Опыт применения силицированного кальцита в качестве активного фильтрующего материала для обезжелезивания природных вод

Известно, что фильтрующая загрузка в процессе очистки воды от ионов железа является основным фактором, обусловливаю­щим эффективность данного процесса. В связи с этим особую актуальность приобретает вопрос правильного выбора материа­ла для такой загрузки.

Фильтрование двухвалентного железа основывается на ста­бильных силах притяжения между задержанным гидроксидом и зернами фильтрующей загрузки. Высокий стабильный эффект обезжелезивания достигается, когда на поверхности зерен фильтрующей загрузки образу­ется пленка из соединений железа.

Однако фильтрующие загрузки, которые применяются в настоящее время, и на зернах которых образует­ся пленка из осадков железа, в основ­ном, являются инертными природны­ми материалами. Так, применяются (3) кварцевый песок (речной или карьерный), антрацит, керамзит, го­релые породы, шунгизит, вулканичес­кие и доменные шлаки. Из искус­ственных инертных материалов наи­более известен полистирол - грану­лированный либо вспененный. Неко­торые исследователи (4) предлагают использовать для очистки природных вод гранулированные шлаки - отходы металлургического производства. Инертные материалы иногда стано­вятся активными за счет покрытия гидроокисью железа и комплексными продуктами ее взаимодействия с со­лями воды и веществом фильтрующе­го материала. Об активном взаимо­действии очищаемой воды с фильтру­ющим материалом, в частности, сор­бентом, сведений на сегоднящний день имеется не так уж и много. К ак­тивным фильтрующим материалам следует отнести, в частности, и кли-ноптилолит (горелая порода), кото­рый применяется для сорбции из во­ды соединений фтора и азота.

Процесс обезжелезивания на инертных фильтрующих загрузках ос­новывается на окислении Fe (II) в Fe(lll), которое выпадает в осадок в виде гидроксида. В зависимости от применяемой технологии перевода железа в гидроксид и его последую­щее отделение является трудно уп­равляемым процессом, что в свою очередь чаще всего зависит от нали­чия свободной углекислоты, темпера­туры, рН воды, растворенного кисло­рода, органических веществ. Так, в районах севера низкие температуры значительно снижают скорость уста­новления гидролитического равнове­сия:

4Fe(OH)2+02+H20 = 4FE(0H)3| В результате процесс выпадения железа в осадок (гидроксид), в соответствии с описываемым выше урав­нением, включенным в большинство методов деферризации с участием кислорода, не идет.

К осложняющим факторам про­цесса обезжелезивания относятся также наличие углекислоты и кислая реакция воды, низкая температура воды, присутствие в воде железа в форме коллоидных частиц и в виде железоорганических комплексов.

К выводу о том, что резервом уве­личения производительности фильт­ров являются фильтрующие материа­лы, пришли специалисты станции обезжелезивания в Новосибирском Академгородке и поселке Кудряшовс-кий (Западная Сибирь) (5), где были испытаны горелые породы и альбито-фир (Горновский карьер Новосибирс­кой области). В результате испытаний установлено, что горелые породы и альбитофир эффективней кварцевого песка в 1,2 - 2,0 раза. Также в качест­ве фильтрующего материала были применены цеолитсодержащий туфы Чугуевского (6), Анадырского (7) и Пегасского месторождений (8).

В литературе и нормативных ис­точниках приводятся перечни этих материалов без какой-либо их систе­матизации, без определения крите­риев для выбора того или иного мате­риала в зависимости от ситуации. В то же время практика показывает, что для каждого конкретного случая необходимо предварительно проводить имитационное моделирование всего процесса водоподготовки.

Нами для обезжелезивания при­родных вод применен (9) фильтрую­щий материал естественного проис­хождения - силицированный кальцит, содержащий в своем составе соеди­нения кремния, магния и железа, сум­марное содержание которых состав­ляет 0,5 - 1,6 мае. % (9). Материал позволяет производить корректиров­ку рН, не загрязняя воду кальцием, так как размываемость материала невелика. Эффект очистки воды от ио­нов железа, зависит от содержания в образце кремния (9). В образцах си-лицированного кальцита содержится в среднем 0,3 - 0,4 мае. % кремния, в редких случаях до 0,98 мае. %. Мини­мальное содержание суммы структу­рообразующих компонентов следует принимать 0,5 мае. %.

Силицированный кальцит позво­ляет производить корректировку рН воды до значения, при котором ионы трехвалентного железа образуют со­ответствующие гидроксиды, создаю­щие нерастворимые хлопьевидные включения с большой удельной пове­рхностью и высокой адгезионной способностью относительно породо­образующих минералов. Ионы двух­валентного железа с помощью растворенного в воде кислорода окисля­ются, переходят в трехвалентные ио­ны и далее ведут себя по описанному механизму.

