Jak čistit vodu s vysokým obsahem železa?

Nečistoty železa jsou nejčastějším problémem pitné vody bez ohledu na způsoby a způsoby její extrakce. Taková voda má nepříjemnou chuť, zakalí se a její použití může vážně poškodit zdraví. Z tohoto důvodu se používají různé způsoby čištění vody ze železa, aby byla voda čistá a zdravotně nezávadná, stejně jako domácí spotřebiče.

Mnoho majitelů domů věří, že vrtání studní a organizace zásobování vodou na jejich základě odstraňuje problémy se “špinavou” městskou vodou. Toto je chybný názor, protože přírodní voda obsahuje mnoho prvků, které jsou ve velkém množství také škodlivé pro člověka. Artézská studna nevyřeší problém tuhosti, stejně jako přebytek železa. Tuto skutečnost lze zjistit vizuálně – voda obsahující železo se zakalí, ale křišťálově čistá kapalina nezaručí čistotu. Do sklenice takové vody stačí přidat trochu manganistanu draselného, ​​aby se jeho průhlednost změnila na žlutohnědý odstín.

Situace není neobvyklá u mělkých studní napájených povrchovou vodou, která do nich prosakuje. I po usazení zákal přetrvává, protože rozpuštěné železo se stále neusazuje na dně. Když se na povrchu vytvoří film, můžete si být jisti, že se ve struktuře najdou i železité bakterie.

Když tekoucí voda z kohoutku splňuje výše uvedené vlastnosti, má jasnou „kovovou“ chuť, musíte přemýšlet o výběru metody čištění vody ze železa. Doporučuje se používat moderní čisticí systémy, pro jejichž správný výběr je nesmírně důležité provést předběžnou analýzu vody. Specialisté naší společnosti vždy pomohou s výběrem optimální instalace pro odstranění železa.

Běžné způsoby odstraňování železa

Existuje mnoho způsobů, jak se vypořádat se železem v potrubí. Existují dvě hlavní metody, jak účinně odstranit železo a jeho zbytkové sloučeniny – je reagenční a nereagenční.

Metody odstraňování železa, na základě kterých se vytvářejí filtrační zařízení, jsou následující:

• Provzdušňování.
• Čištění membrán (osmóza).
• Iontové čištění.
• Ultrafiltrace.
• Mechanické čištění.
• sedimentové filtry.

Univerzální způsob odstranění železa z vody, který umožňuje zbavit se všech druhů škodlivin, neexistuje. V každém případě druh škodliviny určují odborníci individuálně.

Mechanické filtry

Takové filtry se používají, když jsou ve vodě přítomny velké úlomky železa. Kartuše s jemnými granulemi a propylenové modely umožňují zbavit se oxidů. Takové instalace jsou nejčastěji instalovány v domech s centrálním zásobováním vodou. Pokud jsou provozovány v soukromých domech, musí být voda nejprve vyčištěna od železa.

Aby prošly doporučenou filtrací, používají se makro filtry, které zachycují velké částice. Jemné čištění se provádí pomocí patron s jemným okem.

Iontové filtry

Proces odželezňování vody iontovou výměnou se týká reagenční metody. Jeho princip fungování je založen na selektivní změně složení vody na úrovni iontů. Pokud je třeba odstranit železo, působí katalytické pryskyřice jako filtry v kombinaci s frakčními přísadami, které umožňují nahradit kovové ionty ionty sodíku.

Aerace

Princip čištění vody od železa provzdušňováním je založen na oxidaci Fe (II) rozpuštěného v kapalině kyslíkem. Takovým nárazem se změní na nerozpustný oxid, který je odstraněn mechanickým nebo jiným filtrem. Provzdušňování se provádí tlakovou nebo beztlakovou metodou.

