Методы очистки воды от железа

Российский Государственный Геологоразведочный Университет имени Орджоникидзе.

 

 

 

 

Реферат на тему:

 

«Методы очистки воды от железа»

 

 

 

 

 

 

Выполнила Шаркова Е.К.

ВРМЭ-08

 

 

Москва 2013г.

 

 

Содержание:

1) Содержание железа в воде

2) Способы очистки воды от железа

3) Основные методы очистки воды  от железа:

       а) Система обратного осмоса;

        б) Биологический метод;

        в) Очистка воды от железа ионообменным методом;

        г) Очистка воды от железа электромагнитным полем;

        д) Очистка воды от железа окислением с последующим осаждением и фильтрацией;

        е) Дистилляция

4) Вывод

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку железо является одним из наиболее часто встречаемых минералов, то и в воде оно может присутствовать в больших количествах, и тогда  остро встает вопрос, как очистить воду от железа. В питьевую воду железо может попадать из-за природных процессов  выветривания и эрозии почв, сточных  вод промышленных предприятий, коррозии трубопроводов или же из-за использования  очистными станциями железосодержащих веществ, используемых для осветления воды.

Железо содержится в воде в растворенном виде, а внешне обнаруживает себя запахом, металлическим привкусом или  после того, как вода постоит на воздухе, и произойдут процессы окисления, она становится мутной и коричневатого  оттенка. Бывает и так, что изначально вода прозрачная и чистая, но при отстаивании в ней образуется красновато-бурый осадок. Это чаще всего видно в бассейнах, поэтому воду в бассейнах тоже надо очищать.

Согласно санитарным нормам содержание железа в питьевой воде не должно быть более 0,3 миллиграмма на литр. Но зачастую этот показатель превышает норму в несколько раз. В этом случае необходимо искать способ обезжелезивания воды.

Способы очистки воды от железа

В теории для очищения воды от соединений железа необходимо перевести этот элемент  в нерастворенную трехвалентную  форму и тщательно отфильтровать. Но на практике сделать это оказывается  не так и просто. Дело в том, что  железо может находиться в воде в  разных формах, а, следовательно, очищать  его придется по-разному.

Очистка воды от железа должна включать целый ряд физических и химических процессов, которые подразумевают  перевод железа в слаборастворимые или растворимые формы и дальнейший вывод их из воды. Все способы  обезжелезивания воды нуждаются  в предварительной фильтрации и аэрировании (процесс принудительного насыщения воздухом, азотом или другими газами жидких или рыхлых твердых продуктов с целью придания им новых потребительских свойств).

Выбор оптимального метода обезжелезивания  воды определятся конечными целями, для которых эта вода будет  использоваться. И хотя на сегодняшний  день не существует единого универсального метода комплексной очистки воды от  всех существующих форм железа, используя ту или иную схему водоподготовки, можно добиться желаемого результата в каждом конкретном случае.

Остановлюсь более подробно на нескольких основных методах очистки воды от железа:

Система обратного осмоса.

Одной из наиболее традиционных и  безвредных систем является установка системы обратного осмоса. Очистка воды от растворённого железа методом обратного осмоса предполагает использование тонкоплёночной полимерной мембраны, на которую под давлением подаётся исходная вода. Обратноосмотические системы являются поистине уникальным способом обезжелезивания, они очень эффективны и полностью экологичны.

Очистка воды от железа обратным осмосом происходит на молекулярном уровне, поэтому получаемая вода обладает очень высоким качеством. Механизм очистки воды от растворённого железа обратным осмосом очень прост: ячейки мембраны настолько малы, что пропускают только молекулы воды или схожие по размеру молекулы других веществ (водород, кислород и т.п.).

Помимо мембраны, которая является основным элементом всей системы, в  ней также присутствую вспомогательные  префильтры (они предотвращают попадание на мембрану механических загрязнений, хлорсодержащих соединений и пестицидов), принудительный отток воды для вымывания отфильтрованных префильтрами веществ, а иногда и специальный насос для повышения давления воды (в загородных условиях или небольших городах). 

Очистка воды методом обратного  осмоса позволяет получить воду высочайшей степени очистки, она практически дистиллирована. Прежде всего, необходимо отметить, что обратноосмотические системы в процессе вымывания вредных веществ отнимают у воды и полезные качества – они осуществляют деминерализацию. Очистка воды от высоких концентраций железа обратным осмосом приводит к тому, что получаемый материал не способен дать человеческому организму необходимые минералы.

