде. Хотя при некоторых условиях гидроокись двухвалентного железа образует нерастворимый осадок, однако это происходит при значениях pH, которые обычно не используются в повседневной жизни.
в) Трехвалентное железо Fe3+
Гидроокись трехвалентного железа Fe(OH)3 практически нерастворима в воде (растворима только при очень низких значениях pH). Хлорид железа FeCl2 и сульфат железа Fe2(SO4)3 растворимы и могут образовываться в слабокислых водах.
д) Органическое железо
Органическое железо может присутствовать в воде в различных формах и соединениях. Эти соединения могут быть как растворимыми, так и нерастворимыми в виде мелкодисперсных взвесей, которые ввиду малых размеров плохо поддаются фильтрованию. Ниже приводятся три формы соединений органического железа:
- • Бактериальное железо. Некоторые виды бактерий могут использовать энергию, выделяемую при окислении ими двухвалентного железа, которое становится частью слизистой оболочки клетки.
- • Коллоидное железо. Коллоиды - это нерастворимые частицы, которые так малы (десятые и сотые доли микрона), что не могут быть задержаны обычным фильтрующим материалом. Коллоидные частицы из-за своих маленьких размеров и наличия поверхностного заряда образуют в воде суспензию и не выпадают в осадок. Танины и лигнины, представляющие собой большие органические молекулы, также попадают под эту категорию.
- • Растворимое органическое железо. Как и некоторые полифосфаты, органические молекулы могут связывать железо, кальций и другие металлы, удерживая их в растворе. Органические соединения являются комплексообразующими веществами и удерживают железо в растворимых комплексных соединениях, называемых хелатами.
Подробнее
Актуальные способы обезжелезивания
Следует учитывать, что в подземных водах при отсутствии кислорода железо встречается обычно в форме двухвалентных солей. Когда двухвалентное железо вступает в контакт с воздухом, то оно окисляется и превращается в трехвалентное железо, которое соединяется со свободными ионами гидроксила (ОН-), образуя практически нерастворимую гидрокись железа Fe(OH)3. В поверхностных водах и неглубоких скважинах гидроокиси, как правило, образуют коллоиды. При интенсивном окислении коллоидное железо превращается в окись железа Fe2O3 (так называемая ржавчина), которая выпадает в осадок. Помимо естественного содержания железа в воде, к нему добавляется железо вследствие коррозии стальных поверхностей.
При подборе технологий очистки воды и водоподготовительного оборудования необходимо ориентироваться на исходный состав воды. Правильный выбор станции обезжелезивания воды позволит подготавливать воду в соответствии с требованиями российской нормативной документации и стандартов качества. Именно поэтому выбирать обезжелезиватель следует опытным специалистам, услуги которых и предлагает «КФ Центр».
Разнообразие способов очистки воды от железа
Многообразие форм и концентраций железа, встречающихся в природных водах, привело к разработке целого ряда методов обезжелезивания воды, каждый из которых имеет свою область применения.
Методы, применяемые в технологии обезжелезивания воды, можно свести к четырем основным:
1) Окисление
Метод окисления можно разделить на два вида:
- • безреагентного окисление,
- • реагентного окисление.
Безреагентное окисление включает следующие процессы:
- • аэрация с последующим фильтрованием,
- • аэрация с последующим отстаиванием и фильтрованием,
Метод безреагентного обезжелезивания воды применяется, когда исходная вода характеризуется следующими показателями: рН не менее 7, щелочность не менее 1 мг-экв/л, содержание углекислоты до 80 мг/л, перманганатная окисляемость не более 7 мгО2/л.
Реагентное окисление включает следующие процессы:
- • упрощенное аэрирование, окисление и фильтрование,
- • известкование, отстаивание и фильтрование,
- • аэрация, окисление, известкование, коагулирование, флокулирование с последующим отстаиванием и фильтрованием,
Реагентный метод обезжелезивания воды следует применять: при низких значениях рН, при высокой окисляемости и нестабильности воды.
2) Каталитическое окисление
Метод каталитического окисления подразумевает использование катализаторов ускорения химической реакции окисления растворенного железа. В качестве катализатора химической реакции используется зернистая фильтрующая загрузка на основе диоксида марганца MnO2. Растворенное железо в присутствии диоксида марганца быстрее окисляется и его окислы оседают на поверхности гранул катализатора. Форма и размер каталитической загрузки выбирается с таким расчетом, чтобы катализатор одновременно выполнял роль фильтрующей среды. На практике часто метод безреагентного окисления совмещают с каталитическим окислением, что позволяет повысить эффективность безреагентных окислительных фильтров удаления железа.
3) Ионообменная фильтрация
Метод ионообменной фильтрации основывается на использовании в качестве фильтрующей загрузки ионообменных катионитных смол и применяется для удаления растворенного двух валентного закисного железа Fe2+. При ионообменной фильтрации катионы закисного железа замещаются катионами регенеранта и удаляются из воды. Однако в процессе фильтрации происходит быстрое загрязнение ионообменных смол окислами железа и существенное снижение обменной емкости смол. Поэтому метод ионообменной фильтрации железа ограничивается небольшими концентрациями железа (до 2 - 3 мг/л) и обычно совмещается с процессом умягчения воды.
4) Биологическая фильтрация
Одним из современных направлений нехимической очистки подземных вод от железа является биологический способ. Под биологической очисткой воды подразумевается процесс очистки примесей железа за счет их окисления аэробными бактериями, живущими в кислородной среде.
Выбор метода обезжелезивания воды следует производить на основе полного химического анализа воды источника водоснабжения. При значительных сезонных колебаниях качества воды в водоеме анализы повторяют в различное время года. В первую очередь необходимо знать следующие показатели воды:
- • рН,
- • мутность и цветность,
- • содержание двух и трех валентного железа,
- • содержание сероводорода,
- • общую и карбонатную жесткость,
- • окисляемость,
- • содержание хлоридов и сульфатов.
