10.09.2018
Cum să accelerezi procesul de oxidare a fierului. Deferizarea apei. Concentrația fierului în apă
Bacteria de fier Thiobacillus ferrooxidans oxidează fierul feros în feric:
4Fe2++ 4Н+ + 02 ->¦ 4Fe3++ 2Н20
Această bacterie este foarte asemănătoare cu T. thiooxidans, este viabilă la un pH de până la 2,5, totuși, primește energie nu numai datorită oxidării compușilor cu sulf redus, ci și datorită oxidării ionilor Fe2 +. Această bacterie de fier trăiește în apele acide de mină care conțin sulfuri de diferite metale, inclusiv pirita (FeS2). S-a stabilit cu certitudine că bacteriile acidofile de fier sunt capabile de un stil de viață chimioautotrof.
Recent, au fost descoperite și tulpini termofile de tiobacili care oxidează fierul și sulful. Tulpinile termofilului Sulfolobus acidocaldarius pot oxida și fierul feros. Din solurile care conțin anti-timonit, a fost posibilă izolarea bacteriei autotrofă Stibiobacter senarmontii, care este capabilă să oxideze Sb3+ la Sb5+.
Leşierea metalelor din minereuri. Capacitatea unor bacterii acidofile care oxidează fierul și sulful de a transforma sulfurile și sulful elementar în sulfați solubili în apă ai metalelor grele este folosită pentru a leși minereurile sărace pentru a obține cupru, zinc, nichel, molibden și uraniu. Metoda de leșiere este deja utilizată la scară largă pentru a recupera metalele din haldele de roci, dar este posibil să se extindă aplicarea acesteia la minerit subteran. În cel mai simplu caz, apa este trecută printr-un strat gros de piatră zdrobită care conține minereu [de exemplu, pirita (FeS2)] cu sulfuri asociate ale diferitelor metale, cum ar fi Cu2S (calcocit), CuS, ZnS, NiS, MoS2, Sb2S3, CoS și PbS, apoi colectați soluția care conține sulfați. După concentrarea unei astfel de soluții, metalele corespunzătoare sunt precipitate din ea.
Dizolvarea sulfurilor de metale grele are loc datorită acțiunii combinate a multor procese: oxidarea bacteriană a compușilor cu sulf redus (1) sau a sulfului elementar (2) la acid sulfuric, oxidarea bacteriană a Fe2 + la Fe3 + (3) și, în final , oxidarea chimică a sărurilor insolubile ale metalelor grele la sulfați solubili și sulf (4):
FeS2+ 37202 + H20 -+ FeS04+ H2SO4
S + I72O2 + H2O - H2S04
2FeS04+ 7202 + H2S04-+ Fe2(S04)3 + H20
MeS + 2Fe3+ -+ Me2+ + 2Fe2+ + S
Astfel, bacteriile furnizează acid sulfuric și, de asemenea, regenerează Fe3+; ambele componente sunt consumate atunci când minereurile sunt dizolvate.
Aceste transformări sunt efectuate de Thiobacillus thiooxidans și T. ferrooxidans.Tulpinile corespunzătoare de bacterii sunt neobișnuit de rezistente la concentrații relativ mari de Cu2+, Co2+, Zn2+, Ni2+ și alți ioni de metale grele. Tulpinile de sulfolobus care oxidează sulful și fierul sunt, de asemenea, implicate în procesul de leșiere.
alte bacterii de fier. Cele mai cunoscute și ușor de recunoscut bacterii de fier sunt și Gallionella ferruginea (vezi Figura 3.16) și Leptothrix ochracea, care pot fi găsite, de exemplu, în conductele de drenaj și pâraiele de munte printre fulgi și depozite groase de oxizi de fier. Până în ultimii ani, a rămas neclar dacă aceste bacterii sunt capabile să utilizeze energia eliberată în timpul oxidării Fe2+ la Fe3+ și să crească ca autotrofe. Recent, a fost descoperită ribuloză bifosfat carboxilază la reprezentanții genului Gallionella; prin urmare, acum sunt clasificate ca bacterii litoautotrofe.
