Obținerea sărurilor de fier. Marea enciclopedie a petrolului și gazelor

Gradul necesar de îndepărtare a fierului apei va fi determinat de scopurile finale pentru care va fi folosită această apă. Și deși astăzi nu există o singură metodă universală pentru eliminarea complexă a tuturor formele existente fier din apă, folosind una sau alta schemă de purificare, puteți obține rezultatul dorit în fiecare caz.

Eliminarea fierului oxidativ

Metodele tradiționale de îndepărtare a fierului din apă se bazează pe oxidarea fierului feros cu oxigenul atmosferic (aerarea) și agenții oxidanți puternici (clor, permanganat de potasiu, peroxid de hidrogen, ozon) la o stare trivalentă, cu formarea hidroxidului insolubil de fier (III). , care se îndepărtează ulterior prin decantare, decantare cu adăugarea de coagulanți și floculanti (А-Т 9.303) și (sau) filtrare.

Aerare

Oxidarea fierului prin aerare se poate realiza prin: stropire (așa-numitele instalații de pulverizare), duș, folosind un injector, ejector sau compresor, introducerea de aer în conductă sub presiune, barbotare.

În multe cazuri, apa care a suferit îndepărtarea fierului prin aerare, urmată de decantare și filtrare, este deja potrivită pentru băut. Conform unei astfel de scheme simplificate, îndepărtarea fierului este eficientă atunci când concentrația inițială de fier nu depășește 10 mg / ml (cu un conținut de fier feros de cel puțin 70% din total), concentrația de H2S nu este mai mare de 2,5 mg / l. . Potențialul redox (potențialul redox) al apei după aerare nu trebuie să fie mai mic de 100 mV, iar indicele de stabilitate (indicele Langelier) nu trebuie să fie mai mic de 0,05.

Alegerea metodei de aerare simplificată depinde de parametrii sursei de apă. Deci, dacă concentrația de hidrogen sulfurat este peste 0,5 mg / l, iar dioxidul de carbon liber este mai mare de 40 mg / l, nu este necesară introducerea aerului în conductă sub presiune - este suficient să se asigure un recipient deschis cu o curgerea liberă a apei în ea. Un efect similar poate fi obținut folosind stropirea sau dușul.

O dezvoltare interesantă a producătorilor autohtoni (JSC „ITEM”) în legătură cu accelerarea procesului de oxidare a fierului prin aerare este instalarea de purificare supersonică a apei SUOK-VP (Fig. 1). Procesul de transformare a fierului feros în hidroxid de fier insolubil (III) este accelerat în această instalație prin amestecarea apei tratate cu oxigenul atmosferic în ejector și injectarea amestecului sub presiune mareîntr-un recipient de depozitare. În acest caz, datorită depășirii barierei de viteză supersonică, apa este zdrobită până la stropi submicroni și o reducere bruscă a timpului de oxidare a fierului (de mii de ori). Mai mult, continutul initial de apa tratata la SUOK-VP poate ajunge la 40 mg/l, iar la iesire poate fi de 0,1-0,3 mg/l, in functie de modelul plantei folosite.

Oxidarea fierului feros cu adăugarea de agenți oxidanți puternici

Adăugarea de agenți oxidanți puternici în apă intensifică semnificativ procesul de oxidare a fierului feros. Clorarea este cea mai utilizată, ceea ce permite și rezolvarea problemei dezinfectării apei, iar ozonarea este cea mai eficientă (Fig. 2). Numai pentru că, cu excepția ozonului, alți agenți oxidanți sunt ineficienți în raport cu fierul organic. Cu toate acestea, ozonarea este și cea mai costisitoare metodă, necesitând cantități mari de energie electrică. În plus, îndepărtarea fierului are loc aproape întotdeauna concomitent cu îndepărtarea manganului din apă, care se oxidează mult mai greu decât fierul, și la valori mai mari ale pH-ului.

Precipitarea fierului coloidal într-un mod industrial tradițional

În condiții normale, procesul de precipitare a particulelor coloidale de hidroxid feric (dimensiunea particulelor 1-3 microni) în timpul depunerii este lent. Mărirea particulelor și, în consecință, accelerarea depunerii se realizează prin adăugarea de coagulanți. Acest lucru este necesar și prin utilizarea filtrelor de nisip sau antracit în stațiile de tratare, care nu sunt capabile să rețină particulele fine. La fel de rău, aceste filtre rețin fierul organic.

Depunerea lentă a particulelor coloidale de hidroxid de fier (III), cuplată cu eficiența scăzută a utilizării agenților oxidanți și a aerării în raport cu fierul organic, precum și limitarea concentrației superioare de fier în apa sursă, îl face dificil de utilizat schema tradițională de decălcare industrială în sisteme autonome relativ mici care funcționează cu productivitate ridicată. În astfel de scheme se folosesc alte instalații, în care îndepărtarea fierului se realizează după principiile oxidării catalitice, urmate de filtrare și schimb ionic.

Oxidare catalitică cu filtrare

Aceasta este metoda cea mai utilizată astăzi pentru alimentarea cu apă industrială a individuale, nu a celor mai mari întreprinderi, cabane individuale. Instalatiile de oxidare catalitica si filtrare sunt compacte si au o productivitate destul de mare (0,5-20,0 m3/h sau mai mult, in functie de sorbant, calitatea initiala a apei, caracteristicile geometrice ale rezervorului - un cilindru din fibra de sticla sau otel inoxidabil). Reacția de oxidare a fierului are loc în interiorul rezervorului plantei pe granulele de umplere - un mediu de filtrare special cu proprietăți catalitice. În primul rând, proprietățile catalitice și de filtrare ale acestor materiale sunt determinate de porozitatea lor ridicată, care oferă un mediu pentru care se produce reacția de oxidare și determină capacitatea de absorbție.

