حذف آهن از آب آشامیدنی

حذف آهن از آب آشامیدنی دارای روش های ویژه ای می باشد که در این محتوا به آن اشاره خواهد شد. در بخش آزمایشگاه شرکت آب راهبر محاسب (آبرام) آزمایش آهن آب و سایر فلزات موجود در آب آزمایش می شود. اگر در آب میزان آهن و سایر فلزات از رنج استاندارد بالا باشد، بخش فنی شرکت آب راهبر محاسب می توانند راهکارهای مناسب برای حذف آهن و سایر فلزات از آب ارائه دهند. این بخش دستگاه های تصفیه آب RO جهت بهبود کیفیت آب را نیز طراحی و تولید می کنید.

آهن از عناصری است که ترکیبات مختلف آن در آب وجود دارد. ترکیبات آهن در آب به دو صورت دو ظرفیتی (فرو) و سه ظرفیتی (فریک) می باشند. ترکیبات فریک شکل کاملاً اکسید شده ترکیبات فرو می باشند. ترکیبات آهن موجود در آب های سطحی بیش تر به صورت فریک می ­باشند، زیرا در اثر مجاورت آب با هوا، اکسیژن کافی موجود در آب، ترکیبات آهن را به طور کامل اکسید می کند. ترکیبات موجود در آب چاه معمولاً به صورت فرو می باشند. در اثر تماس آب چاه با هوا، ترکیبات فرو به فریک تبدیل می گردند.

حضور قابل توجه آهن در آب ها بسته به میزان غلظت آنها موجب ایجاد رنگ زرد مایل به قهوه ای می شود. وجود ترکیبات آهن در آب سبب ایجاد مزه نامناسب می گردد. اگر برای شست و شوی لباس استفاده شود موجب ایجاد لکه های رنگی می شود. این ترکیبات به لایه حفاظتی و بهداشتی لوازم و ظروف آسیب می رساند. غلظت بالای ترکیبات آهن می تواند سبب ایجاد رسوب در لوله ها و تجهیزات صنعتی شود. حضور ترکیبات آهن در آب خروجی یک سیستم می تواند نشان دهنده وجود خوردگی باشد. حد مجاز آهن برای آب های آشامیدنی ppm 0.3 و برای آب های صنعتی محدوده ppm 0.005 الی ppm  0.3 می ­باشد. آهن را به شیوه های مختلف می ­توان از آب جدا کرد که روش ­های متداول در ادامه بیان می ­شود.

روش های حذف آهن از آب:

الف) اکسیداسیون، ته ­نشینی و صاف کردن:

روش متداول برای اکسیداسیون، هوادهی آب می ­باشد. در هنگام هوادهی ابتدا گاز کربنیک از آب خارج می ­شود که این امر موجب بالا رفتن pH می ­گردد. افزایش pH خود عامل رسوب کردن هیدروکسید فرو در غیاب اکسیژن است، ولی چون حلالیت هیدروکسید فریک بسیار کمتر می باشد اکسیداسیون ترکیبات فرو به فریک به کمک دمیدن اکسیژن برای ایجاد رسوب مناسب تر است. بر اساس واکنش داده شده ترکیبات فرو به فریک تبدیل می گردند.

با توجه به واکنش بالا، مقدار  ppm 0.15 اکسیژن می تواند ppm ۱ آهن فرو را اکسید نماید. ذرات آهن اکسید شده حالت کلوئیدی دارند و دیر ته ­نشین می شوند. بنابراین بهتر است کـه بعـد از فرآیند هوادهی از یک حوضچه برای ته نشین سازی ذرات و یا از یک فیلتر برای جداسازی استفاده نمود. pH مناسب برای راسب شدن آهن حدود 7.5 می ­باشد که اگر به کمک هوادهی pH  آب بـه مقـدار مناسب نرسد باید قبل از هوادهی به میزان مناسب مواد قلیایی به آب افزوده شود.

حضور برخی از مواد آلی در آب که با آهن ایجاد کمپلکس می ­نمایند، تأثیر نامطلوب در اکسیداسیون دارند و در نتیجه اکسید کننده ­هایی مثل اکسیژن عمل نخواهند کرد. در چنین شرایطی از اکسید کننده های قوی تر مثل کلر یا پرمنگنات استفاده می گردد. به کار بردن پتاسیم پرمنگنات علاوه بر تسریع در عمل اکسیداسیون، كيفيت لخته گذاری و ته نشینی را بهبود می بخشد، زیرا آهن اکسید شده هسته اولیه تشکیل لخته را به وجود می آورد. استفاده از کلر موجب افزایش هزینه می گردد. کلر در pH پائین تر از pH لازم برای هوادهی هم تأثیر بسیار خوبی دارد. واکنش کلر در اکسیداسیون آهن به صورت زیر است.

