кварк_логотипконтактная информация
Каталог продукции (а-я)
Полезная информация
О компании
Наши клиенты
Get Adobe Flash player
Контакты
поиск

Скачать данную статью в формате Adobe Acrobat (.pdf)
 

Традиционные способы обезжелезивания

В общем случае в присутствии окислителя и достаточной щелочности двухвалентное железо окисляется, его органические формы разрушаются и происходит гидролиз с образованием взвеси гидроокисла Fe(ОН)3.

Окисление двухвалентного железа происходит при обмене электрона по следующей схеме:

Fe2+® Fe3+ + e-                                                                          (1.1)

Для окисления железа по реакции (1.1.) необходим кислород в количестве 0,143 мг на 1 мг Fe2.

В присутствии ионов воды реакция окисления железа имеет вид:

Fe2+ + 3H2O ® Fe3+ + e- + 3H+                                                      (1.2)

Концентрация ионов водорода Н+ оценивается значением рН воды, а активность электронов значением окислительно-восстановительного потенциала Еh.

При подъеме подземных вод на поверхность нарушаются равновесные состояния растворенных веществ, из воды начинает выделяться двуокись углерода СО2 и поглощаться кислород воздуха.

В результате начинается распад бикарбонатов и выделение растворенной двуокиси углерода, что приводит к повышению рН воды.

HCO3-® CО2­ + ОH-                                                                     (1.3)

Повышение рН при наличии кислорода приводит к процессу окисления железа и гидролизу с образованием гидрата закиси:

Fe2+ + 2HCO3- + 2H2O = Fe(ОH)2 + 2H2СО3.                                      (1.4)

При введении в подземную воду окислителя, гидрозакись железа превращается в гидроокись:

4Fe(OH)2 + О2 + 2H2О = 4FeH)3.                                                 (1.5)

В результате гидролиза содержание свободной углекислоты в обрабатываемой воде увеличивается на 1,6 мг, а щелочность уменьшается на 0,036 мг-экв/л.

Cуммарно реакции (1.4) и (1.5) могут быть записаны в следующем виде:

Fe2+ + 8HCO3- + О2 + 2H2О = 4FeH)3 + 8СО2.                                (1.6)

В зависимости от конкретных условий реакции, окисление Fe2+ может предшествовать гидролизу или идти параллельно с ним, но независимо от того, в какой последовательности протекают реакции окисления и гидролиза, конечным их продуктом всегда является гидроокись железа.

В итоге в воде образуются бурые нерастворимые хлопья гидроксидов, которые придают ей интенсивную окраску.

Технологический процесс обезжелезивания завершается удалением продукта реакции - нерастворимого гидроксида железа: отстаиванием, отстаиванием с коагуляцией и (или) фильтрацией на скорых либо напорных фильтрах.

В таблице 1 приведены основные методы обезжелезивания, в настоящее время применяющиеся в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве РФ.

Таблица 1. Основные методы обезжелезивания воды

Метод

Max конц. Fe2+, мг/л

рН

Преимущества

Недостатки

1. 

Озонирование

10

6,8-8,5

Высокая эффективность

Возможность удаления органического Fe

Возможность удаления Mn

Высокая стоимость

Высокие энергозатраты

Коррозионная активность

Токсичность

2. 

Хлорирование

5

6,8-8,5

Одновременная дезинфекция воды

Сложность технологии

Токсичность

3. 

Каталитическое окисление с фильтрацией

10

6,2-8,5

Эффективность

Экономичность

Необходимость предварительной аэрации

Истирание засыпки

Низкая эффективность удаления органического Fe

4. 

Промышленное осаждение

5

6,8-8,0

Большая производительность

Экономичность

Медленная скорость процесса

Необходимость применения коагулянтов

Низкая эффективность удаления органического Fe

5. 

Ионный обмен

50

5,0-7,0

Высокая степень очистки

Одновременное умягчение воды

Зарастание катионита

Невозможность удаления Fe3+

6. 

Мембранная фильтрация

0,5

6,8-7,5

Высокая степень очистки

Возможность удаления коллоидного и бактериального Fe

Невысокая исходная концентрация Fe

Высокая стоимость

Быстрое зарастание и засорение мембран

7. 

Биологическое обезжелезива-ние

50

6,0-7,5

Одновременное удаление сероводорода

Требуется дальнейшая сорбционная очистка и обеззараживание

8. 

Упрощенная аэрация

5

6,0-9,0

Большая производительность Экономичность

Низкая эффективность удаления органического Fe

9. 

