Обзор основных методов обезжелезивания воды | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 27 июля, печатный экземпляр отправим 31 июля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №29 (163) июль 2017 г.

Дата публикации: 23.07.2017

Статья просмотрена: 1854 раза

Библиографическое описание:

Лекомцев В. Р. Обзор основных методов обезжелезивания воды // Молодой ученый. — 2017. — №29. — С. 17-20. — URL https://moluch.ru/archive/163/45186/ (дата обращения: 17.07.2019).



В статье рассмотрены шесть методов обезжелезивания воды. Автором статьи разработана таблица, в которой приведен сравнительный анализ методов обезжелезивания воды. С помощью разработанной таблицы можно наиболее быстро сравнить методы обезжелезивания воды между собой с целью дальнейшего рационального их выбора для конкретных целей.

Ключевые слова: вода, двухвалентное железо, трехвалентное железо, коллоидное железо, бактериальное железо, методы обезжелезивания воды

Качество воды источников водоснабжения во многом обуславливается степенью содержания в ней соединений железа. Важной задачей является использование воды для питьевых, бытовых и промышленных нужд с соответствующими нормативными показателями железа [1–2]. Но вода с изначальной нормативной степенью соединений железа присутствует далеко не во всех источниках водоснабжения, в которых соединения железа могут находится в четырех различных формах.

Типы соединений железа:

‒ двухвалентное железо — содержится в воде в растворенном состоянии и невидимо невооруженным глазом, при длительном контакте воды с атмосферным воздухом двухвалентное железо превращается в трехвалентное, и вода приобретает рыжеватый цвет;

‒ трехвалентное железо — содержится в воде в нерастворенном состоянии в виде маленьких частиц рыжего цвета, при длительном отстаивании нерастворенные частицы выпадают в осадок;

‒ коллоидное железо — содержится в воде в нерастворенном взвешенном состоянии, окрашивает воду в рыжий цвет, нерастворенные частицы не выпадают в осадок;

‒ бактериальное железо — состоит из живых и мертвых бактерий, образующих мягкое и вязкое слизистое отложения внутри трубопроводов и на санитарно-технических приборах.

Использование воды с повышенным содержанием соединений железа приводит к различным негативным последствиям:

‒ нарушение работы органов пищеварительной, мочеиспускательной и сердечно-сосудистой систем человека;

‒ появление раздражений кожи и ее аллергических реакций;

‒ образование рыжих пятен на санитарно-технических приборах;

‒ образование рыжих пятен на белье после стирки;

‒ появление коррозии трубопроводов;

‒ снижение срока службы бытовой техники.

Ряд перечисленных выше проблем решается при использовании различных методов обезжелезивания воды [3–5].

Методы обезжелезивания воды

Упрощенная аэрация

Метод основан на способности воды, содержащей двухвалентное железо и растворенный кислород, при фильтрации через слой загрузки выделять образованное в процессе окисления кислородом трехвалентное железо на поверхности зерен загрузки.

В процессе аэрации кислород воздуха окисляет двухвалентное железо, при этом из воды удаляется углекислота, что ускоряет процесс окисления и последующий гидролиз с образованием гидроксида железа.

Коагуляция и осветление

Метод основан на образовании с помощью коагулянтов хлопьев, которые образуются из нерастворенных соединений железа. В процессе отстаивания хлопья выпадают в осадок.

Для ускорения протекания процесса коагуляции в воду вводят флокулянты, способствующие укруплению хлопьев.

Ионообменный метод

Для удаления железа данным методом применяются катиониты — синтетические ионообменные смолы.

Синтетические ионообменные смолы способны удалять из воды не только растворённое двухвалентное железо, но также и другие двухвалентные металлы, в частности кальций и магний. Теоретически методом ионного обмена можно удалять из воды очень высокие концентрации железа, при этом не потребуется стадии окисления двухвалентного железа с целью получения нерастворимого гидроксида.