Bacteriile oxidează nu numai fierul, ci și manganul. Chlamydobacteria Leptothrix discophorus este capabilă să oxideze Mn2+ la Mn4+. Cu toate acestea, nu este încă clar dacă energia derivată dintr-o astfel de oxidare este utilizată în scopuri metabolice.
Chemolitoautotrofie obligatorie. Chemolitoautotrofia obligatorie este o expresie a gradului extrem de adaptare și specializare a organismelor care oxidează substraturile anorganice. Pentru a explica acest fenomen, au fost propuse și testate mai multe ipoteze:
Se poate presupune că ciclul acidului tricarboxilic nu este necesar pentru oxidarea substratului anorganic (la fel cum nu este necesar pentru fermentare). Într-adevăr, echivalenții reducători rezultați din oxidarea substratului anorganic intră în lanțul respirator. Trebuie asigurate numai funcțiile sintetice ale ciclului acidului tricarboxilic (formarea de 2-oxoglutarat și succinat). Dar pentru aceasta nu este necesară enzima 2-oxoglutarat dehidrogenază. Testul a arătat că o serie de bacterii autotrofe obligatorii nu o au. De asemenea, 2-oxoglutarat dehidrogenaza nu a fost găsită în multe bacterii autotrofe facultative dacă celulele au crescut pe un mediu cu o sursă de energie anorganică. Astfel, un mutant al unei bacterii autotrofice facultative care și-a pierdut capacitatea de a sintetiza 2-oxoglutarat dehidrogenază s-ar comporta ca un microorganism autotrof obligatoriu.
Întrucât bacteriile nitrifiante, precum și bacteriile care oxidează sulful, sulfitul și fierul, au un lanț respirator „despărțit”, este foarte posibil ca unii autotrofi obligatorii să aibă un pas ireversibil în prima secțiune a acestui lanț, ceea ce face imposibilă. functionare normala, și anume oxidarea NADH2 (acest segment este folosit doar pentru transferul invers de electroni). Această întrerupere a reversibilității lanțului, posibil legată de reglarea enzimelor, ar putea servi la păstrarea puterii reducătoare produse de energie (NADH2).
Nu a fost încă posibil să se ofere o explicație unificată pentru autotrofia obligatorie. Este posibil ca acest fenomen să aibă cauze diferite în diferite grupuri fiziologice de bacterii.
Întrebare:
Salut! Pe site-ul meu, conținutul de fier depășește norma de 23 de ori, din punct de vedere al durității - de 2 ori, poți oferi tehnologia ta de curățare? (locația km 9 de autostrada Kiev). Cu sinceritate, Elena Vladimirovna.
Răspuns:
Concentrația fierului în apă
Dragă Elena Vladimirovna!
Purificarea apei din fier nu este o problemă ușoară, deși cea mai comună problemă. A. Fierul intră în apa potabilă nu numai în condiții naturale, ci și ca urmare a coroziunii aparatelor și conductelor. Și în aceste cazuri, fierul poate fi în forme ionice, coloidale și dispersate grosier.
Cuprul mai puțin oxidat acționează ca un catod, determinând dizolvarea rapidă a fierului în apropierea joncțiunii și ocazional ducând la o defecțiune catastrofală a instalațiilor sanitare. Figura 19 Coroziunea galvanică. 
Dacă fierul este în contact cu un metal mai rezistent la coroziune, cum ar fi staniul, cuprul sau plumbul, celălalt metal poate acționa ca un catod mare care crește foarte mult rata de reducere a oxigenului. Deoarece reducerea oxigenului este asociată cu oxidarea fierului, aceasta poate duce la o creștere bruscă a ratei de oxidare a fierului la anod.
