Обезжелезивание воды
Формы железа в воде природных источников
Формы нахождения железа в воде природных источников весьма разнообразны. Присутствие той или иной формы железа зависит от различных условий, и, в частности, от окислительно – восстановительных свойств воды.
Раcсмотрим диаграмму состояния железа в подземных водах
Как видно из диаграммы при рН < 4,5 железо в воде находится в истинно растворенном состоянии в виде следующих ионов:
Fe3+,, Fe2+, Fe(OH)R2+
А при значениях рН > 4,5 Fe2+ окисляется до 3-х валентного состояния, гидролизуется и выпадает в осадок в виде гидроксида 3-х валентного железа.
При этом полнота окисления повышается с увеличением рН. Обычно подземные воды характеризуются окислительным потенциалом, близким к нулю и значениями рН < 7,5. Как видно из диаграммы состояния в этих условиях 2-х валентное железо в воде находится в истинно-растворённом состоянии и не выпадает в осадок.
Если теперь через эту жидкость пропускать воздух, то окислительный потенциал системы вследствие растворения О2 повышается.
При этом в результате удаления части углекислоты рН воды возрастает до величины, при которой при данном окислительном потенциале выпадает гидрокисид 3-х валентного железа. И, таким образом, начнётся процесс обезжелезивания воды без добавления каких-либо реагентов.
Скорость окисления закисного железа в окисное сильно возрастает с повышением рН воды. Данное положение наглядно видно из следующего графика.
О том, как влияют растворённые в воде соли на окисление закисного железа в окисное О2 воздуха видно из следующего графика:
|
|
Кроме того скорость окисления закисного железа в окисное возрастает с увеличением концентрации растворённого О2 (т.к. повышается окислительный потенциал жидкости); а также от контакта воды с ранее выпавшим осадком железа.
При содержании в воде бикарбонатных ионов процесс окисления 2-х валентного железа в 3-х валентное и гидролиз последнего могут быть представлены следующим образом:
4Fe2+ + 8HCO3- + o2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 + 8CO2↑
Процессы окисления и гидролиза бикарбонатом железа замедляются выделением СО2 (свободной углекислоты), которые образуют в воде угольную кислоту и снижают величину рН′ воды.
Поэтому СО2 удаляют аэрацией или добавлением извести.
Окисление Fe2+ в Fe3+ при обезжелезивании воды можно производить вместо О2 воздуха другими окислителями, такими как хлор, перманганат калия и др.
Причём окисление Fe2+ хлором идёт достаточно быстро при значениях рН >5. Весьма быстро завершается процесс окисления закисного железа KМnO4, т.к. образующийся при этом осадок гидроксида Mn является катализатором процесса окисления.
Выбор метода обезжелезивания
Выбору основного метода обезжелезивания воды должно предшествовать её пробное обезжелезивание (такое исследование называют технологическим анализом воды).
Задачей пробного обезжелезивания воды является установление наиболее рационального метода удаления железа из данной конкретной воды.
Пробное обезжелезивание воды должно производиться непосредственно у источника водоснабжения немедленно после взятия пробы воды. Для этих целей используют специальные лабораторные установки.
|
|
Пробное обезжелезивание воды должно производят последовательно следующими методами (к последующему методу переходят, если предыдущий, более простой, не дал положительного результата):
1) упрощённая аэрация и фильтрование;
2) аэрация и фильтрование после окисления закисного железа в окисное;
3) коагуляция, отстаивание и фильтрование;
4) известкование, отстаивание и фильтрование;
5) хлорирование и коагуляциея или хлорирование и известкование с последующим фильтрованием.
Чаще всего для обезжелезивания подземных вод применяют аэрацию без добавления реагентов.
Данный метод получил название «упрощённой аэрации» и может применяться для обезжелезивания подземных вод с содержанием железа до 10 мг/л, рН не менее 6,7, щёлочности не менее 1 мг-экв/л, перманганатной окисляемости не более 6-7 мг/л.
Обычно фильтрование воды производят через фильтры, загруженные песком, антрацитом, керамической крошкой и др. Крупность фильтрующей загрузки принимается в пределах 0,8 – 1,8 мм при высоте слоя загрузки 1м и скорости фильтрования 5-7 м/час.