Metode de decălcare a apei
îndepărtarea fierului
Pentru îndepărtarea fierului din apele de suprafață se folosesc numai metode cu reactivi, urmate de filtrare. Îndepărtarea fierului din apele subterane se realizează prin filtrare în combinație cu una dintre metodele de pretratare a apei:
- aerisire pe aparate speciale;
- coagulare si limpezire;
- introducerea de agenţi oxidanţi precum clor, hipoclorit de sodiu sau de calciu, ozon, permanganat de potasiu.
Cu o justificare motivată, se folosesc metode de cationizare, dializă, flotație, electrocoagulare și alte metode. Pentru a îndepărta fierul din apa conținută sub formă de coloid de hidroxid de fier Fe (OH) 3 sau sub formă de compuși organici coloidali, cum ar fi humații de fier, se folosește coagularea cu sulfat de aluminiu sau oxiclorură de aluminiu sau sulfat feros cu adaos. de clor sau hipoclorit de sodiu. Ca umpluturi pentru filtre, se folosesc în principal sorbent de aluminosilicat, nisip, antracit, cărbune sulfo, argilă expandată, piroluzită, precum și materiale filtrante tratate cu un catalizator care accelerează procesul de oxidare a fierului feros în fier feric. Recent, materialele de umplutură cu proprietăți catalitice au devenit mai răspândite: nisip verde de mangan (MGS), Birm, МТМ, МЖФ etc. În prezența fierului coloidal feros în apă, este necesară o îndepărtare de probă a fierului. Dacă nu este posibilă implementarea lui în prima etapă de proiectare, una dintre metodele de mai sus se alege pe baza decălcării de probă în laborator sau a experienței unor instalații similare.
Aerație simplificată, SNiP 2.04.02-84
În timpul aerării, oxigenul aerului oxidează fierul feros, în timp ce dioxidul de carbon este îndepărtat din apă, ceea ce accelerează procesul de oxidare șihidroliza ulterioară pentru a forma hidroxid de fier. Metoda se bazează pe capacitatea apei care conține fier feros și oxigen dizolvat, atunci când este filtrată printr-un strat granular, de a elibera fier pe suprafața boabelor de încărcare, formând o peliculă catalitică de ioni și hidroxizi de fier feros și feric. Filmul intensifică în mod activ procesul de oxidare și eliberare a compușilor de fier din apă. Când primele porțiuni de apă purificată intră în filtru la începutul procesului de îndepărtare a fierului, pe suprafața umpluturii se formează un strat monomolecular de compuși de fier (adsorbție fizică). Stratul de suprafață este mai activ din punct de vedere chimic decât umplutura pură, ceea ce accelerează procesul de depunere a fierului. Valoarea adevăratei suprafețe a peliculei de compuși de fier este mai mare de 200 m2/g, ceea ce determină proprietățile sale de adsorbant puternic cu structură spongioasă. Acest film servește simultan ca catalizator pentru oxidarea fierului feros. Trebuie remarcat faptul că o serie de impurități din apa tratată, cum ar fi hidrogen sulfurat, dioxid de carbon liber, acid silicic coloidal, amoniac, afectează semnificativ proprietățile catalitice ale filmului.
Metoda descrisă este valabilă pentru următoarele cantități de apă:
- valoarea pH-ului - nu mai puțin de 6,8;
- alcalinitatea totală - mai mult de (1 + Fe2+ / 28) mmol/l;
- oxidabilitatea permanganatului – nu mai mult de (0,15 Fe2+ + 3) mgO/l;
Daca una dintre aceste conditii nu este indeplinita, este necesara preaerarea apei in aeratoare cu adaugarea reactivilor necesari (clor, hipoclorit de sodiu, permanganat de potasiu etc.). Când conținutul de fier din apă este sub formă de sulfat FeSO4, aerarea apei nu permite îndepărtarea fierului acesteia: în timpul hidrolizei sării de fier dizolvate, se formează un acid care scade pH-ul apei la mai puțin de 6,8, în timp ce procesul de hidroliză aproape că se oprește. Pentruîndepărtarea acidului din apă necesită calcararea acestuia cu precipitarea gipsului slab solubil CaSO4:
FeSO4 + Ca(OH)2 = Fe(OH)2 + CaSO4După varsare, sunt necesare sedimentarea și filtrarea apei.
