ברזל קיים במים בצורה של יונים דו-ערכיים ותלת-ערכיים. כיצד לנקות נוזלי שתייה וטכניים מהמזהמים הללו? בעיה דחופה למשפחה רגילה ולמפעל גדול. שקול את הסיבות שבהן תלויה מסיסות הברזל במים, צורות המזהמים, שיטות להסרת תרכובות ברזל.
למה מי ברז צהובים וחומים?
תרכובות ברזל מעניקות למים צבע צהבהב, לעיתים קרובות יש טעם לוואי לא נעים, ניתן להבחין בזיהום בצורת פתיתים חומים. תופעות אלו הן הרעה בתכונות האורגנולפטיות של מי השתייה. שינוי צבע הוא מה שצרכני המים שמים לב אליו קודם כל. בנוסף, ישנן השלכות על בריאות האדם. צריכת מי ברז באיכות ירודה, המכילים ברזל, משפיעה לרעה על מצב הכבד, השיניים, כל מערכת העיכול, העור והשיער.
המסיסות במים מוסברת לא רק באינטראקציה של תרכובות ברזל מהרכב הסלעים עם חומרים אחרים בטבע. עולההריכוז של יונים Fe2+ ו-Fe3+ עקב תהליך הקורוזיה המתרחש ללא הרף במכשירי אספקת מים וצינורות העשויים מסגסוגות ברזל. צינורות הופכים בהדרגה לבלתי שמישים, התכונות של מוצרים, שבהפקתם השתמשו במים בתערובת של ברזל, משתנות.
מהי המסיסות של ברזל במים?
היסוד הכימי, שקיבל את השם הלטיני Ferrum, הוא השני בשכיחותו בקרום כדור הארץ אחרי האלומיניום. בכמויות גדולות על פני כדור הארץ יש מרבצים של פיריט ברזל או פיריט (הנוסחה שלו היא FeS2). תרכובות ברזל נמצאות בסלעים ממוצא געשי ומשקע בצורה של המטיט, מגנזיט, עפרות ברזל חומות.
החומר הפשוט ברזל הוא מתכת רקיעה בצבע אפור-כסף, בלתי מסיס במים. תחמוצות והידרוקסידים, מלחי ברזל רבים גם אינם מקיימים אינטראקציה עם מים. המסיסות של FeO במים נידונה בהקשר ליכולתו להתחמצן לתחמוצת ברזל. כשמדברים על תמיסה מימית של FeO, הם מתכוונים לתוכן של יוני ברזל. במקורות מים מסוימים, נתון זה מגיע ל-50 מיליגרם או יותר לליטר אחד. זהו ריכוז גבוה, יש לטהר מי שתייה כאלה.
איך ברזל נכנס למים טבעיים?
שחיקה פיזית וכימית מובילה לריסוק, פירוק והרס של סלעים המכילים תרכובות ברזל. כתוצאה מהתגובות המתרחשות בהטבע, היונים Fe2+ ו-Fe3+ משתחררים. הם מעורבים באופן פעיל בתהליכי חיזור. היון הדו ערכי מתחמצן, תורם אלקטרון והופך לטעון משולש. מסיסותו של ברזל במים היא נוכחות הקטיון Fe2+. כתוצאה מהתגובות המתרחשות בתמיסה מתקבלים מלחים שונים. ביניהם מסיסים, כגון סולפטים, ובלתי מסיסים (סולפידים, קרבונטים). כאשר מים כאלה נטולי ברזל, הצורה המסיסה הופכת לבלתי מסיסה, נוצרים פתיתים המשקעים. ברזל ברזל מחומצן לתלת ערכי בנוכחות חמצן או חומרי חמצון אחרים (אוזון, כלור).
טרנספורמציות של יונים מובילות בסופו של דבר להופעת חלודה חומה העמידה בפני חמצון נוסף, ניתן לייצג את ההרכב המותנה שלה באופן הבא: Fe2O3 • nH2O. חלקיקי Fe3+ הם חלק מהחומרים האנאורגניים והאורגניים המורכבים המצויים במים עיליים.
האם התוכן של תרכובות ברזל במים טבעיים זהה?
ריכוזים של יסוד כימי וסוגי ברזל במים תלויים בהרכב הסלעים של קרום כדור הארץ ובמצבם של מקורות שונים. תרכובות ברזל דו ערכיות ותלת ערכיות, צורות אורגניות כגון חיידקי ברזל וחומרים קולואידים (מסיסים ובלתי מסיסים) עשויים להיות נוכחים בו זמנית.
