Forme de fier în surse naturale
În apa surselor de suprafață, fierul este, de obicei, sub formă de complexe organo-minerale coloidale, în special sub formă de fier humic și suspensie de hidroxid de fier fin dispersat. În apele râului contaminate cu efluenți acide, se produce FeSOi sulfat feros. Datorită prezenței în apa râului de oxigen dizolvat Fe feros; „oxidat în trivalent Fe“ „Când hidrogenul sulfurat în apă HiS format suspensie fin dispersat de FeS sulfurii de fier ..
Sursele subterane de apă în majoritatea covârșitoare se caracterizează prin prezența bicarbonatului feros dizolvat (HCCb): care este complet stabil în absența oxidanților și cu pH> 7,5. Cu duritate mare a carbonatului, pH> 10 și Fe - "" MOhm / L, bicarbonatul poate fi hidrolizat pentru a forma dioxid de carbon.
Concentrația de fier în apele subterane subterane este în intervalul de la 0,5 la 50 g / l. În regiunea centrală a Federației Ruse, inclusiv în suburbiile Moscovei, această valoare variază în intervalul de 0,3-10 mg / l. cel mai adesea 3-5 mg / l, în funcție de localizarea geografică și adâncimea sursei.
Anaerob (care nu are contact cu aerul) apa freatică transparent poate conține un compus bivalent de fier (Fe „) până la câteva mg / l, fără a opacității prin hrana direct de la sursă. Cu toate acestea, la contactul cu atmosfera de oxigen fier bivalent oxidat trivalent stare coloidală, dând apă caracteristică roșu-maro umbra.
Utilizatorul observă adesea imaginea următoare; în primul moment, apa obținută din puț pare a fi absolut curată și transparentă, dar cu timpul (de la câteva minute la câteva ore) devine tulbure, dobândind o anumită nuanță. La sedimentarea apei, se instalează turbiditatea, formând un sediment maroniu (hidroxid feric). Oxidarea Fe- "la FeJ" accelerează catalitic prezența sărurilor de cupru în apă, precum și contactul apei cu precipitatul precipitat FefOHb.
În funcție de condițiile (pH, temperatură, prezența apei în agenții de oxidare sau de reducere, concentrația acestora), oxidarea poate fi precedată de hidroliza, merge paralel cu sau produs de oxidare poate suferi hidroliza FefOHfe feros.
Alegerea metodei optime de dezmembrare a apei depinde de cunoașterea formelor de fier prezente în apele naturale. În conformitate cu metoda de îndepărtare SNP 2.04.02-84 * fier, parametrii de dozare estimate și reactivii care trebuie luate în baza rezultatelor cercetărilor tehnologice realizate direct de la sursa de alimentare cu apă.
Metode de îndepărtare a fierului
Pentru deironizarea apelor de suprafață se utilizează numai metode de reacție cu filtrare ulterioară. Deferizare apelor subterane se realizează prin filtrare în combinație cu una dintre pretratamentului metode - aerare (simplificată și dispozitive speciale), coagulare și clarificare, introducerea de agenți oxidanți - clor, hipoclorit de sodiu sau de calciu, ozon, permanganat de potasiu. Cu o justificare justificată, se utilizează cationizarea, dializa, flotarea, electrocoagularea și alte metode.
Prin îndepărtarea fierului din apa conținută în forma unui coloid de hidroxid feric Fe (OH):> sau compuși organici coloidal folosind coagulare cu sulfat de aluminiu sau sulfatul de fier, cu adaos de clor sau de hipoclorit de sodiu. Ca umpluturi pentru filtrele utilizate în principal nisip, antracit, cărbune sulfonată, argilă expandată, pirolusit, iar materialele de filtrare acoperite cu un catalizator, accelerarea procesului de fier feros la oxidare feric. Recent, aceste materiale de umplere au devenit din ce în ce mai populare.
aerisire
În procesul de aerare, oxigenul aerului oxidează fierul feros, în timp ce dioxidul de carbon este îndepărtat din apă, ceea ce accelerează procesul de oxidare și hidroliza ulterioară cu formarea de hidroxid de fier.
