Обезжелезивание воды. 
Периферийное оборудование заводов пластмасс

Наличие в воде растворенного железа приводит к отложению осадка в трубопроводах, что сопровождается уменьшением их пропускной способности, придает воде бурый оттенок.

В процессе водоподготовки, как правило, требуется удалить из воды железо и марганец, содержащиеся в растворенном виде.

В воде железо присутствует в следующих формах:

• — двухвалентное железо Fe²⁺ в растворенном состоянии;
• — трехвалентное железо Fe³⁺ в фазе гидроксида Fe (OH)₃, находящееся в виде осадка или взвеси;
• — органическое железо, находящееся в виде растворимых гуминовых комплексов — коллоидная взвесь.

Обезжелезивание воды в процессе водоподготовки осуществляется различными методами. Когда в воде находится трехвалентное железо в форме взвеси, достаточно применения отстаивания и фильтрации на механических фильтрах с размером пор до 5 мкм. Если требуется удалить из воды двухвалентное железо и марганец в растворенном состоянии, их нужно предварительно окислить и перевести в нерастворимое состояние. Окисление проводят кислородом воздуха, озоном, хлором, перманганатом калия, гипохлоритом натрия.

Частицы окисленного железа и марганца в фазе гидроксидов отфильтровывают на механических фильтрах. Но поскольку процессы окисления и формирования хлопьев являются довольно длительными, данный метод очистки воды имеет низкую эффективность.

Эффективность механических фильтров для промышленной водоподготовки возрастает после образования на частицах фильтрующих слоев гидроксида железа Fe (OH)₃, работающего в качестве катализатора дальнейшего окисления.

В последние годы начато производство специальных высокоэффективных каталитических загрузок для деманганации и обезжелезивания воды. Это пиролюзит, магнетит, а также их аналоги. Фильтрующие загрузки нового поколения являются природными материалами, содержащими диоксид марганца — пиролюзит, и цеолитами, в которые диоксид марганца вводится при обработке. При промышленной очистке воды от двухвалентного железа и поливалентного марганца на фильтрах с каталитической загрузкой происходит окисление железа и марганца с образованием осаждаемых нерастворимых гидроксидов.

Каталитические загрузки эффективно работают в присутствии в воде растворенного кислорода.

Если при промышленной водоподготовке содержание железа составляет 1—2 мг/л, то растворенного в воде кислорода воздуха достаточно для окисления железа до Fe (OH)₃ при пропускании воды через каталитическую загрузку.

При значительном содержании железа в воде (более 10 мг/л) для окисления всего железа в воду требуется ввести кислород воздуха. Воздух можно подавать непосредственно в питающий трубопровод фильтра при помощи эжектора или компрессора, а также методом объемной аэрации с установкой автоматического воздухоотделителя. При дополнительной подаче воздуха до фильтра рекомендуется использовать деаэрационную установку.

Представляет интерес использование в виде катализаторов окисления двухвалентного железа природного минерала — натриевого глауконита, обработанного раствором хлорида марганца, который необратимо поглощается цеолитом.

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

В такой форме марганцевый цеолит служит источником кислорода, окисляющим ионы Fe²⁺ до Fe³⁺. В окисленном состоянии железо и марганец осаждаются виде нерастворимых гидроксидов:

Пленка высших оксидов марганца расходуется на окисление железа и марганца, следовательно, необходимо ее постоянное или периодическое восстановление. Для этого загрузка предварительно обрабатывается раствором перманганата калия, либо осуществляется его постоянное дозирование в воду перед подачей на фильтр с использованием системы дозирования реагентов. Применение перманганата калия позволяет также в процесс водоподготовки частично удалять из воды органические вещества и биологические загрязнения.

На рис. 2.4 представлена система обезжелезивания воды. При каждой регенерации загрузки производится обработка перманганатом калия. Регенерация включает взрыхление загрузки подачей воды снизу, при которой из фильтрующего слоя удаляются хлопья Fe (OH)₃ и взвешенные вещества. На следующем этапе в фильтр сверху подается определенное количество раствора перманганата калия, затем производится отмывка загрузки водой до отсутствия в ней следов КМп0₄. Для эффективной регенерации раствор перманганата калия дозируется со значительным избытком, поступающим в промывные воды.

Рис. 2.4. Схема системы обезжелезивания воды:

• 1 — контактная емкость с регулируемым объемом воздуха;
• 2 — патрубок для слива и промывки емкости; 3 — напорная емкость; 4 — система фильтрации железа

Наиболее трудно извлекается железо, находящееся в составе органических соединений. Комплексы гуминовых кислот очень стойкие и при обработке обычными окислителями разрушаются не полностью. В этом случае рекомендуется использовать озонирование. Традиционным методом удаления органических загрязнений является сорбция на активированном угле. Наилучшие результаты получаются при комбинированном использовании сорбции и коагуляции. Контактная коагуляция с применением коагулянтов на основе железа и/или алюминия — высокоэффективный способ очистки воды от органического железа.

Современными эффективными методами промышленной очистки воды от органических веществ считаются сорбция на слабоосновных анионитах, ультрафильтрация и нанофильтрация на мембранных установках [7].