Обратный осмос

Метод основан на продавливании воды через полупроницаемую мембрану, которая не пропускает мельчайшие примеси. В результате чего вода после прохождения через полупроницаемую мембрану становится дистиллированной.

Введение реагентов-окислителей

Применяемыми для обезжелезивания реагентами-окислителями являются хлор, перманганат калия и озон.

Методы окисления хлором, перманганатом калия и озоном основаны на разрушение органических соединений железа и переход их в форму неорганических солей нерастворенного трехвалентного железа. Образованное трехвалентное железо затем выпадает в осадок.

Фильтрование через каталитические загрузки

Обезжелезивание с применением каталитических загрузок — наиболее распространенный метод удаления железа, применяемый в системах высокой производительности. Каталитические наполнители — природные материалы, содержащие диоксид марганца или загрузки, в которые диоксид марганца введен при соответствующей обработке.

Среди каталитических загрузок существуют: дробленый пиролюзит, сульфоуголь, МЖФ, Manganese Green Sand (MGS), Birm, и МТМ.

Механизм действия основан на способности соединений марганца изменять валентное состояние. Двухвалентное железо в исходной воде окисляется высшими оксидами марганца. Высшие оксиды марганца восстанавливаются до низших ступеней окисления, а далее вновь окисляются до высших оксидов растворенным кислородом и перманганатом калия. Впоследствии большая часть окисленного и задержанного на фильтрующем материале железа вымывается в дренаж при обратной промывке. Поэтому каталитический слой является еще и задерживающим образованные соединения нерастворенного трехвалентного железа слоем.

Сравнительный анализ методов обезжелезивания воды

В результате рассмотрения методов обезжелезивания воды автором статьи составлена таблица 1, в которой отражены преимущества и недостатки для каждого метода обезжелезивания.

Таблица 1

Сравнительный анализ методов обезжелезивания воды

Метод

Преимущества

Недостатки

Упрощенная аэрация

— Низкая стоимость обезжелезивания по сравнению с другими методами;

— улучшение вкусовых качеств воды вследствие обогащения воды кислородом;

— экологическая безопасность при отсутствии предварительной обработки воды реагентами-окислителями

— Неэффективно при высоких концентрациях железа в воде;

— при высоких концентрациях железа в воде требуется предварительная обработка воды реагентами-окислителями;

Коагуляция и осветление

— Ускорение естественного процесса осаждения трехвалентного железа;

— связывание в хлопья коллоидных частиц трехвалентного железа с последующим осаждением

— Необходимость соблюдения четкого количества дозирования коагулянта;

— необходимость помещения для хранения коагулянтов

Ионный обмен

— Глубокая степень обезжелезивания;

— возможность регенерации загрузочного материала;

— отсутствие осадка после обработки воды

— Необходимость периодической замены загрузочного материала в фильтрах без предусмотренной функции регенерации, в связи с этим необходимы дополнительные затраты денежных средств;

— высокая стоимость фильтров с предусмотренной функцией регенерации;

— при присутствии в воде трехвалентного железа происходит неизбежное засорение смолы и проблематичное удаление его из загрузочного материала;

— во избежание увеличения концентрации трехвалентного железа в очищаемой воде необходимо следить за концентрациями кислорода и реагентов-окислителей в ней;

— наличие в очищаемой воде органического железа приводит к быстрому зарастанию ионообменной смолы

Обратный осмос

— Глубокая степень обезжелезивания;

— очистка воды практически от всех видов загрязнений

— Дороговизна фильтра;

— существенные расходы на периодическую замену мембраны;

— необходимость предварительной очистки воды с целью сохранности мембраны;

— при больших концентрациях в очищаемой воде трехвалентного железа происходит неизбежное засорение пор полупроницаемой мембраны

Введение реагентов-окислителей

— Метод поддается полной автоматизации;

