Удаление марганца .и железа

Ряд подземных вод характеризуется одновременно наличием железа и марганца, поэтому зачастую возникает необходимость их обезжелезивания и деманганации.

Выбор технологии очистки зависит от природы соединений железа и марганца, их концентрации, щелочности, окисляемости, рН воды и других показателей.

Железо и марганец присутствуют в природных водах в форме минеральных или органических соединений гуминовых или некоторых жирных кислот. Во втором случае это воды с повышенной окисляемостью, имеющие агрессивный характер. Железо- и марганоорганические комплексы создают условия для развития маргано- и ферробактерий со всеми вытекающими негативными последствиями. С позиций технологии водоподготовки всегда имеется различие между способами улучшения качества подземных вод при наличии железа и марганца в минеральной или органической форме. При их минеральном происхождении обычно применяются безреагентные технологии, при органическом происхождении — обработка требует использования реагентов, что более сложно и трудоемко, сопряжено со значительными капитальными и эксплуатационными затратами.

Если железо и марганец присутствуют в воде в растворимой форме, то для выбора технологии важно знать бикарбонатную щелочность воды, которая влияет на процесс десорбции оксида углерода и оксидации железа (П) и марганца (П) и является главенствующим фактором при выборе технологии. Наиболее благоприятные условия для удаления железа и марганца создаются при карбонатной щелочности, равной общей и составляющей не менее 1,35 мг-экв/л

Концентрация ионов водорода в воде и ее кислая или щелочная реакция определяют действие воды как растворителя, поэтому значение рН играет важную роль в осаждении гидроксидов.

Значение рН исходной воды влияет и на способность фильтрующего материала задерживать железо и марганец. При повышении рН эта способность возрастает, что объясняется изменением дзета-потенциала поверхности зерен загрузки.

Присутствующие в воде органические вещества оказывают негативное влияние на процессы удаления железа и марганца в тех случаях, когда их количество, определяемое перманганатной окисляемостью, свыше 6,5 мг/л. При обработке воды фильтрованием они могут образовывать желатиновые пленки на зернах" фильтрующей загрузки, что затрудняет процессы адсорбции и хемосорбции.

Трансформация железа и марганца в органическую, восстановительную минеральную и окисленную минеральную форму обусловлена деятельностью маргано- и ферробактерий, а оксидация железа и марганца в кислой среде может происходить химически только при их вмешательстве. Присутствие в воде ферро- и марганобактерий указывает на восстановительное состояние системы и свидетельствует о необходимости обработки воды сильным окислителем перед ее фильтрованием.

При выборе технологии удаления железа и марганца следует также учитывать присутствие в воде аммиака, нитратов и нитритов, так как необходимое количество окислителя для оксидации железа (П) и марганца (П) возрастает при наличии в обрабатываемой воде аммиака.

Руководствуясь результатами анализа основных факторов, влияющих на процессы удаления железа и марганца, и экспериментальными данными, предлагается ряд методов удаления железа и марганца, в том числе такие:

- упрощенная аэрация с одноступенчатым фильтрованием;

- глубокая аэрация и фильтрование либо двойная аэрация и двойное фильтрование;

- глубокая аэрация, обработка сильным окислителем, фильтрование, стабилизация;

- известкование с коагулированием, напорная флотация и фильтрование либо аэрация, известкование с коагулированием, отстаивание в тонком слое и фильтрование.

Возможно также применение и других методов удаления железа и марганца.

Удаление сероводорода

В некоторых случаях подземные воды содержат избыточные концентрации сероводорода. Для его удаления применяют различные конструкции дегазаторов с использованием методов пенной дегазации, барботирования воздухом, вакуумной дегазации с подогревом и без подогрева воды и др.

Наибольшее распространение получил метод удаления сероводорода аэрированием. В ряде случаев для более полного удаления сероводорода аэрирование сопровождается подкислением воды до рН < 5 с последующей стабилизацией очищенной воды ее подщелачиванием.

