Удаление из воды соединений железа

<18 19 202122 23 24 >

В природных водах встречаются соединения железа со степенью окисления Fe²⁺ и Fe³⁺. Железо может присутствовать в растворенном, коллоидном и взвешенном состояниях.

Источники: растворение железосодержащих пород под действием кислот (угольной, серной, органических) и окислителей (кислород).

Например: минерал пирит FeS₂ может давать сульфат и гидрокарбонат железа.

FeS₂+ СО₂ + 2Н₂О → Fe(HCO₃)₂ + H₂S + S

2 FeS₂+7O₂ + 2Н₂О → 2FeSO₄+2H₂SO₄

Соединение Fe²⁺ встречаются в основном в подземных водах. Содержание их колеблется от 1мг/л до нескольких десятков.

Формы: Fe(HCO₃)₂и 2FeSO₄.

При выходе подземных вод на поверхность происходит окисление Fe²⁺ и Fe³⁺ и гидролиз с образованием гидроксида железа III.

4Fe(HCO₃)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃↓ + 8CO₂

4FeSO₄ + O₂ + 10H₂O → 4Fe(OH)₃↓+ 4 H₂SO₄

Это объясняет образование бурого осадка при стоянии прозрачной артезианской воды.

Окисление железа II может происходить с помощью железобактерий. В поверхностных водах содержаться неорганические формы железа III и органические – гуматы железа.

Содержание железа III обычно составляет сотые или десятые доли мг/л, так как растворимость Fe³⁺ очень мала (зависит от рН). Гуматы железа имеют бурую окраску и обуславливают цветность природных вод. Если концентрация железа свыше 0,3 мг/л, то вода приобретает железистый привкус. Отдельные отрасли предъявляют более жесткие требования к содержанию железа: производство вискозного волокна – 0,03мг/л, кинопленки -0,05мг/л.

Процесс обработки воды, проводимый для снижения содержания железа, называется обезжелезиванием. Наиболее простой метод обезжелезивания- аэрация. Он заключается в насыщении воды кислородом для окисления железа II в железо III. На окисление 1 мг железа расходуется 0,143 мг кислорода. При этом идут окисление и гидролиз.

Fe(HCO₃)₂ + H₂O → Fe(OH)₂ + CO₂+ H₂O

Fe(ОН)₂ + О₂ + H₂O → Fe(OH)₃ ↓

Метод упрощенной аэрации для удаления неорганического железа II при концентрации его 10 мг/л применяется для вод с окисляемостью до 6-7 мг/л, рН > 7 и другими показателями (аммонийный азот до 1 мг/л, сероводорода 0,2 мг/л и т.д.).

Если качество воды не соответствует, то проводится глубокая аэрация воды или она сопровождается хлорированием или известкованием. При рН< 7 и значительном содержании СО₂ проводится известкование.

Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O

Fe(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → Fe(OH)₂ + CaCO₃ ↓+ H₂O

Fe(HCO₃)₂ + Cl₂ + Ca(HCO₃)₂ → Fe(OH)₃ ↓+ CaCl₂ + CO₂

Гидроксид кальция взаимодействует с СО₂.

СО₂ + Са(ОН)₂ → СаСО₃ ↓+ Н₂О

Fe(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → Fe(OH)₂ + CaCO₃ ↓+H₂O

Сульфат железа II удаляется аэрацией воды с подщелачиванием.

FeSO₄ + Ca(OH)₂ → Fe(OH)₂ + CaSO₄

Fe(OH)₂ + O₂ + H₂O → Fe(OH)₃↓

При хлорировании воды с достаточным щелочным резервом протекают процессы, которые выражаются суммарным уравнением.

2Fe(HCO₃)₂ + Cl₂ + 2Ca(HCO₃)₂ → 2Fe(OH)₃ + CaCl₂ + CO₂

Могут применяться перманганат калия КMnO₄ и диоксид марганца MnO₂.

Для удаления неорганического железа может применятся метод ионного обмена на Н - катионовых фильтрах.

2R – H + Fe²⁺ → > Fe + 2H⁺

Органические формы железа могут удаляться действием окислителей: Cl₂, O₃, KMnO₄.

Для вод со значительным содержанием железа эффективным методом обезжелезивания являются электрокоагуляция с использованием алюминиевого или стального электродов. Применение этого метода позволяет одновременно проводить осветление, обесцвечивание и обескремнивание воды, способствует снижению окисляемости.

9.4.2.3. Удаление из воды соединений марганца

Марганец в природных водах обычно сопутствует железу, но в меньшей концентрации до 0,05 мг/л. ПДК для питьевой воды – 0,1 мг/л. Формы: гидрокарбонат и сульфат Mn²⁺, органические соединения.

Окисление марганца происходит при рН > 9,5. Марганец удаляется из воды одновременно с железом II при известковании и аэрации.

MnSO₄ + Ca(OH)₂ = Mn(OH)₂ + CaSO₄

2Mn(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 2Mn(OH)₄

Выпадает осадок диоксида марганца. Можно использовать окислители: перманганат калия, хлор, озон, диоксид хлора.

