Удаление жереза и марганца из воды

Удаление жереза и
марганца из воды
Подготовил: Кирилл Рассадкин
1
Железо в природных водах может находиться в виде ионов Fe2+ и Fe3+,
неорганических и органических коллоидов, комплексных соединений и
тонкодисперсной взвеси.
Содержание железа в воде выше 1-2 мг Fe/л значительно ухудшает
органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и
делает воду малопригодной для использования в технических целях,
а норма содержания железа в питьевой воде — не более 0,3 мг/л.
2
В воде марганец ( Mn ) встречается не так часто, как железо, и чаще всего
присутствует в воде вместе с растворенным железом Fe2+.
Заметить, что в воде присутствует марганец можно по нескольким
признакам:

Черный осадок

Мутная темная вода

При длительном контакте с водой чернеют руки и ногтевые пластины.
Марганец способен накапливаться в трубах, создавать отложения.
«Марганцевые» бактерии также существуют и могут становиться причиной
закупорки труб.
Концентрация марганца редко превышает 2 мг/л, однако даже при малых
концентрациях (0.05 мг/л) марганец может создать проблемы.
3
К существующим методам удаления железа можно отнести:

Окисление

Каталитическое окисление

Ионный обмен

Мембранные методы
4
Окисление

Окисление (кислородом воздуха или аэрацией,
хлором, перманганатом калия, перекисью
водорода, озоном) с последующим осаждением (с
коагуляцией или без нее) и фильтрацией.

Наиболее широко применяется хлорирование, так
как параллельно позволяет решать проблему с
дезинфекцией.

Наиболее передовым и сильным окислителем на
сегодняшний день является озон. Однако
установки для его производства довольно сложны,
дороги и требуют значительных затрат
электроэнергии, что ограничивает его применение.

Частицы окисленного железа имеют достаточно
малый размер (1-3 мкм) и поэтому осаждаются
достаточно долго, поэтому применяют
специальные химические вещества -коагулянты
5
Недостатки

Если не применять коагулянты, то процесс осаждения окисленного железа
занимает долгое время, в противном же случае фильтрация
некоагулированных частиц сильно затрудняется из-за их малого размера.

Эти методы окисления (в меньшей степени это относится к озону) слабо
помогают в борьбе с органическим железом.

Наличие в воде железа часто (а практически всегда) сопровождается
наличием марганца. Марганец окисляется гораздо труднее, чем железо и,
кроме того, при значительно более высоких уровнях рН.
6
Каталитическое окисление с
последующей фильтрацией.
Наиболее распространенный на сегодняшний день метод удаления железа, применяемый в высокопроизводительных
компактных системах.
Реакция окисления железа происходит на поверхности гранул специальной фильтрующей среды, обладающей
свойствами катализатора.
Наибольшее распространение в современной водоподготовке нашли фильтрующие среды на основе диоксида
марганца (MnO2): Birm, МЖФ.
Железо (и в меньшей степени марганец) в присутствии диоксида марганца быстро окисляются и оседают на
поверхности гранул фильтрующей среды.
7
Фильтрующая среда Birm
BIRM действует как нерастворимый катализатор, ускоряющий реакцию между
растворенным в воде кислородом и содержащимся в воде двухвалентным
железом.
Преимущества:

Для восстановления фильтрующих свойств (регенерации) требует только
периодической обратной промывки.

Удаляет из воды до 5 мг/л железа.

Изготовлен из долговечного материала. Работает в широком диапазоне
температур.
8
МЖФ - фильтрующий материал для
извлечения из воды железа и марганца
Фильтрующий материал МЖФ, эффективно работает в отличие от
фильтрующих загрузок импортного производства при концентрациях железа в
очищаемой воде до 50 мг/л, марганца до 2 мг/л и при низких значениях рН
без его предварительной корректировки.
Эффективность:

Эффективно удаляет растворенные в воде железо с концентрацией до 50
мг/л и марганец с концентрацией до 2 мг/л при значениях рН ниже 6,0

Стабильно поддерживает рН отфильтрованной воды в общепринятом для
питьевой воды диапазоне - 6,5-8,5.