Membránové filtry

Technologie čištění vody ze železa pomocí reverzní osmózy je považována za nejpokročilejší, umožňuje jak předúpravu, tak jemné čištění. Membrány s reverzní osmózou účinně čistí kapalinu od jakýchkoli nečistot, takže je vhodná k pití. Schéma odstraňování železa z vody tímto způsobem je následující: větší nerozpustné částice železa jsou zadržovány vestavěným předfiltrem. Hlavní čištění probíhá průchodem vody přes tenčí membránu, čehož je dosaženo díky rozdílu tlaků. Znečištěná voda má zvýšenou hustotu, proto se odděluje od molekul čisté kapaliny. První odtéká do odpadu, zatímco čistá voda vstupuje do systému a je bezpečná pro další použití.

Sedimentové filtry

Způsoby čištění železné vody ze studny pomocí zásypových filtrů jsou reagenční technologie. Postup se provádí pro kapalinu z vrtů, pokud nelze z technických důvodů použít provzdušňování nebo pokud nedochází k nedostatečnému čištění. Médiem pro filtraci v takových instalacích jsou značkové materiály (Manganový zelený písek atd.). Díky zásypům se oxidace železa několikanásobně urychlí.

Schéma čištění vody ze železa tímto způsobem je následující. Voda vstupuje do filtru, prochází zásypem, stoupá vzhůru vodním potrubím a vystupuje z čističky. Když začne regenerační cyklus, voda vstupuje do vodovodního potrubí již shora. Jeho působením se vrstva zásypu uvolní a na ní usazené sloučeniny železa se vyplaví. Poté dojde k automatickému ošetření zásypu činidlem, které obnoví jeho chemickou aktivitu.

Neupravené průmyslové odpadní vody, obsahující velkou část periodické tabulky prvků, jsou nebezpečné pro životní prostředí a člověka.

Odpadní vody se dostávají do přírodních nádrží, kde se ve vodě a dnových sedimentech hromadí soli těžkých kovů a další nebezpečné nečistoty, které se stávají zdrojem sekundárního znečištění.

Nečistoty se srážejí ve formě uhličitanů, síranů a jsou částečně adsorbovány na minerálních a organických částicích. Koncentrace nebezpečných škodlivin v sedimentech se postupně zvyšuje.

Když jsou adsorpční vlastnosti sedimentu vyčerpány, těžké kovy se koncentrují ve vodě, což vede k ekologické krizi.

Pochopíme, proč je v průmyslových vodách mnoho Fe a odkud pochází, jaké maximální přípustné koncentrace železa jsou stanoveny pro různé nádrže a odpadní vody a jaké způsoby čištění jsou nejúčinnější.

Odkud pochází železo?

Odpadní voda obsahující Fe a další těžké kovy vzniká v:

• metalurgický;
• strojírenství;
• obrábění kovů;
• textil;
• barvy a laky;
• chemický průmysl;
• při zpracování kovových povrchů;
• při výrobě galvanických článků;
• v elektronickém průmyslu;
• v tiskárnách;
• v koželužnách a dalších oblastech.

Odpadní voda po úpravě na úpravnách vody obvykle obsahuje malé množství Fe, nepřekračující hygienické normy.

V důsledku průchodu mnoha kilometrů zkorodovaných ocelových trubek dochází k sekundární kontaminaci odpadních vod. V důsledku toho se opět tvoří nadměrně „železitá“ voda s nažloutlým odstínem.

Ve vodě je Fe často přítomno ve formě hydrogenuhličitanu, oxidu dusného a sulfidu. Hydrochemické vzorce vedou ke vzniku „spojení“ železa a manganu – často při určování jedné látky je objevena i druhá. Koncentrace Fe v JZ závisí na úrovni oxidu uhličitého – v kyselém prostředí se zvyšuje rozpustnost sloučenin kovůa v alkalických se snižuje.

Soli dvojmocného Fe jsou „zákeřné“, vyznačují se dobrou rozpustností a nezadržují je filtry. Vyčištěná čistá voda ve vzduchu se proto může náhle zakalit a získat charakteristickou červenohnědou barvu.