Metoda simplificată capacitate de aerare pe bază de apă care conține dizolvat feros și oxigen, prin filtrare printr-un strat granular pe fier cereale suprafața excreta de încărcare, formând o peliculă de ioni catalitice și hidroxizi de fier feric. Filmul intensifică în mod activ procesul de oxidare și separare a compușilor de fier din apă. Trebuie notat: un număr de impurități în apa purificată, cum ar fi hidrogen sulfurat, dioxid de carbon liber, acid silicic coloidal, amoniac, afectează semnificativ proprietățile catalitice ale filmului.
Această metodă este acceptabilă dacă concentrația de fier în apă nu depășește 10 mg / l și valoarea pH-ului este mai mare de 6,8. (Există, de asemenea, limitări valori alcalinitate, oxidarea cu permanganat, hidrogen sulfurat, sulfuri și săruri de amoniu.) În alte cazuri, o aerare preliminară cu aeratoare de apă prin adăugarea reactivilor necesari (clor, hipoclorit de sodiu, permanganat de potasiu, etc.).
Când conținutul de fier în apă ca sulfatul de aerare FeSOi de apă nu permite îndepărtarea sa de fier prin formarea acidului scade pH-ul apei mai mică de 6,8, procesul de hidroliză este aproape oprit. Pentru a îndepărta acidul din apă, este necesar să se limpezească precipitarea de CaSCk de gips slab. După calcar, este necesară sedimentarea și filtrarea apei.
Atunci când se utilizează filtre de presiune, se injectează direct aerul în conducta de alimentare cu un debit de 2 litri pe 1 g de fier (II). Dacă în sursa de apă este prezentă mai mult de 40 mg / l de dioxid de carbon liber și mai mult de 0,5 mg / l hidrogen sulfurat, aerul nu este introdus în conductă. În acest caz, în fața filtrului de presiune trebuie instalat un rezervor intermediar cu un orificiu de evacuare liber și o pompă de pompare.
Atunci când este necesar să se îndepărteze fierul din apă la o concentrație în apă mai mare de 10 mg / l și să crească pH-ul la mai mult de 6,8, aerarea se efectuează în dispozitive speciale - degazare. Apa în ele este îmbogățită cu oxigen, iar oxidarea fierului are loc. Apoi, acesta este alimentat la filtru, unde formarea de fulgi de hidroxid feric și retenția lor sunt completate în volumul umpluturii.
Metoda de "filtrare uscată"
Metoda constă în filtrarea emulsiei aer-apă printr-o încărcătură granulară "uscată" (fără apă) prin crearea unui vid în filtru sau prin injectarea unei cantități mari de aer, urmată de aspirația din spațiul inferior. Astfel, pe suprafața mediilor de filtrare formate de film adsorbție catalitică a fierului (și mangan, dacă sunt prezente în apă), care crește eficiența proceselor de îndepărtare a fierului și demanganation. Ca încărcare, se utilizează de obicei nisip, argilă, antracit, viniplast și altele.
Coagulare, clarificare, floculare
Din apele de suprafață, de regulă, este necesar să se elimine șlamurile și substanțele dispersate coloid, inclusiv compușii de fier. Eliberarea apei din suspensii și substanțe coloidale este posibilă numai prin introducerea de reactivi speciali-coagulanți. Coagulantul se formează în fulgi de apă care se adsorbază pe coloizii lor de suprafață și sunt eliberați ca un precipitat. Deoarece coagulanți utilizat sulfat de aluminiu (apă pH 6,5-7,5 sursă) de sulfat feros (feros), clorură ferică (pH = 4-10), aluminiu poligidroksihlorid.
Pentru a intensifica procesul de coagulare, floculanți sunt introduși suplimentar în apă.