Эффективно удаляет из исходной воды соли тяжелых металлов ( Zn, Ni,
Cr, Al, Cd, Cu, Pb, Br).

удаляет из воды сероводород.

не теряет активности при истирании, поскольку его химический и
фазовый состав одинаков по всему объему зерна.
9

Эти фильтрующие "засыпки" отличаются между собой как своими
физическими характеристиками, так и содержанием диоксида марганца и
поэтому эффективно работают в разных диапазонах значений
характеризующих воду параметров.
10
Недостатки Каталитического
окисления

Они неэффективны в отношении органического железа. Более того, при
наличии в воде любой из форм органического железа, на поверхности
гранул фильтрующего материала со временем образуется органическая
пленка, изолирующая катализатор - диоксид марганца от воды.

системы этого типа все равно не могут справиться со случаями, когда
содержание железа в воде превышает 10-15 мг/л, что совсем не
редкость. Присутствие в воде марганца только усугубляет ситуацию.
11
Ионный обмен
Ионный обмен как метод обработки
воды известен довольно давно и
применялся (да и теперь
применяется) в основном
для умягчения воды.
Достоинством ионного обмена
является также и то, что он "не
боится" верного спутника железа –
марганца.
В последнее время активно
используются синтетические
ионообменные смолы.
Ионным обменом называют
обратимую химическую реакцию, в
процессе которой активно
происходит обмен ионами между
раствором электролита и твердым
веществом ионитом.
12
Однако на практике, возможность применения катионообменных смол по железу
сильно затруднена.

применение катионитов целесообразно там, где существует также и проблема
с жесткостью воды, так как железо удаляется из воды вместе с жесткостью.

Ионообменные смолы очень критичны к наличию в воде трехвалентного
железа, которое "забивает" смолу и очень плохо из нее вымывается.

при высокой концентрации в воде железа, с одной стороны возрастает
вероятность образования нерастворимого трехвалентного железа и, с другой
стороны, гораздо быстрее истощается ионообменная ёмкость смолы.

наличие в воде органических веществ (в том числе и органического железа)
может привести к быстрому "зарастанию" смолы органической пленкой
13
Мембранные методы
Мембранные технологии достаточно широко используются в водоподготовке,
однако удаление железа отнюдь не главное их предназначение, скорее
побочный эффект.
Основное назначение мембранных систем - удаление бактерий, простейших и
вирусов ("холодная стерилизация"), частичное или глубокое обессоливание,
подготовка высококачественной питьевой воды.
14
Недостатки

Мембраны даже в большей степени, чем гранулированные фильтрующие
среды и ионообменные смолы, критичны к "зарастанию" органикой и
забиванию поверхности нерастворимыми частицами (в данном случае
ржавчиной).

Мембранные системы пока недешевы и их применение рентабельно
только там, где требуется очень высокое качество воды (например, в
пищевой промышленности).
15
Дистилляция

Дистилляция является давно известным и проверенным способом
глубокой очистки воды. Принцип дистилляции фактически
повторяет круговорот воды в природе.

Вода, испаряясь, освобождается практически ото всех растворенных и
нерастворенных примесей.

механические частицы, содержащиеся в воде (включая бактерии, вирусы
и прочую "живность", а также коллоиды и взвешенные частицы)
оказываются слишком тяжелыми, чтобы быть подхваченными паром и
выпадают в осадок.

В дальнейшем пар, охлаждаясь (в специальных конденсаторах,
простейшим из которых является змеевик), конденсируется, опять
превращаясь в воду.
16
Недостатки

Бытовые дистилляторы имеют малую производительность - что-то около 1
литра в час.

В бойлере дистиллятора постоянно образуются осадок, накипь и т.п.,
которые надо вычищать.

Дистилляторы излучают тепло и в довольно значительных количествах.

Дистилляторы потребляют значительное количество электроэнергии, что
для многих применений делает их использование менее рентабельным.
17