Научная работа: Обезжелезивание воды
3) «сухая фильтрация»;
4) фильтрование на каркасных фильтрах;
5) электрокоагуляция;
6) двойная аэрация, обработка в слое взвешенного осадка и фильтрование;
7) фильтрование в подземных условиях с предварительной подачей в пласт окисленной воды;
8) аэрация и двухступенчатое фильтрование.
Реагентные методы:
1) упрощенная аэрация, окисление, фильтрование;
2) напорная флотация с известкованием и последующим фильтрованием;
3) известкование, отстаивание в тонкослойном отстойнике и фильтрование;
4) аэрация, окисление, известкование, коагулирование, флокулирование с последующим отстаиванием или обработкой в слое взвешенного осадка и фильтрование;
5) фильтрование через модифицированную загрузку;
6) катионирование.
Обезжелезивание поверхностных вод можно осуществить лишь реагентными методами, а для удаления железа из подземных вод наибольшее распространение получили безреагентные методы, в частности метод глубокой аэрации, который широко применяется как в нашей стране, так и за рубежом. Из реагентных методов наиболее распространен метод коагулирования сульфатом алюминия с предварительным хлорированием, а иногда и известкованием с последующим отстаиванием.
Многообразие методов обезжелезивания воды исключает их равноценность в отношении надежности, технологичности, экономической целесообразности, простоты, области применения и т.п. Степень изученности того или иного метода различна. Наиболее глубоким и всеобъемлющим исследованиям были подвергнуты методы глубокой аэрации, упрощенной аэрации, коагуляции и известкования. Остальные методы по разным причинам имеют ограниченное применение или недостаточно изучены для широкого внедрения в практику [13].
В литературе [11] есть данные о применении для обезжелезивания воды специального «черного» песка. Этот песок состоит из минерала пиролюзита MnO2 и обладает способностью при фильтровании через него быстро и эффективно очищать воду от двухвалентного железа. Пиролюзит можно заменить более доступной фильтрующей загрузкой, полученной искусственным путем.
Сущность этого метода заключается в предварительном формировании на поверхности зерен фильтрующей загрузки (кварцевый песок, керамзит и др.) каталитической пленки, состоящей в основном из оксида марганца MnO2 .
При фильтровании воды оксид марганца (IV) окисляет двухвалентное железо, восстанавливаясь при этом до низших степеней окисления, а затем вновь окисляется растворенным в воде кислородом или другим окислителем при регенерации.
Процесс можно описать следующими реакциями:
4Fe(HCO3 )2 +3MnO2 +10H2 O→ 4 Fe(OH)3 +MnO + Mn2 O3 + 8 H2 O + 8CO2 ↑ (3)
3 MnO + 2KMnO4 + H2 O → 5 MnO2 + 2KOH (4)
3 Mn2 O3 + 2KMnO4 + H2 O → 8 MnO2 + 2KOH (5)
Каталитическое действие оксида марганца столь велико, что процесс окисления железа (II) завершается в слое загрузки толщиной 10-15 см при фильтровании обезжелезиваемой воды со скоростью 10 м/час. Таким образом, на поверхности пленки происходит окисление железа (II), адсорбция его ионов и мельчайших агрегатов гидроксида железа (III).
По мере фильтрования все новых и новых порций воды в составе пленки уменьшается содержание оксида MnO2 и растет количество оксида Mn2 O3 . Окислительная способность пленки иссякает при преобладании в ее составе оксида Mn2 O3 и блокировании активной поверхности в результате адсорбции соединений железа. Указанный метод обезжелезивания целесообразно использовать при низких значениях рН воды, небольшом содержании сероводорода и солей аммония [13].
Метод фильтрования через фильтрующую загрузку с каталитическим действием не получил широкого распространения в нашей стране из-за относительно высокой стоимости хлорида марганца и перманганата калия, необходимых для регенерации и приготовления фильтрующей загрузки. Однако варианты этого метода используются некоторыми фирмами по производству фильтров для очистки воды.
Например, компания «Евровода» (г. Минск, Партизанский пр-т, 144-38) рекламирует фильтры с различными типами загрузок [9]. Загрузка Greensand(песок из зеленокаменных пород) является сильным катализатором окисления железа и сероводорода, не критична к уровню кислотно-щелочного баланса (рН). Кроме того, загрузка имеет огромный ресурс работы, не теряет свои размеры, не вымывается из фильтрующих систем. Одним из недостатков данной загрузки считается необходимость периодичного восстановления марганцовокислым калием.
Загрузка Pyroloxтакже является сильным катализатором окисления растворенного железа, может работать при низких значениях рН. Несомненное достоинство этой загрузки это то, что ее использование не требует применения химических реагентов за исключением подачи небольшого количества воздуха в сеть перед фильтром.
Мультимедийная загрузка (кварцевый песок высокой чистоты и уголь) при наличии небольшого количества воздуха успешно борется не только с повышенным содержанием железа, но также с мутностью, цветностью и запахом.
Компания «Амазон» (г. Минск, ул. Я.Коласа, 21) предлагает фильтры для обезжелезивания и смягчения воды, где рабочим элементом являются ионообменные смолы [16].