باید در نظر داشت که استفاده از پرمنگنات پر هزینه و مشکل ­زا است، زیرا افزودن بیش از حد آن در آب موجب ایجاد رنگ ارغوانی در آب می گردد.

 ب) منعقدسازی، ته­ نشینی و صاف کردن:

وجود مواد آلی در آب با ایجاد کمپلکس آهن مانع رسوب کردن آهن می شود. لذا فرآیند هوادهی بازده مناسبی ندارد. استفاده از کلر نیز به دلیل گرانی و عدم تاثیر مناسب کارآیی چندانی ندارد. در این گونه موارد، استفاده از مواد منعقد کننده مثل آلـوم بهترین راه است. پس از افزودن مواد منعقد کننده، ترکیبات آهن در حوضچه های ته نشینی رسوب کرده و از آب جدا می گردد.

ب) انجام فرآیند نـرم سـازی (آب آهک / سدیم کربنات):

فرآیند نرم سازی توسط آب آهک / سدیم کربنات موجب کاهش قابل توجهی در مقدار آهن می گردد. زیرا هنگام افزودن این مواد به آب pH بـه انـدازه کافی افزوده می شود و ترکیبات فرو به فریک تبدیل می شوند و رسوب می کنند. عمـل هوادهی پیش از انجام فرآیند نرم سازی، اکسیژن لازم را برای تبدیل ترکیبات فرو به ترکیبات فریک فراهم می سازد.

ت) کاربرد رزین های تعویض یونی:

ترکیبات فرو را می توان توسط رزین های کاتیونی از آب جـدا کـرد ولی حضور تركيبات فریک موجب ایجاد رسوب روی رزین ها می شود، بنابراین لازم است آبی که وارد رزین ها می گردد، فاقد ترکیبات فریک باشد. رزین های کاتیونی بیشتر برای حذف یون های آهن موجود در آب چاه استفاده می شود. در این صورت لازم است از تماس این آب با هوا جلوگیری شود. فرمول حذف یون فرو توسط تبادل کننده های کاتیونی سدیمی به صورت زیر است.

برای احیای رزین ها و آزاد کردن یون های آهن از آب نمک استفاده می گردد.

رزین های تبادل کننده هیدروژنی نیز برای جداسازی یون های فرو از آب به کار می روند. برای احیای این رزین ها از سولفوریک اسید استفاده می شود.

 ث) صافی های تماسی (Contact filtration):

صافی ­های تماسی عامل اکسیداسیون و حذف ترکیبات آهن می باشند. این صافی ها به دو صورت وجود دارند.

• صافی های تماسی نوع اول:

این صافی ها به عنوان کاتالیزور برای اکسیداسیون آهن توسط اکسیژن به کار می روند.

• صافی های تماسی نوع دوم:

این صافی ها عامل اکسیداسیون آهن را نیز در اختیار آن قرار می دهند. آب ورودی به صافی های تماسی باید دارای شرایط زیر باشد:

_ عدم وجود هیدروژن سولفید.

_ عدم وجود مواد آلی.

_ وجود مقدار کافی اکسیژن.

_ وجود pH مناسب (حدود 6.5).

زئولیت های منگنز نوعی از این صافی ­ها می ­باشند که تنها موجب اکسیداسیون آهن می شوند و نمی ­توانند سختی آب را کاهش دهند. اکسید منگنز موجود در این رزین ها عامل اصلی اکسیداسیون آهن است.

این رزین ها را می توان توسط پتاسیم پرمنگنات احیاء کرد.

حذف منگنز از آب

منگنز به همراه آهن در آب وجود دارد ولی مقدار آن بسیار کمتر از آهن می باشد. منگنز بیشتر در آب چاه ها و به صورت دو ظرفیتی وجود دارد و مانند آهن رسوب می کند. منگنز هیدروکسید در درون لوله ها، رسوب قهوه ای یا سیاه رنگ به وجود می آورد.

روش های حذف منگنز مشابه آهن است ولی منگنز برای راسب شدن به pH بالاتری نیاز دارد و به راحتی آهن اکسید نمی شود. اکسیداسیون منگنز دو ظرفیتی به منگنز چهار ظرفیتی بر اساس واکنش زیر انجام می شود.

به منظور حذف منگنز توسط زئولیت سدیم باید از اکسید شدن منگنز قبل از ورود به زئولیت جلوگیری شود، زیرا رسوب منگنز موجب مسدود شدن منافذ زئولیت می گردد.