Často se stává, že ze studny vychází čistá a čistá voda, která se ale po chvíli stání zakalí a zreziví. To je indikátor toho, že kapalina obsahuje hodně rozpuštěného železa (Fe2). Situaci lze napravit použitím filtrů na čištění vody k odstranění železa. Železo je jedním z nejběžnějších přírodních prvků. Železo přítomný ve většině vulkanických hornin, je také součástí hornin, které stmelují pískovce. Železo se nachází ve významném množství v různých jílech a v sedimentárních karbonátových horninách (např. vápenec) se vyskytuje pouze ve formě drobných nečistot. Není divu, že problém přítomnosti železa v přírodní vodě je jedním z nejčastějších. S takovou vodou vzniká řada problémů jak v běžném životě, tak v komerčních a průmyslových provozech. Již při koncentracích železa nad 0,3 mg/l taková voda při použití pro domácí účely na chatách a bytech způsobuje tvorbu rezavých šmouh, může při praní měnit barvu látek atd. Při vysokých koncentracích se ve vodě vyvíjí charakteristický kovová chuť, která má negativní vliv na kvalitu nápojů (čaj, káva atd.). V některých případech může být ovlivněna i kvalita jídla vařeného s vodou s vysokým obsahem železa. To vše činí úkol odstraňovat železo velmi důležitým jak pro pití a použití v domácnosti, tak i pro průmyslové použití. Železo se v přírodě vyskytuje v různých formách (v závislosti na mocenství): Fe°, Fe+2, Fe+3 a také ve formě různých složitých chemických sloučenin. 1. Elementární železo (Fe°). Elementární nebo kovové železo určitě je nerozpustný ve vodě. V přítomnosti vlhkosti a kyslíku ve vzduchu oxiduje na trojmocný a vytváří nerozpustný oxid Fe2O3 (proces známý v každodenním životě jako „rezavění“). 2. Železné železo (Fe+2). Skoro pořád je ve vodě v rozpuštěném stavui když mohou nastat případy (při určitých hodnotách pH, které se v přírodní vodě vyskytují jen zřídka), kdy je hydroxid železa Fe(OH)2 schopen vysrážet. 3. Železné železo (Fe+3). Hydroxid železitý Fe(OH)3 je nerozpustný ve vodě (s výjimkou velmi nízkého pH). Chlorid FeCl3 a síran železitý Fe2(SO4)3 jsou rozpustné a mohou se tvořit i v mírně alkalických vodách. 4. Organické železo. Organické železo se ve vodě vyskytuje v různých formách a v různých komplexech. Organické sloučeniny železa mají obvykle rozpustnou nebo koloidní strukturu a je velmi obtížné je odstranit.
Rozlišují se následující typy organického železa:
Bakteriální železo. Některé druhy bakterií jsou schopny využít energii rozpuštěného železa v procesu svého života. V tomto případě se železité železo přemění na železité železo, které je uloženo v rosolovitém obalu kolem bakterie. Koloidní železo. Koloidy jsou nerozpustné částice velmi malé velikosti (méně než 1 mikron), což ztěžuje jejich filtraci na zrnitém filtračním médiu. Velké organické molekuly (jako jsou taniny a ligniny) také spadají do této kategorie. Koloidní částice díky své malé velikosti a vysokému povrchovému náboji (částice se od sebe odpuzují, brání jejich zvětšování) vytvářejí ve vodě suspenze a neusazují se, jsou v suspendovaném stavu. Rozpustné organické železo. Stejně jako například polyfosfáty jsou schopny vázat a držet vápník a další kovy v roztoku, některé organické molekuly jsou schopny vázat železo do komplexních rozpustných komplexů nazývaných cheláty. Příkladem takové vazby je skupina železo-porfyrin v krevním hemoglobinu nebo chlorofyl zadržující hořčík v rostlinách. Kyselina huminová je tedy vynikající chelatační činidlo, které hraje důležitou roli při výměně iontů v půdě. Všechny výše uvedené typy železa se ve vodě „chovají“ odlišně. Hlavní rozlišovací znaky jsou uvedeny v tabulce.
