Подземные воды часто содержат железо. Более 25% всех водопроводов на территории РСФСР получают подземную воду с содержанием железа от 1 до 5 мг/л. В Сн-бнрн и на Дальнем Востоке более 33% всей подземной воды не может быть использовано для хозяйственно-питьевого водоснабжения без очистки ее от железа.
В случае обогащения воды растворенным кислородом двухвалентное железо окисляется до трехвалентного, гидролизуется и образует малорастворимый осадок, гидроокиси железа, который находится в воде в виде коллоидного раствора. Трехвалентное железо находится в воде в виде попов Ре3+ п продуктов их гидролиза.
Для выбора метода обезжелезиваиия необходимо установить, при каких условиях железо не может быть выделено отстаиванием и фильтрованием из водного раствора; важно знать также условия перехода закисного и окисного железа из растворенного состояния в осадок.
Обезжелезивание воды на городских водопроводах применяется с конца прошлого века. Первые станции обезжелезивания воды были построены в Германии в Галле (1868 г.) и Шарлоттенбурге (1874 г.), а в 1910 г. только в Германии и Голландии их было уже около 130.
В связи с технико-экономическими преимуществами по сравнению с другими методами в первую очередь выполняют пробное обезжелезивание упрощенной аэрацией и фильтрованием [11]. Для этого около артезианской скважины устанавливают модель обезжелези-вающей установки (рис. 1.13).
На станциях обезжелезивания природных вод сточные воды от промывки фильтров и отстойников содержат гидроокись железа. Сбрасывать такие сточные воды в открытые водоемы недопустимо.В водоемах гидроокись железа может осаждаться на имеющей щелочную реакцию слизистой оболочке жабр у рыб и стать причиной их гибели. В щелочной среде для некоторых пород рыб летальная концентрация железа составляет 0,9 мг/л.
За рубежом получают распространение для обезжелезивания воды установки, работающие по принципу так называемой «сухой» фильтрации, без периодической промывки фильтров. По этому методу исходная вода фильтруется через незатопленную сухую фильтрующую загрузку. Верхний слой обычно состоит из крупного кокса или гравия для более равномерного распределения воды по площади загрузки, нижний слой состоит из песка толщиной 1,5—2 м. В исходную воду подается воздух. Иногда он поступает в нижиюю часть установки, а удаляется из верхней по принципу противотока. Скорость фильтрования 4—15 м/ч. Эти фильтры не промывают, а в них меняют загрузку 1 раз в несколько лет.
При выборе метода обезжелезивапия воды следует учитывать техинко-экономические показатели типовых проектов станций обезжелезивапия.По материалам типовых проектов, действующих на 1 января 1975 г., составлена табл. 1.6.
Марганец принадлежит к весьма распространенным в природе элементам, составляя около 0,03% общего числа атомов земной коры.Небольшие количества марганца содержат многие горные породы. Вместе с тем встречаются н скопления его кислородных и углекислых соединений в виде серочерного минерала пиролюзита МпОг-хРЬО и белого марганцевого шпата МпСОз.
Большой практический интерес представляет обработка воды перманганатом калия, с помощью которой достигается очистка ее от марганца (а- также н от железа, обычно находящегося в водах, содержащих марганец) без изменения других показателей качества воды.
Этот метод применяется обычно при обезжелезива-нии подземных вод, но может быть также использован в случае одновременного присутствия в воде марганца и железа.Двухвалентный марганец медленно окисляется в трех-и четырехвалеитный растворенным в воде кислородом воздуха. В отличие от двухвалентного железа подземных вод, которое достаточно быстро окисляется растворенным в воде кислородом при рН=7...7,2, окисление двухвалентного марганца с практически необходимой скоростью [13] происходит при рН = 9...9,5 (рис. 11.5).
Процесс окисления двухвалентного марганца в трех-и четырехвалентиый резко ускоряется, если аэрированную воду фильтруют через контактный фильтр, загруженный дробленым природным минералом пиролюзитом МпОг-НгО, либо через обычный кварцевый песок, предварительно обработанный окислами марганца («черный песок»). Пиролюзит и «черный песок» в данном случае играют роль катализаторов, ускоряющих процесс окисления марганца.
Фтор — чрезвычайно активный металлоид, он образует соединения с большинством элементов. Многие из этих соединений исключительно устойчивы. Фтор широко распространен в природе. Он находится в минералах, рудах, почвах, атмосфере, природных водах, растительных и животных организмах.
Обесфторивание воды с помощью зернистой активированной окиси алюминия. Многочисленные исследования и практика эксплуатации показали, что наилучшие результаты по удалению фтора из подземных вод достигаются при использовании активированной окиси алюминия.
Исследования Скотта показали, что для снижения содержания фтора в воде на 1 мг требуется 50—60 мг магния. В случае недостатка магния в умягченной воде рекомендуется вводить в нее перед умягчением сульфат магния.
Подземные воды, в которых содержится сероводород, встречаются в Московской и Псковской областях, Краснодарском крае, Средней Азии, Поволжье, Приазовье и других районах нашей страны.Наличие в воде сероводорода часто препятствует использованию воды для хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения.
В природной воде сернистые соединения находятся в виде молекулярно растворенного в воде сероводорода НгБ, гидросульфид-иона НБ- и сульфид-иона Б2-. При одновременном присутствии в воде сульфид-ионов и железа образуется черная тонкодисперсная взвесь сульфида железа.
Сущность этого способа заключается в выделении газа из воды в воздух вследствие более низкого парциального давления его в воздухе, чем в воде, содержащей сероводород.Из этой формулы ясно, что увеличение площади поверхности контакта воды и воздуха разбрызгиванием или уменьшением размера пузырей воздуха при барботиро-вании воды позволяет увеличить интенсивность дегазации.
Снижение в воде содержания сероводорода может быть результатом окисления его кислородом воздуха, растворенным в воде.По стехиометрическому соотношению на 1 мг НгЭ требуется 2,25—2,5 мг кислорода, что согласуется с данными непосредственных измерений [22].
При небольшом содержании в воде сероводорода для очистки воды применяют хлорирование.Как показали лабораторные и производственные эксперименты, для полного удаления сероводорода (общее содержание НгБ, определенное йодометрически, равно нулю) требуется около 5 мг хлора на 1 мг сероводорода. По-видимому, реакция идет одновременно по двум направлениям в соответствии с уравнениями ( .9) и (1У.10).
Процесс утилизации сероводорода в результате жизнедеятельности микроорганизмов имеет ряд особенностей [12, 14, 19].Бесцветные серные бактерии, окисляющие сернистые соединения, можно разделить на две группы: откладывающие серу вне клеток (тиоиовые) и внутри клеток (серобактерии).