MnSO₄ + 2KMnO + H₂O → 2MnO₂↓+ K₂SO₄ + H₂SO₄

MnSO₄ + Cl₂ + H₂O → MnO₂↓ + HCl + H₂SO₄

MnSO₄ + O₃ + H₂O → MnO₂↓ + O₂ + H₂SO₄

MnSO₄ + ClO₂ + H₂O → MnO₂↓+ HCl + H₂SO₄

Можно применять ионообменный способ. Коллоидные соединения марганца удаляются коагуляцией. В ГДР применяется биохимический метод с использованием марганецокисляющих бактерий.

9.4.2.4. Фторирование и дефторирование воды

Содержание фтора в природных водах колеблется в широких пределах от сотых долей мг/л до нескольких десятков. В большинстве вод до 0,5-0,7мг/л. В подземных водах выше 1 мг/л. В южных засушливых районах содержание фтора выше, чем в средней полосе и на севере. Так, в Казахстане до 10мг/л. Основная форма: фторид – ион (F^-). При его недостатке – кариес, при избытке – флюороз (пятнистая эмаль). При недостатке фтора проводят фторирование воды.

Реагенты: растворимые соединения фтора: фторид натрия (NaF), кремнефторид натрия (Na₂SiF₆), гексафторкремниевая кислота (H₂ SiF₆).

Так как в процессе обработки воды содержание фтора несколько снижается, то фторирование проводят после коагуляции, перед обеззараживанием воды. Содержание фтора в воде устанавливается в зависимости от климатических условий, так как поступление фтора в организм зависит от водопотребления.

При концентрации фтора выше ПДК проводится дефторирование (обесфторивание). Растворимость даже труднорастворимых соединений фтора выше, чем ПДК фтора в воде. Это затрудняет обработку.

Методы фторирования основаны на том, что некоторые труднорастворимые соединения (оксиды и гидроксиды алюминия, магния, фосфаты кальция, основные соли алюминия) избирательно сорбируют из воды ионы фтора по методу ионного обмена.

В этом случае фториды извлекаются сорбцией их свежеобразованными хлопьями вышеуказанных сорбентов, или фильтрованием воды через слой сорбента. Для подземных вод, не требующих дополнительной обработки, совместно с коагуляцией. Одним из сорбентов является гидроксид магния II.

Mg(OH)₂ + F^- → Mg- OH-F + OH^-.

Снижение концентрации фтора при коагуляции объясняется способностью гидроксида алюминия или гидроксосульфата (AlOHSO₄) сорбировать ионы F^-. Дефторирование воды, не требующей дополнительной очистки осуществляется фильтрационными методами. В качестве загрузки применяются: обожженный доломит MgO, активированный оксид Al, гидроксилаппатит. Наиболее распространенным является активированный оксид Al. Активация его проводится по методике, разработанной ВодГео. В этом случае Al₂O₃ прокаливается в течение 3 часов, при температуре 800⁰С затем обработка Na₂CO₃ (сода) и снова 30мин. при 800⁰С. В результате образуется активированный Al₂O₃, обладающий свойствами анионита.

Регенерация сорбента осуществляется 2% раствором NaOH или Al₂(SO₄)₃. В случае NaOH процесс дефторирования идет по схеме

R – OH + F^- ↔ R – F + OH^-

В случае Al₂(SO₄)₃

R₂ – SO₄ + 2F^- ↔ 2RF + SO

Обменная емкость сорбента по F^- уменьшается с уменьшением рН. Необходимо проводить пробное дефторирование при выборе метода.

9.4.2.5. Обескремнивание воды

Содержание кремния ограничивается в теплоэнергетике, при производстве кордной целлюлозы и искусственных волокон. Свободная кремниевая кислота присутствует в виде коллоидного раствора метакремниевой кислоты H₂SiO₃ или (SiO₂ ∙ H₂O). Содержание различных форм кремниевой кислоты (свободной, гидросиликат - H₂SiO₃и силикат SiO ионов) зависит от рН.

Удаление производится: 1) коагуляцией солями железа.

2) При известковании воды: Na₂SiO₃ + Ca(OH)₂ → 2NaOH + CaSiO₃↓.

3) Магнезиальные методы основаны на сорбции различных форм кремниевой кислоты оксидом магния и другими его соединениями.

В качестве реагентов применяется оксид магния (каустический магнезит) или доломитированная известь (CaO ∙ MgO).

Недостатки: необходимость подогрева, громоздкость аппаратуры.

4) Применение высокоосновного анионита АВ -17. Глубина обескремнивания может достигать 0,01 -0,05мг/л.

9.4.2.6. Удаление из воды растворенных газов

Этот процесс называется дегазацией.

Нежелательными являются: сероводород, кислород, диоксид углерода. Существуют химические и физические методы дегазации.

Химические методы заключаются в связывании растворенных в воде газов в другие химические соединения.

1. Сероводород удаляется хлором:

H₂S + Cl₂ = 2HCl + S

H₂S + 4Cl₂ + 4H₂O = H₂SO₄ + 8HCl.

Метод аэрации может дополняться биохимическим окислением сероводорода серобактериями.

2. Кислород можно удалять с помощью восстановителей: SO₂, Na₂SO₃ или металлическое железо

увеличивают солесодержание

NH₂ – NH₂ + O₂ = N₂ + 2H₂O - лучше, но дорого.

^{гидразин}

3.

Чаще применяются физические методы, так как не требуют реактивов, не увеличивают солесодержание, улучшаются условия работы персонала.

<18 19 202122 23 24 >

Дата добавления: 2020-02-05; просмотров: 500;