كيف يعمل

مقدمه

الغرض من هذه الورقة هو تزويد مستخدمي وسائط تنقية المياه الحفازة DMI-65 بمعلومات نوعية حول كيفية عمل المادة وقدراتها وقيودها وتمكينهم من تطبيق المواد على عمليات معالجة المياه بالطريقة المناسبة وبثقة. وتتجنب الورقة التعقيد التفصيلي للطبقات الكهروكيميائية السطحية الصلبة والعلوم الغروانية والعمليات الفيزيائية والكيميائية الكمية والتفاعلات. للقراء وجود بالفعل معرفة كبيرة في هذا المجال ورقة يجلب المزيد من الفهم لما هو DMI -65 واستخدامها المقصود. يتم تزويد القادمين الجدد إلى هذا المجال بالقواعد، وربما التحفيز، لتوجيه دراساتهم الأكثر تعمقًا كما قد يرغبون.

التاريخ

في الأيام الأولى من معالجة المياه، تم استخدام الزيولين التي تحدث بشكل طبيعي (مثل غرينزونات الجلوكونات) لتليين وإزالة الحديد والمنغنيز من المكياج المرجل والمياه المعالجة. كما زاد الطلب على المياه ذات جودة أعلى (ويرجع ذلك جزئيا إلى ارتفاع ارتفاع المراجل فئة الضغط) صناعة معالجة المياه انتقلت إلى حد كبير بعيدا عن هذه المنتجات لتليين إلى الراتنجات تبادل الأيون الاصطناعية المتقدمة حديثا.

ومع ذلك ، في حالة إزالة الحديد والمنغنيز كانت هذه الخطوة أبطأ بكثير وكانت النتيجة أن استخدام الوسائط الترشيح ية الجلوكونات (greensand) يستمر حتى الوقت الحاضر. وكان Greensand وغالبا ما تستخدم كخطوة قبل المعالجة قبل عمليات تبادل الأيون منذ الحديد في ماء الأعلاف يمكن ويفعل كريهة راتنج الكشن. وتشمل العمليات الأخرى التشعب والترشيح الأكسدي مع مرشحات الوسائط القياسية أو أنواع الملكية من الوسائط و / أو المرشحات

في حين كانت هناك غيرها من الحديد / المنغنيز إزالة المنتجات والعمليات التي وضعت منذ greensand تم إدخال استخدام greensand استمرت على الرغم من أن هناك العديد من القضايا التي جعلت من وسائل الإعلام أقل من مثالية. كان يتطلب تجديد دوري مع برمنغنات البوتاسيوم، لا يمكن استخدامها في انخفاض درجة الحموضة المياه < (6.2)، وكان درجة حرارة التشغيل منخفضة نسبيا (80^سF)، وتميل إلى تليين عبر الزمن مما أدى إلى انخفاض الضغط القضايا في ارتفاع معدلات التدفق. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تصبح الإمدادات مقيدة في بعض الأحيان بسبب الشواغل البيئية المتعلقة بمرافق التجهيز على طول الساحل الشرقي للولايات المتحدة.

وبسبب هذه القضايا في 1970s شركات معالجة المياه والمستخدمين النهائيين بدأت في التعبير عن اهتمامها “شيء آخر” ليحل محل greensand. واستجابة لطلباتهم، بدأ العلماء والباحثون في اليابان في البحث عن طرق لبث عوامل مؤكسدة لمواد مصفوفة مختلفة. ورئي أن المنتج المنتج تجاريا يمكن أن يكون أكثر قوة، وأن تكون خصائصه الفيزيائية أفضل وأن يكون أكثر عرضة للتحسينات و/أو التعديلات من أي وسائط تحدث بصورة طبيعية.