| železný typ | Voda z vodovodu | Voda po usazení |
| Bivalentní | Čistý | Červenohnědý sediment |
| Trivalentní | Vymalováno | Červenohnědý sediment |
| Koloidní | žlutohnědá | Nevytváří sediment, nefiltruje |
| Organický rozpuštěný | žlutohnědá | |
| bakteriální | Opaleskující film, rosolovité útvary ve vodovodním systému |
Jen je třeba poznamenat, že „neštěstí nikdy nechodí samo“ a v praxi téměř vždy existuje kombinace několika nebo dokonce všech druhů železa. Vzhledem k tomu, že neexistují žádné jednotné schválené metody pro stanovení organického, koloidního a bakteriálního železa, závisí výběr účinné metody (spíše souboru metod) pro odstraňování železa na praktických zkušenostech odborníka zabývajícího se poskytováním filtračních systémů pro vodu. čištění. Čištění vody od železa a jeho odstraňování z vody je bez nadsázky jedním z nejobtížnějších úkolů filtrů na čištění vody. I letmý přehled existujících metod odstavování nám umožňuje učinit rozumný závěr, že v současné době neexistuje univerzální ekonomicky odůvodněná metoda použitelná ve všech případech života. Některé metody a vodní filtry jsou docela účinné v každodenním životě v městském prostředí, ale mohou být bezmocné v procesu čištění vody od železa na chatách nebo ve výrobě – hodně záleží na kvalitě filtrované vody. Každá ze stávajících metod je použitelná pouze v určitých mezích a má výhody i významné nevýhody. Existující metody odstraňování železa tedy zahrnují: 1. Oxidace (vzdušný kyslík nebo provzdušňování, chlór, manganistan draselný, peroxid vodíku, ozon) s následným vysrážením (s koagulací nebo bez koagulace) a filtrací. Tradiční metoda, která se používá již mnoho desetiletí. Protože oxidační reakce železa vyžaduje poměrně dlouhou dobu, použití pouze vzduchu k oxidaci vyžaduje velké nádrže, ve kterých lze zajistit požadovanou dobu kontaktu. Jedná se o nejstarší metodu a používá se pouze ve velkých městských systémech. Přidání speciálních oxidačních činidel proces urychluje. Chlorace je nejpoužívanější, protože současně řeší problém dezinfekce. Nejpokročilejším a nejvýkonnějším oxidačním činidlem současnosti je ozón. Zařízení pro jeho výrobu jsou však poměrně složité, drahé a vyžadují značnou spotřebu energie, což omezuje jeho použití. Je třeba také poznamenat, že v koncentrované formě (například v místě vstupu do vody) je ozon jed (stejně jako, přísně vzato, mnoho dalších oxidačních činidel) a vyžaduje velmi opatrný přístup. Zoxidované částice železa mají poměrně malou velikost (1-3 mikrony), a proto se usazují poměrně dlouho, proto se používají speciální koagulační chemikálie, které podporují zvětšení částic a jejich urychlenou sedimentaci. Použití koagulantů je nutné také proto, že filtrace na komunálních čistírnách odpadních vod se provádí převážně na zastaralých pískových nebo antracitových čiřících filtrech (neschopných zadržet malé částice). Avšak ani použití modernějších filtračních médií (například hlinitokřemičitanů) neumožňuje filtrovat částice menší než 20 mikronů. Problém čištění vody od železa by se dal vyřešit použitím speciální keramiky, která je však poměrně drahá (protože se nevyrábí v Rusku). Všechny výše uvedené způsoby oxidace mají řadu nevýhod. Za prvé, Pokud se nepoužijí koagulanty, proces srážení oxidovaného železa trvá dlouho, jinak je filtrace nesražených částic pro jejich malé rozměry velmi obtížná. Za druhé, Tyto oxidační metody (v menší míře se to týká ozonu) v boji proti organickému železu málo pomáhají. Za třetí, přítomnost železa ve vodě je často (téměř vždy) doprovázena přítomností manganu. Mangan se oxiduje mnohem hůře než železo a navíc při výrazně vyšších hodnotách pH, což přirozeně znesnadňuje čištění vody od železa Všechny výše uvedené nevýhody znemožňovaly použití této metody v relativně malých domácích a obchodně-průmyslových systémech pracujících při vysokých rychlostech. 