Любая вода в своём составе содержит железо в определенном количестве. Железо попадает в природную воду вследствие разрушения и выветривания каменных пород, а также вследствие старения и коррозии материалов, если говорить о чугунных и стальных водопроводных системах. Поэтому промышленное обезжелезивание воды является важной и неотъемлемой частью любого предприятия.
Промышленные установки обезжелезивания
Промышленная очистка воды от железа осуществляется на фильтрах, наполненных специальной фильтрующей загрузкой, позволяющей задержать в своём слое нерастворенное железо в виде взвешенных частиц размером менее 1 мкм.
Фильтры обезжелезивания |
Номинальная производительность, м3/ч |
Габаритные размеры, мм | Объем фильтрующей загрузки, л |
---|---|---|---|
0,4 | 205 х 1125 | 20 | |
0,6 | 257 х 1130 | 30 | |
0,9 | 307 х 1335 | 55 | |
1,1 | 334 х 1400 | 60 | |
1,2 | 360 х 1662 | 85 | |
1,2 | 360 х 1662 | 85 | |
1,6 | 410 х 1670 | 110 | |
1,6 | 410 х 1670 | 110 | |
2,0 | 465 х 1675 | 145 | |
2,7 | 550 х 1750 | 180 | |
3,5 | 615 х 1850 | 240 | |
5,5 | 780 х 1850 | 400 | |
8,0 | 918 х 1850 | 470 | |
14,0 | 1218 х 1850 | 625 | |
24,0 | 1620 х 2400 | 1900 |
Стоит отметить, что помимо нерастворённой формы (Fe3+) железо часто встречается в двухвалентном растворённом состоянии (Fe2+). В воде подземных источников (различного рода скважины) железо находится в основном в растворенном виде (Fe2+) и определить его «на глаз» невозможно, но когда вода находится какое-то время в контакте с воздухом она приобретает рыжий цвет, то есть окисляется до трехвалентной формы (Fe3+) и выпадает в осадок. Присутствие Fe3+ же характерно для поверхностных источников (колодцы, водоёмы) и для воды центрального водоснабжения.
Процесс окисления, т.е. перехода железа из двухвалентного Fe2+ в трехвалентное Fe3+ описывается следующим уравнением:
Fe2+ O2 H2O Fe(OH)3 H+
Гидроксид железа Fe(OH)3 находится во взвешенной коллоидной форме и растворяется только при рН 4, что крайне редко встречается в природных условиях. В данном виде железо легко задерживается в слое фильтрующего материала с последующим удалением при промывке фильтра.
Таким образом, промышленная очистка воды от железа заключается в его окислении (переводе из двухвалентной формы Fe2+ в трехвалентную Fe3+) и удалении на фильтре со специальной фильтрующей загрузкой.
Методы окисления железа
Среди наиболее распространенных методов окисления двухвалентного железа Fe2+, активно применяемых на практике, можно выделить методы напорной и безнапорной аэрации воды, а также реагентное обезжелезивание.
Напорная аэрация воды
Система напорной аэрации воды одна из самых эффективных установок для обезжелезивания воды, а также удаления сероводорода и других неблагоприятных газов.
Напорная аэрация применяется при концентрации железа до 10 мг/л и сероводорода до 0,5 мг/л.
![]() |
Установка напорной аэрации воды включает в себя:
|
При поступлении в воздухоотделительную колонну вода смешивается с воздухом, который нагнетается компрессором. В результате смешения воды с кислородом воздуха растворенное в воде двухвалентное железо окисляется до нерастворимой трёхвалентной формы и выделяется в виде взвешенного осадка, а имеющиеся в составе воды газы вытесняются кислородом и удаляются через воздухоотделительный клапан. Насыщенная кислородом вода через выходной патрубок поступает на фильтр обезжелезивания. Регулировка подачи воды и воздуха регулируется датчиком потока.
Среди преимуществ напорной аэрации стоит отметить, что установка не предусматривает разрыва струи и не требует дополнительного насосного оборудования, но давление воды на входе должно быть стабильным.
Безнапорная аэрация воды
Метод безнапорной аэрации может применяться и в системах, где нет стабильного расхода и давления исходной воды.
![]() |
Установка безнапорной аэрации включает в себя:
|
Исходная вода через электромагнитный клапан поступает в накопительную емкость, где происходит её распыление с помощью рассеивающих форсунок. Одновременно с помощью компрессора и воздушного рассеивателя подаётся воздух. В накопительной емкости происходит смешение воды с воздухом, в результате реакции воздух насыщает воду кислородом и забирает сероводород и другие растворенные газы. В результате вода с помощью насосной станции подаётся дальше в систему, а окисленное железо осаждается на дно накопительной емкости, после чего удаляется с помощью сливного крана либо вручную.
Реагентное обезжелезивание
При больших концентрациях железа (выше 10 мг/л), марганца и сероводорода, высокой окисляемости и низких значениях рН применяют метод реагентного обезжелезивания воды.
Данный метод основан на введении сильных окислителей. Самым дешёвым и распространенным окислителем является активный хлор. Хлор эффективно разрушает органические растворимые комплексы железа и ускоряет его переход в форму неорганического гидроксида железа Fe(OH)3.
Реакция окисления железа Fe2+ хлором может быть представлена в следующем виде:
2Fe2+ Cl2 2H2O 2Fe(OH)3↓ 2HCl
Хлор также окисляет двухвалентный марганец, разрушает органические вещества и сероводород.
Сейчас всё более широкое распространение в качестве хлорсодержащего реагента приобретает гипохлорит натрия NaClO, так как его наиболее просто и безопасно использовать
Окисление двухвалентного железа происходит в соответствии со следующим уравнением:
2Fe(HCO3)2 NaClO H2O 2Fe(OH)3↓ 4CO2↑ NaCl
Гипохлорит натрия дозируется в трубопровод с исходной водой насосом-дозатором из дозирующей емкости по сигналу от датчика потока или расходомера. Концентрация дозируемого вещества определяется специалистами исходя из анализа воды.
В системах реагентного обезжелезивания нередко используются каталитические фильтрующие загрузки, которые выступают окислителем непосредственно внутри фильтра обезжелезивания. Они эффективно удаляют железо, марганец и сероводород, но для восстановления их окислительной способности необходим процесс регенерации. Для регенерации таких фильтров используется раствор перманганата калия.
Особенности конструкции и принцип действия фильтра обезжелезивания
Конструкция фильтра представляет собой колонну, выполненную из прочного стеклопластика. Внутри колонны располагается дренажно-распределительная система, включающая в себя водоподъемную трубу, верхний и нижний дистрибьюторы. В зависимости от размеров фильтрующей колонны, в неё засыпается определенное количество фильтрующего материала и небольшое количество мелкозернистого гравия (кварцевого песка) в качестве поддерживающего слоя с размерами частиц 2-5 мм.
«Головой» всей установки в стандартной комплектации служит автоматический клапан управления, с помощью которого происходит распределение потоков воды и переключение режимов работы.
Обычно в фильтрах обезжелезивания устанавливаются 3х-цикловые клапаны управления, имеющие три режима функционирования:
- режим сервиса (фильтрация воды)
- обратная промывка
- прямая промывка
Для фильтров обезжелезивания, где в качестве загрузки используется каталитический материал, требующий восстановления окислительной способности раствором перманганата калия, предусматриваются 5-цикловые клапаны управления с функцией регенерации загрузки реагентом.