Dzelzs ūdenī atrodas divvērtīgu un trīsvērtīgu jonu veidā. Kā no šiem piesārņotājiem attīrīt dzeramos un tehniskos šķidrumus? Aktuāla problēma parastai ģimenei un lielam uzņēmumam. Apsveriet iemeslus, no kuriem atkarīga dzelzs šķīdība ūdenī, piesārņojošo vielu formas, ferosavienojumu atdalīšanas metodes.
Kāpēc krāna ūdens ir dzeltens un brūns?
Dzelzs savienojumi piešķir ūdenim dzeltenīgu krāsu, bieži vien ir nepatīkama pēcgarša, var pamanīt piesārņojumu brūnu pārslu veidā. Šīs parādības ir dzeramā ūdens organoleptisko īpašību pasliktināšanās. Ūdens patērētāji vispirms pievērš uzmanību krāsas maiņai. Turklāt tas ietekmē cilvēku veselību. Sliktas kvalitātes krāna ūdens patēriņš, kas satur dzelzi, negatīvi ietekmē aknu, zobu, visa kuņģa-zarnu trakta, ādas un matu stāvokli.
Šīdība ūdenī ir izskaidrojama ne tikai ar iežu sastāva ferosavienojumu mijiedarbību ar citām vielām dabā. paceļasFe2+ un Fe3+ jonu koncentrācija korozijas procesa dēļ, kas pastāvīgi notiek ūdens apgādes ierīcēs un caurulēs, kas izgatavotas no dzelzs sakausējumiem. Cauruļvadi pamazām kļūst nelietojami, mainās produktu īpašības, kuru ražošanā izmantots ūdens ar dzelzs piejaukumu.
Kāda ir dzelzs šķīdība ūdenī?
Ķīmiskais elements, kam dots latīņu nosaukums Ferrum, ir otrais visbiežāk sastopamais zemes garozā pēc alumīnija. Lielos daudzumos uz planētas ir dzelzs pirīta vai pirīta nogulsnes (tā formula ir FeS2). Dzelzsavienojumi ir atrodami vulkāniskas un nogulumiežu izcelsmes iežos hematīta, magnezīta, brūnās dzelzsrūdas veidā.
Vienkāršā viela dzelzs ir sudrabaini pelēks kaļamais metāls, kas nešķīst ūdenī. Oksīdi un hidroksīdi, daudzi dzelzs sāļi arī nesadarbojas ar ūdeni. FeO šķīdība ūdenī tiek apspriesta saistībā ar tā spēju oksidēties līdz dzelzs oksīdam. Runājot par FeO ūdens šķīdumu, tie nozīmē dzelzs jonu saturu. Dažos ūdens avotos šis skaitlis sasniedz 50 vai vairāk miligramus uz 1 litru. Tā ir augsta koncentrācija, šāds dzeramais ūdens ir jāattīra.
Kā dzelzs nokļūst dabiskajos ūdeņos?
Fiziskā un ķīmiskā erozija izraisa dzelzs savienojumus saturošu iežu sasmalcināšanu, šķīšanu un iznīcināšanu. gadā notiekošo reakciju rezultātādabā tiek atbrīvoti joni Fe2+ un Fe3+. Viņi aktīvi iesaistās redoksprocesos. Divvērtīgais jons tiek oksidēts, nodod elektronu un kļūst trīskārši uzlādēts. Dzelzs šķīdība ūdenī ir katjona Fe2+ klātbūtne. Šķīdumā notiekošo reakciju rezultātā tiek iegūti dažādi sāļi. Starp tiem ir šķīstoši, piemēram, sulfāti, un nešķīstoši (sulfīdi, karbonāti). Ja šāds ūdens ir bez dzelzs, šķīstošā forma kļūst nešķīstoša, veidojas pārslas, kas izgulsnējas. Dzelzs dzelzs tiek oksidēts līdz trīsvērtīgam skābekļa vai citu oksidētāju (ozona, hlora) klātbūtnē.
Jonu transformācijas galu galā noved pie brūnas rūsas, kas izturīga pret turpmāku oksidāciju, parādīšanos, tās nosacīto sastāvu var attēlot šādi: Fe2O3 • nH2O. Daļiņas Fe3+ ir daļa no sarežģītām neorganiskām un organiskām vielām, kas atrodamas virszemes ūdeņos.
Vai ferosavienojumu saturs dabiskajos ūdeņos ir vienāds?
Ķīmiskā elementa koncentrācijas un dzelzs veidi ūdenī ir atkarīgi no zemes garozas iežu sastāva un dažādu avotu stāvokļa. Vienlaikus var būt sastopami divvērtīgi un trīsvērtīgi dzelzs savienojumi, organiskas formas, piemēram, dzelzs baktērijas un koloidālās vielas (šķīstošās un nešķīstošās).