وقد أسفرت عقود من مزيد من البحث والتطوير من التكنولوجيا ضخ اليابانية في منتج صنع الاسترالية فريدة من نوعها، DMI-65 وسائل الإعلام الحفاز الحبيبية المستخدمة لتعزيز عمليات التخفيض / الأكسدة المتقدمة (الأكسدة) في الماء. وسائل الإعلام هي جزء من فئة واسعة من المنتجات التي تستمد عملها الفيزيائي والكيميائي من تفاعل سطح أكسيد المعادن مع جزيئات الماء والأيون اتلاف في الحل. هذا المنتج ثوري بسبب تقنية التسريب الملكية التي تخترق الركيزة الصغيرة التي تصب المادة المصفوفة ، مما يسمح بمساحة سطح محفزة أكبر وتوزيع حجم جسيمات ضيقة. DMI-65 لديه مستوى منخفض من الغرامات، والتسامح مع نطاق أوسع درجة الحموضة وسطح الحفاز غرست كيميائيا التي لن تستهلك أو تتضاءل في ظل ظروف التشغيل العادية. آخر 5 – 10 سنوات من الاستخدام المستمر.

معلومات أساسية

DMI-65 هو قوي للغاية وسائل ترشيح المياه الحفازة التي تم تصميمها لإزالة الحديد والمنغنيز في حلول مائي (المياه) دون الحاجة إلى برمنغنات البوتاسيوم أو التجديد الكيميائي. هيكل فريد من microporous DMI-65 يزيل بكفاءة ذوبان الحديد إلى مستويات لا يمكن الكشف عنها تقريبا منخفضة مثل 0.001 جزء في المليون والمنغنيز إلى 0.001 جزء في المليون. DMI-65 بمثابة محفز الأكسدة مع الأكسدة الفورية والترشيح من الرواسب غير قابلة للذوبان المستمدة من هذا التفاعل الأكسدة. يمكن DMI-65 أيضا إزالة الزرنيخ والألومنيوم والمعادن الثقيلة الأخرى وكبريتيد الهيدروجين في ظل ظروف معينة.

هذه المادة هي جزء من فئة واسعة من المنتجات التي تستمد عملها الفيزيائي والكيميائي من تفاعل سطح أكسيد المعادن مع جزيئات الماء والأيون اتية في الحل.

التفاعل السطحي الصلب مع الماء يميز بين الامتزاز كقوى فان دير وال الضعيفة التي تحمل جزيء كاره للماء في وسائل الإعلام الأساسية الجامدة مثل الكربون المنشط والامتصاص كقوى فان دير وال الضعيفة التي تحمل جزيء كاره للماء في مصفوفة قابلة للتضخم (مثل البنزين) في بوليمر من تي بوتيل الستايرين أو امتصاصه عن طريق استخراج السائل السائل. الراتنجات تبادل الأيون الاستفادة من عمليات امتصاص في حين يبدأ التفاعل من DMI-65 مع جزيئات الماء والأيون في الحل من خلال الامتزاز.

وتحتفظ المواد الممتزة من النوع غير الحفاز بالأيونات المستهدفة من المياه إلى أن تصل أي من المواقع المتاحة للالامتزاز إلى أقصى كثافة وتشبع أو تركيز الأيونات المستهدفة في المياه المعالجة إلى أقصى تركيز مقبول. عند هذه النقطة ، يجب تجديد المواد الممتزة لإزالة أو استبدال أيونات الملوثات ، أو يتم استبدال المواد المستخدمة بمواد جديدة يتم تحميلها في حاوية المعالجة. عندما تعمل العملية عن طريق مبادلة نوع واحد من الأيون للأيونات الهدف من الماء تسمى العملية تبادل الأيون. هذه الفئة من الممتزوبعضوبعض المواد الماصة جزئيا إزالة الأيونات الهدف من الماء. كلما زاد السطح لكل حجم من المواد كلما زادت كمية الأيونات المستهدفة الملوثة التي يمكن الاحتفاظ بها من الماء.

المواد الحفازة البحتة امتصاص الأيونات المتتفاعلات من حل جلب لهم في القرب من الترابط الكيميائي. ثم يتحرك منتج التفاعل بعيدًا عن سطح المحفز. المواد الحفازة بالمعنى الدقيق للكلمة تسهل التفاعلات الكيميائية. أنها لا تزيل أي شيء ضمني. إذا كان منتج التفاعل هو عجلت الصلبة، وغالبا ما يتم الاحتفاظ المنتج في السرير الحفاز، وبالتالي إزالتها عن طريق الترشيح.

