Каталитические загрузки

1. Что такое каталитические загрузки

2. Как происходит фильтрация

3. Какая каталитическая загрузка наиболее эффективна

4. Выводы и рекомендации

В воде содержится большое количество разных примесей. У каждого оборудования для фильтрации есть свой элемент очистки. Одно из таких веществ – каталитическая загрузка.

1. Что такое каталитические загрузки?

Каталитическая загрузка – это особый вид материала, который способен ускорять реакцию окисления и устранять некоторые виды примесей из воды. Такой вариант фильтрации очень удобен при высокой производительности или обработки большого объема воды. Каталитические загрузочные материалы могут быть синтетическими или природными. Самыми известными являются цеолит, глауконит. Из категории искусственных выделяют с основой из керамзита, алюмосиликатов. Все вещества имеют пористую структуру и обработаны диоксидом марганца. Именно его присутствие дает каталитический эффект. Внешний вид загрузочного материала – обычные гранулы. Они могут быть разного размера или цвета, в зависимости от того какое вещество используется.

Рис. 1 Каталитический материал

Применяется такой материал как в открытых, так и в напорных системах водоочистки. Каждый тип загрузки имеет свои характеристики и требования к источнику воды. Обычно это кислотно-щелочной баланс, температура, отсутствие нефтяных продуктов распада. Иногда добавляется умеренная концентрация кислорода и отсутствие сероводорода.  Используются каталитические загрузки для устранения железа, марганца, растворенных газов. Могут быть совмещены с другими методами очистки. Но требуется предварительная обработка. При использовании каталитической загрузки важно вовремя осуществлять промывку фильтрующего материала и его своевременную замену при необходимости. У каждого загрузочного материала есть свой срок выработки, который указан в инструкции. При этом каталитическая загрузка подлежит полной замене. Увеличение концентрации загрязнений способствует частой очистке и, как следствие, снижение сроков замены.

2. Как происходит фильтрация?

Каталитическую загрузку помещают в колбу фильтра. Вода подается сверху вниз. Поток взаимодействует с фильтрующим материалом, начинается окисление среды и примеси выпадают в осадок. Далее поток проходит сквозь каталитическую загрузку и частицы попадают в пористую поверхность гранул, задерживаясь там. Более крупные остаются вверху, а мелкие в глубоких слоях. Сама фильтрация происходит внутри материала. Так как верхний слой материала очень пористый. Со временем пористая поверхность гранул заполняется и требуется их очистка. Промывка осуществляется подачей воды в обратном направлении. При этом гранулы соприкасаются друг с другом и, благодаря механическому воздействию, очищаются. Использованная вода сливается в дренаж.

Так настолько ли необходима каталитическая загрузка в фильтрации? Рассмотрим на примере. Окисление железа и выпадение его в осадок достаточно длительный процесс. Требуется, в среднем, 1 или 2 часа, чтобы началась реакция. А выпадение осадка происходит вообще через часов 10. При наличии ионов марганца процесс еще больше замедляется. Так как происходит подкисление и растворимость гидроокисей увеличивается.

Есть еще одна проблема, которую решает использование каталитической загрузки – наличие растворенных газов. А именно сероводорода. Появляется он из-за разложений органических соединений или при взаимодействии их с солями.

 Рис. 2 Фильтрация с помощью каталитической загрузки

Но несмотря на качественную и быструю фильтрацию, у загрузок такого типа есть определенные ограничения и требования. Например, требуется обязательная предварительная подготовка если вода мутная. Потому что скорее всего в ней содержится большое количество взвесей, бактерий и глины. Такие загрязнения залепляют поверхность гранул, а она должна оставаться чистой для притягивания ионов. Кроме того, сильно жесткая вода может подавлять катализатор и слеплять материал. При отсутствии кислорода в воде или сильно высоком/низком кислотно-щелочном балансе, происходит выщелачивание катализатора. Использование каталитической загрузки для очистки воды от органического железа нерентабельно. Так как железобактерии образуют пленку на поверхности гранул. Не сразу, а со временем. Чем выше концентрация, тем быстрее придет в негодность фильтрующий материал.

3. Какая каталитическая загрузка наиболее эффективна?

Самые оптимальные материалы с легкой матрицей. А это глауконит, природная руда и другие.  В их составе присутствует оксид марганца. А регенерация подходит самая простая – взрыхление материала потоком воды в обратном направлении. Это безреагентный каталитический материал. Реагентные вещества содержат в себе дополнительную обработку окислителями. И при промывке требуется не просто очищение потоком воды, а добавление раствора перманганата калия, для восстановления свойств.

У обоих типов загрузки есть как преимущества, так и недостатки. Плюсы очевидны – эффективная очистка большого объема воды от растворенных газов, железа и марганца. Недостатки безреагентного каталитического материала в его неспособности справиться с органическим железом. При высоких концентрациях железа, более 15 мг/л, фильтрация неэффективна. Что касается реагентного типа, то минусов значительно больше.

• при их применении обязателен и катализатор, и окислитель;
• не устраняют органическое железо;
• неэффективны при высоких концентрациях железа;
• требуются большой расход воды при промывке;
• в процессе регенерации используются токсичные вещества;
• возможное попадание перманганата калия в воду;
• определенные требования к исходной воде.

Сказать какой именно загрузочный материал лучше невозможно. Зависит все от конкретной ситуации и исходных данных. Поэтому первоначально производится химический анализ воды. Если вода не подходит по требованиям, то меняется метод или добавляется предварительная очистка. По сути, они отличаются концентрацией диоксида марганца. А ведь именно он имеет уникальную способность менять валентность железа. Так как двухвалентное железо – это высшие оксиды перманганата калия. Они восстанавливаются до низшей ступени и снова окисляются. Далее практически все железо, которое остается в загрузочном материале уходит в дренаж. Для усиления эффективности применяются реагентные материалы, которые являются более сильными катализаторами. Или же такую функцию может выполнять кислород или гипохлорит. Следуя формулам данный процесс окисления выглядит следующим образом:

4Fe(HCO₃)₂ + 3MnO₂ + 2H₂O =4Fe(OH)₃ + Mn₂O₃ + MnO + 8CO₂

3MnO + 2KMnO₄ + H₂O = 5MnO₂ + 2KOH

3Mn₂O₃ + 2KMnO₄ + H₂O = 8MnO₂ + 2KOH 

4. Выводы и рекомендации

Фильтрация воды является очень важной для любой сферы. Поэтому и при выборе очистительного материала следует учитывать все нюансы. Если возникают вопросы, то лучшим вариантом станет обращение к специалисту. Выбор каталитического материала зависит от размера содержащихся примесей и требований самой загрузки к исходной воде. Выбор между реагентным или безреагентным типом зависит от расхода материала, его способности к фильтрации и свойств воды. Но по идее основной окислитель у них один - марганец. На рынке представлено много каталитических материалов разных производителей. Отличаются они производительностью, материалом и пористостью.  Важно соблюдать требования по эксплуатации, а именно производить вовремя регенерацию. Чтобы не осуществлять данные действия вручную, можно автоматизировать систему. Использование каталитической загрузки это безопасный и экологичный вариант фильтрации воды. Так же может являться заменой при невозможности технической реализации при умягчении или использовании реагентов. Конкретных рекомендаций по выбору производителя не существует. Так как подбор каталитической загрузки происходит индивидуально, в зависимости от исходных требований.