Однако ситуация не столь печальна, как кажется на первый взгляд, ведь минеральные вещества, содержащиеся в воде, совершенно не усваиваются  человеческим организмом, и именно поэтому мы привыкли получать их из других источников, например, из животной и растительной пищи. Кроме того, очистка воды от железа методом обратного  осмоса имеет весьма ощутимые преимущества, ведь такая «дистиллированная» вода идеально подходит для приготовления  чая, кофе и супов, а также не вызывает аллергических реакций. Основной же недостаток обратноосмотических систем заключается в высоком потреблении  электроэнергии и сравнительно не высоким  уровнем производительности.

Биологический метод

Метод основывается на применении микроорганизмов, а именно, железобактерий. Эти микроорганизмы превращают закисное железо в окисную форму. Эти бактерии не опасны для человека, чего не скажешь об их продуктах жизнедеятельности.

Современные биотехнологии используют свойства каталитической пленки, которая  образуется на любом мелкопористом  материале – песчано-гравийной  загрузке, синтетических материалах или колонне из активированного  кокосового угля. Железобактерии активно  действуют при содержании железа в воде около 10-30 мг/литр, но могут  развиваться в воде и с меньшей  концентрацией железа. Для нормального  существования этих микроорганизмов  кислая среда должна поддерживаться на низком уровне, и в то же время должен быть обеспечен доступ кислорода из воздуха.

На заключительном этапе биологического метода очистки воды от железа происходит очистка воды путем адсорбции  для удаления продуктов жизнедеятельности  бактерий, а также обработка воды бактерицидными лучами для окончательной  ее очистки.

Этот экологичный и довольно эффективный метод имеет один значительный недостаток – низкую скорость процесса. К тому же, для большой производительности очистки требуются габаритные очистные емкости.

Очистка воды от железа ионообменным методом.

Очистка воды от железа методом ионного обмена как метод обработки воды известен довольно давно и применяется в основном для умягчения воды. Раньше для реализации этого метода использовались природные иониты (сульфоугли, цеолиты). Однако с появлением синтетических ионообменных смол эффективность использования ионного обмена для целей водоочистки резко возросла.

С точки зрения удаления железа из воды важен тот факт, что катиониты  способны удалять из воды не только ионы кальция и магния, но и другие двухвалентные металлы, а значит и растворенное двухвалентное железо. Причем теоретически концентрации железа, с которыми могут справиться ионообменные смолы, очень велики.

Во многих случаях использование  ионообменных смол для обезжелезивания  нецелесообразно, т. к., обладая более  высоким сродством к катионитам, железо значительно снижает эффективность  удаления на них ионов кальция  и марганца, проведения общей деминерализации. Наличие в воде органических веществ, в том числе органического  железа, приводит к быстрому зарастанию ионообменной смолы органической пленкой, служащей питательной средой для  бактерий.

Достоинством ионного обмена является то, что он «не боится» верного  спутника железа - марганца, сильно осложняющего работу систем, основанных на использовании  методов окисления. Главное же преимущество ионного обмена в том, что из воды могут быть удалены железо и марганец, находящиеся в растворенном состоянии. То есть совсем отпадает необходимость в такой капризной и «грязной» (из-за необходимости вымывать ржавчину) стадии, как окисление. Таким образом, касательно такого аспекта, как очистка воды коттеджа от железа, этот метод представляется наиболее удобным.

Очистка воды от железа электромагнитным полем.

Интересный перспективный способ удаления железа из воды методом электромагнитной обработки предложил А.А. Матвиевский. За прошедшие 5 лет накоплен положительный опыт промышленного применения электромагнитных аппаратов УПОВС (установка для противонакипной обработки водных систем).

Суть метода такова: Вода, содержащая избыток железа, вначале обрабатывается ультразвуком, после чего поступает  в рабочие зазоры электромагнитного  аппарата, и далее на механический фильтр, загруженный сульфоуглем, кварцевым песком, цеолитом или их комбинацией для улавливания сфлокулированного железа. Можно установить два фильтра для поочередной их работы. 

Применение в схеме обезжелезивания  блока ультразвука, который устанавливается  перед электромагнитным аппаратом, в 3 - 4 раза увеличивает эффективность  сепарации окислов железа, что  связано с коагулирующим действием  ультразвука на окислы железа, находящиеся  в коллоидном состоянии.