تعمل العديد من المواد بطريقة مختلطة. مع كل من تبادل الأيون والعمل الحفاز الجاري. بالنسبة للمواد المستخدمة في المقام الأول لعملها الحفاز ، يؤدي تبادل الأيون الذي يؤدي إلى حل الطبقة الحفازة إلى الحاجة إلى التجديد الدوري أو إعادة التنشيط لتصحيح مصفوفة الأيونعلى على سطحها النشط.

DMI-65 – متقدمة الأكسدة وسائل الإعلام الحفاز

DMI-65 هو مادة حبيبية من اللون البني الداكن إلى الأسود. يتم إنتاج هذا اللون عن طريق أكسيد المنغنيز في الطبقات الخارجية من الحبيبات. DMI-65 هو وسيلة وسائل الإعلام الحفازة في المعنى الحقيقي للكلمة ويسهل الأكسدة – هطول الأمطار – الترشيح ولا تحصل على المستهلكة في ردود الفعل. بالمعنى الدقيق للكلمة ، تسهل وسائل الإعلام التفاعلات الكيميائية ولا تزيل أي شيء بشكل صريح. بمجرد أكسدة ، يزيل جانب ترشيح العمق في الوسائط المواد الصلبة التي يتم غسلها بشكل دوري من أوعية التصفية.

ولا تحتاج وسائط الإعلام إلى تجديد أو إعادة تنشيط ولا تعرض قدرة متحللة على القيام بعملها الحفاز. أكثر من 5 إلى 10 سنوات فترة، من خلال العديد من عمليات الغسيل الخلفي للسرير لإزالة المواد الصلبة المحتفظ بها، وتتدهور وسائل الإعلام عن طريق الاتصال بين الجسيمات والكشط الميكانيكي. ثم يجب استبدال المواد.

العملية الأساسية:

العمليات التي تجري في سرير DMI-65 تنطوي على الحد / الأكسدة (الأكسدة). ردود فعل الأكسدة تنطوي على نقل الإلكترونات بين الأنواع. التخفيض هو مكسب الإلكترونات أو انخفاض في حالة أكسدة الجزيء أو الذرة أو الأيون. الأكسدة هو فقدان الإلكترونات أو زيادة في حالة أكسدة جزيء أو ذرة أو أيون. ردود فعل الأكسدة تحدث في وقت واحد حيث لا يمكن أن يكون هناك رد فعل الحد دون رد فعل الأكسدة. وسائل الإعلام “يساعد” التفاعلات الكيميائية تحدث من خلال التفاعل مع التفاعل دون أن تتغير بشكل دائم. مناقشة متعمقة حول كيمياء الأكسدة خارج نطاق هذه الورقة ، وسوف تتعامل فقط مع كيفية تطبيق عملية الأكسدة في إزالة الحديد والمنغنيز باستخدام DMI-65. سيتم تغطية معادلات الأكسدة الفردية في أقسام إزالة الحديد والمنغنيز التالية.

من أجل البدء في عملية أكسدة الأيون في الحل وضمان عدم تعرض الطبقة التأكسدية للخطر تم تصميم وسائل الإعلام للعمل في وجود الكلور أو الأكسدة الأخرى. في هذه العملية يزيل المؤكسد الإلكترونات ويستهلك في هذه العملية. يحتاج المشغل إلى ضمان وجود 0.1 – 0.3 جزء في المليون من الكلور الخالي من الكلور المتبقي في المياه السائلة.

الكلور، الذي يتغذى على هيبوكلوريت الصوديوم (NaOCl) أو التبييض (12.5 NaOCl)، هو الأكسدة المفضلة لأنها غير مكلفة نسبيا، ومتاحة بسهولة في جميع أنحاء العالم، وأنها فعالة. ويمكن أيضاً استخدام المواد المؤكسدة الأخرى مثل بيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂₎أو أكسيد الكلور (ClO₂₎أو الأوزون طالما يمكن قياس بقاياها وصيانتها.

وظيفة أخرى من الكلور هو أنه يحافظ على وسائل الإعلام خالية من نمو البكتيريا أو الوحل. يجب أن يظل سطح أكسيد المنغنيز الحفاز نظيفًا بحيث يمكن للأيونات في الماء أن تلامسه. وفي الوقت نفسه، الكلور هو مصدر للأكسجين أكثر تفاعلا من الأكسجين الجزيئي. يشير الرسم البياني التالي إلى مستويات آمنة لمكونات المياه الأخرى التي يمكن أن تتداخل مع التفاعل السطحي.

