12. Обезжелезивание и деманганация воды.

Требования потребителей к содержанию железа в воде:

• для питьевой воды допустимая концентрация – 0,3 мг/л,

• для технической воды требования могут быть значительно более высокими, так, иногда требуется концентрация до 0,005 мг/л.

железо в воде может быть в виде двух- и трехвалентных ионов. Соединения трехвалентного железа образуют малорастворимые соединения, которые могут быть выделены из воды отстаиванием или фильтрованием. Поэтому в основе большинства методов лежит предварительное окисление Fе²⁺ в Fе³⁺.

железо в воде может содержаться не только в виде ионов, но и органических и неорганических коллоидов, комплексных соединений с гуматами и фульвокислотами. Форма содержания железа зависит от физико-химических свойств воды: содержания углекислоты, кислорода, гуминовых кислот, щелочности, температуры, рН и окислительно-восстановительного потенциала – Е. этот потенциал характеризует способность отдавать электроны (окисление) или присоединять электроны (восстановление). величина окислительно-восстановительного потенциала определяется опытным путем, либо вычисляется в зависимости от рН воды и содержания в ней кислорода. В зависимости от величины Е можно прогнозировать формы железа в воде:

• при Е >+(0,1-0,12)В - окислительная среда – в воде есть растворенный кислород и Fе³⁺,

• при 0<E<0,1В – переходная окислительно-восстановительная среда, соединения железа неустойчивы,

• при Е<0 – восстановительная среда – в воде находится Fе²⁺ и обычно сероводород.

В поверхностных водах железо обычно присутствует в виде комплексных органических соединений, либо коллоидных или тонкодисперсных примесей.

Методы обезжелезивания воды делят на 2 группы - безреагентные и реагентные.

При безреагентном обезжелезивании происходит окисление железа кислородом и последующий гидролиз:

Fe²⁺+O₂+H₂O=Fe(ОН)₃↓ + Н⁺,

а если в воде есть бикарбонаты, то

Fe²⁺+ НСО₃^--+O₂+H₂O= Fe(ОН)₃↓+СО₂↑.

Таким образом, происходит обогащение воды СО₂ и Н⁺, что повышает рН. В результате коррозионная активность воды повышается, что может потребовать ввести стабилизационную обработку воды. коррозионная активность воды повышается также и из-за увеличения концентрации кислорода. Поэтому количество вводимого кислорода должно быть минимально необходимым.

реагентные методы обезжелезивания. Тонкодисперсная взвесь соединений железа удаляется коагуляцией и флокуляцией. Если железо находится в воде в виде комплексных органических соединений, то их необходимо предварительно разрушить с помощью окислителей - хлора, озона, перманганата калия. При хлорировании воды происходит реакция:

FeSO₄+Cl₂+Ca(HCO₃)₂→CaSO₄+CaCl₂+ Fe(ОН)₃↓+СО₂↑,

или

Fe(HCO₃)₂+ Cl₂+Ca(HCO₃)₂→ CaCl₂+ Fe(ОН)₃↓+СО₂.

При аэрации и известковании одновременно происходит умягчение и обезжелезивание воды

Fe(HCO₃)₂ + О₂+Ca(ОН)₂→ CaСО₃↓+ Fe(ОН)₃↓+ H₂O.

12.1. Технологии обезжелезивания воды.

Выбор метода обезжелезивания производится по полному анализу воды, кроме того,

рекомендуется проводить технологическое моделирование процесса на конкретной воде вблизи

источника, так как при перевозке воды может измениться ее состав.

Области применения разных технологий сведены в таблицу.

Технология	Качество исходной воды
	Fe, мг/л	H2S, мг/л	CO2, мг/л	pH	Жк, мг-экв/л	Окисляемость, мг/л
Безреагентные методы (E=0,1-0,12В, Щ> мг-экв/л, t >6 0С), вода содержит Fe (HCO3)2, FeCO3
1.упрощенная аэрация, намывные фильтры	до 3	до 1	до 45	>6,8	до 2,5	до 6,5
2.«Сухое» фильтрование, обезжелезивание в пласте	до 5	до 2	до 60	>6,6	до 3,5	до 6,5
3. Упрощенная аэрация, одноступенчатое фильтрование	до 10	до 2	до 80	>6,7	до 6	до 6,5
4. глубокая аэрация, биосорбция, фильтрование	до 15	до 40	Не лимитируется	>6,2	до 6	до 9,5
5. глубокая аэрация, фильтрование	10-20	до 40		>6	до 6	до 9,5
5. глубокая аэрация, осветлитель (тонкослойный отстойник), фильтрование	20-40	до 40		>6	до 6	до 9,5
Реагентные методы (Е>0,1В, Щ>1,35 мг-экв/л), вода содержит железоорганические комплексы FeSO4, FeCO3, FeS, Fe(HCO3)2.
1. Фильтрование через модифицированную загрузку.	до 10	до 10	до 50	>6	до 6	до 15
2. глубокая аэрация, сильный окислитель, фильтрование, стабилизация.	до 15	до 50	до 80	>5,8	до 6	до 22
3.Известкование, коагулирование, флотация, фильтрование, либо аэрация, известкование, коагулирование, отстаивание в тонком слое и фильтрование	>15	до 20	любая	>5	любая	любая
4. Катионирование	до 5	до 1	до 30	>6,5	до 6	до 1,5
5. обратный осмос и последующая реагентная обработка	до 7	до 1	до 40	>6	до 2,5	до 1,5

Обезжелезивание поверхностных вод обычно производится реагентными методами (так как здесь, как правило, необходимо и осветление, для которого нужны реагенты), подземные воды обезжелезивают безреагентными методами, если это возможно.

Из всех методов самым простым и дешевым является упрощенная аэрация и, если она дает необходимый эффект, то другие методы не проверяют - они заведомо дороже.

Ниже рассмотрены наиболее распространенные методы обезжелезивания воды.