Применение

Железо и марганец – наиболее часто встречающиеся металлические примеси в природной воде, причем чаще всего они встречаются вместе. Хотя железо и не является токсичным веществом, но его присутствие в воде приводит к ухудшению ее органолептических и вкусовых свойств и появлению бурого осадка на поверхностях, вступающих в контакт с водой. Марганец же является загрязнителем, который относится к категории опасных веществ.

Оба загрязнителя должны быть устранены из воды до указанного в стандартах уровня. В частности, для питьевой воды норма содержания марганца и железа указана в СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения» и СанПиН 2.1.4.1116-02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости».

Часто железо и марганец содержатся в воде в виде органических соединений, что значительно усложняет процесс фильтрации. Стандартные методы обезжелезивания и деманганации воды (аэрация, известкование, катионирование) в этом случае неэффективны. В России эта проблема особенно актуальна в нефтеносных районах, где вода практически всегда содержит большое количество примесей органических веществ (нефтепродуктов) и растворенных газов, имеет повышенную цветность и мутность.

В вышеуказанных случаях необходимо предварительное окисление органических соединений с помощью озона. Окисляя комплексные соединения, озон вызывает осаждение железа и марганца. После чего остается только отфильтровать воду от выпавших в осадок металлов при помощи угольных и песчаных фильтров или путем длительного отстаивания.

Для окисления железа или марганца, содержащихся в комплексной связи с анионными группами и веществами, придающими воде повышенную цветность, весьма целесообразно применение озона. Окисляя названные комплексные соединения, озон устраняет цветность воды и вызывает осаждение железа и марганца. Процесс окисления преобразует растворимые соли в нерастворимые, поэтому необходимо последующее фильтрование или отстаивание воды для освобождения ее от выпадающих осадков. Окисление металлов озоном эффективно протекает при любых значениях pH, встречающихся в природных водах.

Для окисления железа или марганца, содержащихся в комплексной связи с анионными группами и веществами, придающими воде повышенную цветность, весьма целесообразно применение озона. Окисляя названные комплексные соединения, озон устраняет цветность воды и вызывает осаждение железа и марганца. Процесс окисления преобразует растворимые соли в нерастворимые, поэтому необходимо последующее фильтрование или отстаивание воды для освобождения ее от выпадающих осадков. Окисление металлов озоном эффективно протекает при любых значениях pH, встречающихся в природных водах.

Что касается марганца, то превращение Mn под воздействием кислорода из воздуха в двухвалентный нерастворимый гидрат Mn(OH)4 требует при отсутствии катализатора величины pH>10. Между тем озон вызывает полное осаждение Mn при отсутствии катализатора уже при величине pH=6.5.

Ситуация усложняется при высоких концентрациях марганца в воде, поскольку озон будет окислять Mn+2 до Mn+7, который вступая в реакцию с кислородом образует растворимый в воде перманганат MnO4. С такой ситуацией столкнулись на городской станции очистки воды в городе Аштоне (Англия).

Отмирание и распад водорослей в водохранилище приводил к появлению в воде растворенного марганца в количестве 0,5 мг/л. Озонирование такой воды приводило к повышению цветности с 22 градусов в исходной воде до 86 градусов в озонированной. Вода немедленно приобретала розовый цвет, который изменялся на желтый приблизительно через 30 минут контакта с озоном.

Двойное озонирование воды

Для устранения такого количества марганца используется технологическая схема двойного озонирования воды: первичное озонирование исходной воды, фильтрование и вторичное озонирование фильтрата. При такой схеме обработки марганец, окисляясь, переходит в нерастворимую форму, и осадок удаляется фильтрованием. Цветность воды снижается до нормативной величины:

Необходимое для обезжелезивания и деманганации количество озона подбирается опытным путем. Обычно используется следующее соотношение: 1 мг озона на один мг железа и 4 мг озона на 1 мг марганца. Более точные значения могут быть получены путем проведения экспериментов с образцами воды и запуска пилотной установки.

Рассмотрим химию взаимодействия озона с железом и марганцем.

Производство озона:

1. Атмосферный воздух очищается от сильных загрязнителей и частиц при помощи фильтра предварительной очистки.
2. Очищенный воздух поступает в концентратор кислорода, где преобразуется в газовую смесь с 85 – 95 % содержанием кислорода.
3. Кислород подается в генератор озона. В его ячейках под действием коронного разряда из кислорода производится озон.

Озонирование и фильтрация воды для крупных объектов

Пояснения к рисунку:

• Вода с высоким содержанием железа и марганца поступает в контактную емкость.
• В контактной емкости происходит барботирование воды (пропускание пузырьков газа через слой жидкости). В результате железо и марганец окисляются до нерастворимых соединений.
• Часть соединений осаживается прямо в контактной емкости. Периодически происходит промывка контактной емкости для удаления осадка.
• Другая часть соединений существует в виде взвешенных в воде частиц. После контактной емкости озонированная вода проходит механическую очистку в угольном и песчаном фильтрах, где из нее удаляются остатки металлов.
• Нерастворенный озон из контактной емкости сбрасывается в атмосферу через деструктор озона, чтобы избежать превышения предельно допустимых концентраций озона в воздухе помещения (цеха).

Озонирование и фильтрация воды для средних и мелких объектов

Пояснения к рисунку:

• Часть уже отфильтрованной воды забирается с выхода системы очистки и смешивается с озоном с помощью эжектора Вентури. Такая схема позволяет предотвратить засорение и выход из строя бустерного насоса.
• Вода с высоким содержанием железа и марганца смешивается с озонированной водой и поступает в контактную емкость.
• В результате железо и марганец окисляются до нерастворимых соединений.
• Часть соединений осаживается прямо в контактной емкости. Периодически происходит промывка контактной емкости для удаления осадка.
• Другая часть соединений существует в виде взвешенных в воде частиц. После контактной емкости озонированная вода проходит механическую очистку в угольном и песчаном фильтрах, где из нее удаляются остатки металлов.
• Нерастворенный озон из контактной емкости сбрасывается в атмосферу через деструктор озона, чтобы избежать превышения предельно допустимых концентраций озона в воздухе помещения (цеха).