على عكس راتنجات تبادل الأيون حيث جرعات أعلى regenerant سيزيد من قدرة تبادل الأيون, بقايا الكلور أو تركيزات أعلى من المطلوب لأكسدة Fe و Mn لا تزيد من الخصائص التأكسدية لوسائل الإعلام. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن الوسائط غالبًا ما تستخدم لتليين المياه قبل نظام التناضح العكسي (RO) ، فإن بقايا الكلور الحرة الأعلى تتطلب معالجة أكثر شمولاً للحد من المتبقية لحماية الأغشية من هجوم الكلور.

يجب تنشيط DMI-65 قبل وضعه في الخدمة لأول مرة. يتطلب هذا التنشيط جرعة أعلى من الكلور مما كان يستخدم أثناء التشغيل العادي ولكن يجب القيام به مرة واحدة فقط خلال البداية الأولية. معدل الجرعة هو 10 أوقية السوائل من 12.5 الكلور لكل قدم مكعب (قدم³⁾من وسائل الإعلام. التنشيط يتطلب فقط نقع من عدة ساعات ولكن يفضل نقع بين عشية وضحاها.

بمجرد تفعيلها ، يجب أن تكون السفينة (السفن) مغسولة لإزالة NaOCl الزائدة وأي غرامات. منذ أكسيد المنغنيز هو واحد من المكونات المستخدمة في تصنيع وسائل الإعلام مطلوب شطف الموسعة في البداية لإزالة أي تتبع أكسيد المنغنيز المتبقية المتبقية من عملية التصنيع. مرة واحدة في مستوى Mn في المياه backwash تصل إلى قيم 0.05 إلى 0.15 جزء في المليون ويتم تعيين الكلور المتبقية الحرة مرشح على استعداد لوضعها في الخدمة.

سيتم استبدال وسائل الإعلام بسبب انخفاض خصائص الترشيح المادي لوسائل الإعلام بسبب الكشط المادي قبل حدوث تدهور كامل للطبقة الحفازة. في ظل ظروف التشغيل العادية تقدر الحياة الإعلامية بما بين 5 و 10 سنوات.

الحديد (Fe) هطول الأمطار والإزالة باستخدام DMI 65

الحديد (Fe) هو العنصر الرابع الأكثر شيوعا ً الموجود في قشرة الأرض ويوجد في مجموعة واسعة من حالات الأكسدة من -2 إلى +6 على الرغم من أن الحالات الأكثر شيوعًا هي حديدية (+2) وفيرك (+3).

الأملاح الحديدية قابلة للذوبان بسهولة. قبل الحديد الحديدي، الصلبة المذابة التي توجد عادة بيكربونات حديدية، يمكن إزالتها عن طريق الترشيح يجب أن تكون مؤكسدة، وتصبح هيدروكسيد فيركسي وفي مياه درجة الحموضة محايدة تعجل بها في سرير وسائل الإعلام. يحتوي السطح الحفاز لـ DMI-65 على أكسيد المنغنيز أو يعرض مواقع المنغنيز والأكسجين لالامتزاز [Fe] بالأيون الموجودة في الماء. رد فعل بيكربونات الحديد وNaOCl هو فوري تقريبا وأكسدة بيكربونات الحديد (يتخلى عن OH^–) لتصبح هيدروكسيد فيركسي غير قابل للذوبان الذي يتم إزالته بعد ذلك من خلال الترشيح في السطح الحفاز للوسائط. معادلة رد فعل الأكسدة التالية تشرح العملية.