Důvodem této přeměny je zvláštnost sloučenin dvojmocného Fe, které při interakci se vzdušným kyslíkem rychle oxidují a přeměňují se na nerozpustnou formu trojmocného Fe, látku hnědé barvy – rez. Samotné roztoky Fe (II)+ a Fe (III)+ jsou prakticky bezbarvé.

Voda s přebytkem Fe může poškozovat potrubí a komponenty čistících systémů a je příznivá pro rozvoj železitých bakterií, které komplikují provoz vodních staveb.

Odpadní produkty bakterií železa mají karcinogenní vlastnosti. Znečištění obsahující železo v dutinách potrubí – ideální podmínky pro rozvoj nebezpečných mikroorganismů (Escherichia coli, patogenní bakterie).

Železo je biologicky aktivní prvek, který ovlivňuje intenzitu rozvoje fytoplanktonu a kvalitativní složení mikroflóry v přírodních nádržích. Koncentrace prvku nad 1-2 mg/l výrazně zhoršuje organoleptické vlastnosti, dodává vodě nepříjemnou svíravou chuť. Voda se také stává nevhodnou pro technické potřeby.

Uvedené faktory zhoršují chemické a bakteriologické parametry vody. Navíc Fe spolu s dalšími látkami zvyšuje tvrdost vody.

Vzhledem k negativním důsledkům vysokých koncentrací tohoto zástupce ze skupiny těžkých kovů je důležité zvolit optimální metodu čištění a pravidelně provádět chemický rozbor odpadních vod.

Stanovení koncentrace

Železo tvoří rozpustné soli, v tomto případě může být prvek v roztoku přítomen v jiných formách:

• pravý roztok, akvakomplex (Fe (II));
• nerozpuštěný (Fe (III)) – ve formě suspendovaných minerálních částic (minerály obsahující železo, hydrát oxidu Fe, sloučeniny Fe sorbované v suspenzích) větších než 0,45 mikronu;
• koloidní roztoky (jemná suspenze) vzniklé v důsledku rozpadu agregovaných částic pod vlivem organické hmoty;
• komplexní sloučeniny;
• organické látky železa;
• železné bakterie.

Vzhledem k „mnoha tváří“ prvku díky jeho existenci v různých formách a skupenstvích se v laboratořích odpadní voda analyzuje na celkové Fe – „celkové železo“.

Samostatné stanovení nerozpustné a rozpustné formy dvojmocného a trojmocného Fe vykazuje méně přesné výsledky. Rozsah stanovených koncentrací kovů je 0,1–1,5 mg/l. Stanovení je možné i při hladinách nad 1,5 mg/l po naředění vzorku čistou vodou.

Obsah Fe ve vodě standardizované ve formě nejvyšších přípustných koncentrací pro použití v pitné vodě a vodách pro rybolov.

Nejvyšší přípustné koncentrace celkového Fe v pitné vodě jsou stanoveny SanPiN 1.2.3685-21 a činí 0,3 mg/dm 3 (limitním ukazatelem škodlivosti je organoleptický).

Kanalizační systém může přijímat průmyslové odpadní vody, které nenarušují provoz kanalizačních sítí a staveb, neohrožují bezpečnost jejich provozu a lze je zpracovávat současně s komunálními odpadními vodami podle stanovených požadavků.

Nejvyšší přípustné koncentrace Fe ve vodách určených k vypouštění do domovní kanalizace jsou omezeny na 5 mg/dm 3, pro rybářské nádrže jsou ještě přísnější – 0,1 mg/dm 3 . Standardní ukazatel byl stanoven nařízením Ministerstva zemědělství Ruska č. 552.

Metody čištění odpadních vod

Při výběru technologie čištění odpadních vod ze solí těžkých kovů, včetně Fe, prioritou jsou energeticky nejúspornější metody, stejně jako metody, které maximalizují využití kovů pro recyklaci.

