3.3. Обезжелезивание воды
Обезжелезивание воды – снижение содержания солей железа до требований ГОСТа (менее 0,3 мг/л) − наиболее часто используют при централизованном водоснабжении из подземных источников.
Некоторые производства предъявляют к воде еще более жесткие требования. В подземных водах железо чаще всего встречается в растворенном состоянии в виде двууглекислого соединения Fe(HCO3)2. Железо встречается в виде сульфида, карбоната и сульфата железа (II), комплексных соединений с гумматами и фульвокислотами.
В водах поверхностных источников железо может присутствовать в виде органических соединений (гуминовокислое железо) или в виде сернокислого соединения FeSO4.
При рН < 4,5 железо находится в воде в виде ионов Fe3+, Fe2+ и Fe (ОН)3+. Повышение значения рН приводит к окислению железа (II) в железо (III), которое выпадает в осадок. Правильно выбрать метод можно только пробным обезжелезиванием.
Метод обезжелезивания (деферризация) зависит от формы содержания железа в воде.
Применяют следующие методы обезжелезивания:
- безреагентный (аэрация, отстаивание и фильтрование);
- реагентный (коагулирование, хлорирование, известкование);
- метод катионного обмена, применяется в том случае, когда с обезжелезиванием необходимо умягчать воду с помощью катализаторов.
Наиболее перспективными безреагентными методами являются вакуумно-эжекционная аэрация с последующим фильтрованием, упрощенная аэрация с фильтрованием, «сухая фильтрация», фильтрование на каркасных фильтрах, фильтрование в подземных условиях с предварительной подачей в пласт окисленной воды или воздуха, аэрация и двухступенчатое фильтрование. К реагентным относятся: аэрация упрощенная, окисление, фильтрование; напорная флотация с известкованием и последующим фильтрованием; известкование, отстаивание в тонкослойном отстойнике и фильтрование; фильтрование через модифицированную загрузку электрокоагуляция и фильтрование, катионирование.
Из подземных вод двухвалентное железо выводится при помощи аэрации. Двууглекислое железо – нестойкое соединение, которое в контакте с воздухом легко распадается. В результате реакции 1 мг гидролизовавшегося железа выделяется 1,57 мг/л свободной углекислоты CO2, щелочность воды при этом снижается на 0,036 мг·экв/л. Эта реакция интенсивно протекает при аэрации, которая осуществляется путем разбрызгивания воды на контактных или вентиляторных градирнях. Образовавшийся гидрат закиси железа Fe(OH)2, соединяясь с кислородом, превращается в коллоидную гидроокись железа Fe(OH)3, которая при коагуляции превращается в окись железа Fe2O3·3H2O, выпадающую в осадок в виде хлопьев.
В результате этих процессов образуется нерастворимая гидроокись железа, выделяющаяся в виде бурных хлопьев:
4
Fe2
+ 8HCO3-
+ O2
+ 2H2O
= 4Fe(OH)3
+ 8CO2↑.
Процесс обезжелезивания при аэрации зависит от рН воды, он протекает тем быстрее, чем выше рН. Для повышения рН воды необходимо удалять из нее углекислоту СО2.
На окисление 1 мг железа (II) расходуется 0,143 мг растворенного в воде кислорода; щелочность воды при этом снижается на 0,036 мг/л. Скорость окисления соединений железа (II) значительно возрастает при хлорировании воды. Соединения железа (II) в присутствии гидрокарбонатов природных вод полностью гидролизуются. На окисление 1 мг соединений железа (II) расходуется 0,64 мг хлора, щелочность воды при этом снижается на 0,018 мг/л. На окисление 1 мг железа (II) расходуется 0,71 мг перманганата калия; щелочность воды при этом уменьшается на 0,036 мг/л.
Метод обезжелезивания воды аэрацией является наиболее дешевым, так как не требует никаких реагентов.