2Fe (HCO₃₎₂ + NaOCl + H₂O + 2Fe (OH)₂ + 2CO₂ + NaCl

في الشكل أعلاه يتم تقديم السطح الحفاز في شكل سلس مبسط. تم استخدام الحرف “M” لتمثيل أيون معدني عام في شعرية هذا السطح. الحرف “O”، في وسط الدوائر، يمثل ذرة أكسجين. يتم تمثيل مختلف حجم الأيون وجزيء الأكسجين (الأزرق) على نطاق نسبي حقيقي. باستثناء جزيء الأكسجين، يتم عرض الحديد المستعبدين كدوائر مماس. تفسير الحروف والأيونات في الشكل “أكسدة الأيون على سطح حفاز” هو:

M: أيون معدني عام في شعرية السطح الحفاز (Mn+)؛ ن = 1، 2…

O: ذرة الأكسجين أو أيون (O-)

Fe: ذرة الحديد أو أيون (Fe2+, Fe3+)

H: ذرة الهيدروجين أو أيون (H+)

OH: هيدروكسيد، أو أنيون هيدروكسيل (OH-)

H2O، جزيء الماء يظهر كدوائر مماس

Fe (OH)2، يظهر هيدروكسيد الحديدية كدوائر المماس

Fe (OH)3، هيدروكسيد فيرك، يظهر كدوائر مماسة، اللون البني

O2، جزيء الأكسجين، الذرات المعروضة على مسافة الترابط التكافؤ، اللون الأزرق

ينجذب بيكربونات الحديد ة المذابة مع نهاية Fe نحو الأكسجين شعرية من المواد الحفازة. وهذا يجلب Fe في القرب من الترابط التكافؤ مع أيون هيدروكسيد من موقع مجاور والتغيرات بيكربونات الحديدية في هيدروكسيد فيركسي غير قابلة للذوبان الذي يعجل في شكل المجاميع البلورية من حجم من 3 نانومتر وأكبر. المجاميع تخثر في أسراب أكبر ويتم الاحتفاظ بها في السرير الحفاز.

كما يتم تحويل بيكربونات الحديدية إلى هيدروكسيد فيركسي، تركيزه على السطح الحفاز يقلل. في الجزء الأكبر من الماء ، بعيدا عن السطح الحفاز ، وتركيز بيكربونات الحديد هو أعلى مما أدى إلى انتشاره نحو انخفاض التركيز وفقا لقانون الانتشار. يعتمد تدفق الانتشار خطيًا مع تدرج التركيز على المسافة.

الأكسجين المذاب يساهم في إنتاج الأيونات هيدروكسيد من خلال أكسدة مباشرة من الهيدروجين في تركيبة مع Fe تقسيم جزيء الماء وعن طريق التفاعل مع الهيدروجين على السطح الحفاز

من المهم ملاحظة أنه على الرغم من الحاجة إلى مصدر للأكسجين الأكسدة وهطول الأمطار من Fe مدفوع بأيون هيدروكسيد. حتى في ظل الظروف الحمضية نسبيا الأيونهيدروكسيد (anion قوية جدا) هي أسهل المتاحة لربط لFe من الأكسجين. وبالتالي، Fe ليس من الصعب جدا للأكسدة وعجل حول شرط درجة الحموضة محايدة. بالإضافة إلى ذلك ، يزيد تركيز الأيونات الهيدروكسيل مع قيمة الأس الهيدروجيني أضعافا مضاعفة وكذلك معدل الأكسدة وهطول الأمطار في.

الكلور (عادة في شكل NaOCl) هو مصدر للأكسجين أكثر تفاعلا من الأكسجين الجزيئي. المتبقي المثالي للاحتفاظ به في المصب من مرشح الحفاز هو 0.2 ملغ / لتر (0.1 إلى 0.3) الكلور الحر. لا يساعد وجود بقايا أعلى من الكلور الحر وبالتالي مستوى هيبوكلوريت الصوديوم الأعلى في الفلتر الحفاز دائمًا. يمكن أن يكون له تأثير سلبي بسبب تنفيس الكلور وزيادة أيون الصوديوم المتنافسة، نا +. يجب أن يكون السطح الحفاز نظيفًا بحيث يمكن أن تلامس الأيونات في الماء بحيث يمنع الكلور المحقون أيضًا نمو البكتيريا وتعمية السطح الحفاز بالوحل.

المنغنيز، Mn هطول الأمطار والإزالة باستخدام DMI 65

DMI-65 هو مادة حفازة مصممة خصيصا لأكسدة وإزالة المنغنيز. يحتوي السطح الحفاز على أكسيد المنغنيز للتملح في القرب من ذرات المنغنيز والترابط المعمرة والأكسجين من الماء. ومع ذلك ، فإن أكسدة وإزالة المنغنيز (Mn) يختلف إلى حد كبير عن الأكسدة في. يحدث اختلاف كبير بسبب ذوبان أوكسي هيدروكسيد المنغنيز ، MnO (OH)₂.