Toate acestea asigură viteză mare și completitudine. reacții oxidative. Greensand are cea mai mare capacitate de absorbție și este eficient în tratarea apei cu concentrații mari de fier și mangan (până la 10 mg/l în total) într-un interval larg de pH de 6,2–8,8. Sistemele de umplere realizate din acest material sunt folosite pentru purificarea apei din puțuri de orice adâncime. Hidrogenul sulfurat este oxidat la sulfați insolubili. Precipitatele sunt filtrate de stratul Greensand și straturile de filtrare însoțitoare. Sorbantul nu este afectat de microorganisme, impurități organice și nu necesită dezinfecție. Regenerarea mediului se realizează cu o soluție de permanganat de potasiu, urmată de spălare cu apă sursă.
De ce purifică apa din fier
Coroziunea galvanică apare probabil atunci când două metale diferite sunt conectate direct, permițând transferul electronilor de la unul la altul. O modalitate de a evita aceste probleme este utilizarea unui metal mai ușor oxidat pentru a proteja fierul de coroziune. Acest lucru previne oxidarea fierului și protejează obiectul de fier de coroziune.
Reacțiile care au loc în aceste condiții sunt următoarele. Metalul mai reactiv reacționează cu oxigenul și în cele din urmă se dizolvă, sacrificându-se pentru a proteja obiectul de fier. Protecția catodică este principiul din spatele oțelului galvanizat, care este protejat de oțel cu un strat subțire de zinc. Oțelul galvanizat este folosit în articole, de la cuie la coșurile de gunoi. În această strategie, electrozi de sacrificiu Un electrod conține un metal mai reactiv care este atașat de un obiect metalic pentru a inhiba coroziunea acelui obiect. de exemplu, folosind magneziu, sunt folosite pentru a proteja rezervoarele sau conductele subterane.
Filtru pentru îndepărtarea fierului de apă este un recipient metalic cu o umplutură adecvată - de exemplu, mineralul natural glaucanit, acoperit cu un strat de oxid de mangan (Green Sand - nisip verde). Pentru a restabili capacitatea de oxidare a nisipului verde, se folosește o soluție de permanganat de potasiu (permanganat de potasiu) în filtru pentru purificarea apei din fier. Mărimea filtrului depinde de performanța sistemului de purificare a apei.
Înlocuirea electrozilor de sacrificiu este mai economică decât înlocuirea articolelor pe care le protejează. Figura 20 Utilizarea unui electrod de sacrificiu pentru protecția împotriva coroziunii. Conectarea unei tije de magneziu la o conductă subterană de oțel protejează conducta de coroziune. Prin urmare, conducta este forțată să acționeze ca un catod, la care oxigenul este redus. Solul dintre anod și catod acționează ca o punte de sare care completează circuitul electric și menține neutralitatea electrică.
Sistem de filtrare ca metodă de purificare a lichidelor
O strategie similară folosește mulți mile de sârmă de zinc puțin mai puțin reactivă pentru a proteja conducta de petrol din Alaska. Să presupunem că o barcă veche din lemn, ținută împreună cu elice de fier, are o elice din bronz. Astfel, dacă staniul sau cuprul intră în contact electric cu apa de mare cu fier în prezența oxigenului, se va produce coroziune. Deoarece zincul este un metal mai reactiv decât fierul, acesta va acționa ca un anod de sacrificiu în celula electrochimică și se va dizolva.
- Dacă nava este scufundată în apă de mare, care va fi reacția de coroziune?
- Cum ai putea preveni aceasta coroziune?
În plus, filtrul pentru purificarea apei din fier include un sistem de supape automate. Supapele de control asigură funcționarea eficientă a filtrului de decălcare în timpul funcționării pe termen lung.
Caracteristicile de performanță ale unui filtru pentru decălcarea apei pe bază de mineral glauconit acoperit cu un strat de oxid de mangan (Green Sand - nisip verde).
Pentru a elimina posibilitatea intoxicației cu plumb, chemați un instalator pentru a înlocui conductele de plumb. El vă oferă un preț foarte mic dacă își poate folosi rezerva existentă de țevi de cupru pentru a face treaba.