Ja ir sulfātu rūdu nogulsnes, ir lielāka iespēja, ka dzelzs dzelzs būs augstā koncentrācijā. Šķīdība ūdenīferosavienojumi palielinās līdz ar temperatūru vulkānisma apgabalu tuvumā. Dzelzs saturs upēs un ezeros ir lielāks, ja notekūdeņi tiek novadīti no metalurģijas un ķīmiskajām rūpnīcām.
Kā attīrīt ūdeni no dzelzs?
Derosavienojumu noņemšanai tiek izmantotas reaģentu un nereaģentu metodes. Lielāko daļu procesu pamatā ir divvērtīgā jona oksidēšana par trīsvērtīgu katjonu. To pašu viņi dara ar citiem piemaisījumiem ūdenī – tos pārvērš nešķīstošos savienojumos un noņem ar filtru. Lielāko daļu rūpniecisko iekārtu darbība balstās uz šo principu.
Kāda ir dzelzs šķīdība ūdenī, ko nosaka, izmantojot instrumentus. Pēc tam dzelzs atdalīšanu veic ar ķīmiskiem reaģentiem: skābekli, hloru, ozonu, kālija permanganātu, ūdeņraža peroksīdu. Notiek ķīmiskas oksidācijas reakcijas un tiek iegūtas nešķīstošas nogulsnes. To var ne tikai filtrēt, bet arī noņemt pēc nostādināšanas ar dekantēšanu (no nosēdumiem notecināt tīru ūdeni). Ozonēšanas un hlorēšanas laikā dezinfekcija (dezinfekcija) notiek vienlaikus. Tiek uzskatīts, ka ozona izmantošana ir daudzsološāka metode, jo hlors ir bīstams cilvēka veselībai.
Kādi ir veidi, kā noņemt dzelzi no maza ūdens daudzuma?
Mājās no iepriekš minētajiem reaģentiem var izmantot ūdeņraža peroksīdu un kālija permanganātu. Kā attīrīt ūdeni no dzelzs, ja vēlaties iegūt nelielu daudzumu īsā laikā? Kad ūdenim pievieno peroksīdu,nogulumu pārslas. Jāgaida, līdz tas nogulsnējas trauka apakšā un notecina ūdeni vai jāizlaiž caur parastu krūzes filtru. Šis attīrītais ūdens ir piemērots dzeršanai un ēdiena gatavošanai.
Attiecībā uz organiskajām dzelzs formām iepriekš minētās metodes ir neefektīvas. Iepriekš minētie reaģenti nenosēdina koloidālās daļiņas pietiekami ātri.
Jonu apmaiņa un katalīze - ūdens atdzelžošanas metodes
Ir autonomas iekārtas, kas darbojas pēc katalīzes, jonu apmaiņas principiem. Ierīces tiek izmantotas ūdens attīrīšanai mazos rūpniecības uzņēmumos un kotedžās.
Dzelzs katalītiskajā metodē tiek noņemts, izmantojot īpašu aizbērumu, kas ražots no dabīgām un sintētiskām izejvielām. Filtrs ūdens atlikšanai ir metāla trauks. Aizpildījums tiek ievietots iekšpusē un ūdens tiek izvadīts cauri. Viela ir dzelzs oksidācijas katalizators, kas no dažādām formām pārvērš to nešķīstošā stāvoklī.
Jonu apmaiņas atdzelžošanā tiek izmantoti katjonu apmaiņas līdzekļi, kas iegūti no jonu apmaiņas sveķiem, piemēram, ceolīta (minerāls). Pēdējos gados ir uzsākta sintētisko produktu ražošana ūdens atdzelžošanai ar jonu apmaiņu.
Kāpēc mums vajadzīga alternatīva reaģentiem?
Ķīmiskās vielas tiek lietotas ilgstoši, ja ir šis kaitīgais piemaisījums - dzelzs ūdenī. Dzelzs veidi ir dažādi, tāpēc jāmeklē labākais risinājums, ūdens attīrīšanai piemērota metodeno konkrēta avota, kuram ir noteiktas dzelzs formas un koncentrācija.
Hlorēšana ir pagātne, šī metode negatīvi ietekmē ūdens kvalitāti un sabiedrības veselību. Ūdens aerācija jeb bagātināšana ar gaisu ir metode, kurai praktiski nav trūkumu. Skābeklis tiek izvadīts caur ūdeni, dzelzs tiek oksidēts, un nešķīstošās nogulsnes pārslas var noņemt, filtrējot vai nostādinot.
Atdzelžošana tiek veikta bez ķīmiskiem reaģentiem – izmantojot elektroķīmisko metodi. Divi elektrodi ir iegremdēti tīrāmā ūdens traukā. Negatīvais elektrods - katods - piesaista un notur pozitīvi lādētus dzelzs jonus neatkarīgi no to formas. Vēl viena nereaģenta metode ir īpašu membrānu izmantošana.
Katrai no iepriekšminētajām metodēm ir ne tikai priekšrocības, bet arī trūkumi. Metodes izvēle ir atkarīga no formas, kādā dzelzs atrodas ūdenī.