2. Katalytická oxidace následovaná filtrací je nejběžnější metoda odstraňování železa, která se dnes používá ve vysoce výkonných kompaktních systémech. Podstatou metody je, že reakce k oxidaci železa dochází na povrchu granulí speciálního filtračního média, který má vlastnosti katalyzátoru (urychlovače chemické oxidační reakce). Nejpoužívanější v moderní úpravě vody jsou filtrační média na bázi oxidu manganičitého MnO2: Birm, Filox, Pyrolox, MZhF, Bremix. atd. Tyto filtrační „zásypy“ se od sebe liší jak svými fyzikálními vlastnostmi, tak obsahem oxidu manganičitého, a proto efektivně pracují v různých rozmezích parametrů charakterizujících vodu. Princip jejich fungování je však stejný. Železo (a v menší míře mangan) v přítomnosti oxidu manganičitého rychle oxiduje a se usazuje na povrchu granulí filtračního média. Následně se při zpětném proplachu většina zoxidovaného železa vyplaví do odpadu. Vrstva granulovaného katalyzátoru je tedy také filtračním médiem. Pro zlepšení oxidačního procesu lze do vody přidat další chemická oxidační činidla. Nejběžnější je manganistan draselný KMnO4 („manganistan draselný“), protože jeho použití nejen aktivuje oxidační reakci, ale také kompenzuje „vymývání“ manganu z povrchu granulí filtračního média, to znamená, že jej regeneruje . Používá se jak periodická, tak kontinuální regenerace. Všechny systémy založené na katalytické oxidaci pomocí oxidu manganičitého, kromě specifických (ne všechny fungují na mangan, téměř všechny mají vysokou měrnou hmotnost a vyžadují velkou spotřebu vody při zpětném proplachu), mají také řadu společných nevýhod. Za prvé, jsou neúčinné proti organickému železu. Kromě toho, pokud je ve vodě přítomna jakákoli forma organického železa, časem se na povrchu granulí filtračního materiálu vytvoří organický film, který izoluje katalyzátor – oxid manganičitý – od vody. Tím je celá katalytická schopnost filtračního média snížena na nulu. Schopnost filtračního média odstraňovat železo je prakticky snížena na nulu, protože ve filtrech tohoto typu prostě není dostatek času na to, aby oxidační reakce přirozeně proběhla. Za druhé, systémy tohoto typu si stále nedokážou poradit s případy, kdy obsah železa ve vodě přesahuje 10-15 mg/l, což není vůbec neobvyklé. Přítomnost manganu ve vodě situaci jen zhoršuje. Pro deferrizaci vody oxidační metodou nabízí First Water Company filtry s náplní Birm a MZhF. Tato filtrační média nevyžadují použití chemických oxidačních činidel (manganistan draselný). Vlastnosti filtračního média se obnoví uvolněním zpětným tokem vody. Odstraněné sloučeniny železa a manganu jsou splachovány do odpadu. 3. Iontová výměna Jako způsob úpravy vody je známý již poměrně dlouho a používá se především ke změkčování vody. Dříve se k realizaci této metody používaly přírodní iontoměniče (sulfonované uhlíky, zeolity). S příchodem syntetických iontoměničových pryskyřic se však dramaticky zvýšila účinnost použití iontové výměny pro účely úpravy vody. Z hlediska odstraňování železa z vody je důležité, aby katexy byly schopny odstraňovat železo z vody nejen ionty vápníku a hořčíku, ale i další dvojmocné kovy, a proto rozpuštěné železité železo. Navíc teoreticky jsou koncentrace železa, které iontoměničové pryskyřice zvládnou, velmi vysoké. Další hlavní výhodou iontové výměny je schopnost změkčovat vodu současně s odstraňováním železa a odstraňováním manganu. Obnova pracovních vlastností filtračního materiálu (regenerace) je automatizovaný proces využívající roztok soli a vody. Solný roztok prochází filtračním materiálem a odstraněné nečistoty jsou smyty do odpadu. Výhodou iontové výměny je také to, že se „nebojí“ věrného společníka železa, manganu, což značně komplikuje provoz systémů založených na použití oxidačních metod. Hlavní výhodou iontové výměny je, že železo a mangan, které jsou v rozpuštěném stavu, lze z vody odstranit. To znamená, že není potřeba takových rozmarných a „špinavých“ (kvůli potřebě umýt
Sdílejte článek na sociálních sítích:
Ohodnoťte, zda je tento článek užitečný