Materialul sintetic Birm este utilizat pe scară largă ca așternut catalitic, ceea ce face posibilă îndepărtarea eficientă și economică a compușilor de fier și mangan în concentrații mici și medii din apă. Unitățile umplute cu birm sunt alimentate cu apă pre-aerată. Proporția de oxigen dizolvat în el trebuie să fie de cel puțin 15% din proporția de fier (sau fier și mangan). Porozitatea ridicată a materialului și densitatea în vrac scăzută (0,7-0,8 g/cm3) facilitează îndepărtarea sedimentelor în timpul spălării în contra. Alcalinitatea din sursa de apă trebuie să fie de două ori mai mare decât concentrația de cloruri și sulfați. Dezavantajele materialului Birm sunt tendința sa ridicată la abraziune, din cauza căreia se pierde până la 10-15% din umplere pe an și nu cea mai largă gamă de valori ale pH-ului de funcționare - 8,0-9,0. Avantajul său este costul scăzut.

Umpluturile catalitice pe baza de minerale naturale, precum dolomita, zeolitul, glauconitul sunt, de asemenea, destul de folosite. Se folosește și zeolitul sintetic.

Pe baza de dolomit care conține carbonați de calciu și magneziu, sunt produse materiale de umplere catalitică precum Magnofilt și Damfer, care se caracterizează prin porozitate ridicată, care contribuie la manifestarea proprietăților catalitice, o gamă largă de temperaturi de funcționare și o reacție alcalină. Alcalinizarea mediului accelerează reacția de oxidare a fierului feros cu oxigenul dizolvat în apă. În timpul tratamentului termic, carbonatul de magneziu conținut în dolomit se transformă în oxid de MgO, la contactul cu apa, oxidul este hidrolizat și eliberează în soluție ioni de hidroxil, care la rândul lor leagă ionii de hidrogen și ajută la accelerarea oxidării fierului feros. Această caracteristică este tipică pentru toate materialele de filtrare cu proprietăți catalitice pe bază de dolomit. Boabele de dolomit, printre altele, sunt rezistente chimic și foarte durabile, așa că practic nu se consumă în timpul funcționării. Pentru Magnofilt, există anumite restricții: uleiurile și hidrogenul sulfurat nu trebuie să fie prezente în apa sursă, conținutul de substanțe organice nu trebuie să depășească 4-5 mg / l, proporția de oxigen dizolvat trebuie să fie cu 15% mai mare decât proporția de fier dizolvat, pH = 6,8-8, 5. La valori mai mari ale pH-ului se formează forme coloidale de fier feric, care sunt greu de filtrat. Clorarea reduce activitatea acestui material, astfel încât doza de clor ar trebui să fie minimă.

Amortizorul are avantaje suplimentare. Proprietățile catalitice proprii ale dolomitei sunt sporite de faptul că în etapa de tratament termic fierul este introdus în material într-o formă activă catalitic, precum și alți aditivi catalitici: cupru, argint, mangan, fosfați. Prezența argintului în acest material face, de asemenea, posibilă suprimarea creșterii bacteriilor de fier. În comparație cu materialul Birm, rata de oxidare a fierului pe Damfer este de 250 de ori mai mare. În plus, acest material poate funcționa la valori ale pH-ului sub 6,0, purifică apa atât din fierul feros, cât și din fierul feric și nu este otrăvit cu hidrogen sulfurat și clorul rezidual. Stratul de hidroxid de fier (III) format în timpul curățării pe granulele Damfer își îmbunătățește și mai mult proprietățile catalitice. În primul rând, promovează oxidarea catalitică a fierului, iar în al doilea rând, având o structură spongioasă, este un absorbant suplimentar, absorbind particule de nisip, argilă, metale grele și chiar acizi humici.

Un alt material de filtrare oxidativă catalitică utilizat pe scară largă, Glauconite Manganese Greensand, este obținut din nisip verde glauconit. În procesul de prelucrare a nisipului glauconit, în compoziția Greensand sunt introduși oxizi de mangan mai mari, care oferă o capacitate de oxidare suplimentară a acestui material. În plus, pe lângă proprietățile catalitice și oxidante proprii, Greensand leagă agenți oxidanți precum permanganatul de potasiu, clorul și oxigenul dizolvat. Toate acestea asigură viteză mare și completitudine reacțiilor oxidative. Greensand are cea mai mare capacitate de absorbție, 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 - 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.

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.

Metoda de îndepărtare a fierului prin schimb de ioni

Pentru a elimina fierul prin această metodă, se folosesc schimbătoare de cationi (Fig. 3). 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.

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, metoda schimbului de ioni poate elimina foarte mult concentratii mari fier, fără a fi nevoie de etapa de oxidare a fierului feros dizolvat pentru a obține hidroxid insolubil. Cu toate acestea, în practică, aplicabilitatea acestei metode este semnificativ limitată.

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.

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.

