В статье рассмотрены шесть методов обезжелезивания воды. Автором статьи разработана таблица, в которой приведен сравнительный анализ методов обезжелезивания воды. С помощью разработанной таблицы можно наиболее быстро сравнить методы обезжелезивания воды между собой с целью дальнейшего рационального их выбора для конкретных целей.
Ключевые слова: вода, двухвалентное железо, трехвалентное железо, коллоидное железо, бактериальное железо, методы обезжелезивания воды
Качество воды источников водоснабжения во многом обуславливается степенью содержания в ней соединений железа. Важной задачей является использование воды для питьевых, бытовых и промышленных нужд с соответствующими нормативными показателями железа [1–2]. Но вода с изначальной нормативной степенью соединений железа присутствует далеко не во всех источниках водоснабжения, в которых соединения железа могут находится в четырех различных формах.
Типы соединений железа:
‒ двухвалентное железо — содержится в воде в растворенном состоянии и невидимо невооруженным глазом, при длительном контакте воды с атмосферным воздухом двухвалентное железо превращается в трехвалентное, и вода приобретает рыжеватый цвет;
‒ трехвалентное железо — содержится в воде в нерастворенном состоянии в виде маленьких частиц рыжего цвета, при длительном отстаивании нерастворенные частицы выпадают в осадок;
‒ коллоидное железо — содержится в воде в нерастворенном взвешенном состоянии, окрашивает воду в рыжий цвет, нерастворенные частицы не выпадают в осадок;
‒ бактериальное железо — состоит из живых и мертвых бактерий, образующих мягкое и вязкое слизистое отложения внутри трубопроводов и на санитарно-технических приборах.
Использование воды с повышенным содержанием соединений железа приводит к различным негативным последствиям:
‒ нарушение работы органов пищеварительной, мочеиспускательной и сердечно-сосудистой систем человека;
‒ появление раздражений кожи и ее аллергических реакций;
‒ образование рыжих пятен на санитарно-технических приборах;
‒ образование рыжих пятен на белье после стирки;
‒ появление коррозии трубопроводов;
‒ снижение срока службы бытовой техники.
Ряд перечисленных выше проблем решается при использовании различных методов обезжелезивания воды [3–5].
Методы обезжелезивания воды
Упрощенная аэрация
Метод основан на способности воды, содержащей двухвалентное железо и растворенный кислород, при фильтрации через слой загрузки выделять образованное в процессе окисления кислородом трехвалентное железо на поверхности зерен загрузки.
В процессе аэрации кислород воздуха окисляет двухвалентное железо, при этом из воды удаляется углекислота, что ускоряет процесс окисления и последующий гидролиз с образованием гидроксида железа.
Коагуляция и осветление
Метод основан на образовании с помощью коагулянтов хлопьев, которые образуются из нерастворенных соединений железа. В процессе отстаивания хлопья выпадают в осадок.
Для ускорения протекания процесса коагуляции в воду вводят флокулянты, способствующие укруплению хлопьев.
Ионообменный метод
Для удаления железа данным методом применяются катиониты — синтетические ионообменные смолы.
Синтетические ионообменные смолы способны удалять из воды не только растворённое двухвалентное железо, но также и другие двухвалентные металлы, в частности кальций и магний. Теоретически методом ионного обмена можно удалять из воды очень высокие концентрации железа, при этом не потребуется стадии окисления двухвалентного железа с целью получения нерастворимого гидроксида.
Обратный осмос
Метод основан на продавливании воды через полупроницаемую мембрану, которая не пропускает мельчайшие примеси. В результате чего вода после прохождения через полупроницаемую мембрану становится дистиллированной.
Введение реагентов-окислителей
Применяемыми для обезжелезивания реагентами-окислителями являются хлор, перманганат калия и озон.
Методы окисления хлором, перманганатом калия и озоном основаны на разрушение органических соединений железа и переход их в форму неорганических солей нерастворенного трехвалентного железа. Образованное трехвалентное железо затем выпадает в осадок.
Фильтрование через каталитические загрузки
Обезжелезивание с применением каталитических загрузок — наиболее распространенный метод удаления железа, применяемый в системах высокой производительности. Каталитические наполнители — природные материалы, содержащие диоксид марганца или загрузки, в которые диоксид марганца введен при соответствующей обработке.
Среди каталитических загрузок существуют: дробленый пиролюзит, сульфоуголь, МЖФ, Manganese Green Sand (MGS), Birm, и МТМ.
Механизм действия основан на способности соединений марганца изменять валентное состояние. Двухвалентное железо в исходной воде окисляется высшими оксидами марганца. Высшие оксиды марганца восстанавливаются до низших ступеней окисления, а далее вновь окисляются до высших оксидов растворенным кислородом и перманганатом калия. Впоследствии большая часть окисленного и задержанного на фильтрующем материале железа вымывается в дренаж при обратной промывке. Поэтому каталитический слой является еще и задерживающим образованные соединения нерастворенного трехвалентного железа слоем.