- Acceptați oferta lui?
- Ce altceva trebuie să facă un instalator în casa ta?
Alternativ, un metal mai ușor oxidat poate fi depus pe suprafața metalului pentru a oferi protecție catodică suprafeței. Un strat subțire de zinc protejează oțelul galvanizat. Electrozii rigizi pot fi atașați de asemenea unui obiect pentru a-l proteja.
Există și alte materiale cu activitate catalitică și oxidativă utilizate ca umpluturi pentru filtrele de decălcare, dar folosind exemplul de mai sus, vă puteți face o idee despre principiile de bază ale îndepărtarii fierului în acest fel.
Purificarea apei din fier prin metoda schimbului de ioni.
Pentru a îndepărta fierul prin această metodă, se folosesc rășini schimbătoare de ioni - schimbătoare de cationi. Mai mult, rășinile sintetice schimbătoare de ioni înlocuiesc din ce în ce mai mult zeolitul și alți schimbători de ioni naturali; în acest caz, eficiența utilizării schimbului de ioni crește semnificativ.
Principalele metode de îndepărtare a fierului din apă
Coroziunea este un proces galvanic care poate fi prevenit cu protecție catodică. Vopseaua împiedică oxigenul și apa să intre în contact direct cu metalul, ceea ce previne coroziunea. Vopseaua este mai necesară deoarece sarea este un electrolit care crește conductivitatea apei și facilitează fluxul de curent electric între locurile anodului și catodului. Purificarea fierului și a apei pentru fier poate lua mai multe forme. Fierul provoacă o pată portocalie și de multe ori va fi însoțită de miros de mangan gazos și hidrogen sulfurat.
Orice schimbător de cationi este capabil să îndepărteze nu numai fierul feros dizolvat din apă, ci și alte metale divalente, în special calciul și magneziul, pentru care sunt utilizate în principal. Teoretic, schimbul de ioni poate elimina concentrații foarte mari de fier din apă fără a necesita etapa de oxidare a fierului feros dizolvat pentru a produce hidroxid de fier insolubil. Cu toate acestea, în practică, posibilitățile de utilizare aceasta metoda limitat semnificativ.
Colorarea cu fier va fi maro ciocolată atunci când este combinată cu mangan. La o concentrație mare, fierul va face ca apa să aibă un gust metalic și un miros metalic. Tratarea apei pentru fier va depinde de forma fierului și de alți contaminanți găsiți în apă.
Fierul din apă poate exista în patru forme. Fier feros - Fierul este denumit fier de culoare roșie. Fierul Fierul este rugina și este rezultatul oxidării fierului. Această formă de fier poate fi filtrată. fier organic. Fierul organic este uneori denumit fier jeleu sau apă de trandafiri. Fierul organic este fierul combinat cu materia organică dizolvată în apă. Acest fier este ținut în soluție cu materiale organice care sunt legate chimic de fier. Apa va fi limpede și va avea culoare dacă concentrația de fier este suficient de mare. Uneori, acest fier începe să se oxideze și să formeze o suspensie în apă, creând o altă formă de fier numită fier coloidal. Fierul coloidal - Fierul coloidal va arăta ca fierul de apă roșie, dar nu poate fi filtrat cu ușurință. Fierul a precipitat și s-a transformat în fier care conținea fier, dar moleculele rezultate nu s-au lipit între ele. Ca rezultat, particulele de fier nu formează bucăți suficient de mari pentru a se depune pe fundul recipientului sau a fi reținute prin filtrarea normală. Pentru a testa dacă aveți acest tip de apă, colectați o probă într-un recipient de sticlă transparentă. Luminează o rază de lanternă prin apă și vezi dacă poți vedea raza de lumină în apă. Apoi dați apă peste noapte. Dacă după instalarea peste noapte puteți vedea în continuare fasciculul de lumină în timp ce trece prin apă și nu s-a așezat niciun material pe fundul recipientului, sunt șanse foarte mari să aveți fier coloidal.