Îndepărtarea fierului prin metode membranare

Membranele de microfiltrare sunt potrivite pentru îndepărtarea particulelor coloidale de hidroxid de fier (III); membranele de ultrafiltrare și nanofiltrare sunt, de asemenea, capabile să îndepărteze fierul organic coloidal și bacterian, iar metoda osmozei inverse permite îndepărtarea a până la 98% din fierul divalent dizolvat în apă. Cu toate acestea, metodele cu membrane sunt costisitoare și nu sunt concepute special pentru îndepărtarea fierului. Acest lucru se întâmplă în procesul de dezinfecție a apei (membrane de microfiltrare), cu purificarea ei în profunzime (ultrafiltrare și nanofiltrare) sau desalinizare (osmoză inversă). În plus, membranele sunt ușor acoperite cu o peliculă organică și înfundate cu particule insolubile, inclusiv rugina și, de asemenea, absorb fierul feros dizolvat și își pierd capacitatea de a reține în mod eficient alte substanțe. Producătorii de membrane de osmoză inversă garantează păstrarea proprietăților lor tehnologice în timpul funcționării cu un conținut total de fier în apă de cel mult 0,1-0,3 mg / l, impurități în suspensie - nu mai mult de 0,5-0,6 mg / l, oxidabilitate cu permanganat - nu mai mult peste 5 mg O2/l și indicele coloidal nu mai mult de 2-4 unități (parametri care țin cont de conținutul de fier organic).

Cu toate acestea, utilizarea metodelor cu membrane este justificată acolo unde este pur și simplu necesar grad înalt purificarea apei, inclusiv îndepărtarea fierului, de exemplu, în domeniul medical sau Industria alimentară(Fig. 4).

Îndepărtarea biologică a fierului

Această metodă implică utilizarea bacteriilor de fier care oxidează fierul divalent dizolvat în fier trivalent pentru a purifica apa, urmată de îndepărtarea coloizilor și a peliculelor bacteriene din rezervoarele de sedimentare și filtre. În unele cazuri, aceasta este singura modalitate viabilă de a reduce conținutul de fier al apei. In primul rand cand concentratia de fier in apa este deosebit de mare, peste 40 mg/l. Îndepărtarea biologică a fierului este utilizată și dacă apa conține un conținut ridicat de hidrogen sulfurat și dioxid de carbon. O astfel de apă cu foarte rată scăzută pH-ul nu poate fi curățat de excesul de fier prin metoda de aerare simplificată. Este supus filtrării prin colonii bacteriene pe filtre lente cu încărcare cu nisip și pietriș. Apoi este supus purificării prin sorbție pentru a reține deșeurile bacteriilor și dezinfectării cu ultraviolete.

Glosar de termeni:

:Schimbatoare de cationi:- adsorbanți cu schimb de ioni capabili să schimbe cationi la contactul cu soluțiile de electroliți.

:Schimbătoare de ioni (schimbătoare de ioni, absorbanți cu schimb de ioni):- substanțe capabile de schimb ionic la contactul cu soluțiile electrolitice.

:Rășini schimbătoare de ioni:- polimeri schimbători de ioni, schimbători de ioni organici sintetici. Solid, insolubil, umflare limitată în soluții de electroliți și solvenți organici, polimeri reticulați capabili de disociere electrolitică și schimb de ioni la contactul cu soluțiile de electroliți.

:Potențial redox:- potential elemente chimiceîntr-o serie de tensiuni electrochimice în raport cu potențialul unui electrod de hidrogen normal la 18°C ​​și o concentrație de electrolit de 1 și

Pagina 1

Oxidarea fierului (II) în fier (III) poate fi efectuată într-un mediu alcalin cu majoritatea agenților oxidanți și oxigen atmosferic și într-un mediu acid cu acizi azotic și percloric și oxigen atmosferic. Ionii de mangan sunt oxidați de diverși agenți oxidanți, formând anioni colorați cu diferite stări de oxidare ale manganului. Agenții reducători într-un mediu acid reduc compușii de mangan, crom, fier și bismut din stările lor superioare de oxidare la compuși cu stări de oxidare inferioare, ionii B13 - pot fi reduși la o stare metalică.

Oxidarea fierului prin vapori de apă supraîncălziți are loc la temperaturi de peste 450 C. Până la o temperatură de 500 C, viteza de coroziune abur-apă este scăzută, dar cu o creștere suplimentară a temperaturii, crește brusc.

Oxidarea fierului de către vaporii de apă respectă o lege exponențială descrisă de ecuația Arrhenius și, prin urmare, rata de difuzie a ionilor de fier și contradifuzia ionilor de oxigen în faza solidă este etapa limitativă a reducerii oxidului de fier.

Oxidarea fierului se realizează la un potențial de 545 mV.

Oxidarea fierului înainte de partea frontală a peliculei de oxid lichid are loc, de asemenea, în mod neuniform. În stratul de zgură, oxidarea selectivă a componentelor fierului are loc cu introducerea de oxigen în stratul de suprafață și deplasarea carbonului în pelicula de metal topit la interfața dintre faza de zgură și metalul solid.

Oxidarea fierului de către dioxid de carbon, chiar și în prezența contactului acestuia cu carbonul și gazeificarea simultană a C, a fost într-adevăr observată în studiile efectuate.

Oxidarea fierului este complicată de formarea a trei straturi separate de oxizi de fier, proporția fiecăruia în grosimea totală a peliculei variază în funcție de temperatura și presiunea parțială Oa. Datele obținute din diferite studii sunt caracterizate de o convergență slabă, într-o anumită măsură acest lucru putând fi explicat prin puritatea inegală a fierului utilizat în diferite teste, în special în ceea ce privește conținutul de carbon.