Принудительная аэрация

10

6,8-8,5

Большая производительность Экономичность

Низкая эффективность удаления органического Fe

10. 

Усиленная аэрация в обезжелезива-теле «КВАРК»

100

4,0-9,0

Большая производительность Экономичность

Высокая исходная концентрация Fe

Широкий диапазон рН

Одновременное удаление избыточного СО2

Низкая эффективность удаления органического Fe

Озонирование – это интенсивное окисление двухвалентного железа с помощью добавления в воду газообразного озона и последующей ее фильтрацией.

Хлорирование – окисление и последующая фильтрация двухвалентного железа путем добавления в воду продуктов хлора и его соединений (диоксида хлора, гипохлорита натрия, гипохлорита кальция и др.)

Каталитическое окисление с фильтрацией основано на пропускании предварительно аэрированной воды через резервуар со специальной фильтрующей засыпкой с каталитическими свойствами.

Промышленное осаждение коллоидного железа - это удаление коллоидных частиц гидроксида трехвалентного железа путем отстаивания с добавлением флокулянтов и коагулянтов и последующей фильтрацией.

Ионообменный метод удаления железа подразумевает использование катионитов для удаления из воды растворенного двухвалентного железа.

Мембранные методы обезжелезивания применяютсядля удаления растворенного в воде двухвалентного железа, коллоидных частиц гидроксида Fe3+, коллоидного и бактериального органического железа с помощью фильтрации через мембрану.

Биологическое обезжелезивание подразумевает использование железобактерий, окисляющих двухвалентное растворенное железо в трехвалентное и последующее удаление коллоидной взвеси и бактериальной пленки в отстойнике и на фильтрах.

На выбор метода окисления непосредственно влияет стабильность соединений железа. Данная стабильность зависит от состава воды, в котором рН и щелочность являются главными факторами. Данные факторы не связаны напрямую: рН является математическим выражением концентрации ионов водорода, а значение щелочности относится к способности нейтрализовывать кислотные соединения.

При низких значениях щелочности и рН растворенное железо Fe2+ стабильно и проблема обезжелезивания может быть легко решена с помощью ионного обмена в катионитовых фильтрах.

Однако в подавляющем большинстве случаев в воде присутствует нестабильное железо, и ионный обмен необходимо заменять осадительной фильтрацией.

При этом окисление и осаждение являются различными процессами, протекающими с разными скоростями, но зависящими от рН и щелочности воды. Растворенное железо может быть полностью окислено, но не будет осаждаться при недостаточной щелочности воды. Экспериментально установлено, что при прочих равных условиях скорость окисления железа Fe2+ кислородом воздуха при возрастании показателя рН на 1,0 возрастает почти в 100 раз.

Самый простой и экономичный способ обезжелезивания воды – это аэрация, окисление растворенного железа бесплатным природным окислителем: кислородом воздуха.

Упрощенная аэрация заключается в отфильтровывании нерастворимых соединений Fe3+ после ее контакта с воздухом, осуществляемом в результате свободного излива с высоты либо разбрызгивания в аэрационном бассейне.

Принудительная аэрация состоит в фильтрации воды после введения в нее расчетного количества воздуха с помощью эжектора либо компрессора.

Для принудительной аэрации компанией «КВАРК» выпускается модельный ряд струйных эжекторов-аэраторов производительностью от 0,1 до 300 м3/ч, обладающих повышенным коэффициентом эжекции, экономичностью и увеличенным сроком службы по сравнению с существующими аналогами.

Как видно из Таблицы 1, каждый из методов обезжелезивания воды применим только в определенных случаях, у каждого есть и достоинства, и существенные недостатки. Выбор конкретного метода удаления железа (или их комбинации) в большой степени зависит от исходного содержания и формы растворенного железа, температуры, щелочности и рН обрабатываемой воды, требуемой производительности установки и конкретных условий ее эксплуатации.

На сегодняшний день отсутствует единая утвержденная методика определения органического, коллоидного и бактериального железа. Также не существует универсального способа обезжелезивания, охватывающего все варианты сочетания исходных параметров и имеющего низкую эксплуатационную стоимость.

Однако для подавляющего большинства подземных вод, химический состав которых характеризуется содержанием Fe2+ свыше 10 мг/л, низким содержанием органического железа и низкой стабильностью соединений железа, компанией «КВАРК» разработан способ, позволяющий экономично и в широком диапазоне параметров производить промышленное обезжелезивание воды.

© 1994-2019 ООО "КВАРК ПромЭнергоСистемы". Все права защищены.