- fier negru - fier negru adesea denumită apă pură.
- Această formă de fier se dizolvă în apă.
- Ca orice material dizolvat, nu este vizibil în apă.
- Materialele dizolvate nu pot fi filtrate.
- Ele trebuie îndepărtate prin modificări chimice.
În primul rând, utilizarea schimbului de ioni pentru îndepărtarea fierului limitează prezența fierului feric, care „înfunda” rapid rășina și este prost spălat de acolo. Prin urmare, orice prezență a oxigenului sau a altor agenți oxidanți în apa care trece prin schimbătorul de ioni este extrem de nedorită. Acest lucru impune, de asemenea, o limitare a intervalului de valori ale pH-ului în care rășina este eficientă.
Cea mai obișnuită modalitate este de a folosi un balsam de apă. Această metodă poate fi utilizată la aproape orice nivel de fier. A doua modalitate de a elimina metalele feroase este un proces în două etape numit filtrare prin oxidare. Fierul este mai întâi oxidat folosind oxigen, clor sau permanganat de potasiu. Oxidarea determină formarea fierului feros din fierul feric. Fierul feric este apoi îndepărtat prin filtrare. Această metodă nu este de obicei folosită pentru foarte concentratii mari fier, deoarece materialul filtrant va necesita spălare mai frecventă, atunci acest lucru este posibil.
În multe cazuri, utilizarea rășinilor schimbătoare de ioni pentru îndepărtarea fierului este nepractică, deoarece, având o afinitate mai mare pentru schimbătoarele de cationi, fierul reduce semnificativ eficiența eliminării ionilor de calciu și mangan de pe aceștia și efectuarea demineralizării generale. Prezența substanțelor organice în apă, inclusiv a fierului organic, duce la creșterea rapidă a rășinii schimbătoare de ioni cu o peliculă organică care servește ca mediu nutritiv pentru bacterii. Prin urmare, schimbătoarele de cationi cu schimb de ioni sunt utilizate de obicei pentru îndepărtarea fierului numai în acele cazuri când este necesară purificarea suplimentară a apei în acest parametru până la concentrații scăzute iar când este posibilă îndepărtarea simultană a ionilor de duritate.
Tratarea apei potabile
Această metodă poate necesita, de asemenea, utilizarea unui fel de ajustare a pH-ului, deoarece fierul de călcat nu se va oxida sub pH. Există mai multe tipuri de sisteme de filtrare prin oxidare utilizate astăzi. Există multe nume de marcă pentru acest tip de sistem, dar necesită un debit minim de la o pompă de puț pentru a funcționa pe un Venturi. Acest fir trebuie testat înainte ca acest tip de sistem să poată fi utilizat. Sistemele bune constau din 3 părți - un tub venturi, un rezervor de evacuare a aerului și un rezervor de filtru. Rezervorul de evacuare a aerului elimină orice aer nedizolvat. Dacă aerul nu este eliberat, va fi mult scuipat pe robinet. Când fierul din apa care conține oxigen intră în contact cu suprafața mediului, acesta se oxidează. Fierul feros rezultat este atașat de mediu înainte de a trece prin filtru. Aceste sisteme nu funcționează bine cu apă cu pH scăzut sau cu alcalinitate scăzută, deoarece vor scuipa mangan din mediu. Acest mangan poate atinge niveluri toxice. Sisteme de clorinare - Clorul este introdus în apă. Apa este apoi direcționată către un rezervor de stocare, astfel încât timpul de călcat să fie oxidat în fier feric. Fierul feric este apoi îndepărtat de mediul din filtru. Orice exces de clor poate fi îndepărtat cu carbon.
- Aer - Oxigenul din aer este folosit pentru a oxida fierul.
- Aerul poate fi introdus prin orice număr de metode.
- Cea mai comună metodă folosește un venturi pentru a furniza aer.
- Prin urmare, sistemul se numește sistem de injecție de aer.
Cu sinceritate,
Ph.D. O.V. Mosin