Aerarea simplificată poate fi implementată prin turnarea apei într-un buzunar sau în canalul central al filtrelor deschise de la o înălțime de 0,5-0,6 m deasupra nivelului apei. La utilizarea filtrelor de presiune, aerul este introdus direct în conducta de alimentare la o distanță egală cu cel puțin 10 diametre de conductă, cu o rată de consum de 2 litri la 1 g de fier (Fe2+). Dacă sursa de apă conține mai mult de 40 mg/l dioxid de carbon liber și mai mult de 0,5 mg/l hidrogen sulfurat, atunci aerul nu este introdus în conductă. În acest caz, în fața filtrului de presiune trebuie instalat un rezervor intermediar cu o evacuare liberă a apei și o pompă de rapel. SNiP 2.04.02-84 „Alimentare cu apă. Rețele și structuri externe”. Folosind caracteristicile unui anumit mediu de filtrare, puteți calcula stația de filtrare. SNiP 2.04.02-84 necesită ca durata de funcționare a filtrelor între spălări în modul normal să fie de cel puțin 8–12 ore, iar în modul forțat sau automatizarea completă a spălării filtrului - cel puțin 6. Aerarea în dispozitive speciale. Când este necesară îndepărtarea fierului din apă la concentrația sa în apă mai mare de 10 mg/l și creșterea valorii pH-ului la mai mult de 6,8, aerarea se efectuează în dispozitive speciale. Pentru aceasta se folosesc turnuri de racire cu ventilator (degazare) sau turnuri de racire de contact cu ventilatie naturala. Apa brută este alimentată în partea de sus a turnului răcit cu ventilator umplut cu ambalaj ceramic (inele Raschig). Aerul este direcționat către fluxul de apă cu ajutorul unui ventilator. În procesul de aerare, se eliberează dioxid de carbon (dioxid de carbon), apa este îmbogățită cu oxigen și fierul este oxidat.Apoi apa este introdusă în filtru, unde se completează formarea fulgilor de hidroxid feric și reținerea lor în volumul umpluturii.
Metoda de filtrare uscată
Metoda constă în filtrarea emulsiei aer-apă printr-o sarcină granulară „uscata” (neinundată) prin crearea unui vid în filtru sau injectarea unei cantități mari de aer, urmată de aspirație din spațiul inferior. În același timp, pe suprafața încărcăturii de filtrare se formează un film de adsorbție-catalitic de compuși de fier (și mangan, dacă este prezent în apă), crescând eficiența proceselor de îndepărtare a fierului și de demanganizare. Ca sarcină se folosesc de obicei nisip, argilă expandată, antracit, plastic vinil etc.. O caracteristică a procesului este formarea unui film deshidratat pe boabele încărcăturii, constând din magnetit, siderit, goethit și hematit. Acești compuși au o structură densă, iar volumul lor este de 4-5 ori mai mic decât cel al hidroxidului de fier. Prin urmare, rata de creștere a pierderilor de presiune în sarcină este scăzută cu o astfel de schemă de proces.
Coagulare, clarificare, floculare
Din apele de suprafață, de regulă, este necesar să se elimine suspensiile și substanțele dispersate coloidale, inclusiv compușii de fier. Eliberarea apei din suspensie și a substanțelor coloidale poate fi realizată numai prin introducerea de reactivi speciali de coagulare. Coagulantul formează fulgi în apă, care adsorb coloizi la suprafața lor și ies în evidență ca un precipitat.
Următoarele sunt utilizate ca coagulanți:
sulfat de aluminiu (alumină) Al2(SO4)3 18 H2O la un pH al apei sursei de 6,5–7,5;
sulfat feros (sulfat feros) FeSO4 7 H2O la pH apă 4–10;
clorură ferică FeCl3 6 H2O pentru apă cu pH = 4–10;
clorură de polihidroxi aluminiu Al2(OH5)Cl.
Pentru intensificarea procesuluicoagularea, floculantii sunt introdusi suplimentar in apa (poliacrilamida este cea mai comuna. Floculantii contribuie la grosierul sedimentului si accelereaza procesul de lipire a particulelor coloidale si in suspensie precipitate.
Introducerea de reactivi oxidanți
SNiP 2.04.02-84 determină doza estimată de clor (în termeni de 100%, mg/l) în scopul eliminării fierului prin următoarea expresie:
unde [Fe2+] este concentrația de fier feros, mg/l.