Сравнительный анализ методов обезжелезивания воды
В результате рассмотрения методов обезжелезивания воды автором статьи составлена таблица 1, в которой отражены преимущества и недостатки для каждого метода обезжелезивания.
Таблица 1
Сравнительный анализ методов обезжелезивания воды
|
Метод |
Преимущества |
Недостатки |
|
Упрощенная аэрация |
— Низкая стоимость обезжелезивания по сравнению с другими методами; — улучшение вкусовых качеств воды вследствие обогащения воды кислородом; — экологическая безопасность при отсутствии предварительной обработки воды реагентами-окислителями |
— Неэффективно при высоких концентрациях железа в воде; — при высоких концентрациях железа в воде требуется предварительная обработка воды реагентами-окислителями; |
|
Коагуляция и осветление |
— Ускорение естественного процесса осаждения трехвалентного железа; — связывание в хлопья коллоидных частиц трехвалентного железа с последующим осаждением |
— Необходимость соблюдения четкого количества дозирования коагулянта; — необходимость помещения для хранения коагулянтов |
|
Ионный обмен |
— Глубокая степень обезжелезивания; — возможность регенерации загрузочного материала; — отсутствие осадка после обработки воды |
— Необходимость периодической замены загрузочного материала в фильтрах без предусмотренной функции регенерации, в связи с этим необходимы дополнительные затраты денежных средств; — высокая стоимость фильтров с предусмотренной функцией регенерации; — при присутствии в воде трехвалентного железа происходит неизбежное засорение смолы и проблематичное удаление его из загрузочного материала; — во избежание увеличения концентрации трехвалентного железа в очищаемой воде необходимо следить за концентрациями кислорода и реагентов-окислителей в ней; — наличие в очищаемой воде органического железа приводит к быстрому зарастанию ионообменной смолы |
|
Обратный осмос |
— Глубокая степень обезжелезивания; — очистка воды практически от всех видов загрязнений |
— Дороговизна фильтра; — существенные расходы на периодическую замену мембраны; — необходимость предварительной очистки воды с целью сохранности мембраны; — при больших концентрациях в очищаемой воде трехвалентного железа происходит неизбежное засорение пор полупроницаемой мембраны |
|
Введение реагентов-окислителей |
— Метод поддается полной автоматизации; — обеззараживание очищаемой воды |
- Высокая степень токсичности хлора и озона; — проблемы с транспортировкой хлора; — возможность загрязнения воды хлором и перманганатом калия |
|
Фильтрование через каталитические загрузки |
— Возможность регенерации загрузочного материала; — высокая производительность установок для каталитического окисления железа; — компактность установок для каталитического окисления железа; — загрузочный материал является и окислителем, и фильтрующей средой |
— Неэффективно для органического железа; — неэффективно при высоких концентрациях железа в воде; — при содержании в воде марганца эффективность обезжелезивание существенно ухудшается; — высокая стоимость большинства видов загрузочного материала; — небольшой срок эксплуатации загрузочного материала |
Выводы
Для рассмотрения способов борьбы с различными проблемами, возникающими в связи с использованием воды с повышенным содержанием железа, рассмотрены шесть методов обезжелезивания воды, которые используются в различных сферах человеческой деятельности. Также автором статьи разработана таблица, в которой приведен сравнительный анализ рассмотренных методов обезжелезивания воды (см. табл. 1).
С помощью таблицы 1 можно узнать преимущества и недостатки методов обезжелезивания воды, что облегчает дальнейший выбор методов для конкретных целей.
В каждом отдельном случаем выбор метода обезжелезивания воды индивидуален. Необходимо учитывать экономические составляющие, а также преимущества и недостатки. Более того, различные методы можно использовать совместно для обеспечения необходимой степени содержания в воде железа.
Литература:
- Как очищать воду от железа [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://v-mishakov.ru/zelezo.html — Дата обращения: 08.07.2017.
- Способы очищения воды из скважин от железа [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://theecology.ru/interesting/povyshennoe-soderzhanie-zheleza-v-vode-i — Дата обращения: 09.07.2017.
- Журба М. Г., Соколов Л. И., Говорова Ж. М. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений: в 3 т. Т. 2. Очистка и кондиционирование природных вод. — изд. 3-е, перераб. и доп.: Учеб. пособие. — М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2010. — 552 с.
- Повышенное содержание железа в воде. Причины [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://doktora.by/povyshennoe-soderzhanie-zheleza-v-vode-prichiny-posledstviya-metody-obrabotki-vody — Дата обращения: 09.07.2017.
- Обезжелезивание воды из скважины [Электронный ресурс]. — Режим доступа: Повышенное содержание железа в воде. Причины [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://doktora.by/povyshennoe-soderzhanie-zheleza-v-vode-prichiny-posledstviya-metody-obrabotki-vody — Дата обращения: 11.07.2017.