Oxidarea fierului este, în consecință, un act de respirație a bacteriilor de fier și înlocuiește pentru acestea oxidarea carbonului care are loc în organismele animalelor superioare.

Oxidarea fierului și manganului și depunerea oxizilor lor în tecile acestor bacterii nu sunt legate de producerea lor de energie. Oxidarea Fe2 la pH 6 - 8 poate duce la procese atât de natură chimică, cât și biologică. Oxidarea manganului în aceste condiții are o natură biologică. Procesul este localizat în teci unde sunt concentrate produsele metabolice și enzimele extracelulare. Mutanții lipsiți de teci nu au acumulat oxizi de fier și mangan. Astfel, cu ajutorul formelor reduse de fier și mangan, se asigură eliminarea H2O2, produs toxic al metabolismului celular.

Gradul necesar de îndepărtare a fierului apei va fi determinat de scopurile finale pentru care va fi folosită această apă. Și, deși astăzi nu există o metodă universală unică pentru îndepărtarea complexă a tuturor formelor existente de fier din apă, folosind una sau alta schemă de purificare, este posibil să se obțină rezultatul dorit în fiecare caz specific.

• Oxidarea fierului feros cu adăugarea de agenți oxidanți puternici
• Precipitarea fierului coloidal într-un mod industrial tradițional

ELIMINAREA OXIDATIVE A FIERULUI
Metodele tradiționale de îndepărtare a fierului din apă se bazează pe oxidarea fierului feros cu oxigenul atmosferic (aerarea) și agenții oxidanți puternici (clor, permanganat de potasiu, peroxid de hidrogen, ozon) la o stare trivalentă, cu formarea hidroxidului insolubil de fier (III). , care se îndepărtează ulterior prin decantare, decantare cu adăugarea de coagulanți și floculanti și (sau) filtrare.

AERARE
Oxidarea fierului prin aerare se poate realiza prin: stropire (așa-numitele instalații de pulverizare), duș, folosind un injector, ejector sau compresor, introducerea de aer în conductă sub presiune, barbotare. În multe cazuri, apa care a suferit îndepărtarea fierului prin aerare, urmată de decantare și filtrare, este deja potrivită pentru băut. Conform unei astfel de scheme simplificate, îndepărtarea fierului este eficientă, generală), concentrația de H2S nu este mai mare de 2,5 mg / l. Potențialul redox (potențialul redox) al apei după aerare nu trebuie să fie mai mic de 100 mV, iar indicele de stabilitate (indicele Langelier) nu trebuie să fie mai mic de 0,05. Când concentrația inițială de fier nu depășește 10 mg/ml cu un conținut de fier feros de cel puțin 70%. Alegerea metodei de aerare simplificată depinde de parametrii sursei de apă. Deci, dacă concentrația de hidrogen sulfurat este mai mare de 0,5 mg / l, iar dioxidul de carbon liber este mai mare de 40 mg / l, nu este necesar să se introducă aer în conductă sub presiune - este suficient să se asigure un recipient deschis cu o scurgere liberă de apă în ea. Un efect similar poate fi obținut folosind stropirea sau dușul.

OXIDAREA FIERULUI BIVALENT
Adăugarea de agenți oxidanți puternici în apă intensifică semnificativ procesul de oxidare a fierului feros. Clorarea este cea mai utilizată, ceea ce permite și rezolvarea problemei dezinfectării apei, iar ozonarea este cea mai eficientă. Numai pentru că, cu excepția ozonului, alți agenți oxidanți sunt ineficienți în raport cu fierul organic. Cu toate acestea, ozonarea este și cea mai costisitoare metodă, necesitând cantități mari de energie electrică. În plus, îndepărtarea fierului are loc aproape întotdeauna concomitent cu îndepărtarea manganului din apă, care se oxidează mult mai greu decât fierul, și la valori mai mari ale pH-ului.

DEPOZITIE DE FIER COLOID
În condiții normale, procesul de precipitare a particulelor coloidale de hidroxid feric (dimensiunea particulelor 1–3 μm) în timpul depunerii are loc lent. Mărirea particulelor și, în consecință, accelerarea depunerii se realizează prin adăugarea de coagulanți. Acest lucru este necesar și prin utilizarea filtrelor de nisip sau antracit în stațiile de tratare, care nu sunt capabile să rețină particulele fine. La fel de rău, aceste filtre rețin fierul organic. Depunerea lentă a particulelor coloidale de hidroxid de fier (III), cuplată cu eficiența scăzută a utilizării agenților oxidanți și a aerării în raport cu fierul organic, precum și limitarea concentrației superioare de fier în apa sursă, îl face dificil de utilizat schema tradițională de decălcare industrială în sisteme autonome relativ mici care funcționează cu productivitate ridicată. În astfel de scheme se folosesc alte instalații, în care îndepărtarea fierului se realizează după principiile oxidării catalitice, urmate de filtrare și schimb ionic.

