Ištění vody od železa a manganu oxidací a filtrací, reagenční a nereagenční metody čištění vody od železa.

Zvýšený obsah železa je jedním z hlavních problémů pitné vody, a to jak vody z vodovodu, tak vody čerpané ze studní na chatách. Nejenže dodává vodě nepříjemnou chuť a zakalenou oranžovou barvu, ale je i zdraví škodlivý. To je důvod, proč se čištění vody od železa stává povinným opatřením, aby se zabránilo vážným zdravotním a technickým problémům.

Železo v pitné vodě

Norma pro obsah „celkového železa“ v pitné vodě není vyšší než 0,3 mg/l, avšak v mnoha oblastech moskevského regionu toto číslo dosahuje 5 mg/l a někdy i extrémně vysokých 10 mg/l. Podzemní voda obsahuje především rozpuštěné dvojmocné železo. Po kontaktu vody se vzduchem se změní na trojmocnou formu, což je rez, kterou každý zná.

Při koncentracích nad 0,3 mg/l zanechává železo rozpuštěné ve vodě „rezavé“ skvrny na sanitárních zařízeních a vypraném prádle, i když samotná voda se může zdát čistá a průhledná. Při obsahu železa vyšším než 1 mg/l se voda zakalí, zbarví do žlutohněda a má charakteristickou kovovou chuť.

Zvýšený obsah železa ve vodě poškozuje především zařízení. Rez velmi rychle pokrývá potrubí, zanechává zbytky na pračkách a myčkách nádobí, kazí vzhled smaltu a znemožňuje instalatérské práce. Železo je také nebezpečné pro zdraví – pravidelné používání rezavé vody přispívá ke vzniku alergií, vysušuje a dráždí pokožku, způsobuje onemocnění jater a ledvin.

Jediný způsob, jak bojovat s rezavou vodou, je nainstalovat vodní filtr k odstranění železa. Systém odstraňování železa je nezbytný pro každého, kdo žije v domech se starým vodovodním potrubím nebo získává vodu z vlastní studny.

Filtry na odstraňování železa

Nereagenční čištění vody od železa

Jedná se o jednu z nejmodernějších technologií čištění vody od železa, která se stále více rozšiřuje. Metoda spočívá v nasycení vody kyslíkem v důsledku nuceného provzdušňování vody pomocí kompresoru. Nejsou používána žádná další činidla, což činí provoz takových systémů levným. Čištění bez činidel je účinné v případech, kdy koncentrace železa nepřesahuje 10 mg/l.

Filtruje pomocí silných oxidačních činidel

V takových filtrech se jako oxidační činidla používá chlornan sodný, manganistan draselný a někdy ozon. Reagenční odstraňování železa je použitelné v případech, kdy je koncentrace rozpuštěného železa vysoká (>10 mg/l) nebo je hodnota pH velmi nízká. Reagenční filtry vyžadují pravidelnou údržbu a jejich údržba je dražší než reagenční filtry.

Odstraňování železa principem koagulace

Jedná se o reagenční metodu, při které se voda upravuje pomocí koagulantů – látek, které způsobují, že se částice znečišťujících látek slepují a tvoří vločky. Ty jsou zadržovány filtry.

Odstraňování železa katalytickou oxidací s filtrací

Toto je nejběžnější způsob čištění vody ze železa v soukromých chatách a domech, stejně jako v malých průmyslových podnicích. Jednotky katalytické oxidace a filtrace jsou kompaktní a vysoce produktivní. Oxidační reakce železa probíhá uvnitř nádrže pomocí speciálních granulí s katalytickými vlastnostmi. Existuje mnoho druhů zásypových materiálů, přírodních i syntetických. Na filtru se usazuje oxidované železo. Ten se čistí pravidelným proplachem, při kterém se usazeniny vyplavují do kanalizace. Prací filtry pro čištění vody od železa jsou citlivé na nízké teploty a při teplotách pod 0 o C se mohou rozpadnout. Proto by měly být instalovány pouze ve vytápěných místnostech.

Filtry s reverzní osmózou

Mírné koncentrace železa lze odstranit reverzní osmózou, která zahrnuje protlačování vody pod tlakem přes speciální membránu, která zadržuje 95 % až 99 % látek rozpuštěných ve vodě. Tato metoda také odkazuje na metody bez reagencií. Často se používá při vytváření nízkokapacitních filtrů pro domácnost, ale čištění velkých objemů tímto způsobem není ekonomicky proveditelné. Pro byty a malé domy je však téměř ideální – náklady na údržbu systémů reverzní osmózy jsou relativně nízké, ačkoli membrány vyžadují pravidelnou výměnu nebo chemické čištění.

Systémy s reverzní osmózou jsou dobré zejména v případech, kdy je potřeba kromě železa odstranit i další specifické nečistoty a snížit celkovou mineralizaci vody.