Oxidace

Oxidace, jako metoda odstraňování železa v jakékoli formě, se provádí pomocí kyslíku ze vzduchu nebo provzdušňováním, stejně jako zavedením oxidačních činidel do roztoku:

• chlór;
• manganistan draselný;
• peroxid vodíku;
• ozón

následuje sedimentace a filtrace.

Jako pomocná metoda se někdy používá koagulace. Oxidační reakce Fe je dlouhý proces, který vyžaduje velké nádoby, ve kterých lze zajistit požadovanou dobu kontaktu. Oxidační přísady urychlují čištění.

Často se používá chlorace – metoda, kdy se čištění vody kombinuje s dezinfekcí. Nejsilnějším oxidačním činidlem je ozón. Ale zařízení na jeho výrobu jsou složitá, drahá a energeticky náročná. Navíc v koncentrované formě je ozón jedovatý a vyžaduje pečlivé dávkování, aby byly zachovány proporce co nejpřesněji.

Částice oxidovaného Fe jsou zanedbatelné (1-3 mikrony), takže jejich usazení trvá dlouho. Pro zvětšení a urychlení sedimentace „těžších“ částic se do roztoku zavádějí koagulanty – chemické látky, které mají potřebné vlastnosti.

Koagulace je zvláště nezbytná v systémech čištění městských odpadních vod, kde se odpadní voda typicky čistí v pískových nebo antracitových čistících filtrech, které nejsou schopny zadržet jemné nečistoty.

1. Pokud se nepoužijí koagulanty, oxidovaný kov se usadí příliš dlouho a filtrace nesražených částic je obtížná kvůli jejich malé velikosti.
2. Oxidační metody (v menší míře se to týká ozonizace) jsou bezmocné, pokud voda obsahuje organické Fe.
3. Železo se obvykle nachází ve vodě spolu s manganem, který podléhá mnohem složitějším oxidačním reakcím než Fe a vyžaduje vyšší hodnoty pH.

Vzhledem k uvedeným nevýhodám technologie není vhodná pro malá zpracovatelská zařízenípracující při vysokých rychlostech.

Katalytická oxidace následovaná filtrací

Technologie se používá pro čištění odpadních vod ve vysoce výkonných kompaktních systémech. K oxidaci kovu dochází na povrchu granulí filtračního média s katalytickými funkcemi. Filtrační médium je zpravidla vyrobeno z materiálů obsahujících oxid manganičitý.

Fe v přítomnosti oxidu manganičitého rychle oxiduje a usazuje se na granulích filtru, poté je převážná část oxidovaného Fe vyplavována do odpadu při zpětném proplachu.

Pro zlepšení kvality čištění se do vody přidávají další oxidační činidla, například manganistan draselný. Ten nejenže aktivuje reakce, ale také regeneruje mangan, čímž kompenzuje jeho vyplavování z povrchu filtračního materiálu.

Nevýhody katalytické oxidace:

1. Metoda je neúčinná proti organickému Fe. Kromě toho, pokud je ve vodě přítomno organické Fe, filtrační granule se nakonec potáhnou organickým filmem, který izoluje katalyzátor (oxid manganičitý) od vody. V důsledku toho je katalytická schopnost filtračního média nulová. Filtrační materiál také nebude schopen odstranit Fe, protože takové filtry nemají dostatek času na to, aby došlo k přirozené oxidaci.
2. Pokud je koncentrace Fe ve vodě vyšší než 15 mg/l, jsou katalytické systémy neúčinné. Reakce jsou zvláště slabé, pokud je v odpadní vodě přítomen mangan.

Iontová výměna

Iontová výměna je založena na použití přírodních iontoměničů (zeolity, sulfonované uhlí) a syntetických iontoměničových pryskyřic. Kationtové měniče jsou schopny odstraňovat rozpuštěné dvojmocné Fe, které je přítomno v odpadních vodách téměř v jakékoli koncentraci.