Наиболее эффективными, получившими распространение на станциях большой производительности, являются химические методы — хлорирование, применение перманганата калия, озонирование.

Возможно применение фильтрования воды через модифицированную загрузку. При этом удаление сероводорода осуществляется при адсорбции ионов сероводородных соединений на зернах фильтрующей загрузки. Модификация песчаной загрузки состоит в том, что ее последовательно обрабатывают водными растворами железного купороса и перманганата калия или сульфата натрия и перманганата калия, в результате чего на поверхности зерен кварцевого песка при рН среды 6—9 образуется пленка, в составе которой имеется гидроксид железа и диоксид марганца.

Кроме химических способов окисления сероводорода, используют и биохимический метод, при котором в окислении сульфидных вод принимают участие серобактерии, встречающиеся в серных источниках и стоячих водах. Для массового развития серобактерий необходимы сероводород и кислород.

Обесфторивание воды

Для дефторирования воды используют ряд методов, которые можно подразделить на следующие.

§ Метод сорбции фтора осадком гидроксида алюминия или магния, а также фосфата кальция — целесообразно применять при обработке поверхностных вод, когда кроме обесфторивания требуются еще осветление и обесцвечивание. Этот метод может найти применение и для обработки подземных вод при необходимости их одновременного умягчения (реагентным методом) и обесфторивания.

§ Метод фильтрования воды через фторселективные материалы — основан на обменной адсорбции ионов, при которой фтор удаляется в процессе пропуска обрабатываемой воды через сорбент. Этот метод наиболее эффективен при обесфторивании подземных вод, как правило, не нуждающихся в других видах кондиционирования, или в тех случаях, когда одновременно с обесфториванием производят и опреснение.

Наибольшее распространение получило обесфторивание воды сульфатом алюминия. Технологическая схема в этом случае включает вертикальный смеситель, осветлитель со взвешенным осадком или отстойник с тонкослойными модулями и скорые осветлительные фильтры.

§ В некоторых случаях эффективным является контактно-сорбционный метод обесфторивания природных вод, предложенный НИИ КВОВ. Коагулянт вводят в воду непосредственно перед контактными осветлителями. В первоначальный период (1,5—2,0 ч) подается повышенная доза коагулянта 100—150 мг/л по Al₂O₃. При этом на зернах и в порах загрузки образуется гидроксид алюминия, который впоследствии сорбирует фтор. В этот период — период «зарядки» фильтрат, содержащий большое количество ионов фтора и алюминия, отводят в специальную емкость для последующего использования в качестве промывных вод. После «зарядки» дозу коагулянта снижают до 20—25 мг/л, что обеспечивает эффективное извлечение фтора за счет сохранения сорбционной способности гидроксида алюминия. Процесс дефторирования воды можно осуществлять и без "зарядки" при постоянной дозе коагулянта, величина которой определяется качеством исходной воды.

Контактно-сорбционное обесфторивание приемлемо при обработке вод, содержащих фтор — до 5 мг/л, сероводород — до 2 мг/л, щелочность — до 6 мг-экв/л. На 1 мг удаляемого фтора расходуется около 80 мг сульфата алюминия.

§ Обесфторивание воды на алюмомодифицированных материалах показывает, что после обработки солями алюминия, песка, керамзита, дробленого клинолтилолита и других фильтрующих загрузок они способны эффективно извлекать из фильтруемой воды фтор-ионы. Максимальной сорбционной емкостью по фтору из рассматриваемых материалов обладает алюмомодифицированный клиноптилолит, который в естественной форме фтор из воды практически не извлекает.

Технологическая схема обесфторивания воды путем ее фильтрования через алюмомодифицированную загрузку клиноптилолита состоит из скорых фильтров, загруженных модифицированным клиноптилолитом. Регенерацию истощенной загрузки осуществляют в два приема:

- взрыхление и отмывка сорбента от фторсодержащих осадков, задержанных на поверхности и в порах загрузки;

- модификация загрузки пропусканием через нее концентрированного 4—6%-го раствора солей алюминия (например сернокислого алюминия).