Tratarea apei cu clor se realizează cu ajutorul cloratoarelor, în care clorul gazos (evaporat) este absorbit de apă. Apa cu clor de la clorinator este furnizată la locul de consum. Deși această metodă de tratare a apei este cea mai comună, ea are totuși o serie de dezavantaje, asociate în primul rând cu transportul și depozitarea complexă a unor volume mari de clor lichid foarte toxic. Ca alternativă, în ultimii ani, tratarea apei cu o soluție de hipoclorit de sodiu (NaClO) a fost din ce în ce mai utilizată, iar această metodă este folosită atât în stațiile mari de tratare a apei, cât și în instalațiile mici, inclusiv în case particulare. La calcularea dozei de hipoclorit de sodiu pentru îndepărtarea fierului, este necesar să se țină cont de consumul acestuia pentru demanganizare, îndepărtarea hidrogenului sulfurat (dacă manganul și hidrogenul sulfurat sunt prezente în apa tratată) și, atunci când este necesar, dezinfectarea. În timpul oxidării fierului cu hipoclorit de sodiu, nu are loc acidificarea apei, iar acest lucru este foarte important pentru procesul de filtrare. În plus, soluția de hipoclorit de sodiu (atât comercial, cât și electrochimic) este alcalină.
Tratarea apei cu permanganat de potasiu
Metoda de oxidare a fierului feros este utilizată prin introducerea soluției de permanganat de potasiu KMnO4 - permanganat de potasiu în apa sursă înaintea filtrelor. Poate fi introdus și acesta din urmăîn combinație cu hipoclorit de sodiu pentru a trata apele dificile și a economisi permanganatul de potasiu, un agent oxidant destul de scump. Pentru oxidarea a 1 mg de Fe2+, se consumă 0,71 mg (aproape 1 mg) de permanganat de potasiu, iar alcalinitatea apei scade cu 0,036 mmol / l. SNiP 2.04.02-84 determină
- la temperatura de 20°C - 6,34 g KMnO4 la 100 g apa;
- la temperatura de 60°C - 22,2 g KMnO4 la 100 g apa.
Aportul comun de reactivi permite economisirea de până la 80% de permanganat de potasiu. Introducerea acestui reactiv înainte ca hipocloritul de sodiu să fie introdus în apă distruge substanțele organice care reacționează cu clorul. Ca urmare, se formează produse cu un miros înțepător, cum ar fi fenolii. Dacă introducerea de reactivi se efectuează într-o secvență diferită, atunci permanganatul de potasiu va distruge produsele de clor formate.
Tratarea apei cu ozon
Una dintre metodele promițătoare de oxidare a fierului este ozonarea. Ozonul (O3) este unul dintre cei mai puternici agenți oxidanți. Concomitent cu dezinfecția, au loc procese de oxidare a fierului feros și manganului, decolorarea apei, precum și dezodorizarea acesteia și îmbunătățirea proprietăților organoleptice.
Filtrarea folosind medii catalitice
Filtrarea pe pat catalitic este cea mai comună metodă de îndepărtare a fierului și a manganului utilizată în sistemele compacte de înaltă performanță. Acest lucru se datorează atât aspectelor comerciale, cât și fabricabilității ridicate a proceselor. Umpluturile catalitice sunt materiale naturale care conțin dioxid de mangan sau încărcături în care este introdus dioxid de mangan.cu prelucrare corespunzatoare:
- piroluzit zdrobit, „nisip negru”, sulfocărbune și MZHF (încărcări interne);
- Mangan Green Sand (MGS), Birm, МТМ (umpluturi străine);
- ineficient împotriva fierului organic;
- în plus, în prezența oricărei forme de fier organic în apă, pe suprafața granulelor din materialul filtrant se formează o peliculă organică care izolează catalizatorul (dioxidul de mangan) din apă;
- prezența manganului în apă afectează și mai mult eficacitatea eliminării fierului.
Umpluturi catalitice
„Nisip negru” și cărbune sulfo) permit desfășurarea procesului de filtrare cu o viteză de 10 m/h cu o înălțime a stratului de umplutură de 1 m. „Nisip negru” se obține prin tratarea nisipului de cuarț cu o dimensiune a particulelor de 0,5– 1,2 mm cu o soluție de permanganat de potasiu 1% cu alcalinizarea sa la pH = 8,5–9 cu o soluție de amoniac. O soluție 10% de clorură de mangan (MnCl2) este utilizată pentru tratarea cărbunelui sulfonat. Apoi, o soluție de 1% de permanganat de potasiu este filtrată prin ea. Manganul este îndepărtat de structura umpluturii și se depune pe suprafața cărbunelui sub formă de peliculă.
Eliminarea fierului apei prin cationizare
Modalitățile moderne eficiente de îndepărtare a fierului organic sunt sorbția pe schimbătoare speciale de anioni slab bazici (absorbanți de organe) și ultrafiltrarea.