Doza de clor, în funcție de conținutul de fier, poate fi de 5-20 g pe 1 Mj de apă la contact timp de cel puțin 30 de minute (nu numai pentru oxidarea fierului, dar și pentru dezinfecția fiabilă).
Cu toate acestea, această metodă de tratare a apei are o serie de dezavantaje, asociate în primul rând cu transportul și stocarea complexă a unor volume mari de clor lichid extrem de toxic. Prin urmare, în ultimii ani, tratarea apei cu soluție de hipoclorit de sodiu (NaCIO) a fost folosită din ce în ce mai mult și această metodă este utilizată atât în instalațiile mari de tratare a apei, cât și în instalațiile mici, inclusiv casele particulare. Soluțiile apoase de hipoclorit de sodiu se obțin prin metoda chimică sau electrochimică, în funcție de reacția totală.
În procesul de oxidare a fierului cu hipoclorit de sodiu, nu există o acidificare a apei, care este foarte importantă pentru procesul de filtrare. În plus, soluția de hipoclorit de sodiu (atât comercial cât și electrochimic) este alcalină, favorabilă pentru filtrare,
Oxidarea fierului feros se realizează și prin introducerea unei soluții de permanganat de potasiu KMnO în apa inițială din fața filtrelor. În scopul tratării apelor complexe și economisirea permanganatului de potasiu destul de scump, acesta poate fi utilizat în combinație cu hipocloritul de sodiu.
Una dintre metodele promițătoare de oxidare a fierului - ozonizare (vezi T-A 26302). In timp ce furnizarea de dezinfectare, dezodorizare și decolorare a apei, pentru a îmbunătăți proprietățile sale organoleptice, oxidarea fierului bivalent și mangan.
Când se filtrează prin stratul de schimbător de ioni, fierul va fi reținut și absorbit de schimbătorul de ioni mai devreme și mai bine decât calciu și magneziu. Și capacitatea de schimb a schimbătorului de ioni pentru calciu și magneziu va scădea rapid. Prin urmare, este permisă îndepărtarea fierului din apă prin schimbarea de ioni (cationizare) atunci când este necesară înmuierea apei simultan cu eliminarea aerului. Cu toate acestea, în acest caz este posibilă extragerea fierului într-o formă bivalentă dizolvată. Când oxigenul este prezent în apă, ionul de Fe2 + este oxidat, hidroxidul de fier format Fe (OH) 3 este slab solubil în apă și, atunci când este depus pe granulele schimbătorului de ioni, "închide" porii. Durata de viață a materialului de schimb ionic va fi redus semnificativ.
Acțiunea lor se bazează pe capacitatea compușilor de mangan de a schimba relativ ușor starea de valență. Fier fier în apa inițială este oxidat de oxizi de mangan mai mari. Acestea din urmă sunt reduse la etapele de oxidare inferioare și apoi din nou oxidate la oxizi mai mari cu oxigen dizolvat și permanganat de potasiu,
Ulterior, cea mai mare parte a fierului oxidat și reținut pe materialul filtrant este lăsat în scurgere prin spălare înapoi. Astfel, stratul de catalizator granular servește simultan ca mediu de filtrare. Pentru a îmbunătăți procesul de oxidare, în apă pot fi adăugați și alți oxidanți chimici.
La realizarea procedeului, trebuie avut în vedere că oxidarea eficientă a compușilor de fier (și mangan) necesită atât prezența unui catalizator care accelerează procesul și reactivul oxidant. În rolul oxidantului se poate acționa oxigenul dizolvat, compușii de mangan mai mari, clorul, hipocloritul. Acesta este introdus din exterior sau face parte din sarcina de filtrare. În ultimul caz, este necesar să se determine resursele de sarcină, pe baza compoziției apei și a consumului acesteia, precum și pentru a asigura regenerarea sau înlocuirea în timp util a materialului filtrant.