Mn (HCO₃₎₂ + NaOCl + MnO (OH)₂ + NaCl + 2CO₂

المنغنيز لا يعجل أوكسيهيدروكسيد ولكن كأكسيد, MnO₂ وأكاسيد فالنسي أعلى. وجود وتركيز الأنيونات هيدروكسيد لا يساعد كثيرا في هطول الأمطار وإزالة المنغنيز. وسيتم جذب هيدروكسيد المنغنيز مع نهاية المنغنيز إلى الأكسجين في سطح شعرية الحفاز. جزيء الأكسجين يجب أن تكون متاحة في القرب لتسهيل الأكسدة من خلال الأكسجين من شعرية ومبادلة إلى شعرية مع الأكسجين الجزيئي. شروط لهذا أن يحدث إحصائيا أقل احتمالا ورد الفعل هو من معدل أبطأ بكثير من أكسدة Fe عن طريق هيدروكسيد.

في حين أن الزيادات في درجة الحموضة إلى مستويات القلوية يسهل الأكسدة وإزالة المنغنيز ، في ظل هذه الظروف يمكن أن يذوب المنغنيز المؤكسد أيضًا مرة أخرى في الماء. وبالتالي، وبغض النظر عن الملوثات المستهدفة التي يتعين إزالتها، يجب دائما تجنب الظروف الأنكسية لحماية الطبقة الحفازة من الرشح في الماء. عند أكسدة المنغنيز درجة الحموضة الموصى بها قريبة من 8.

أكسيد المنغنيز له تأثير تحفيز يحفّز جيد. عندما backwashing فمن الأفضل لوقف هذه العملية قبل أن يصبح الماء واضحا جدا. سوف بقايا أكسيد المنغنيز في سرير مرشح تعزيز أكسدة المنغنيز.

ظروف تشغيل DMI-65 الرئيسية

يجب إجراء عمليات المعالجة بطريقة بحيث يتم الحفاظ على السطح الحفاز للمواد نظيفة ومتاحة للأيون من الماء إلى الاتصال.

الماء مع كمية كبيرة من المواد الصلبة المعلقة يجب توضيحها قبل تمريرها من خلال مرشح الحفاز مع DMI-65. مستويات مقبولة من المواد الصلبة المعلقة يعتمد على طبيعتها. ويمكن التعامل مع كمية أكبر من المواد الصلبة المعدنية المعلقة من المواد الصلبة العضوية المعلقة.

يمكن أن تنمو البكتيريا وترسب الوحل على DMI-65. وبالتالي يجب الحفاظ على ظروف المطهر والأكسدة.

قد تؤدي المياه التي تحتوي على الطين والجزيئات العضوية الكبيرة إلى ترسب هذه المواد على سطح DMI 65 وتعمية السطح الحفاز. معالجة لإزالة هذا الملوث قبل الحاجة إلى عامل التصفية الحفاز.

البوليمر flocculent يمكن أيضا التمسك DMI -65 والسطح الحفاز الأعمى.

يمكن أن تتسبب المياه الجوفية الصلبة غير المستقرة في ترسب المقياس في الفلتر الحفاز وتعمية المادة في كتلة أحادية صلبة. في مثل هذه الحالة يتم فقدان المواد DMI-65 في السرير ويجب استبدالها. معالجة لتثبيت المياه لمنع تشكيل الحجم في مرشح الحفاز يجب أن تنفذ.

يمكن أن يسبب كل من درجة الحموضة الحمضية المنخفضة والظروف الأنوكسية انحلال المنغنيز من الطبقة الحفازة من DMI-65 وفقدان قدرته. درجة الحموضة عالية بشكل مفرط يعني التركيز المفرط للأيونات هيدروكسيل (تآكل للمعادن) ويمكن أن يسبب أيضا انحلال المنغنيز من الطبقة الحفازة.

لا تستخدم المياه الخالية من المعادن أو المياه المقطرة أو المياه المعروفة بأنها مسببة للتآكل الشديد للمعادن للنقع الأولي وتنشيط DMI-65.