Очистка воды от железа каталитическим окислением
Катализатор - вещество, ускоряющее протекание химического процесса. В нашем случае таким процессом является реакция окисления растворенного в воде железа до трехвалентной нерастворимой формы. Катализатором процесса окисления является фильтрующая среда фильтра-обезжелезивателя. В первую очередь каталитические и фильтрующие свойства этих материалов определяются их высокой пористостью, обеспечивающей среду для протекания реакции окисления и обусловливающей способность к адсорбции. Установки для каталитического окисления и фильтрации компактны и отличаются достаточно высокой производительностью (0,5–20,0 м3/ч и более, в зависимости от сорбента, исходных качеств воды, геометрических характеристик резервуара – баллона из стекловолокна). Реакция окисления железа происходит внутри резервуара установки на гранулах засыпки – специальной фильтрующей среды с каталитическими свойствами.
В качестве каталитической засыпки широко применяется Birm, синтетический материал, позволяющий эффективно и экономично удалять из воды соединения железа и марганца низких и средних концентраций. Как и большинство других фильтрующих материалов, Birm катализирует процесс окисления железа и марганца кислородом. Доля растворенного в очищаемой воде кислорода должна быть не менее 15% от доли железа (или железа и марганца). Высокая пористость материала и малая насыпная масса (0,7–0,8 г/см3) позволяют легко удалять полученные оксиды при обратной промывке. Щелочность в исходной воде должна быть в два раза больше, чем концентрация хлоридов и сульфатов. К недостатам материала Birm относят его быструю истираемость и неспособность длительное время работать в присутствии сероводорода, который зачастую присутствует в подземных водах. Диапазон значений pH – 7,0–9,0, при которых данный матеиал способен работать, тоже не так велик. Основное преимущество – невысокая стоимость.
Также довольно широко применяются каталитические засыпки на основе природных минералов, таких как доломит , цеолит, глауконит.
На основе доломита, содержащего карбонаты кальция и магния, изготавливаются такие каталитические засыпные материалы, как МЖФ, отличающиеся высокой пористостью, способствующей проявлению каталитических свойств, щелочностью и повышенной стойкостью к истиранию. При термической обработке карбонат магния, содержащийся в доломите, переходит в оксид MgO, при контакте с водой оксид гидролизуется и высвобождает в раствор гидроксильные ионы, которые связывают в свою очередь ионы водорода и способствуют ускорению реакции окисления двухвалентного железа. Эта особенность характерна для всех фильтрующих материалов, созданных на основе доломита. Для МЖФ существуют определенные ограничения: в исходной воде не должны присутствовать масла, содержание органических веществ не должно превышать 4–5 мг/л, доля растворенного кислорода должна быть выше доли растворенного железа на 15%, pH = 6,0–8,5. При более высоких значениях pH образуются коллоидные формы трехвалентного железа, которые сложно фильтруются.
Из глауконитового зеленого песка получают еще один широко распространенный материал для каталитической окислительной фильтрации – Glauconite Manganese Greensand.
В процессе обработки глауконитового песка в его состав вводятся высшие оксиды марганца, обеспечивающие дополнительную окислительную способность этого материала. Помимо собственных каталитических и окислительных свойств Greensand способен связывать такие окисляющие агенты, как перманганат калия, хлор, растворенный кислород, что обеспечивает высокую скорость и полноту окислительных реакций. Greensand эффективен при очистке воды с высокими концентрациями железа и марганца (суммарно до 10 мг/л) в диапазоне pH – 6,5–8,8. Системы с засыпкой из этого материала применяются для очистки воды из скважин любой глубины. Сероводород так же окисляется до нерастворимых сульфатов. Сорбент не подвержен воздействию микроорганизмов, органических примесей, не требует дезинфекции. Регенерация среды проводится раствором перманганата калия с последующей промывкой исходной водой.
Существуют и другие материалы с каталитической и окислительной активностью применяемые в качестве засыпок для фильтров-обезжелезивателей, но на примере вышеуказанных можно получить представление об основных принципах удаления железа данным способом.