אם יש משקעים של עפרות סולפט, סביר יותר שברזל ברזל יהיה קיים בריכוזים גבוהים. מסיסות במיםתרכובות ברזל גדלות עם הטמפרטורה ליד אזורי געש. תכולת הברזל בנהרות ובאגמים גבוהה יותר אם יש הזרמה של שפכים ממפעלים מתכות וכימיים.
איך לטהר מים מברזל?
שימוש בשיטות ריאגנטים ולא ריאגנטים להסרת תרכובות ברזל. הבסיס של רוב התהליכים הוא חמצון של יון דו ערכי לקטיון תלת ערכי. הם עושים את אותו הדבר עם זיהומים אחרים במים - הם מומרים לתרכובות בלתי מסיסות ומוסרים עם מסנן. פעולתם של רוב המתקנים התעשייתיים מבוססת על עיקרון זה.
מהי המסיסות של ברזל במים, נקבעת באמצעות מכשירים. לאחר מכן הסרת ברזל מתבצעת עם ריאגנטים כימיים: חמצן, כלור, אוזון, אשלגן פרמנגנט, מי חמצן. מתרחשות תגובות חמצון כימיות ומתקבל משקע בלתי מסיס. ניתן לא רק לסנן אותו, אלא גם להסיר אותו לאחר שקיעה בסילוק (נקז מים נקיים מהמשקעים). במהלך אוזונציה והכלרה, חיטוי (חיטוי) מתרחש בו זמנית. מאמינים שהשימוש באוזון הוא שיטה מבטיחה יותר, מכיוון שכלור מסוכן לבריאות האדם.
מהן הדרכים להסיר ברזל מכמויות קטנות של מים?
בבית, ניתן להשתמש במי חמצן ואשלגן פרמנגנט מהריאגנטים שלעיל. איך לטהר מים מברזל, אם אתה רוצה לקבל כמות קטנה בזמן קצר? כאשר מוסיפים מי חמצן למים,פתיתי משקעים. יש להמתין עד שהוא ישקע לתחתית המיכל ולנקז את המים, או להעביר אותם דרך מסנן כד רגיל. מים מטוהרים אלה מתאימים לשתייה ולבישול.
בהתייחס לצורות אורגניות של ברזל, השיטות הנ ל אינן יעילות. אותם ריאגנטים שהוזכרו לעיל אינם שוקעים חלקיקים קולואידים מהר מספיק.
החלפת יונים וקטליזה - שיטות להסרת ברזל מים
ישנם מתקנים אוטונומיים הפועלים על פי עקרונות הקטליזה, החלפת יונים. המכשירים משמשים לטיהור מים במפעלים תעשייתיים קטנים ובקוטג'ים.
ברזל בשיטה קטליטית מוסר באמצעות מילוי מיוחד המיוצר מחומרי גלם טבעיים וסינתטיים. המסנן לדחיית מים הוא מיכל מתכת. מילוי חוזר מונח בפנים ומים מועברים. החומר הוא זרז לחמצון של ברזל ברזל, הממיר אותו למצב בלתי מסיס מצורות שונות.
בהסרת ברזל מחליפי יונים, משתמשים במחליפים של קטונים, המתקבלים משרף מחליפי יונים, כגון זאוליט (מינרל). בשנים האחרונות הושק ייצור מוצרים סינתטיים להרחקת ברזל במים על ידי החלפת יונים.
למה אנחנו צריכים חלופה לריאגנטים?
שימוש בכימיקלים לאורך זמן אם יש את הטומאה המזיקה הזו - ברזל במים. סוגי הברזל שונים ולכן צריך לחפש את הפתרון הטוב ביותר, שיטה המתאימה לטיהור מיםממקור ספציפי שעבורו נקבעו צורות וריכוזים של ברזל.
הכלור הוא נחלת העבר, שיטה זו משפיעה לרעה על איכות המים ועל בריאות הציבור. אוורור או העשרת מים באוויר היא שיטה נטולת חסרונות כמעט. חמצן מועבר במים, ברזל מתחמצן, וניתן להסיר פתיתי משקעים בלתי מסיסים על ידי סינון או שקיעה.
הסרת ברזל מתבצעת ללא ריאגנטים כימיים - בשיטה אלקטרוכימית. שתי אלקטרודות טובלות במיכל מים לניקוי. האלקטרודה השלילית - הקתודה - מושכת ומחזיקה יוני ברזל טעונים חיובית, בכל צורה שהיא. שיטה נוספת שאינה מגיבה היא שימוש בממברנות מיוחדות.
לכל אחת מהשיטות לעיל יש לא רק יתרונות, אלא גם חסרונות. בחירת השיטה תלויה בצורה בה נמצא הברזל במים.
