Реагентное умягчение-обезжелезивание воды

Кроме жесткости, природная вода из подземных источников может содержать повышенные концентрации железистых соединений.

Железо в природной воде встречается в виде ионов двухвалентного железа Fe²⁺, а в сильнощелочной среде — в виде FeOH⁻.

Для воды с повышенной щелочностью могут быть характерны карбонаты и гидрокарбонаты железа. Растворимость солей железа зависит от щелочности воды и описывается соотношением:

Как следует из уравнения, при снижении величины pH и повышении кислотности раствора растет растворимость соединений железа.

Технология обезжелезивания воды предполагает, что известны формы, в которых железо присутствует в природной воде.

Степени окисления ионов железа и формы существования железа в растворе зависят от величин pH и редокс-потенциала. Растворенное в воде железо в форме ионов Fe²⁺ и FeOH⁻ может стать нерастворимым и выпасть в осадок (гидроксид или карбонат железа) при изменении кислотно-основного показателя раствора.

Для того чтобы выделить железо из обрабатываемой воды, его переводят в нерастворимую форму — в форму карбоната (FeCO₃) или гидроксида железа (Fe(OH)₂).

Реагентные методы обезжелезивания воды основаны на подщелачивании раствора щелочным реагентом для того, чтобы выделить гидроксид железа. Железосодержащий осадок удаляют из воды механическими методами — отстаиванием или фильтрованием.

Двухвалентную форму железа переводят в карбонат — для этого применяют известь или какой-либо другой щелочной реагент. Процесс идет без доступа воздуха и при pH раствора ≥8,1 чтобы двухвалентное железо не успело окислиться.

Образование карбоната кальция (CaCO₃) идет при pH 7,5 с достижением равновесной концентрации при рН 9,5.

Для питьевых целей применяют частичное умягчение воды с достижением показателя pH 7,5-8,5. Щелочная среда предполагает возможность совместной кристаллизации карбонатов железа и кальция.

Однако есть предположения, что карбонат железа не обладает такой выраженной кристаллической структурой, как карбонат кальция. Поэтому кристаллизация карбоната железа в вихревом реакторе на поверхности загрузки будет не столь существенной, а мутность воды на выходе будет увеличиваться. Отработанная загрузка в вихревом реакторе, представляющая собой смесь карбоната кальция и карбоната железа, будет менее плотной.

Можно считать, что процессы выделения кристаллов карбоната кальция из природных подземных вод и из концентрированных вод установок обратного осмоса (концентрата) аналогичны. Однако в концентрате присутствуют дополнительные вещества — антискаланты, которые могут оказывать влияние на растворимость солей и на процесс кристаллообразования в растворе. Предполагается, что антискаланаты в форме полифосфатов подавляют процесс образования зародышей кристаллов карбоната кальция, что в итоге увеличивает длительность химической реакции.