OXIDARE CALITICĂ CU FILTRARE
Aceasta este metoda cea mai utilizată astăzi pentru alimentarea cu apă industrială nu a celor mai mari întreprinderi, cabane individuale. Instalatiile de oxidare catalitica si filtrare sunt compacte si au o productivitate destul de mare (0,5–20,0 m3/h sau mai mult, in functie de sorbant, calitatea initiala a apei, caracteristicile geometrice ale rezervorului - un cilindru din fibra de sticla sau otel inoxidabil). Reacția de oxidare a fierului are loc în interiorul rezervorului plantei pe granulele de umplere - un mediu de filtrare special cu proprietăți catalitice. În primul rând, proprietățile catalitice și de filtrare ale acestor materiale sunt determinate de porozitatea lor ridicată, care oferă un mediu pentru care se produce reacția de oxidare și determină capacitatea de absorbție.
Materialul sintetic Birm este utilizat pe scară largă ca așternut catalitic, ceea ce face posibilă îndepărtarea eficientă și economică a compușilor de fier și mangan în concentrații mici și medii din apă. Unitățile umplute cu birm sunt alimentate cu apă pre-aerată. Proporția de oxigen dizolvat în el trebuie să fie de cel puțin 15% din proporția de fier (sau fier și mangan). Porozitatea ridicată a materialului și densitatea în vrac scăzută (0,7–0,8 g/cm3) facilitează îndepărtarea sedimentelor în timpul spălării în contra. Alcalinitatea din sursa de apă trebuie să fie de două ori mai mare decât concentrația de cloruri și sulfați. Dezavantajele materialului Birm sunt tendința sa ridicată la abraziune, din cauza căreia se pierde până la 10-15% din umplere pe an și nu cea mai largă gamă de valori ale pH-ului de funcționare - 8,0-9,0. Avantajul său este costul scăzut.
Umpluturile catalitice pe bază de minerale naturale, precum zeolitul, glauconitul, sunt, de asemenea, destul de folosite. Se folosește și zeolitul sintetic.
Un alt material utilizat pe scară largă pentru filtrarea oxidativă catalitică, Glauconite Manganese Greensand, este obținut din nisip verde glauconit. În procesul de prelucrare a nisipului glauconit, în compoziția Greensand sunt introduși oxizi de mangan mai mari, care oferă o capacitate de oxidare suplimentară a acestui material. În plus, pe lângă proprietățile catalitice și oxidante proprii, Greensand leagă agenți oxidanți precum permanganatul de potasiu, clorul și oxigenul dizolvat. Toate acestea asigură viteză mare și completitudine reacțiilor 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.
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.
Dispozitivul de îndepărtare automată a fierului reactiv cu un mediu filtrant oxidant este proiectat după cum urmează: cilindrul, care este corpul filtrului, este umplut cu un mediu filtrant. În partea superioară a cilindrului este fixată o mașină automată, care schimbă direcția curgerii apei în timpul ciclurilor de filtrare și regenerare și respectă durata optimă a fiecărui ciclu. Mașina este controlată de un cronometru sau un debitmetru. Din mașină din interiorul cilindrului, o așa-numită țeavă de ridicare trece prin întregul mediu de filtrare. Filtrul este conectat la rezervorul de reactiv cu un tub flexibil.
În timpul filtrării, apa trece prin mediul filtrant de sus în jos, se ridică prin tubul de ridicare și iese din dispozitivul de îndepărtare a fierului. Acesta este urmat de un ciclu de spălare în contra: apa de la fitingul de admisie este trimisă la conducta de ridicare a apei, slăbește zeolitul de mangan, transportând impuritățile în canalizare. Urmează apoi tratamentul cu reactiv cu o soluție de permanganat de potasiu, restabilind activitate chimică mediu de filtrare. Acesta este urmat de un ciclu de spălare a zeolitului de mangan din resturile de permanganat de potasiu. Și, în sfârșit, ciclul de completare a rezervorului de reactiv cu apă, care este de obicei combinat cu un ciclu de spălare directă, în timpul căruia mediul de filtrare este „frământat” de fluxul de apă. După terminarea regenerării, filtrul este gata de utilizare din nou.
Dispozitivele de îndepărtare a fierului cu spălare cu reactiv necesită reumplerea periodică a rezervorului de reactiv cu permanganat de potasiu și curățarea regulată a ejectorului liniei de reactiv - locul în care precipită fierul dizolvat oxidat de permanganat de potasiu.
Proiectarea unui dispozitiv de îndepărtare a fierului fără reactiv cu un mediu de filtrare catalitic este caracterizată prin absența unui rezervor de reactiv și a ciclurilor de regenerare corespunzătoare. Contaminanții sunt îndepărtați prin spălare din contra, urmată imediat de un ciclu de spălare înainte.
Avantajele unui astfel de echipament includ funcționarea fără reactiv. Contra - mediul de filtrare funcționează în condiții mai severe. Deoarece viteza mediului catalitic este mai mică, este nevoie de două ori mai mult pentru a obține aceeași performanță. Când apa provine direct dintr-o fântână, este nevoie de echipamente pentru aerarea acesteia, un recipient de contact în prezența hidrogenului sulfurat sau conținut de fier peste un anumit nivel și un sistem de automatizare pentru controlul echipamentului de aerare. Pericol de aerisire a cilindrului atunci când se lucrează într-o linie de presiune și, ca urmare, probabilitatea unui ciocan de berbec.
Filtrele de îndepărtare a fierului, indiferent de umplutură, sunt destul de nepretențioase în funcționare și necesită doar spălare pentru a evita aglomerarea mediului filtrant, care are loc în regim automat.

METODA DE SCHIMB DE IONI DE ELIMERE FIERI
Schimbătoarele de cationi sunt folosite pentru a îndepărta fierul prin această metodă. Mai mult, rășinile sintetice schimbătoare de ioni înlocuiesc din ce în ce mai mult zeolitul și alte schimbătoare de ioni naturali, iar eficiența utilizării schimbului de ioni crește semnificativ.
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 insolubil. Cu toate acestea, în practică, aplicabilitatea acestei metode este semnificativ limitată.
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. 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 magneziu 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 de obicei utilizate pentru îndepărtarea fierului numai în acele cazuri în care este necesară purificarea suplimentară a apei pentru acest parametru la cele mai mici concentrații și când este posibilă îndepărtarea simultană a ionilor de duritate.