Filtry využívající iontoměničové pryskyřice

Odstranění železa rozpuštěného ve vodě lze také provést pomocí granulované iontoměničové pryskyřice: ionty železa jsou zadrženy ve hmotě iontoměniče a místo toho se do roztoku uvolňují ionty sodíku. Zároveň se z vody odstraňují soli tvrdosti, mangan, stroncium, baryum a radium – tato univerzálnost je velkou výhodou iontoměničových systémů pro čištění vody od železa.

Filtry založené na biologickém čištění

Takové filtry využívají schopnosti některých mikroorganismů čistit vodu od nečistot. Někdy je to jediný možný způsob, jak snížit obsah železa ve vodě – například v případech, kdy jeho koncentrace přesahuje 40 mg/l nebo pokud má voda vysoký obsah sirovodíku a oxidu uhličitého. Voda procházející biofiltrem prochází sorpčním čištěním pro zadržení bakteriálních odpadních produktů a ultrafialovou dezinfekcí.

Elektromagnetické filtry

Jedná se o poměrně nový způsob odstraňování železa, který se stále více rozšiřuje. Podstatou metody je, že se voda nejprve upraví ultrazvukem, poté projde elektromagnetickým zařízením a mechanickým filtrem s křemičitým pískem. Elektromagnetické pole oddělí oxidy železa a filtr je zadrží.

Elektrochemické provzdušňovací filtry

Nejmodernější a nejúčinnější technologie čištění. Provzdušňování je úprava vody proudem vzduchu, po kterém rozpuštěné železo přechází do oxidované formy a mění se na vločky, které se usazují na filtru. V tomto případě se kyslík tvoří jako výsledek elektrochemické reakce přímo z molekul vody, bez použití jakýchkoli chemických činidel. Výsledkem je čistá voda obohacená kyslíkem bez nečistot a nepříjemného zápachu. Provzdušňování je vhodné pro čištění vody s významným (asi 30 mg/l) obsahem železa. Tato metoda je nákladově efektivnější a energeticky účinnější než všechny ostatní. Aerační jednotky jsou kompaktní, fungují autonomně a nevyžadují údržbu.

Existují různé systémy na odstraňování železa z vody a nelze určit, který z nich je lepší – každý je navržen pro specifické podmínky, takže je nejlepší svěřit výběr zařízení odborníkům, kteří provedou rozbor vody a určí, který filtr je nejlepší nainstalovat.

Obsah železo a mangan v pitné vodě by neměl překročit 0,3, respektive 0,1 mg/l. U podzemních vod jsou tyto normy ve většině regionů země obvykle překračovány několikanásobně, a dokonce i desítkykrát.

Zvýšený obsah ve vodě manganu nepříznivě ovlivňuje vyšší nervovou činnost člověka, pozoruje se pokles aktivity enzymů cholinesterázy a cerutoplazminu v krvi, zvyšuje se mitotická aktivita buněk kostní dřeně atd. Zvýšená koncentrace železa je také škodlivý pro lidské tělo. Může se hromadit v játrech ve formě koloidních oxidů železa, nazývaný hemosidrin, který má škodlivý vliv na jaterní buňky a způsobuje jejich ničení. Kromě toho má voda ze železa žlutohnědou barvu, nepříjemnou chuť.

Existují různé metody čištění vody z těchto sloučenin, které lze podmíněně rozdělit na činidla a nečinidlaZáklad bez činidel metody je předběžné provzdušňování vody, které lze provádět různými způsoby, a následná filtrace přes granulovaný materiál, například přes křemenný písek. činidlo Patří sem metody zahrnující použití chloru, manganistanu draselného, ozonu, vápna, koagulantů atd., které se přidávají přímo do vody. V obou případech je hlavním cílem oxidace nečistot, protože v oxidovaném stavu jsou obvykle nerozpustné, a oddělení výsledné suspenze jednou či druhou metodou, například filtrací nebo usazováním.

Je třeba poznamenat, že iontoměničové materiály se pro odstraňování železa a manganu prakticky nepoužívají, protože nevratně vážou odstraněné ionty a jejich nosnost se rychle nasytí. Ze stejného důvodu nejsou sorbenty, jako je aktivní uhlí, příliš účinné. Po rychlém nasycení se uhlí blíží vlastnostem běžného písku.