— обеззараживание очищаемой воды

- Высокая степень токсичности хлора и озона;

— проблемы с транспортировкой хлора;

— возможность загрязнения воды хлором и перманганатом калия

Фильтрование через каталитические загрузки

— Возможность регенерации загрузочного материала;

— высокая производительность установок для каталитического окисления железа;

— компактность установок для каталитического окисления железа;

— загрузочный материал является и окислителем, и фильтрующей средой

— Неэффективно для органического железа;

— неэффективно при высоких концентрациях железа в воде;

— при содержании в воде марганца эффективность обезжелезивание существенно ухудшается;

— высокая стоимость большинства видов загрузочного материала;

— небольшой срок эксплуатации загрузочного материала

Выводы

Для рассмотрения способов борьбы с различными проблемами, возникающими в связи с использованием воды с повышенным содержанием железа, рассмотрены шесть методов обезжелезивания воды, которые используются в различных сферах человеческой деятельности. Также автором статьи разработана таблица, в которой приведен сравнительный анализ рассмотренных методов обезжелезивания воды (см. табл. 1).

С помощью таблицы 1 можно узнать преимущества и недостатки методов обезжелезивания воды, что облегчает дальнейший выбор методов для конкретных целей.

В каждом отдельном случаем выбор метода обезжелезивания воды индивидуален. Необходимо учитывать экономические составляющие, а также преимущества и недостатки. Более того, различные методы можно использовать совместно для обеспечения необходимой степени содержания в воде железа.

Литература:

  1. Как очищать воду от железа [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://v-mishakov.ru/zelezo.html — Дата обращения: 08.07.2017.
  2. Способы очищения воды из скважин от железа [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://theecology.ru/interesting/povyshennoe-soderzhanie-zheleza-v-vode-i — Дата обращения: 09.07.2017.
  3. Журба М. Г., Соколов Л. И., Говорова Ж. М. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений: в 3 т. Т. 2. Очистка и кондиционирование природных вод. — изд. 3-е, перераб. и доп.: Учеб. пособие. — М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2010. — 552 с.
  4. Повышенное содержание железа в воде. Причины [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://doktora.by/povyshennoe-soderzhanie-zheleza-v-vode-prichiny-posledstviya-metody-obrabotki-vody — Дата обращения: 09.07.2017.
  5. Обезжелезивание воды из скважины [Электронный ресурс]. — Режим доступа: Повышенное содержание железа в воде. Причины [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://doktora.by/povyshennoe-soderzhanie-zheleza-v-vode-prichiny-posledstviya-metody-obrabotki-vody — Дата обращения: 11.07.2017.
Основные термины (генерируются автоматически): трехвалентное железо, двухвалентное железо, загрузочный материал, вод, метод обезжелезивания воды, высокая концентрация железа, перманганат калия, очищаемая вода, полупроницаемая мембрана, сравнительный анализ методов обезжелезивания воды.


Похожие статьи

Повышение качества многоступенчатого процесса очистки воды

Обезжелезивание воды. На данный момент не существует универсального экономически оправданного метода обезжелезивания, применимого

– Химические методы очистки воды — химическое окисление с использованием в качестве окислителя перманганат калия KMnО4

Использование новой технологии электрохимической активации...

В очищенных этим методом сточных водах присутствуют значительные остаточные концентрации ионов тяжелых металлов, находящихся в виде комплексных соединений. Разрушить эти соединения можно методами химической деструкции.

Комплексная переработка сточных вод с высоким содержанием...

Предложена технология комплексной переработки кислых рудничных вод медноколчеданных месторождений, которая предполагает селективное извлечение ценных металлов в виде кондиционного сырья: меди — методом цементации...

Технология получения ферратов, предусматривающая...

Другой метод анализа использовал Розе [8]. Он включал восстановление в растворе феррата калия, полученного электрохимическим окислением, газообразным диоксидом серы до оксида железа(Ш), отделение выпавшего осадка (и удаление остатков газа)...

