راهنمای جامعی از روش های جداسازی آهن، تجهیزات و محدودیت های آن ها در تصفیه آب .
نوشته شده توسط اسکات هارمون (صنعت آب، اپریل 2003)
آهن عمدتا به طور مشخص در آب یا با ایجاد لکه هایی در لوله کشی ها دیده می شود.
در زمان انتخاب روشی برای استخراج آهن باید یک قانون را به خاطر داشته باشیم و آن بی قانونی است. همانطور که در تمامی مشکلات به کارگیری آب دیده می شود، راه حل این قضیه 50 درصد علمی و 50 درصد تجربی است.
اطلاعات زیر اقسام مختلف فرآیندهای استخراج آهن را که پایه ای برای این امر هستند تشریح می کند. قبل از به کارگیری هرکدام از این کاربردها، خوب است درکی از اقسام آهن موجود، تجهیزات و محدودیت های آن ها، محصولات و فرآیندهایی که با روش های تصفیه آب درگیر هستند داشته باشیم.
تجهیزات مناسب در تصفیه آب
زمانیکه توصیه هایی پیرامون استخراج آهن از مناطق مختلف کشور داریم باید مواردی از جمله دمای آب، PH، میزان قلیایی بودن، محتوای اکسیژن حل شده و سایر فاکتورهایی که بر نتایج واقعی تاثیر گذارند را در نظر بگیریم.
اکثر شکست های کاربردی در اثر انتخاب نکردن تجهیز درست برای شرایط آب موجود رخ می دهند. باید دستورالعمل سازنده را با در نظر گرفتن نرخ جریان، نرخ شستشوی پشتیبان، سطوح PH، سطوح بیشینه ی آهن ورودی، دمای آب و هرگونه محدودیت کارایی که سازندگان به عنوان عاملی برای تجهیزات و مدیا برای انتقال بهترین نتایج طراحی از آن یاد کرده اند را در نظر بگیریم.
فیلتر تصفیه آب
اکثر دستگاه تصفیه آب فیلترکننده ی آهن برمبنای اصل اکسایش آهن (اکسایش) برای تبدیل این یون از فروس (یون حل شده یا قابل حل) به فریک یا حالت غیرحلال عمل می کنند. چرا که در حالت فریک، آهن می تواند فیلتر شود.
فیلتر تصفیه آب از جمله پرکاربردترین تجهیزات استخراج آهن اند. پرکاربرد بودن آن ها از تطبیق پذیری شان با محصولاتی در مدیاهای مختلف موجود یا پروسه ای که در آن به کار گرفته می شوند، نشات می گیرد.
یکی از مرسوم ترین دلایل خرابی فیلترها نبود جریان در بک واش یا عدم احیاء دوره ای است. سطوح PH پایین نیز دلیل دیگری برای نتایج نامطلوب است.
نرم کننده های آب
نرم کننده های طراحی بسته به طراحی یون های آهن را تبادل می کنند. زمانیکه در استخراج آهن به کار گرفته می شوند، نرم کننده ها از رزین کاتیونی ای برای تبادل آهن با سدیم همچنین در تبادلات کلسیمی و منیزیمی با سدیم در فرآیند نرم کنندگی استفاده می کنند.
نرم کننده ها غالبا برای استخراج سطوح پایینی از یون های فروس آهن (ppm 3-1) به کار می روند، بنابراین استخراج 10 یا مقادیر بیشتری ppm به شرایط آب و تنظیمات کنترلی بستگی دارد.
آخرین چیزی که یک نرم کننده ی آب برای آهن فروس نیاز دارد اکسایش و تبدیل آن به حالت فریک است. از آنجا که PH در سرعت این تبدیل نقش مهمی بازی می کند، لازم است بدانیم که نرم کننده ها در PH های پایین بهتر عمل می کنند، که این امر طول عمر بستر را نیز طولانی تر می کند.
آهن در حالت فریک، رزین را می پوشاند، که این امر مستلزم اتصال سایت های مبادله و رسوب دادن رزین است. رسوب دادن آهن ممکن است در هر کاربری آهن رخ دهد و به تعویض مدیا نیاز دارد.
تجمع بالای نمک، بک واش های طولانی، تولید مکرر و استفاده از پاک کننده های آهن موارد کلیدی برای طول عمر طولانی تر بستر می باشند. با این حال، حتی پس از انجام این مراحل برای جلوگیری از ایجاد رسوب در بستر، در نهایت رزین تسلیم آهن شده و باید تعویض شود.
