Автокаталитические загрузки

Некоторые минералы, например пиролюзит, обладают окислительной способностью по отношению к соединениям железа, марганца, сероводорода и аммонию растворенных в воде. Это окисление происходит за счет кислорода, содержащегося в минерале, который представляет из себя практически чистую (на 70-95%) двуокись марганца - MnO₂.

Так красиво выглядит минерал пиролюзит в природе:

Суть процесса окисления в следующем: на поверхности крупиц пиролюзита образуется атомарный кислород, который отдает двуокись марганца, оставаясь при этом устойчивым оксидом MnO. Рабочий слой поверхности крупиц пиролюзита тончайший — буквально несколько молекул. Растворенное железо, имея контакт с данным материалом окисляется до нерастворимой трехвалентной формы и сорбируется на поверхность частиц Сорбента МС, который обычно засыпают в одну колонну вместе с пиролюзитом. Эти два материала в некоторой степени смешиваются в колонне обезжелезивателя.

Во время обратной промывки, крупицы пиролюзита и Сорбента МС псевдоожижаются, оказываясь в свободном плавании в толще воды из-за расширения слоя загрузки на 30-40% при интенсивном движении воды снизу вверх. Возникает что-то наподобие гейзера, где твердые вещества, находясь в потоке воды всплывают и тонут, затем снова всплывают. В этом процессе обратной промывки частицы трутся друг об друга и отработанный слой пиролюзита физически стирается от этого трения, уносится в канализацию вместе с гидроокисью железа, марганца и другими удаляемыми веществами. Открывается новый активный слой пиролюзита, готовый в некоторой степени окислять растворенное железо, марганец и все, что поддается окислению. При этом истираемость загрузки оценивается производителями в 5-8% в год.

По такой же схеме работает загрузка SuperFerox, которая так же может быть использована как автокаталитический материал. Она на 70% состоит из двуокиси кремния SiO2 и так же отдает свой кислород растворенным веществам в небольшой концентрации.

Применение пиролюзита и SuperFerox в качестве автокаталитического материала годится лишь для небольших концентраций железа <2,5мг/л, марганца <0.3мг/л. Не рекомендуется для удаления сероводорода и органических веществ в концентрации более 5мгО/л. При этом pH среды должен быть не менее 7, при снижении pH меньше 6.8 эффективность работы загрузки резко падает.

Поэтому для применения пиролюзита в качестве автокаталитической загрузки следует учитывать:

• pH >7
• Железо <2,5мл/л
• Марганец <0.3мг/л
• Сероводород <0.003мг/л
• Перманганатная окисляемость <3 мгО/л

В водоочистки применяют гранулы пиролюзита, разных фракций. Материал имеет бурый или чуть красноватый оттенок в зависимости от производителя:

Пиролюзит — это не какой-то специализированный материал обезжелезивателя, а природный минерал. На базе него создан американский широко известный в России материал Birm. Это легкий, пористый алюмосиликат на поверхность которого тончайшим слоем химически нанесен слой пиролюзита. То есть Birm — это материал искусственный. Общая концентрация пиролюзита во всемирно известном материале Birm, около 0.01%. Железо удаляет прекрасно, но только с аэрацией воздухом, другие окислители не подходят, боится сероводорода, практически не удаляет марганец при стандартных уровнях pH в районе 7-7.5, не годится для удаления нефтепродуктов, работает только при высоком уровне pH, низкой перманганатной окисляемости. Материал достаточно капризный, хорошо работает только в узком диапазоне параметров исходной воды, только по железу и только с аэрацией. При этом его активный слой стирается за 2-3 года, в следствие чего требуется замена фильтрующей среды каждые 3 года. Автокаталитическими свойствами практически не обладает. Способен снижать концентрацию железа с 0.4 до 0.2мг/л без окисления воздухом.

Так же пиролюзит продается нужных фракций и без бренда, как в советские времена просто в виде дробленого пиролюзита различных фракций на химических базах в развес и его активно закупают для целей водоочистки. Хотя на самом деле он был сделан для химической и прочей другой промышленности, для разных целей - используют в батарейках и разных технологических процессах.

Пиролюзит материал тяжелый, нельзя просто взять и насыпать его целую колонну из-за недостаточной в бытовых условиях производительности скважинного насоса. Для его промывки требуется высокая скорость потока воды, да и сорбционные его свойства вызывают сомнение.

Поэтому для сборки простейшего обезжелезивателя на колонне например 1354 с автокаталитическим удалением железа при вышеперечисленных условиях тяжелый пиролюзит используется лишь в качестве ядреной добавки к сорбентам АС/МС.

Все это последовательно засыпается в колонну в порядке указанном выше, начиная с конца списка, где щебень находится на дне, а сорбент АС представляет верхний слой. В процессе обратной промывки пиролюзит частично смешивается с сорбентом МС, образую не очень толстый (46см) слой для активного окисления и фильтрации (возможно и сорбции в определенной степени) трехвалентного нерастворимого железа Fe(OH)₃. А верхний более легкий слой сорбента АС находится сверху и осветляет воду на подходе к активному слою Сорбента МС с пиролюзитом.

После этого устанавливается оптимальный уровень взрыхления загрузки (под горло баллона). Уровень взрыхления рекомендуется контролировать несколько раз в год.

Особенность пиролюзита в том, что во время обратной промывки он «пылит». Стираясь от трения частиц, он интенсивно окрашивает воду в темно-серый цвет. Поэтому прямой промывкой после завершения обратной пренебрегать не стоит. Дайте достаточно времени на прямую промывку, чтобы вся муть вышла из колонны после завершения обратной промывки иначе первые несколько десятков литров воды в доме будут с серым оттенком.

Таким образом рекомендуется делать промывку пиролюзита тем чаще, чем больше железа в воде, тем дольше, чем больше колонна. Для стандартный условий: 2 мг железа, марганца нет, pH - 7, перманганатная окисляемость 0-2, достаточно будет делать промывку раз в 5 дней или раз в неделю. Если этого недостаточно в Ваших условиях — делайте промывку чаще. Можно довести количество промывок до 1 раза в 2 дня со следующим циклом:

• длительность обратной промывки 15 минут
• длительность прямой промывки 10 минут

Естественно, во время промывки использовать воду в доме не получится, потому что она будет темно-серой, поэтому лучше ставить промывку на ночное время, когда наименее вероятен расход воды в доме.

• Сорбент МС обладает свойством повышать pH исходной воды. Поэтому первые десятки литров после простоя воды в фильтре могут быть с повышенным pH воды. Для питьевых целей не рекомендую применять пиролюзит, т.к. при определенных условиях как было написано выше, он может отдавать свободный марганец в небольшом количестве во время фильтрации.