Особенности химических способов извлечения марганца из...

При этом в воде обязательно необходимо присутствие двухвалентного железа, при окислении которого образуется гидроксид железа трехвалентного, адсорбирующий ионы Мn2+ и каталитически их окисляющий.

Роль водоочищения и водоподготовки в обеспечении населения...

Установки для очистки воды безреагентным методом «Родник» предназначены для получения хозяйственно-питьевой воды соответствующей ГОСТ 2874–82

Фильтр обезжелезивания идеманганации ERF/MSF 28/21–31/42 предназначен для удаления железа и марганца из воды.

Исследование адсорбционной очистки сточных вод...

В настоящее время в практике очистки сточных вод адсорбционный метод находит все более широкое применение, что связано с его высокой эффективностью и возможностью очистки сточных вод, содержащих растворенные примеси.

Мембранные методы производства безалкогольного пива

Поскольку вода непрерывно уходит, необходимо постоянно добавлять новую воду (3), которая должна быть обессоленной и деаэрированной.

Определенная концентрация некоторых веществ, прежде всего b-глюканов, уменьшает проницаемость мембран, что ограничивает...

Повышение качества многоступенчатого процесса очистки воды

Обезжелезивание воды. На данный момент не существует универсального экономически оправданного метода обезжелезивания, применимого

– Химические методы очистки воды — химическое окисление с использованием в качестве окислителя перманганат калия KMnО4

Использование новой технологии электрохимической активации...

В очищенных этим методом сточных водах присутствуют значительные остаточные концентрации ионов тяжелых металлов, находящихся в виде комплексных соединений. Разрушить эти соединения можно методами химической деструкции.

Комплексная переработка сточных вод с высоким содержанием...

Предложена технология комплексной переработки кислых рудничных вод медноколчеданных месторождений, которая предполагает селективное извлечение ценных металлов в виде кондиционного сырья: меди — методом цементации...

Технология получения ферратов, предусматривающая...

Другой метод анализа использовал Розе [8]. Он включал восстановление в растворе феррата калия, полученного электрохимическим окислением, газообразным диоксидом серы до оксида железа(Ш), отделение выпавшего осадка (и удаление остатков газа)...

Особенности химических способов извлечения марганца из...

При этом в воде обязательно необходимо присутствие двухвалентного железа, при окислении которого образуется гидроксид железа трехвалентного, адсорбирующий ионы Мn2+ и каталитически их окисляющий.

Роль водоочищения и водоподготовки в обеспечении населения...

Установки для очистки воды безреагентным методом «Родник» предназначены для получения хозяйственно-питьевой воды соответствующей ГОСТ 2874–82

Фильтр обезжелезивания идеманганации ERF/MSF 28/21–31/42 предназначен для удаления железа и марганца из воды.

Исследование адсорбционной очистки сточных вод...

В настоящее время в практике очистки сточных вод адсорбционный метод находит все более широкое применение, что связано с его высокой эффективностью и возможностью очистки сточных вод, содержащих растворенные примеси.

Мембранные методы производства безалкогольного пива

Поскольку вода непрерывно уходит, необходимо постоянно добавлять новую воду (3), которая должна быть обессоленной и деаэрированной.

Определенная концентрация некоторых веществ, прежде всего b-глюканов, уменьшает проницаемость мембран, что ограничивает...

Похожие статьи

Повышение качества многоступенчатого процесса очистки воды

Обезжелезивание воды. На данный момент не существует универсального экономически оправданного метода обезжелезивания, применимого

– Химические методы очистки воды — химическое окисление с использованием в качестве окислителя перманганат калия KMnО4

Использование новой технологии электрохимической активации...

В очищенных этим методом сточных водах присутствуют значительные остаточные концентрации ионов тяжелых металлов, находящихся в виде комплексных соединений. Разрушить эти соединения можно методами химической деструкции.

