Дослідження способів знезалізнення води. Перспективи та практичний аспект

Abstract

У статті розглянуто дослідження способів знезалізнення води, що є актуальним завданням у галузі водопідготовки, оскільки підвищена концентрація заліза у воді призводить до її непридатності для пиття та використання в промисловості. Актуальність теми обумовлена необхідністю покращення якості води, що використовується у виробничих процесах, та зменшенням її негативного впливу на навколишнє середовище. Одним із основних етапів процесу очищення води є аерація, що сприяє окисленню двовалентного заліза (Fe²⁺) до тривалентного (Fe³⁺), що в свою чергу змінює колір води на більш виражений жовтий. Вода після аерації набуває специфічних характеристик, таких як зміна pH, що є важливим фактором для подальших стадій очищення. Зокрема, pH змінюється з 5,92 до 7,72, що є свідченням утворення гідроксиду заліза тривалентного та часткової декарбонізації води. У роботі проаналізовано декілька варіантів застосування різних реагентів. Один з варіантів включає використання гашеного вапна (Ca(OH)2) і сірчанокислого алюмінію (Al2(SO4)3) для коагуляції, що забезпечує утворення осаду і освітлення води, а також підвищення швидкості осадження (до 2,7 мм/с). Інший варіант передбачає використання хлориду заліза (FeCl3), який ефективно утворює пластівці, що агрегуються за допомогою неіоногенного біофлокулянту. Дослідження показали, що поєднання коагулянтів та флокулянтів забезпечує більш ефективне очищення води, проте можуть виникати проблеми з неповним видаленням іонів заліза та необхідністю додаткових фільтраційних процесів. У разі перевитрати флокулянтів може виникнути ризик підвищення залишкових концентрацій реагентів у воді, що небезпечно для здоровʼя людини. Для усунення цих проблем було запропоновано використання вапна після коагулянтів для підвищення pH до оптимальних значень для флокуляції та зменшення концентрації сульфат-іонів. З огляду на практичні аспекти застосування методів очищення води, запропоновано використання безперервної схеми знезалізнення, що включає тонкошаровий відстійник для ефективного відділення агрегатів пластівців від очищеної води. Тонкошарові відстійники показали високу ефективність очищення завдяки інтенсифікації процесу відстоювання. Використання таких відстійників в реконструкції існуючих очистних споруд дозволяє значно покращити якісно-кількісні показники їх роботи.The article discusses the study of water deironing methods, which is an urgent task in the field of water treatment, since the increased concentration of iron in water makes it unsuitable for drinking and industrial use. The relevance of the topic is due to the need to improve the quality of water used in production processes and reduce its negative impact on the environment. One of the main stages of the water treatment process is aeration, which promotes the oxidation of ferrous iron (Fe²⁺) to trivalent iron (Fe³⁺), which in turn changes the color of the water to a more pronounced yellow. After aeration, water acquires specific characteristics, such as a change in pH, which is an important factor for further purification stages. In particular, the pH changes from 5,92 to 7,72, which is evidence of the formation of trivalent iron hydroxide and partial decarbonization of water. The paper analyzes several options for using different reagents. One of the options includes the use of slaked lime (Ca(OH)2) and aluminum sulfate (Al2(SO4)3) for coagulation, which ensures the formation of sediment and clarification of water, as well as an increase in the sedimentation rate (up to 2,7 mm/s). Another option involves the use of ferric chloride (FeCl3), which effectively forms flakes that aggregate with the help of a non-ionic bioflocculant. Studies have shown that the combination of coagulants and flocculants provides more effective water treatment, but there may be problems with incomplete removal of iron ions and the need for additional filtration processes. If flocculants are overused, there may be a risk of increased residual concentrations of reagents in the water, which is dangerous to human health. To eliminate these problems, it was proposed to use lime after coagulants to increase the pH to optimal values for flocculation and reduce the concentration of sulfate ions. Taking into account the practical aspects of the application of water treatment methods, it is proposed to use a continuous deferrization scheme, including a thin-layer settler for the effective separation of flake aggregates from treated water. Thin-layer sedimentation tanks have shown high treatment efficiency due to the intensification of the sedimentation process. The use of such settling tanks in the reconstruction of existing treatment facilities can significantly improve the qualitative and quantitative indicators of their operation.