Очистка воды от железа окислением (кислородом воздуха или аэрацией, хлором, перманганатом калия, перекисью водорода, озоном) с последующим осаждением (с коагуляцией или без нее) и фильтрацией.

Традиционный  метод очистки воды от железа в  коттеджах, квартирах, применяемый  уже много десятилетий. Так как  реакция окисления железа требует  довольно длительного времени, то использование  для окисления только воздуха  требует больших резервуаров, в  которых можно обеспечить нужное время контакта. Это наиболее старый способ и используется только на крупных  муниципальных системах. Добавление же специальных окислителей ускоряет процесс. 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. Необходимо отметить также, что в концентрированном виде (например, на точке ввода в воду) озон является ядом (как, собственно говоря, и многие другие окислители) и требует очень внимательного к себе отношения.  
 
           Частицы окисленного железа имеют достаточно малый размер (1-3 мкм) и поэтому осаждаются достаточно долго, поэтому применяют специальные химические вещества-коагулянты, способствующие укрупнению частиц и их ускоренному осаждению. Применение коагулянтов необходимо также потому, что фильтрация на муниципальных очистных сооружениях осуществляется в основном на устаревших песчаных или антрацитовых осветлительных фильтрах (не способных задерживать мелкие частицы). Однако даже применение более современных фильтрующих засыпок (например, алюмосиликатов) не позволяет фильтровать частицы размером менее 20 микрон. Проблему могло бы решить применение специальной керамики, но она достаточно дорого стоит (так как не производится в России).

У всех перечисленных способов окисления  есть ряд недостатков. Во-первых, 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. Во-вторых, эти методы окисления (в  меньшей степени это относится  к озону) слабо помогают в борьбе с органическим железом. В-третьих, наличие в воде железа часто (практически  всегда) сопровождается наличием марганца. Марганец окисляется гораздо труднее, чем железо, и, кроме того, при  значительно более высоких уровнях  рН.

Все вышеперечисленные недостатки сделали невозможным применение этого метода в сравнительно небольших  бытовых и коммерческо-промышленных системах, работающих на больших скоростях.

Дистилляция.

Очистка воды от железа с помощью  дистилляции 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. В дистилляторах для ускорения естественного процесса испарения воды применяется нагревание (в подавляющем большинстве случаев с помощью электричества) воды до температуры кипения, что приводит к интенсивному образованию пара. При этом механические частицы, содержащиеся в воде (включая бактерии, вирусы и прочую «живность», а также коллоиды и взвешенные частицы) оказываются слишком тяжелыми, чтобы быть подхваченными паром. Одновременно почти все растворенные в воде химические вещества (включая соли железа, других тяжелых металлов, соли жесткости и т.д.) достигают предела своей растворимости (за счет повышенной температуры и особенно увеличения концентрации - вода-то постоянно улетучивается) и выпадают в осадок. Таким образом, вместе с паром могут «вознестись» только летучие органические соединения (среди которых, правда и такие опасные, как тригалометан - потенциальный канцероген - и другие). Именно поэтому в дистилляторах часто устанавливают фильтр для воды на основе активированного угля из скорлупы кокоса.  

В дальнейшем пар, охлаждаясь, конденсируется, опять превращаясь в воду. Этот конденсат и является той высокоочищенной водой, которую называют дистиллятом. Иногда дистиллированную воду «прогоняют» через дистиллятор еще раз и получают так называемый би-дистиллят.

Дистиллированную воду достаточно широко используют в промышленности, медицине, в химических лабораториях. Хорошо всем известный пример использования  дистиллированной воды - заливка в  аккумуляторы автомобиля. В быту же дистилляторы не нашли широкого применения. И дело здесь совсем не в непригодности  дистиллированной воды для питья. Вредность  такой воды из-за отсутствия в ней  «полезных» минеральных веществ - это  скорее укоренившийся предрассудок. Дистиллированная вода действительно  имеет невысокие вкусовые качества, часто ее вкус характеризуют как  «затхлый». Связано это с тем, что такая вода - это действительно  жидкость без вкуса и запаха. То есть вкус дистиллированной воды не затхлый - он никакой. Мы же привыкли, что вода имеет вкус (пусть даже едва уловимый), который определяется ее минеральным  составом и наличием растворенных газов. Однако, с точки зрения влияния на здоровья нет никаких свидетельств того, что дистиллированная вода непригодна для питья.