Hlavní výhody technologie iontové výměny:

1. Odolnost vůči účinkům častého společníka železa, manganu, který výrazně komplikuje provoz oxidačních zařízení.
2. Během iontové výměny se odstraní rozpuštěné železo a mangan. Není třeba provádět tak vrtošivé a „špinavé“ (musíte pravidelně omývat rez) fázi, jako je oxidace.

Nevýhody iontové výměny pomocí umělých pryskyřic:

1. Pro čištění příliš tvrdých odpadních vod je vhodné použití katexů, Fe se z vody odstraňuje spolu s tvrdostí. Pro vody s normální tvrdostí je použití katexových pryskyřic iracionální.
2. Pryskyřice „nemají rády“ trojmocné Fe, které je „ucpává“ a špatně se vymývá. Pokud voda obsahuje již zoxidované Fe, stejně jako rozpuštěný kyslík a další oxidační činidla, která přispívají k jeho tvorbě, je lepší metodu nepoužívat.
3. Pokud je obsah Fe v pryskyřici vysoký, zvyšuje se pravděpodobnost tvorby nerozpustného trojmocného Fe (negativní důsledky jsou popsány výše) a iontoměničová kapacita pryskyřice se rychle vyčerpá. V důsledku toho vzniká potřeba časté regenerace materiálu.
4. Přítomnost organických látek ve vodě (včetně organického Fe) vede k rychlému vzniku organického filmu na povrchu pryskyřice, který zhoršuje vlastnosti katexu a je živnou půdou pro bakterie.

Membránové technologie

Způsob zahrnuje průchod vody pod tlakem přes polopropustnou membránu. V důsledku toho se nad membránou vytvoří koncentrát těžkých kovů a pod membránou se vytvoří vyčištěný roztok.

Odstranění Fe pomocí membránové metody, která je určena k hloubkovému čištění odstraněním bakterií, prvoků a virů a také odsolování (příprava kvalitní pitné vody) není cílem, ale vedlejším efektem.

Použití membrán proto není tradičním způsobem čištění vody od Fe.

• mikrofiltrační membrány odstraňují již zoxidované trojmocné Fe;
• ultra- a nanofiltrační membrány odstraňují koloidní a bakteriální Fe;
• Membrány reverzní osmózy odstraňují rozpuštěné organické a anorganické Fe, které je málo náchylné k jiným vlivům.

Nevýhody použití membrán:

1. Membrány, ještě více než filtrační granule a iontoměničové pryskyřice, jsou náchylné k zarůstání organickou hmotou a k rezivění. Takové systémy vyžadují pečlivé předběžné odstranění suspendovaných látek a organických kontaminantů ze zdrojové vody. Jinými slovy, membránová zařízení jsou použitelná tam, kde ve vodě není přítomno organické, koloidní, bakteriální a trojmocné Fe, nebo jsou tyto nečistoty odstraněny v prvních fázích čištění.
2. Membránové instalace nejsou levné, proto je jejich použití cenově výhodné v podmínkách, kdy je potřeba dosáhnout vysoké kvality vody (například v potravinářství).

Destilace

Princip destilace vlastně ztělesňuje koloběh vody v přírodě. Během odpařování je voda téměř úplně zbavena nečistot.

V destilátorech se pro urychlení přirozeného procesu odpařování používá zahřívání vodného roztoku na bod varu, což vede k intenzivnímu odpařování. Zároveň dochází k mechanickému znečištění jsou příliš těžké na to, aby je mohla zachytit pára.

Současně téměř všechny rozpuštěné sloučeniny (včetně solí Fe) v důsledku zvyšování teploty a zvyšujících se koncentrací s odpařováním kapaliny dosahují špičkových hodnot své rozpustnosti a vysrážejí se.

