Главная > Статьи > Страница10

Производители ионообменных смол не способны внятно объяснить сколько железа может быть удалено одновременно с умягчением воды. В этой статье мы попытаемся разобраться как ведет себя стандартная катионообменная смола с различными формами железа в обрабатываемой воде.

Органическое железо (танины).

Органическое железо в воде чаще всего представлено танинами. Танины  — это высокомолекулярные органические соединения, продукты разложения растительности. Содержание танинов в воде характерно для поверхностных источников и мелких скважин. Танины окрашивают воду в желтый или светло-коричневый цвет. Танины обладают способностью удерживать в составе молекулы железо за счет механизма, известного как «хелатирование». Органическое железо не может быть извлечено из воды стандартным катионитом в процессе умягчения.

Для удаления органического железа нужна другая ионообменная технология, способная извлекать из воды органические соединения, например, применение органопоглотителей на основе ионного обмена — сильноосновных анионитов.  До 1990 года применяли анионит на основе стирена с посредственными результатами. Сейчас применяют аниониты на акриловой основе, позволяющие получить лучшие результаты. Регенерация органопоглотителей осуществляется раствором хлорида натрия с высокой частотой для предотвращения биообрастания  — чем дольше танины находятся на поверхности анионита, тем выше вероятность необратимой миграции на поверхность смолы. Сильноосновные аниониты (органопоглотители) в хлоридной форме увеличивают содержание хлоридов в обрабатываемой воде.

Железобактерии.

Железобактерии – это микроорганизмы, использующие растворенное в воде железо в процессах метаболизма. В процессе метаболизма железо окисляется и откладывается на поверхность клеточной стенки бактерии. Самые распространенные типы железобактерий в воде — Crenothrix, Clonothrix и Gallionella. Вода, содержащая железобактерии, имеет красноватый оттенок, опалесцирующую пленку на поверхности и неприятный запах. Железобактерии накапливаются на поверхности механических картриджей, в бачках унитазов, в виде коричнево-красной массы. При добавлении хлора в бак унитаза биопленка с окислами на поверхности распадается и окисленное железо опускается на дно бака.

Удаление бактериального железа требует предварительного уничтожения железобактерий и фильтрации окисленного железа. Ионный обмен – неприемлемый вариант для задачи фильтрации. Для успешного удаления железобактерий из системы водоснабжения и источника воды применяют шоковое хлорирование. Для дальнейшего поддержания микробиологической стабильности и предотвращения повторно колонизации водопроводной системе применяют фоновое дозирование в обрабатываемую воду хлорсодержащего биоцида или перекиси водорода.

Окисленное железо.

Окисление железа  – повседневное природное явление. Окисленное железо нерастворимо в воде. Растворенное  в воде железо, соприкасаясь с кислородом или другим типом окислителя, окисляется и теряет растворимость. Окисленное железо физически удаляется из воды фильтрацией в мультимедийных фильтрах с градиентом плотности и рейтингом фильтрации 3-25 мкм. Отфильтрованное окисленное железо вымывается из загрузки фильтра обратным потоком, объемная скорость которого – критический фактор для расширения и эффективной промывки фильтрующего слоя. Фильтрующие среды на основе диоксида марганца обеспечивают лучший результат.

Несмотря на прямое отсутствие рекомендаций производителей известно на практике, что умягчители способны отфильтровать коагулированные частицы окисленного железа размером больше 40 мкм. Эти частицы накапливаются над слоем загрузки и удаляются в цикле обратной промывки смолы. Окисленное железо, не удаленное из смолы, будет увеличивать сопротивление потоку и приведет к образованию каналов в смоле. Для удаления такого окисленного железа применяют специальные кислотосодержащие реагенты, повторно растворяющие железо. Действие редуцирующих железо реагентов на основе кислот (лимонной или фосфорной кислоты) приводит к замещению на матрице смолы ионов натрия на ионы водорода. После кислотной обработки обязательно выполняется регенерация смолы раствором хлорида натрия для замещения ионов водородов натрием. В противном случае умягченная вода будет приобретать низкий рН.

Растворенное железо.

Растворенное железо в природной подземной воде преимущественно представлено в форме растворимого в воде бикарбоната железа.  Растворенное железо – положительно заряженный ион,  способный эффективно извлекаться из воды «ионным обменом».

Стандартная реакция «ионного обмена» выглядит следующим образом:

2RNa + Fe(HCO₃)₂ + O₂ → R₂ Fe + ₂NaHCO₃,

где R – обозначение катионита.

Концентрированный водный раствор хлорида натрия ( 8 — 26%)  делает эту реакцию «ионного обмена» железа обратимой:

R₂ Fe + 2NaCl → 2RNa + FeCl₂

Применение умягчителя для удаления железа требует внесения некоторых изменений в стандартный процесс.

1.Частые регенерации.

Частота регенераций умягчителя должна вырасти так, чтобы предотвратить превращение растворенного двухвалентного железа  в нерастворимое трехвалентное железо с последующей изоляцией поверхности зерна катионита и потерей емкости. По той же причине обрабатываемая вода должна обладать низким рН и не содержать растворенный кислород.

Обрастание зерен смолы железом минимизируется за счет добавления специальных очистителей на основе бисульфита натрия и гидросульфита натрия в регенерирующий раствор соли. Очистители химически снижают валентность железа, переводят его в растворимую форму.

2.Обратная промывка.

Обратная промывка – критически важный этап регенерации умягчителя, применяемого для удаления из воды железа. Обратная промывка обеспечивает механическое удаление окисленного железа с поверхности смолы. Большинство производителей указывают на необходимость обеспечить не менее 50% расширения смолы в процессе обратной промывки.

3.Тип регенерации.

Последнее и, вероятнее всего, наиболее эффективное функциональное изменение  – изменение типа регенерации с прямоточного направления движения регенерирующего раствора (сверху –вниз) на противоточное направление движения регенерирующего раствора (снизу-вверх). Противоточная регенерация позволяет дополнительно уменьшить проскок железа в фильтрат.

Селективность извлечения железа и кальция приблизительно одинакова. Железо и кальций при движении обрабатываемой воды в направлении «сверху-вниз» накапливаются в верхних слоях смолы. При движении регенерирующего раствора в совпадающем направлении железо вытесняется вниз слоя смолы, следуя впереди фронта сорбции натрия. После окончания регенерации «зона» недостаточно регенерированной смолы в нижней части умягчителя все еще содержит остаточный кальций и железо. Надлежащим образом спроектированная система с противоточным типом регенерации сформирует эту «зону» в верхней части смолы и предотвратит потенциальное вытеснение железа в фильтрат. При противоточной регенерации нижняя часть смолы сталкивается с концентрированным раствором хлорида натрия и становится наиболее регенерированной областью, не содержащей железа. Также эффективность противоточной регенерации растет за счет расширения слоя смолы.

Заключение.

Если вода содержит железо более 5 мг/л, формы присутствия железа в воде будут разными и часть этих форм будет необратимо отравлять смолу. Ионообменная смола сохраняет эффективность только в отношении двухвалентного растворенного железа.  Для удаления двухвалентного железа «ионным обменом» особую важность приобретает частота регенераций, низкий рН воды и  отсутствие кислорода.