Проведенные исследования ак­тивных фильтрующих материалов, по­казали, что геометрическая структура этих материалов позволяет накапли­вать значительный объем осадка, а поверхностные свойства - интенси­фицировать процесс обезжелезива­ния природных и сточных вод. Ос­новные параметры процесса фильт­рования - скорость фильтрования и продолжительность рабочего цикла - находятся в определенной зависи­мости, что дает принципиальную воз­можность планировать данный про­цесс.

Для очистки воды от железа раз­работана установка (2), включающая в себя обезжелезивающие напорные фильтры,заполненные силицированным кальцитом.

Установка обезжелезивания воды (см. рис. 1) содержит механический фильтр, счетчик-расходомер, обрат­ные клапаны, фильтры с каталитичес­кой загрузкой, воздухоотделитель, краны, напорные кон­чен для сбора механических приме­сей, окалин и проч. Элементом очист­ки является сетка, изготовленная из нержавеющей стали с ячейкой 0,8 мм.

Регулятор давления ограничивает давление на уровне 0,3 - 0,35 МПа при входном давлении до 0,8 МПа.

Напорный контактный обезжелезивающий фильтр предназначен для удаления железа, содержащегося в водопроводной сети. Он состоит из корпуса, нижнего и верхнего распре­делительных устройств, трубопрово­дов запорной арматуры, входного ма­нометра, пробоотборных устройств, крана - воздухоотделителя с обрат­ным клапаном для возможной раз­борки и очистки крана-воздухоотде­лителя от гидроксида железа без сня­тия давления с фильтров. В качестве обезжелезивающего материала он содержит силицированный кальцит - природный материал Башкирского месторождения.

Сорбционные фильтры предназ­начены для удаления из воды органи­ческих загрязнений. Окисление двух­валентного железа происходит в фильтрах, содержащих в качестве каталитической загрузки оксиды мар­ганца.

Установка позволяет не только очищать воду от железа, но и умень­шать в определенной степени кон­центрацию других металлов (см. табл. 1)

Таким образом, эксперименталь­но доказана эффективность примене­ния силицированного кальцита в ка­честве фильтрующего материала для обезжелезивания природных вод.

Владимир Назаров,
доктор технических наук, профессор,
Максим Назшзов. аспирант,
Надежда Вадулина, кандидат
технических наук,
Уфимский государственный
нефтяной технический
университет

Литература:

Назаров В.Д., Гурвич Л.М., Русакович А.А, Водоснабжение в нефтедобыче. Уфа: Виртуал, 2003.  504 с.

Патент РФ 2145576. МКИ C02F1/64. Установка обезжелезивания воды. // На­заров В.Д., Семенов В.Д., Семенова Э.В., Соловьев В.Б. и др./ Б.И. -2000 - №5.

Николадзе Г.И. Технология очистки природных вод. - М.: Высшая школа, 1987, 479 с.

Аюкаев Р.И., Мельцер В.З. Произво­дство и применение фильтрующих мате­риалов для очистки воды. - Л.: Стройиз-дат, 1985. - 120 с.

Артеменок Н..Д., Рогулин М.П, Шо-колов А.Н. и др. Применение новых фильт­рующих материалов на водопроводных очистных сооружениях // Водоснабжение и сантехника. - 1999. - № 3. - с.21-23.

Патент № 2109689 (Россия). Фильт­рующий материал для очистки воды / Па­нин Л.Е., Шевырев В.Л. - Опубл. 27.4.98. -Цит. По: РЖ Химия. - 1999. - № 6. - 6И293 П.

Патент № 2117518 (Россия). Фильт­рующий материал для очистки воды / Па­нин Л.Е., Шевырев В.Л. - Опубл. 20.8.98. -Цит. По: РЖ Химия. - 1999. - № 6. - 5И275 П.

Заявка 96109757/25 (Россия). Фильтрующий материал для очистки воды от бенз(а)пирена/ Панин Л.Е., Шевырев B.C. - Опубл. 27.8.98. - Цит. По: РЖ Химия. - № 11. - 11И297 П.

Патент № 2086510 (Россия). Фильтр для очистки воды. Назаров В.Д., Сапунов Г.С. Опубл. В БИ № 22 - 1997.

Патент № 6007958 В4 (Япония). Биологически активный материал на ос­нове золы от сжигания шлама процесса обработки сточных вод и способ его полу­чения. Екагами - си. Опубл. в ИСМ. - № 9. 1996.

Патент № 2184600 (Россия). Ак­тивный обезжелезивающий фильтрующий материал. Назаров В.Д., Вадулина Н.В. Опубл. В БИ № 19  2002.

Патент № 2200059 (Россия). Активный обезжелезивающий фильтрующий материал. Назаров В.Д., Вадулина Н.В. Опубл. В БИ № 7  2003.

Источник:
Журнал Вода Magazine №7 (11), июль 2008 г.