ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЕ ВОДЫ

     В артезианской воде (подземной воде с низких горизонтов) при отсутствии кислорода железо обычно находится в форме частично гидролизованного бикарбоната железа (II). При этом вода, получаемая непосредственно из источника, является прозрачной и бесцветной. Однако при ее некотором контакте с воздухом (даже в спокойном состоянии) она начинает приобретать бурый оттенок; в ней образуются сначала мелкие частицы, которые укрупняются и оседают на дно, образуя осадок коричневого цвета. Что же происходит за это время с водой?

     При обогащении воды растворенным кислородом в свободном объеме двухвалентное железо будет окисляться до трехвалентного:

4Fe²⁺ + О₂ + 2Н₂О = 4Fe³⁺ + 4OH⁻,

затем гидролизоваться, и образовывать малорастворимый осадок гидроокиси железа, который будет находиться в воде в виде коллоидного раствора, который и дает бурую окраску воде:

Fe³⁺ + 3H₂O = Fe(OH)₃ + 3Н⁺.

     Суммарно реакцию окисления и гидролиза двухвалентного железа кислородом в воде можно описать уравнением:

4Fe²⁺ + О₂ + 10Н₂О = 4Fe(ОН)₃ + 8H⁺.

     Если в воде присутствуют гидрокарбонаты, то реакцию окисления двухвалентного железа и гидролиз трехвалентного железа суммарно можно записать в виде:

4Fe²⁺ + 8НСО₃⁻ + О₂ + 2Н₂О = 4Fe(OH)₃ + 8СО₂↑.

     В свободном объеме этот процесс занимает довольно длительное время, поэтому для его ускорения была создана простая и надежная технологическая схема обезжелезивания воды – метод упрощенной аэрации и фильтрования. При этом вода, обогащенная кислородом в результате аэрации, сразу направляется на фильтр, а реакция окисления двухвалентного железа происходит не в свободном объеме, а в толще фильтрующего слоя.

     Согласно уравнению химической реакции по стехиометрическому соотношению на окисление 1 мг двухвалентного железа требуется 0,143 мг кислорода. На практике же для обеспечения соответствующих оптимальных параметров фильтрующей загрузки и высоких скоростей химической реакции в фильтрах обезжелезивания, нужно, чтобы содержание кислорода, растворенного в аэрированной воде, было не менее 0,5 – 0,9 мг на 1 мг двухвалентного железа.

     Для достижения необходимых концентраций растворенного кислорода в воде используют различные схемы аэрации воды: напорную и безнапорную аэрацию.

     Первоначально в качестве фильтрующего слоя в фильтрах обезжелезивания использовался кварцевый песок. Однако в процессе его использования выяснилось, что на скорость окисления двухвалентного железа оказывают каталитическое влияние примеси, находящиеся в его составе, такие как медь, диоксид марганца, соединения фосфора, переходных металлов и т.д. Оказалось, что активные примеси, находящиеся на поверхности песка, адсорбируют растворенный кислород в виде атомов или отрицательно заряженных ионов, а также и в других формах, в которых кислород  является активным окислителем. После чего происходит реакция гетерогенного окисления двухвалентного железа на поверхности каталитического слоя, скорость протекания которой несоизмерима выше реакции окисления в воде. Поэтому были разработаны специальные катализаторы, в структуру которых искусственно ввели перечисленные добавки. В настоящее время для использования в фильтрах обезжелезивания имеется целый ряд различных катализаторов.

     Стандартный фильтр обезжелезивания, который сейчас наиболее широко используется, представляет собой насыпной (засыпной) фильтр с зернистой загрузкой, который состоит из корпуса, фильтрующего каталитического слоя, дренажной или распределительной системы, системы подачи на фильтр исходной воды и отвода очищенной и промывной воды.

     Интенсивность процесса фильтрования на таких фильтрах обычно характеризуется объемной скоростью фильтрования, представляющей собой частное от деления расхода фильтруемой воды на площадь фильтрующего слоя. Скорость фильтрования выражают в м/ч, т. е. количеством воды в м³, фильтруемой через 1 м² площади фильтрующего слоя в течение 1 ч.

     Фильтрование воды через фильтрующий слой насыпного фильтра происходит под действием разности давлений на входе в фильтр и на выходе из него. Разность давлений воды до и после фильтрующего слоя называется потерей напора в фильтрующем слое. Потеря напора в начальный момент работы фильтра, называемая начальной потерей напора, равна потере напора при фильтровании чистой, не содержащей взвешенных веществ воды, через чистый фильтрующий слой. Начальная потеря напора в фильтрующем слое зависит от скорости фильтрования воды, ее вязкости, размера и формы пор фильтрующего слоя, его толщины.

     По мере загрязнения фильтрующего слоя задерживаемыми из воды взвешенными веществами потеря напора возрастает до некоторой величины, характеризующей сопротивление предельно загрязнённого фильтрующего слоя. По достижении предельной потери напора или при ухудшении качества фильтрата нужно произвести очистку фильтрующего слоя очистить от накопившихся в нем загрязнений путем его промывки или другим способом.

     Для автоматизации работы насыпных фильтров каталитического обезжелезивания с зернистой загрузкой используются специальные блоки управления (фирм-изготовителей «FLECK»; «CLACK»; «FOBRITE»; «RUNXIN»), которые в автоматическом режиме обеспечивают регенерацию (промывку) фильтрующей среды в соответствие с требуемыми технологическими параметрами. При этом накопленные загрязнения и отходы, образовавшиеся при регенерации фильтра, сбрасываются в дренажную линию (канализацию). После проведения регенерации (промывки) блок управления автоматически переводит фильтр в рабочий режим.

     Для осуществления процесса обезжелезивания воды мы предлагаем Вам использовать насыпные скорые фильтры каталитического обезжелезивания серии BR, характеристики которых приведены на следующей странице.

     Эффективность обезжелезивания воды на насыпных скорых фильтрах достаточно велика: достигает 90-95%. Однако для проведения отдельных процессов очистки воды (например, процесса ультрафиолетовой стерилизации, процесса обратного осмоса и пр.) такой очистки воды от взвешенных веществ бывает недостаточно. Поэтому для удаления остаточной концентрации железа (III) используется процесс микрофильтрации на патронных фильтрах со сменными фильтрующими элементами.

            Для поверхностных источников водоснабжения, которым можно отнести песчаные скважины и колодцы, метод обезжелезивания воды с использованием упрощенной аэрации и фильтрования не всегда применим. Это связано с тем, что в этих водах существует очень высокая вероятность образования комплекса двухвалентного железа с гуминовой кислотой по реакции:

Здесь R−СООН – молекула гуминовой кислоты.

     В данном случае необходимо вначале разрушить комплексное соединение железа, а затем его перевести в трехвалентное состояние. Это достигается путем введения в исходную воду окислителя : активного хлора, озона, перманганата калия, перекиси водорода и пр. и его достаточно продолжительного контакта в накопительной (контактной) емкости. Для оптимальной активности окисляющего агента возможно потребуется корректировка значения рН исходной воды. Операции по внесению окислителя и корректировки рН проводят методом их пропорционального дозирования с использованием насосов-дозаторов.

     Обезжелезивание при такой предварительной обработке воды можно проводить как на фильтрах каталитического обезжелезивания серии BR, так и на насыпных фильтрах механической очистки серии AN. В случае недостаточной крупности хлопьев перед стадией фильтрации иногда используют стадию коагуляции.