Автокаталитические загрузки

В этой статье я расскажу про такой класс материалов обезжелезивания, как автокаталитические загрузки.

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

UPDATE сентябрь 2017 — в присутствии сероводорода без аэрации пиролюзитные автокаталитические загрузки (конкретно Baufilter B) могут насыщать воду марганцем! Будьте осторожны, данный способ очищает бытовую воду, которая не должна использоваться, как питьевая.

Как работает автокаталитическая загрузка

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 Baufilter B, которую я тоже использую как автокаталитический материал. Он на 89% состоит из двуокиси кремния SiO2 и так же отдает свой кислород растворенным веществам в небольшой концентрации. Эта современная загрузка, как и другие пиролюзитные загрузки могут пылить растворенным марганцем в присутствии сероводорода, поэтому данные схемы применяются только, если сероводорода в воде нет, либо концентрация его в пределах 0.003 мг/л

Применение пиролюзита и Baufilter B 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 пиролюзита резко падает, а при 6.5 пиролюзит без внешнего окислителя по моему опыту перестает работать вовсе, вместо очистки воды пиролюзиты могу насыщать воду растворенным марганцем.

Поэтому для применения пиролюзита в качестве актокаталитической загрузки следует учитывать:

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

Теперь расскажу про некоторые особенности материалов и особенности их применения на практике:

Пиролюзит

Пиролюзит — это не какой-то специализированный материал обезжелезивателя, а природный минерал. На базе пиролюзита создан американский широко известный в России материал Birm. Это легкий, пористый  аллюмосиликат на поверхность которого тончайшим слоем химически нанесен слой пиролюзита. То есть Birm — это материал искуственный. Общая концентрация пиролюзита во всемирно известном материале Birm, если не ошибаюсь около 0.01%. Я не знаю историю его создания, очень интересно было бы познакомиться с ней, но мне кажется он создан скорее талантливым маркетологом, нежели инженером. 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, короче, материал 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.

Помимо Birm’а пиролюзит играет роль каталитического слоя в материалах ДМС, МТМ, СуперФерокс и других

Так вот, пиролюзит о котором здесь идет речь целиком и является пиролюзитом. Его крупицы на 70-90% состоят из пиролюзита с вкроплением других горных пород. Всем известные материалы:

  • Pyrolox
  • m-Dox-80 (он же Stirox)
  • сорбент МСК
  • Aqua-mandix 78%

Практически являются чистыми пиролюзитами. Так же пиролюзит продается нужных фракций без бренда, как в советские времена просто в виде дробленого пиролюзита различных фракций на химических базах, сейчас уже и те, кто занимается водоочисткой его закупают и продают специально для водоподготовки, хотя на самом деле он был сделан для химической и прочей другой промышленности, для разных целей. Пиролюзит используют в батарейках и разных технологических процессах.

Пиролюзит материал тяжелый, мы не можем позволить себе 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 1354 с автокаталитическим удалением железа при вышеперечисленных условиях тяжелый пиролюзит используется лишь в качестве ядреной добавки к сорбентам АС/МС.

  • Сорбент АС 30л
  • Сорбент МС 22л
  • Пиролюзит 17л
  • Щебень 10л

Стоимость комплекта для колонны 1354 — 100$

Все это последовательно засыпается в колонну в порядке указанном выше, 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 (до горла 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 я рекомендую 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.

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. есть подозрения, что он может отдавать свободный марганец в небольшом количестве во время фильтрации.

Baufilter B

Новый, очень интересный материал. Созданный искусственно в виде шариков или круглых гранул. Это интересное и уникальное свойство для обезжелезивающих загрузок. Я не знаю никаких других материалов обезжелезивания имеющих форму круглых гранул. Доступен для розничной покупки в виде фракций 0.7-1.3 и 0.3-0.7мм.

Этот материал обладает низкой насыпной плотностью, очень пористый и легкий. За счет этого мы можем позволить себе наполнить им колонну полностью. Поэтому для применения Baufilter В, рекомендую в качестве минимальной системы удаления железа использовать колонну 1252, в которую хорошо размещаются 2 мешка загрузки — 56 литров. Подложечный слой Щебень окатанный фракцией 2-5мм.

Для его промывки требуется довольно низкая скорость потока — 15-20м/ч

Так же обладает ионно-катионным обменом за счет чего очень хорошо удаляет железо и марганец.

Этот материал не повышает pH исходной воды. Хорошо снижает перманганатную окисляемость, удаляет нефтепродукты, боится сероводорода. Небезопасен для здоровья в присутствии сероводорода, поэтому его не следует использовать для получения питьевой воды.

Истираемость Baufilter B оценивается производителем в 1.2% в год — фантастически низкая. Срок службы по регламенту 4 года.

Работает со всеми видами окислителей. С аэрацией удаляет какие-то не реально большие количества железа. До 30 мг заявлено производителем. Не боится разломов гранул.

Стоимость комплекта для колонны 1252 (2 мешка, 56л) — 50$

Инструкция на сайте производителя

 



4 комментария

  1. Сергей

    Здравствуйте, Павел!
    Подскажите, пожалуйста, есть ли какие-нибудь отчеты по испытаниям загрузки Baufilter B? В частности, интересует как она справляется с марганцем, ибо с ним наиболее часто приходится повоевать.
    Буду признателен, если предоставите информацию на почту.

    • Пока никаких отчетов нет. Материал неоднозначный. 2 мг железа удаляет, но даже при 3.5-5 мг железа С АЭРАЦИЕЙ работает через раз.

  2. Роман

    Павел, здравствуй!
    Термин «автокаталитические» загрузки, наверное, условный? Почему-то его не использует ни одна фирма, занимающаяся водоподготовкой, по крайней мере, на их официальных сайтах ( например, Акватрол) те же загрузки Бауфильтр-Б и Пиролюзит проходят как просто каталитические, без всякой приставки «-авто». Это подстраховка, чтобы невзначай не наобещать потенциальному клиенту недостижимый результат или что, как думаешь ?

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *