ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ РАСТВОРИМЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА И МАРГАНЦА НА ФИЛЬТРУЮЩЕЙ ЗАГРУЗКЕ «БРИЗАНТ».
Эффективность процессов обезжелезивания и деманганации очищаемой воды определяется как полнотой протекания, так и скоростями реакций окисления растворенных соединений железа и марганца и протекающих параллельно реакций гидролиза окисленных форм, приводящих к образованию нерастворимых продуктов гидратированных оксидов– Fe(OH)3, MnOOH, MnO2. Рассмотрим эти реакции:
- 4Fe2+ + O2 + 10H2O ↔ 4Fe(OH)3 + 8H+
- 2Mn2+ + O2 + 2H2O ↔ 2MnOOH + 4H+
- 2Mn2+ + O2 + 2H2O ↔ 2MnO2 + 4H+
Из стехиометрии представленных реакций видно, что при образовании 1 моля нерастворимой формы как железа, так и марганца образуются 2 моля ионов водорода, что приводит к понижению рН, значение которого будет определяться щелочностью исходной воды, в первую очередь содержанием карбонатных и гидрокарбонатных ионов. В любом случае, особенно при применении коагулянта значение рН очищаемой воды падает до ~6, что приводит к росту Red/Oх потенциалов реакций Fe2+ → Fe3+, Mn2+ → Mn3+ и соответственно смещению равновесия реакций 1, 2, 3 в сторону исходных продуктов.
Кроме того, увеличение концентрации ионов водорода является неблагоприятным кинетическим фактором рассматриваемых реакций. Фильтрующая загрузка «БРИЗАНТ» повышает значение рН очищаемой воды до 7,5 – 8 в зависимости от исходных значений рН и щелочности сырой воды, а также скорости фильтрации, в результате чего снимаются термодинамические ограничения приведенных выше реакций. Помимо этого, каталитически активный компонент содержащийся в составе загрузки существенно увеличивает скорости тех же реакций. Особенно необходимы увеличение значения рН и наличие каталитически активного компонента для реакции 3, поскольку в отсутствии этих свойств загрузки очистить воду от растворенных соединения марганца невозможно, что хорошо известно из многолетней практики водоподготовки.
Таким образом, при использовании фильтрующей загрузки «Бризант» в одноступенчатой напорной схеме очистки подземной воды с применением гипохлорита натрия в качестве окислителя, обеспечивается как глубокая очистка от железа и марганца, так и ее дезинфекция. Это особенно важно на данном водозаборе, так как скважины являются инфильтрационными, то есть пробуренными рядов с водохранилищем поверхностной воды, которые не обеспечивают чистоту сырой воды по биологическим показателям.
На наш взгляд не имеет большого смысла рассуждать о механизмах гидролитических процессов и окислительно-восстановительных реакций, поскольку под механизмами реакций, как правило, рассматриваются лишь грубые схемы, которые хорошо известны. Под механизмом же понимается знание химического состава и термодинамических функций всех промежуточных интермедиатов процесса, а также кинетики их образования и дальнейших превращений. Столь детальное изучение во многих случаях не имеет прикладного значения на наш взгляд и для процессов водоочистки.