Современные методы обезжелезивания и деманганации природной воды

Д.т.н. Б.Е. РЯБЧИКОВ

Продолжение - Часть 5.

На основе природного материала доломита , содержащего карбонаты кальция и магния , изготавливаются такие каталитические засыпные материалы, как отечественные МЖФ и ДАМФ. МЖФ и ДАМФ отличаются от Бирма, прежде всего, тем, что представляют собой твердую буферную систему, корректирующую рН воды и поддерживающую в ней слабощелочную реакцию, оптимальную для процесса обезжелезивания. Это основано на том, что доломит состоит из карбонатов кальция и магния, которые связывают образующиеся при окислении железа ионы водорода, что способствует ускорению реакции окисления двухвалентного железа .

Наиболее широко рекламируется каталитический материал МЖФ. При его производстве диоксид марганца вводятся в структуру частиц, поэтому активность материала сохраняется износе его гранул.

По данным производителя этот материал во многом превосходит Birm. Так , в отличие от большинства каталитически активных загрузок, содержащих в качестве каталитически активного компонента МпО2 - диоксид марганца, он позволяет использовать для окисления не только воздух, но и озон, гипохлорит натрия, перманганат, что дает возможность удалять сероводород, органические загрязнения и обеззараживать воду. Соотношение гидрокарбонатов к суммарному содержанию сульфатов и хлоридов не влияет на эффективность его работы. Исходные концентрации железа и марганца могут доходить до 50 и 2 мг/л соответственно.

Концентрация окислителя в растворе дозируемого в поток очищаемой воды определяется суммарным содержанием в ней восстановителей микроорганизмов, органических молекул, восстановленных форм ионов металлов с перемен­ной валентностью, ионов аммония, нитритов и т . д .

Для работы с МЖФ используются те же прие­мы и оборудование, что и с Бирмом. При необходимости дозирования раствора окислителя в поток очищаемой воды используется схема, показанная на рис.2а. На трубопроводе перед фильтром располагается инжектор, соединенный с насосом - дозатором реагента. На линии очищенной воды устанавливается счетчик с импульсным выходом. При начале разбора воды по сигналам счетчика насос - дозатор вводит реагент в количестве пропорциональном расходу воды. Регенерация фильтра производится традиционной обратной промывкой, аналогично с механическими фильтрами и Бирмом. Работа фильтра полностью аналогична описанной выше. ДАМФ обладает дополнительными достоинствами. На стадии термической обработки в состав материала вводится не только железо в каталитически активной форме, но и другие каталитические добавки: медь, серебро, марганец, фосфаты. Присутствие серебра в этом материале позволяет подавлять рост железобактерий . По данным производителя, по сравнению Birm скорость окисления железа на Дамфере выше в 250 раз. Кроме того, этот материал может работать при значениях рН ниже 6,0, не отравляется сероводородом и остаточным хлором. Используется в патронах типа «Гейзер».

Как отмечалось выше, природный минерал - пиролюзит имеет наилучшие каталитические характеристики, но и наибольшую плотность, что требует наибольшего количества воды для промывки. Однако то, что он способен без использования дополнительных реагентов удалять железо и марганец даже при значительном содержании в воде сероводорода и низком значении рН обеспечивает определенную область его применения. Импортные загрузки на основе пиролюзита носят названия Pyrolox , Fillox и AMDX . Отечественные фирмы поставляют аналогичный продукт под названием дробленый пиролюзит.

Пиролюзит является очень прочным материалом и имеет низкий процент изнашивания. Никакие загрязнения из загрузки не вымываются и не попадают в питьевую воду. Он имеет большую емкость по железу и марганцу и обеспечивает их низкие концентрации в обработанной воде.

Пиролюзит может быть использован в сочетании с аэрацией, хлорированием, озонированием и другими методами дополнительной обработки в случаях, когда исходная вода содержит большие концентрации загрязнений. Указанные окислители ускоряют реакцию катализа.

Необходимо еще раз отметить, что вследствие того, что материал тяжелый - очень важно обеспечить достаточный расход воды при промывке.

Поскольку эффективность пиролюзита очень высока, он может использоваться как добавка к инертной загрузке, например, песку в количестве 20-30%. Гранулометрический состав загрузок подбирается так, что бы скорость псевдоожижения частиц песка и пиролюзита были близки. Пиролюзит оказывается равномерно распределен по всему объему загрузки, которая вся работает, как каталитическая.