Pro čištění podzemní vody od Fe a Mn v malých koncentracích je vhodné používat bezreagenční metody. Při vysokém obsahu železa a jeho přítomnosti ve formě komplexních obtížně oxidovatelných sloučenin je nutné použít účinnější oxidační činidla než atmosférický kyslík, jako je ozon nebo chlor. Na rozdíl od Fe je mangan kyslíkem při pH pomalu oxidován

Použití činidel pro předúpravu vody obvykle sleduje tři cíle:

• použití silných oxidačních činidel pro aktivnější a rychlejší oxidaci iontů Fe(2+), Mn(2+) – chlor, ozon, manganistan draselný;

• posun pH (vodíkového indexu) směrem k alkalické straně pH > 7, protože čím vyšší je pH, tím horší je rozpustnost sloučenin železa a manganu – k tomu se používá vápno, soda a další alkalická činidla;

• provádění koagulace, tj. hydrolýzy koagulačních sloučenin přidaných do vody s následnou tvorbou sedimentu ve formě vloček, na jehož povrchu i v jehož objemu se zadržují obtížně oddělitelné nečistoty. Výsledný sediment se odstraňuje. Jako koagulanty se používá síran hlinitý, oxychlorid hlinitý, chlorid železitý a další sloučeniny.

Mechanismus oxidace a filtrace. Výběr filtračních zátěží.

Je známo, že oxidace iontů železa ve vodě při pokojové teplotě je pomalý proces. Obvykle je voda ihned po dodání ze studny bezbarvá a průhledná. K tvorbě jemně rozptýlených částic hydroxidu železa (3+), které dodávají vodě žlutou barvu, dochází po 1–2 hodinách a k vysrážení dochází po 10–20 hodinách nebo i déle.

Bylo však zjištěno, že vodu lze filtrovat téměř okamžitě po provzdušnění. Zároveň se účinnost pískových a štěrkových filtrů zvyšuje během prvních 2 hodin provozu a dosahuje ustálené hodnoty. V důsledku toho procesy uvnitř filtru probíhají mnohem rychleji než v objemu vody. Proč?

Bylo zjištěno, že první části dispergovaného železa uvolněné na povrchu zrn písku (nebo jakékoli jiné granulované látky) tvoří katalytický film, který aktivně urychluje proces oxidace a uvolňování železa z vody. Tento jev se nazývá autokatalýza a znamená, že oxidovaná látka sama o sobě je katalyzátorem pro další oxidaci.

Po vytvoření první vrstvy se proces uvolňování železa na zrnech nezastaví, ale naopak se zintenzivní, což během provozu filtru vede k tvorbě adsorpční vrstvy houbovité struktury s vysokým specifickým povrchem. Písek tak získává vlastnosti sorbentu a katalyzátoru. Přímo během provozu filtru dochází k neustálé obnově katalytického filmu. Rozpuštěný mangan se podílí na všech popsaných procesech podobně.

Konečný výsledek bude podobný pro vsázky z křemenného písku, zeolitů, antracitu a aktivního uhlí, tj. těch vsázek, které zpočátku nemají specifické vlastnosti pro odstraňování železa. Některé rozdíly budou pozorovány pouze v důsledku rozdílů ve velikosti zrn, adhezní (lepivé) schopnosti ve vztahu ke sloučeninám železa, specifickém povrchu a porézní struktuře původních vsázek.

Vzhledem k tomu, že byl zaveden autokatalytický mechanismus pro odstraňování železa a manganu na granulovaných médiích, bylo logické jako další krok použít speciálně připravené katalyzátory s nanesenými a fixovanými aktivními železo-manganovými kompozicemi. Zaprvé je možné se zbavit „vývojového“ období, během kterého je médium neúčinné. Navíc změnou koncentrace a poměru mezi použitými složkami, způsoby nanášení a zpracování katalyzátoru, aktivačními a ochrannými přísadami bylo možné výrazně zvýšit účinnost média a v důsledku toho i rychlost filtrace. Výše uvedená katalytická média se vyrábějí na Západě: BIRM (Clack Co., USA), Manganese Greensand (Intersand Inc., USA), MTM atd. a v poslední době i v Rusku například MZhF (Alliance-Neva, Petrohrad), ačkoli ještě nejsou dostatečně rozšířená a odborníci často jednoduše nejsou informováni o jejich vlastnostech.

Materiál BIRM je syntetický hlinitokřemičitan s nanesenými sloučeninami železa a manganu na jeho povrch. Má vysoce porézní povrch a nízkou objemovou hmotnost (0,7-0,8 g/cm3), což zajišťuje jeho vysokou aktivitu a zjednodušuje zpětné proplachování vodou. Nevýhodou materiálu BIRM je jeho sklon k oděru a také schopnost postupně se „otrávit“ různými nečistotami ve vodě – sirovodíkem, koloidní kyselinou křemičitou, volným oxidem uhličitým, ropnými produkty atd.

Na bázi přírodního dolomitu, obsahujícího uhličitany vápenaté a hořečnaté, se vyrábějí filtrační materiály jako Magnofilt, Damfer a ruský MZhF. Jejich výhodou je schopnost upravovat pH vyčištěné vody neutralizací kyselin vzniklých během procesu filtrace. Vysvětlíme si, co bylo řečeno.