Комплексная переработка сточных вод с высоким содержанием...

Предложена технология комплексной переработки кислых рудничных вод медноколчеданных месторождений, которая предполагает селективное извлечение ценных металлов в виде кондиционного сырья: меди — методом цементации...

Технология получения ферратов, предусматривающая...

Другой метод анализа использовал Розе [8]. Он включал восстановление в растворе феррата калия, полученного электрохимическим окислением, газообразным диоксидом серы до оксида железа(Ш), отделение выпавшего осадка (и удаление остатков газа)...

Особенности химических способов извлечения марганца из...

При этом в воде обязательно необходимо присутствие двухвалентного железа, при окислении которого образуется гидроксид железа трехвалентного, адсорбирующий ионы Мn2+ и каталитически их окисляющий.

Роль водоочищения и водоподготовки в обеспечении населения...

Установки для очистки воды безреагентным методом «Родник» предназначены для получения хозяйственно-питьевой воды соответствующей ГОСТ 2874–82

Фильтр обезжелезивания идеманганации ERF/MSF 28/21–31/42 предназначен для удаления железа и марганца из воды.

Исследование адсорбционной очистки сточных вод...

В настоящее время в практике очистки сточных вод адсорбционный метод находит все более широкое применение, что связано с его высокой эффективностью и возможностью очистки сточных вод, содержащих растворенные примеси.

Мембранные методы производства безалкогольного пива

Поскольку вода непрерывно уходит, необходимо постоянно добавлять новую воду (3), которая должна быть обессоленной и деаэрированной.

Определенная концентрация некоторых веществ, прежде всего b-глюканов, уменьшает проницаемость мембран, что ограничивает...

Повышение качества многоступенчатого процесса очистки воды

Обезжелезивание воды. На данный момент не существует универсального экономически оправданного метода обезжелезивания, применимого

– Химические методы очистки воды — химическое окисление с использованием в качестве окислителя перманганат калия KMnО4

Использование новой технологии электрохимической активации...

В очищенных этим методом сточных водах присутствуют значительные остаточные концентрации ионов тяжелых металлов, находящихся в виде комплексных соединений. Разрушить эти соединения можно методами химической деструкции.

Комплексная переработка сточных вод с высоким содержанием...

Предложена технология комплексной переработки кислых рудничных вод медноколчеданных месторождений, которая предполагает селективное извлечение ценных металлов в виде кондиционного сырья: меди — методом цементации...

Технология получения ферратов, предусматривающая...

Другой метод анализа использовал Розе [8]. Он включал восстановление в растворе феррата калия, полученного электрохимическим окислением, газообразным диоксидом серы до оксида железа(Ш), отделение выпавшего осадка (и удаление остатков газа)...

Особенности химических способов извлечения марганца из...

При этом в воде обязательно необходимо присутствие двухвалентного железа, при окислении которого образуется гидроксид железа трехвалентного, адсорбирующий ионы Мn2+ и каталитически их окисляющий.

Роль водоочищения и водоподготовки в обеспечении населения...

Установки для очистки воды безреагентным методом «Родник» предназначены для получения хозяйственно-питьевой воды соответствующей ГОСТ 2874–82

Фильтр обезжелезивания идеманганации ERF/MSF 28/21–31/42 предназначен для удаления железа и марганца из воды.

Исследование адсорбционной очистки сточных вод...

В настоящее время в практике очистки сточных вод адсорбционный метод находит все более широкое применение, что связано с его высокой эффективностью и возможностью очистки сточных вод, содержащих растворенные примеси.

Мембранные методы производства безалкогольного пива

Поскольку вода непрерывно уходит, необходимо постоянно добавлять новую воду (3), которая должна быть обессоленной и деаэрированной.

Определенная концентрация некоторых веществ, прежде всего b-глюканов, уменьшает проницаемость мембран, что ограничивает...

Задать вопрос