ELIMINAREA FIERULUI PRIN METODE MEMBRANE
Membranele de microfiltrare sunt potrivite pentru îndepărtarea particulelor coloidale de hidroxid de fier (III); membranele de ultrafiltrare și nanofiltrare sunt, de asemenea, capabile să îndepărteze fierul organic coloidal și bacterian, iar metoda osmozei inverse permite îndepărtarea a până la 98% din fierul divalent dizolvat în apă. Cu toate acestea, metodele cu membrane sunt costisitoare și nu sunt concepute special pentru îndepărtarea fierului. Acest lucru se întâmplă în procesul de dezinfecție a apei (membrane de microfiltrare), cu purificarea ei în profunzime (ultrafiltrare și nanofiltrare) sau desalinizare (osmoză inversă). În plus, membranele sunt ușor acoperite cu o peliculă organică și înfundate cu particule insolubile, inclusiv rugina și, de asemenea, absorb fierul feros dizolvat și își pierd capacitatea de a reține în mod eficient alte substanțe.
Producătorii de membrane de osmoză inversă garantează păstrarea proprietăților lor tehnologice în timpul funcționării cu un conținut total de fier în apă de cel mult 0,1-0,3 mg/l, impurități în suspensie - nu mai mult de 0,5-0,6 mg/l, oxidabilitate cu permanganat - nu mai mult mai mult de 5 mg O2 / l și un indice coloidal nu mai mult de 2-4 unități (parametri care iau în considerare conținutul de fier organic).
Cu toate acestea, utilizarea metodelor cu membrane este justificată atunci când este pur și simplu necesar un grad ridicat de purificare a apei, inclusiv din fier, de exemplu, în industria medicală sau alimentară.

ELIMINARE BIOLOGICĂ A FIERULUI
Această metodă implică utilizarea bacteriilor de fier care oxidează fierul divalent dizolvat în fier trivalent pentru a purifica apa, urmată de îndepărtarea coloizilor și a peliculelor bacteriene din rezervoarele de sedimentare și filtre. În unele cazuri, aceasta este singura modalitate viabilă de a reduce conținutul de fier al apei. In primul rand cand concentratia de fier in apa este deosebit de mare, peste 40 mg/l. Îndepărtarea biologică a fierului este utilizată și dacă apa conține un conținut ridicat de hidrogen sulfurat și dioxid de carbon. O astfel de apă cu pH foarte scăzut nu poate fi îndepărtată din excesul de fier prin aerare simplificată. Este supus filtrării prin colonii bacteriene pe filtre lente cu încărcare cu nisip și pietriș. Apoi este supus purificării prin sorbție pentru a reține deșeurile bacteriilor și dezinfectării cu ultraviolete.

Forme de fier în surse naturale
În apa surselor de suprafață, fierul se găsește de obicei sub formă de complexe organo-minerale coloidale, în special sub formă de fier umic și o suspensie fină de hidroxid de fier. Sulfatul feros FeSOi se găsește în apa râului poluată cu efluenți acizi. Datorită prezenței oxigenului dizolvat în apa râului, fierul feros Fe; „se oxidează în Fe feric”. Când apare hidrogen sulfurat HiS în apă, se formează o suspensie fin dispersată de sulfură de fier FeS.

Sursele de apă subterane se caracterizează în mod covârșitor prin prezența bicarbonatului feros Fe(HCCb):\, care este destul de stabil în absența agenților oxidanți și pH> 7,5. La o duritate mare carbonatată, pH>10 și conținutul de Fe-""MOmg/l, bicarbonatul poate fi hidrolizat cu formarea de dioxid de carbon.

Concentrația de fier în apele subterane variază între 0,5 și 50 g/l. În regiunea centrală a Federației Ruse, inclusiv regiunea Moscova, această valoare variază în intervalul 0,3-10 mg/l. cel mai adesea - 3-5 mg / l, în funcție de locația geografică și adâncimea sursei.

Apa subterană anaerobă (nu în contact cu aerul) transparentă poate conține compuși de fier feros (Fe ") până la câțiva mg/l fără turbiditatea sa atunci când este furnizată direct de la sursă. Cu toate acestea, atunci când este în contact cu oxigenul atmosferic, fierul feros se oxidează la un trivalent stare coloidală, dând apei culoare roșie-brun caracteristică.

Utilizatorul observă adesea următoarea imagine; in primul moment, apa obtinuta din fantana pare a fi absolut curata si transparenta, dar in timp (de la cateva minute la cateva ore) devine tulbure, capatand o nuanta specifica. Când apa se depune, turbiditatea se stabilește, formând un precipitat maro liber (hidroxid feric). Procesul de oxidare a Fe-" la FeJ" este accelerat catalitic de prezența sărurilor de cupru în apă, precum și de contactul apei cu FefOHb precipitat anterior.

În funcție de condiții (valoarea pH-ului, temperatură, prezența agenților oxidanți sau reducători în apă, concentrația acestora), oxidarea poate precede hidroliza, merge în paralel cu aceasta, sau produsul de hidroliză a fierului feros FefOHfe poate suferi oxidare.