انتخاب مدیا
هر روش تصفیه آب نقاط قوت و ضعف مختص خود را دارد. به عنوان مثال در انتخاب تجهیزات، باید از دستورالعمل های سازنده تبعیت کنیم و برای دستیابی به بهترین نتایج به محدودیت های به کارگیری مثل دمای آب، قلیایی بودن PH و محتوای اکسیژن محلول توجه داشته باشیم.
به منظور انجام این امر، متخصصین تصفیه آب نیازمند داشتن درک روشنی نسبت به تمامی محدودیت هایی که در انتخاب محصول و تجهیزات موجود وجود دارند هستند.
فیلتر نمودن که به ادوات مختلفی برای اکسایش نیاز دارد رایج ترین روش برای استخراج آهن است. بسته به مدیای انتخاب شده، سایر پروسه های مرسوم مثل اوزون دهی، هوادهی، کلرزنی یا تزریق پراکسید ممکن است برای شدت بخشیدن به خواص اکسید کنندگی آبی که تصفیه می شود به کار گرفته شوند.
سنگ ریزه های سبز
سنگ ریزه های سبز یکی از قدیمی ترین اما اثبات شده ترین تکنولوژی های اکسایش هستند. پتاسیم پرمنگنات، به خودی خود اکسیدکننده است، که برای احیاء سنگ ریزه های سبز به کار گرفته می شود.
در این کاربرد، پتاسیم پرمنگنات بر روی سطح مواد معدنی منگنز اکسید تولید می کند و زمانیکه آب در تماس با آن قرار می گیرد هر گونه آهن موجود اکسید می شود. آهن می تواند فیلتر شود و به طرق ممکن از چرخه ی بک واش خارج شود. سنگ ریزه سبز همیشه با سطوح پایین H2S (هیدروژن سولفید) و منگنز اثرگذار است.
سنگ ریزه ی سبز سنتزی ماده ی معدنی دانه دانه ای است که با پوششی از منگنز دی اکسید توانایی مشابهی با سنگ ریزه های سبز مرسوم دارد. این سنگ ریزه ی سبز بسیار سبک تر است و نسبت به به سنگ ریزه های سبز استاندارد به نرخ بک واش کمتری نیاز دارد.
منگنز دی اکسید
منگنز دی اکسید سنگ معدنی طبیعی ای با قابلیت استخراج آهن، منگنز و هیدروژن سولفید است. هیدروژن سولفید این قابلیت را دارد که سنگ ریزه های سبز یا سنگ ریزه های سبز سنتزی را بدون نیاز به هیچ ماده ی شیمیایی ای احیاء نماید.
با این حال، قابل ذکر است که به مقادیر کافی اکسیژن محلول در آب به عنوان کاتالیست نیاز دارد و ممکن است برای رسیدن به بالاترین حد توانایی خود به برخی اقسام پیش اکسیدکننده ها نیز نیاز داشته باشد.
بیرم
بیرم توانایی استخراج آهن و منگنز را دارد و هیچ تاثیری بر هیدروژن سولفید نمی گذارد. مثل منگنز دی اکسید، بیرم نیز به عنوان کاتالیست از اکسیژن محلول استفاده می کند و ممکن است در مواردی که محتوای اکسیژن محلول بسیار ناچیز است برای رسیدن به بیشینه ی استخراج آهن به برخی اقسام پیش اکسایش نیاز داشته باشد.
رداکس
مدیای رداکس، که برای تاثیرگذاری به اکسیژن محلول کافی نیاز دارد، از دو فلز تشکیل شده است، 85 درصد مس و 15 درصد زینک. این دو فلز نامشابه در بستر میدان الکتریکی کوچکی ایجاد می کنند که به باکتری ها اجازه ی رشد در مدیا را نمی دهد.
این ویژگی رداکس را در تاثیرگذاری بر آهن باکتریایی بدون استفاده از تزریق کلر متمایز و منحصر بفرد کرده و به عنوان یک ساکن کننده ی باکتریایی ممتاز نموده است.
اثرگذاری در استخراج آهن و هیدروژن سولفید، می تواند میزان کلر و فلزات سنگینی مثل سرب و جیوه را کاهش دهد، رداکس بر میزان منگنز تاثیری ندارد.
بزرگترین اشکال این مدیا وزن آن است. این مدیا تقریبا دو برابر سایر مواد معدنی وزن دارد، و نسبت به سایر مواد معدنی به نرخ بک واش دو برابری نیاز دارد. اندازه ی مخزن مواد معدنی نیز در آن نقش حیاتی ایفا می کند.