2.1.3 Особые методы очистки воды

К особым методы обработки природных вод относятся умягчение, очистка природных вод от соединений железа и марганца, корректировка содержания фтора и др.

Под умягчением понимают полное или частичное удаление из воды катионов Са²⁺ и Mg²⁺, обуславливающих ее жесткость. В зависимости от качества исходной воды и требуемого эффекта снижения жесткости применяют реагентный, ионитовый методы умягчения или различные их комбинации.

Реагентные методы основаны на способности катионов Са²⁺ и Mg²⁺ образовывать растворимые и малорастворимые соединения при обработке воды реагентами. В качестве реагентов наиболее часто используется известь и сода.

Умягчение воды методом ионного обмена может быть осуществлено Na-катионированием, параллельным или последовательным Н–Na-катионированием. Процесс ионообменной очистки осуществляется в аппаратах переодического (фильтры) и непрерывного действия.

Сущность процессов катионирования состоит в обмене катионов жесткости на катионы Na+ или Н+ при фильтровании воды через слой катионита.

Природные воды часто содержат соединения железа и марганца.

В поверхностных водах железо находится в основном в виде комплексных органических соединений и гидроксида. Марганец также образует органические комплексы. Все эти соединения хорошо удаляются в процессе коагуляции при условии предварительного разрушения органических комплексов окислителями. Таким образом, изъятие из поверхностных вод соединений железа и марганца осуществляется одновременно с осветлением и обесцвечиванием воды.

Наиболее часто обезжелезивание применяют при водоснабжении из подземных источников. В подземных водах железо присутствует в растворенном состоянии, в основном в виде бикарбоната двухвалентного железа. Железо в виде органических комплексов появляется в подземных водах, если водоносный пласт имеет гидравлическую связь с поверхностными водое­мами.

Железо из подземных вод удаляют фильтрованием в сочетании с предварительной обработкой, в задачу которой входит перевод Fe²⁺ в форму Fe³⁺. Процесс окисления может быть осуществлен кислородом воздуха, хлором, перманганатом калия.

Выбор метода предварительной обработки зависит от концентрации и формы, в которой железо присутствует в воде, наличия сопутствующих примесей, требуемой эффективности чистки и производится на основании результатов пробного обезжелезивания.

В некоторых случаях обезжелезивание может осуществляется методом упрощенной аэрации с фильтрованием. Вода обогащается кислородом при изливе из подающего трубопровода с высоты 0,5–0,6 м в распределительную камеру фильтров. При фильтровании воды через зернистый слой загрузки на поверхности зерен образуется каталитическая пленка, состоящая в основном из гидроксида железа. Эта пленка интенсифицирует процесс окисления и выделения железа из воды. Для образования каталитической пленки необходимо присутствие в воде растворенного О₂.

Марганец в подземных водах находится в виде хорошо растворимых солей двухвалентного марганца. Перевод их в малорастворимое состояние осуществляется окислением Mn²⁺ в Mn³⁺ и Mn⁴⁺, гидролиз которых приводит к образованию Mn(OH)₃ и Mn(OH)₄, выпадающих в осадок. Mn(OH)₄, оседающий на зернистой загрузке фильтра, катализирует процесс окисления растворенный O₂.

Содержание фтор-ионов в природных водах колеблется от 0,01 до 12 мг/дм³. Подземные воды обычно богаче фтором. Оптимальная концентрация фтора в питьевой воде установлена СанПин 2.1.4.1074-01 «Вода питьевая» на уровне 0,7-1,5 мг/дм³, в связи с чем в ряде случаев возникает необходимость фторирования воды или удаления избытка фтора.

Фторирование воды осуществляется кремнефтористыми солями Na⁺, NH₄⁺ или фтористым натрием, подаваемыми в обрабатываемую воду в виде растворов определенной концентрации.

Обесфторивание воды производится при содержании фтора более 1,5 мг/дм³, если невозможна замена источника водоснабжения.

Обесфторивание воды осуществляется методом ионного обмена или сорбцией фтор-иона свежеосажденными гидроксидами алюминия или магния. Для обесфторивания воды по первому методу применяют активированный оксид алюминия (АОА), заряженный ионами SO₄^2– и способный избирательно поглощать из воды ионы фтора.