Alegerea metodei optime de decălcare a apei depinde de cunoașterea formelor de fier prezente în apele naturale. În conformitate cu cerințele SNiP 2.04.02-84*, metoda de decălcare a apei, parametrii de proiectare și dozele de reactivi trebuie luate pe baza rezultatelor cercetărilor tehnologice efectuate direct la sursa de alimentare cu apă.

Metode de îndepărtare a fierului
Pentru îndepărtarea fierului din apele de suprafață se folosesc numai metode cu reactivi, urmate de filtrare. Deferizarea apelor subterane se realizează prin filtrare în combinație cu una dintre metodele de tratare preliminară a apei - aerare (simplificată și în dispozitive speciale), coagulare și limpezire, introducerea de agenți oxidanți - clor, hipoclorit de sodiu sau de calciu, ozon, potasiu. permanganat. Cu o justificare motivată, se folosesc metode de cationizare, dializă, flotație, electrocoagulare și alte metode.

Pentru îndepărtarea fierului conținut sub formă de hidroxid de fier coloidal Fe(OH):> sau sub formă de compuși organici coloidali, se folosește coagularea cu sulfat de aluminiu sau sulfat feros cu adaos de clor sau hipoclorit de sodiu pentru a îndepărta fierul din apă. Ca materiale de umplutură pentru filtre, se utilizează în principal nisip, antracit, cărbune sulfonat, argilă expandată, piroluzită, precum și materiale de filtrare cu catalizator suportat, care accelerează procesul de oxidare a fierului feros în fier feric. Recent, astfel de materiale de umplutură devin din ce în ce mai răspândite.

Aerare
În timpul aerării, oxigenul atmosferic oxidează fierul feros, în timp ce dioxidul de carbon este îndepărtat din apă, ceea ce accelerează procesul de oxidare și hidroliza ulterioară cu formarea hidroxidului de fier.

Metoda simplificată de aerare se bazează pe capacitatea apei care conține fier feros și oxigen dizolvat, atunci când este filtrată printr-un strat granular, de a elibera fier pe suprafața boabelor de încărcare, formând o peliculă catalitică de ioni și hidroxizi ai fierului feros și feric. Filmul intensifică în mod activ procesul de oxidare și eliberare a compușilor de fier din apă. Trebuie remarcat faptul că o serie de impurități din apa tratată, cum ar fi hidrogen sulfurat, dioxid de carbon liber, acid silicic coloidal, amoniac, afectează semnificativ proprietățile catalitice ale filmului.

Această metodă este acceptabilă dacă concentrația de fier în apă nu depășește 10 mg/l, iar valoarea pH-ului este mai mare de 6,8. (Există, de asemenea, limitări ale valorilor de alcalinitate, oxidabilitate de permanganat, conținut de hidrogen sulfurat, săruri de amoniu și sulfuri.) În alte cazuri, aerarea prealabilă a apei în aeratoare cu adăugarea de reactivi necesari (clor, hipoclorit de sodiu, potasiu). permanganat etc.) este necesar.

Atunci când conținutul de fier în apă sub formă de sulfat FeSOi, aerarea apei nu permite îndepărtarea acesteia din cauza formării de acid, care scade valoarea pH-ului apei la mai puțin de 6,8, în timp ce procesul de hidroliză aproape se oprește. Pentru a îndepărta acidul din apă, este necesară calcarea acestuia cu precipitarea gipsului slab solubil CaSCk.După calcare, apa trebuie decantată și filtrată.

La utilizarea filtrelor de presiune, aerul este introdus direct în conducta de alimentare, cu o rată de consum de 2 litri la 1 g de fier (II). Dacă sursa de apă conține mai mult de 40 mg/l dioxid de carbon liber și mai mult de 0,5 mg/l hidrogen sulfurat, atunci aerul nu este introdus în conductă. În acest caz, în fața filtrului de presiune trebuie instalat un rezervor intermediar cu o evacuare liberă a apei și o pompă de rapel.

Când este necesar să îndepărtați fierul din apă la o concentrație mai mare de 10 mg/l în apă și să creșteți valoarea pH-ului la mai mult de 6,8, aerarea se efectuează în dispozitive speciale - degazoare. Apa din ele este îmbogățită cu oxigen, iar fierul este oxidat. Apoi este alimentat la filtru, unde se completează formarea fulgilor de hidroxid feric și reținerea acestora în volumul umpluturii.

Metoda „filtrare uscată”.
Metoda constă în filtrarea emulsiei aer-apă printr-o sarcină granulară „uscata” (neinundată) prin crearea unui vid în filtru sau prin forțarea unei cantități mari de aer, urmată de aspirarea din spațiul inferior. În același timp, pe suprafața încărcăturii de filtrare se formează un film de adsorbție-catalitic de compuși de fier (și mangan, dacă este prezent în apă), ceea ce crește eficiența proceselor de îndepărtare a fierului și de demanganizare. Nisipul, argila expandată, antracitul, plasticul vinil etc. sunt de obicei folosite ca încărcare.

Coagulare, clarificare, floculare
Din apele de suprafață, de regulă, este necesar să se elimine suspensiile și substanțele dispersate coloidale, inclusiv compușii de fier. Eliberarea apei din suspensii și substanțe coloidale poate fi realizată numai prin introducerea de reactivi speciali de coagulare. Coagulantul formează fulgi în apă, care adsorb coloizi la suprafața lor și ies în evidență ca un precipitat. Ca coagulanți, se utilizează sulfat de aluminiu (la un pH al apei sursei de 6,5-7,5), sulfat feros (sulfat feros), clorură ferică (pH = 4-10), clorură de polihidroxi aluminiu.