Oxidace rozpuštěného železa a manganu, například kyslíkem, je popsána následovně:

4 Fe(2+) + O2 + 10 H2O = 4 Fe(OH)3 + 8 H(+)

2Mn(2+) + O2 + 2H2O = 2MnO2 + 4H(+)

Oxidace 1 mg železa (2+) spotřebuje 0.143 mg rozpuštěného kyslíku. Alkalita vody se snižuje o 0.036 mg-ekv/l, protože oxidací jednoho kovového iontu, jak je patrné z uvedených reakcí, vznikají 2 vodíkové ionty. Pokud by voda obsahovala pouze silné kyselé anionty – chloridy a sírany, pak by oxidace 1 mg železa nebo manganu v 1 litru vody vedla ke snížení hodnoty pH o 2,5 jednotky, což odpovídá 250násobnému zvýšení koncentrace volné kyseliny. Z tohoto důvodu by měla účinnost dalšího čištění prudce klesnout, protože, jak je uvedeno výše, v kyselém prostředí nejsou sloučeniny železa a manganu náchylné ke srážení.

Ve skutečnosti zdrojová voda obsahuje další anionty, které jí dodávají pufrovací vlastnosti – hydrogenuhličitany a uhličitany. Ty částečně vážou vodíkové ionty, a proto je pozorovaný pokles pH poněkud menší. V každém případě však filtrační materiály, které nejsou schopny korigovat hodnotu pH vyčištěné vody (alkalizovat ji), dokáží odstranit maximálně 5 mg/l rozpuštěného železa a jsou obecně neúčinné pro odstraňování manganu.

Roli korektoru pH hrají nosiče, jako je dolomit. Během tepelného zpracování v procesu přípravy katalyzátoru se uhličitan hořečnatý přeměňuje na oxid MgO, který má alkalické vlastnosti. Zrna dolomitu mají navíc vysokou mechanickou pevnost, a proto se během provozu téměř neobrušují.

Dalším široce používaným materiálem pro katalytickou filtraci je glaukonitový zelený písek – manganový zelený písek (MGS). Během procesu přípravy se do glaukonitu zavádějí oxidy manganu s vysokou katalytickou aktivitou a dodatečnou oxidační kapacitou. Díky tomu je materiál schopen oxidovat nejen rozpuštěné kovové ionty, ale také sirovodík na nerozpustné sírany. Proto je tento filtrační materiál účinný při čištění vody s vysokým obsahem železa a manganu v širokém rozsahu pH. MGS se regeneruje roztokem manganistanu draselného.

Jedno nebo druhé zatížení filtru se obvykle volí na základě složení čištěné vody, použitého vývojového diagramu procesu a konstrukce zařízení.

Návrh filtru

Filtr je vertikální kolona s horním a dolním drenážním a distribučním systémem. Kolona je naplněna nosnou vrstvou štěrku a poté hlavní náplní. Při použití katalyzátorů by výška kolony měla být alespoň 1100 mm, výška filtrační vrstvy – alespoň 750-800 mm. Při použití písku, zeolitu a dalších materiálů jsou rozměry kolony výrazně větší. Filtrace probíhá, když se voda pohybuje shora dolů. Kolona se neplní až úplně nahoru, aby při zpětném proudění vody mohla náplň plavat a uvolňovat se, což je nezbytné pro její normální proplachování a zabránění spékání (nevratnému zhutňování). Regulace průtoku vody, tj. přepínání z režimu filtrace na proplachování, úpravu činidlem atd., se provádí pomocí kohoutků instalovaných na vnějším potrubí filtru. Řízení může být automatizované, pak se používají speciální ventily, které volí požadovaný provozní režim pomocí časovače nebo podle údajů z průtokoměru vody. Regulátor ventilů je obvykle naprogramován tak, aby proplachoval a regeneroval filtr v určité dny v týdnu a časech.

Odvodňovací a distribuční systém slouží k:

• zabránit odstranění filtračního materiálu během filtrace a promývání;
• zajistit rovnoměrný přívod a sběr vody po celé ploše průřezu filtru.

Horní odvodňovací koš se nepoužívá vždy, pouze pro malé a lehké zátěže. Spodní rozdělovač pro sloupy o průměru menším než 400 mm je obvykle válcový nebo kuželový štěrbinový uzávěr a pro sloupy větších průměrů – radiální systém se štěrbinovými otvory.

Pokud regenerace filtru zahrnuje úpravu náplně činidlem (například úpravu KMnO4), pak filtr obsahuje také dávkovací nádrž činidla s plovákovým regulátorem hladiny nebo dávkovací čerpadlo.

Filtr je připojen k vodovodnímu potrubí a také k kanalizaci pro odvádění prací vody.

„“ k obsahu

Náš telefon:
8 (495) 215-09-16 (vícekanálový)
E-mail: Formulář zpětné vazby