К группе материалов, в которых сам материал является регенерируемым источником окисляющего агента (расходуемыми твердыми окислителем) относится широко известный Гринсенд, Manganese Greensand , MZ -10, (химический аналог МТМ).

Manganese Greensand , т.е. зеленый песок, является фильтрующим материалом на основе природного минерала натриевого глауконита (цеолит) (NaZ), предварительно обработанного раствором хлорида марганца, который необратимо поглощается цеолитом.

Na2Z + MnCl2 «—» MnZ +2NaCl

При последующем контактировании с раствором перманганата калия на поверхности частиц образуется слой высших окислов марганца.

MnZ+2KMnO4 --» K2Z*MnO*Mn2O7

В такой форме марганцевый цеолит служит источником кислорода, который окисляет ионы двухвалентных железа и марганца до трехвалентных. В окисленном состоянии железо и марганец осаждаются в виде нерастворимых гидроокисей. Пленка высших окислов марганца расходуется на окисление железа и марганца и поэтому необходимо ее постоянное или периодическое восстановление. Для этого загрузка либо периодически обрабатывается раствором перманганата калия, либо его постоянно дозируют в воду перед ее поступлением в фильтр (рис.1 в). Использование перманганата калия совместно с данными загрузками позволяет так же удалить сероводород и, частично, органические вещества, и биологические загрязнения, обеспечивая обеззараживание воды.

Сероводород окисляется до элементарной серы, которая задерживается на поверхности гранул катализатора.

Гринсенд допускает присутствия в воде сероводорода, нефтепродуктов и полифосфатов. В качестве дополнительных окислителей могут использоваться кислород, озон, хлор.

Химический аналог Гринсенда - МТМ также представляет собой пористый носитель, но на основе другого цеолита, обработанный по той же методике. Меньшая плотность МТМ позволяет проводить взрыхление при той же скорости воды, что Гринсенда, более крупной загрузки с большей грязеемкостью. В отличие от Гринсенда, МТМ не допускает присутствия в воде сероводорода и полифосфатов. Гринсенд имеет большую плотность и требует большего расхода воды на взрыхление, но обеспечивает более тонкую фильтрацию.

Применение загрузок типа Greensand, MZ -10, МТМ дает возможность удалять до 20 мг/л железа и до 5 мг/л марганца. Материал работает в диапазоне рН от 6,2 до 8,8. Суммарная концентрация железа и марганца в исходной воде не должна превышать 15 мг/л, сероводорода до 5 мг/л.

Кроме собственных каталитических и окислительных свойств Greensand связывает такие окисляющие агенты, как хлор и растворенный кислород. Сорбет на подвержен воздействию микроорганизмов, opганических примесей, не требует дезинфекции.

В первом варианте (рис.26) обработка перманганатом калия прозводится при каждой регенерации загрузки. Регенерация включает в себя взрыхление загрузки подачей воды снизу, при этом из слоя удаляются задержанные гидроокиси металлов и механические загрязнения. Затем в фильтр сверху подается paствор перманганата калия, после чего загрузка отмывается водой до отсутствия в ней следов марганцовки. Для peгенерации испольльзуется 0.2- 0.3% раствор пермангоната калия.

Этот способ обладает высокой эффективностью и относительной простотой реализации. Он наиболее часто предлагается различными малоквалифицированными фирмами, как панацея на все случаи жизни поскольку обеспечивает высокую эффективность на водах разного состава без предварительных исследований. Они же всегда в 1,5 и даже в 3 раза завышают рабочую производительность фильтров.

Однако у него есть два существенных недостатка :

  • Для проведения эффективной регенерации количество перманганата калия берется с большим избытком, по сравнению со стехиометриче ским, который поступает в сточные воды. Если для очистки бытовых стоков используются биосептики, как это принято в современных коттеджах, поступивший в них перманганат полностью убивает биожизнь и выводит септик из строя.
  • Расход перманганата достаточно велик и при его высокой стоимости это приводит к повы­шенным эксплуатационным расходам .

Окончание - Часть 6

(c) 2010 НПК "Медиана - фильтр"
Все права защищены.