Pentru a intensifica procesul de coagulare, în apă se introduc suplimentar floculanti.

Tratarea apei cu oxidanți
Reactivii oxidanți, în primul rând clorul, au fost utilizați în Rusia de la începutul secolului al XX-lea în scopul dezinfectării și îndepărtarii fierului. După tratarea diferitelor ape prin această metodă, conținutul de fier în toate cazurile devine mai mic de 0,1 mg/l, chiar și atunci când alte metode nu funcționează. Sub acțiunea clorului, distrugerea humaților și a altor compuși organici ai fierului și trecerea lor în formă de săruri anorganice de fier feric, care sunt ușor hidrolizate prin precipitare.

Doza de clor, în funcție de conținutul de fier, poate fi de 5-20 g la 1 Mj de apă în contact timp de cel puțin 30 de minute (nu doar pentru oxidarea fierului, ci și pentru dezinfecția fiabilă).

Cu toate acestea, această metodă de tratare a apei are o serie de dezavantaje, asociate în primul rând cu transportul și depozitarea complexă a unor volume mari de clor lichid foarte toxic. Prin urmare, în ultimii ani, tratarea apei cu o soluție de hipoclorit de sodiu (NaCIO) a fost din ce în ce mai utilizată, iar această metodă este folosită atât la stațiile mari de tratare a apei, cât și la instalațiile mici, inclusiv în case particulare. Soluții apoase hipocloritul de sodiu se obține prin metoda chimică sau electrochimică în funcție de reacția globală.

În timpul oxidării fierului cu hipoclorit de sodiu, nu are loc acidificarea apei, iar acest lucru este foarte important pentru procesul de filtrare. În plus, soluția de hipoclorit de sodiu (atât comercial, cât și electrochimic) este alcalină, ceea ce este favorabil pentru filtrare,

Oxidarea fierului feros se realizează și prin introducerea soluției de permanganat de potasiu KMnO în apa sursă înaintea filtrelor. Pentru a trata apele dificile și pentru a economisi permanganatul de potasiu destul de scump, acesta poate fi utilizat în combinație cu hipoclorit de sodiu.

Una dintre metodele promițătoare de oxidare a fierului este ozonarea (vezi A-T 26.302), care asigură simultan dezinfecția, albirea și dezodorizarea apei, îmbunătățind proprietățile organoleptice ale acesteia și oxidarea fierului feros și a manganului.

Îndepărtarea fierului cu apă cationizare Când este filtrat printr-un strat de schimbător de ioni, fierul va fi reținut și absorbit de schimbătorul de ioni mai devreme și mai bine decât calciul și magneziul. Și capacitatea de schimb a schimbătorului de ioni pentru calciu și magneziu va scădea rapid. Prin urmare, îndepărtarea fierului din apă prin schimb de ioni (cationizare) este permisă atunci când este necesară dedurizarea apei simultan cu îndepărtarea fierului. Cu toate acestea, în acest caz este posibilă extragerea fierului numai în formă divalentă dizolvată. În prezența oxigenului în apă, ionul Fe 2+ este oxidat, hidroxidul de fier Fe(OH) 3 rezultat este slab solubil în apă și, depunându-se pe boabele schimbătorului de ioni, îi „închide” porii. Durata de viață a materialului schimbător de ioni va fi redusă semnificativ.

Filtrarea folosind medii catalitice
Cea mai comună metodă de îndepărtare a fierului și a manganului utilizată în sistemele compacte de înaltă performanță este filtrarea cu paturi catalitice. Ca acestea din urmă, sunt utilizate materiale naturale care conțin dioxid de mangan sau încărcături în care dioxidul de mangan este introdus cu o prelucrare adecvată. Acestea includ piroluzită zdrobită, „nisip negru”, cărbune sulfo și MZHF (încărcări interne); Nisip verde de mangan (MGS), Birm, MTM (umpluturi străine). Aceste materiale filtrante diferă atât prin caracteristicile lor fizice, cât și prin conținutul de dioxid de mangan și, prin urmare, funcționează eficient în diferite game de parametri de caracterizare a apei.

Acțiunea lor se bazează pe capacitatea compușilor de mangan de a schimba relativ ușor starea de valență. Fierul feros din apa sursă este oxidat de oxizii de mangan mai mari. Acestea din urmă sunt reduse la niveluri de oxidare mai scăzute și apoi reoxidate la oxizi mai mari cu oxigen dizolvat și permanganat de potasiu,

Ulterior majoritatea fierul oxidat și reținut pe materialul filtrant este spălat în scurgere în timpul spălării în contra. Astfel, stratul de catalizator granular servește simultan ca mediu de filtrare. Oxidanți chimici suplimentari pot fi adăugați în apă pentru a îmbunătăți procesul de oxidare.

La efectuarea procesului, trebuie avut în vedere că pentru oxidarea eficientă a compușilor de fier (și mangan), este necesară atât prezența unui catalizator, care accelerează decât procesul, cât și un agent de oxidare. Oxigenul dizolvat, compușii de mangan superior, clorul, hipocloritul pot acționa ca agent oxidant. Este introdus din exterior sau face parte din mediul filtrant. În acest din urmă caz, resursa de încărcare ar trebui determinată pe baza compoziției apei și a consumului acesteia, precum și trebuie asigurată regenerarea sau înlocuirea în timp util a materialului de filtrare.