Pára se poté ochladí v destilátorech a kondenzuje a mění se zpět na vodu.

Destilovaná voda se používá v:

• lék;
• farmaceutika;
• v chemické výrobě;
• u průmyslových podniků.

• nízká produktivita;
• potřeba častého odstraňování usazenin a vodního kamene;
• tepelné záření ze zařízení;
• vysoká spotřeba energie.

Izolace železa z kyselého roztoku

Metoda je použitelná pro čištění kyselých odpadních vod obsahujících dvojmocné Fe ionty v chemickém a hydrometalurgickém průmyslu.

Technologie extrakce železa je realizována následovně:

1. Voda se přivádí do reaktoru s fluidním ložem při objemovém průtoku dostatečném pro účinnou fluidizaci a míchání.
2. V reaktoru je dvojmocné Fe oxidováno mikroby určitých skupin na trojmocné Fe.
3. Kyselost média roztoku se upraví na hodnoty od 2 do 4.
4. V koncentrátoru se z roztoku vysrážejí pevné nečistoty – sloučeniny síry a trojmocného Fe.

Čištění odpadních vod z glaukonitu od kationtů železa (II).

Metoda sorpce dvojmocných Fe kationtů adsorbentem – 95% koncentrát glaukonitu. Fe kationty jsou extrahovány z odpadní vody při výšce absorbující vrstvy až 10 cm a lineární rychlosti proudění až 5 m/h. Účinnost extrakce kovů pomocí ekologického a cenově dostupného přírodního adsorbentu dosahuje maximálních hodnot – až 99,9%.

Použití odkládacích filtrů

Odlučovače bez činidel jsou nádoba s filtračním ventilem, do které se nalévá filtrační materiál.

Zásyp slouží jako katalyzátor oxidace manganu a železa kyslíkem rozpuštěným ve vodě nebo chlornanu sodném (v tomto případě jsou instalovány uhlíkové filtry). Předvzdušnění zlepšuje kvalitu oxidace, zvyšuje životnost plniva.

Použití elektrolyzéru

Odpadní kapalina, předem zbavená mechanických nečistot, prochází elektrolyzérem – válcovou elektrolytickou nádobou. Proud postupně prochází nejprve anodou a poté katodovou částí.

Voda pak prochází pískem. Zároveň jsou vybrány uvolněné plyny a periodické smývání ulpělé vrstvy sloučenin Fe a dalších nečistot z povrchu pískových zrn.

Oxidace v přítomnosti katalyzátoru

Technologie je vhodná pro čištění odpadních vod z galvanických procesů, odpadních vod z galvanizačních a kadmiových linek.

Metoda spočívá v současné kombinované oxidaci ozonem a peroxidem vodíku za přítomnosti heterogenního katalyzátoru porézních keramických materiálů (hutní odpad) obsahujících přechodné kovy a jejich oxidy.

Spotřeba katalyzátoru je 5-10 cm 3 na 1 dm 3 odpadní vody. Kromě Fe se z odpadních vod účinně odstraňují další toxické kovy, jako je kadmium, zinek a čpavek.

Zajímavé video

Zveme vás, abyste viděli, jak vyrobit mini stanici pro čištění vody ze železa vlastníma rukama:

Závěr

V závislosti na redoxním potenciálu přírodních a odpadních vod existuje železo ve formě dvou- a tří nabitých iontů a může být v mnoha formách současně. Proto se analýza odpadních vod na obsah Fe provádí podle ukazatele „Total Iron“.

Technologie čištění odpadních vod obsahujících železo je zvolena na základě principu dosažení maximálních přípustných koncentrací (s přihlédnutím ke kategorii jímače odpadních vod) a ekonomické proveditelnosti.

Pokud je koncentrace Fe ve vodě trvale vysoká, dává se přednost metodám zaměřeným na maximalizaci těžby kovu jako druhotné suroviny.