КАТАЛИТИЧЕСКИЕ ЗАГРУЗКИ В ВОДООЧИСТКЕ

16 серпня 2019 р.
 

Пономарев В.Л.,

Василюк С.Л.

Каталитические загрузки – это природные или искусственные материалы, содержащие на поверхности или в пористой структуре гранул катализатор окисления (в большинстве случаев диоксид марганца – MnO2), который создает каталитический эффект в реакциях окислениявосстановления, необходимый для их быстрого протекания. Обработка воды с применением каталитических загрузок – это один из современных технологичных методов, обеспечивающих в одной фильтровальной колонне с программируемым клапаном три операции: окисление, осаждение и фильтрацию осадка. Как правило, они используются для удаления железа, марганца и сероводорода.

Железо и марганец присутствуют в воде подавляющего большинства подземных источников и не редко встречаются в поверхностных. Эти примеси придают воде металлический вкус и запах, окрашивают белье в процессе стирки в коричневые и черные оттенки, отложение их оксидов в распределительных системах уменьшают диаметр трубопроводов и приводят к потерям напора, а также в концентрациях, превышающих допустимые, негативно влияют на здоровье. К примеру, при регулярном поступлении марганца в повышенных дозах с водой в организм наблюдаются неврологические симптомы, эмбриоцидное действие, скелетные нарушения, гипогликемия и пр.

Анализ классических методов обезжелезивания и деманганации подземной воды, основанных на аэрировании с последующим фильтрованием, показывает их неравноценность с точки зрения надежности, технологичности, экономической целесообразности и удобства эксплуатации. К недостаткам традиционных технологий можно отнести: ограниченную область применения (в основном промышленную), значительные колебания качества очищенной воды, большие габариты оборудования и другое. В последние десятилетия прошлого века указанные выше факторы простимулировали активную разработку каталитических загрузок, как основы для создания принципиально новых эффективных, высокопроизводительных и компактных систем водоочистки. Немалую роль в этом процессе сыграло и повышение спроса на воду высокого качества, используемую не только в промышленности, но и в коттеджном секторе.

В современной водоочистке используется широкий перечень каталитических загрузок на основе диоксида марганца, начиная от природного пиролюзита и заканчивая рядом искусственных загрузок. Последние технологические новинки позволяют совместно с марганцем, железом и сероводородом удалять мышьяк, радий, уран, тяжелые металлы и радионуклиды.

Для того, чтобы подробнее разобраться с механизмом действия каталитических загрузок и технологией их применения, начнем с классического примера. Известно, что окисление ионов железа в воде при комнатной температуре – медленный процесс. Обычно сразу после подачи воды из скважины она бесцветна и прозрачна, и образование гидроксида железа (III) из гидрокарбоната, придающее воде желтую окраску, происходит через 1-2 часа, а выпадение его в форме осадка только через 10-20 часов и более. Ситуация с ионами марганца (II) еще сложнее:

4Fe2+ + O2 + 10H2O = 4Fe(OH)3 + 8H+

2Mn2+ + O2 + 2H2O = 2MnO2 + 4H+

При окислении и переходе железа и марганца в нерастворимые формы происходит подкисление растворов, что приводит к увеличению растворимости гидроокисей и замедлению или полной остановке процесса.

Много лет назад специалистами по водоочистке было замечено, что фильтровать воду, содержащую гидрокарбонатную форму железа и марганца после ее аэрации, можно практически сразу. Было установлено, что на нейтральных зернах, например, песка образуется пленка гидроксидов железа и марганца. Эта пленка активно интенсифицирует процесс окисления и выделения их из воды [5].

4 Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3↓ + 8CO2

Mn(OH)4 + Mn(OH)2 = Mn2O3 + 3H2O

2Mn2O3 + O2 + 8H2O = 4Mn(OH)4

Проблемы, возникающие при автоактивации кварцевого песка, особенно в случае недостаточного количества марганца для создания каталитического слоя, вызвали повышенный интерес к природным каталитическим фильтрующим средам, а затем и к созданию искусственных каталитических загрузок с закрепленными на носителе диоксидом марганца или железомарганцевых композиций.

Еще одной актуальной проблемой, которая решается при помощи каталитических фильтрующих материалов, является присутствие в воде сероводорода. Основным источником сероводорода являются разлагающиеся органические соединения и минеральные соли. В природные воды он попадает в результате соприкосновения воды с гниющими органическими остатками либо с минеральными солями – сульфидами: пиритом, сернистым колчеданом и т.д. Сероводород может содержаться в воде, как добываемой из глубоководных артезианских скважин, так и в водах поверхностных источников. Особенно активно насыщение воды сероводородом происходит в условиях подземных вод и в придонных слоях водоемов, в ситуации слабого перемешивания и дефицита кислорода. Попав в воду, сероводород начинает проявлять свойства кислоты, вызывает развитие в водной среде серобактерий, приводит к коррозии большинства металлов и способен отравить организм человека. К тому же, этот газ резко ухудшает органолептические качества воды, придаёт воде специфический, неприятный запах «тухлых яиц», делает её невкусной и непригодной к применению, как в хозяйственно-бытовых, так и в производственных целях. Кроме того, находясь в воде, сероводород резко снижает эффективность работы водоочистного оборудования, например, препятствуя окислению двухвалентного железа.

Наиболее востребованы каталитические фильтрующие материалы, представляющие собой относительно легкую матрицу – алюмосиликаты, доломит, природные и искусственные цеолиты, активированный уголь. Примеры таких каталитических загрузок, провоцирующих быстрое образование автокаталитического слоя железа и связывающих марганец (II) приведены в таблице 1.

 

Читать продолжение статьи можно в журнале "Вода и Водоочистные Технологии" №1 за 2019 год.

Подписаться на журнал можно перейдя по ссылке: http://waternet.ua/magazine/subscription/

Коментарі

Дивись також
 
Популярні