Как это работает

Введение

Цель настоящего документа состоит в том, чтобы предоставить пользователям каталитических носителей фильтрации воды DMI-65 качественную информацию о том, как материал работает, его возможности и ограничения, и дать им возможность применять материал к процессам очистки воды надлежащим образом и с уверенностью. Бумага позволяет избежать детальной сложности твердых поверхностных электрохимических слоев и коллоидной науки, количественных физических и химических процессов и реакций. Для читателей, уже имеющих значительные знания в этой области, документ приносит больше понимания того, что DMI-65 и его предполагаемого использования. Новичкам в этой области предоставляются базы и, возможно, мотивация для руководства их более углубленным обучением, как они могли бы пожелать.

Истории

В первые дни обработки воды, естественные цеолиты (такие как глауконит зелень) были использованы для размягчения и удаления железа и марганца из котла макияж и обработки воды. По мере увеличения спроса на более качественную воду (отчасти из-за котлов более высокого класса давления) водоочистная промышленность в значительной степени отошла от этих продуктов для размягчения к недавно разработанным синтетическим ионным обменным речам.

Однако, в случае удаления железа и марганца этот шаг был гораздо медленнее, и в результате использование глауконитзелен (greensand) фильтрации средств продолжается до настоящего времени. Greensand был и часто используется в качестве предварительного лечения шаг до процесса обмена ионов, поскольку железо в кормовой воде может и делает фол катионной мисины. Другие процессы включают аэрацию и фильтрацию окисления со стандартными медиафильтрами или несвободными типами носителей и/или фильтров

Хотя были и другие продукты удаления железа / марганца и процессы, разработанные с greensand был введен использование greensand продолжал, хотя было несколько вопросов, которые сделали его менее идеальным и сми. Она требовала периодической регенерации с перманганатом калия, не могла использоваться в более низких водах рН < (6,2), имела относительно низкую рабочую температуру (80^oF) и, как правило, смягчалась во времени, приводя к проблемам падения давления при более высоких темпах потока. Кроме того, поставки могут иногда ограничиваться из-за экологических проблем с перерабатывающими предприятиями вдоль восточного побережья Соединенных Штатов.

Из-за этих проблем в 1970-х годах водообработки компаний и конечных пользователей начали выражать заинтересованность в «что-то еще», чтобы заменить greensand. В ответ на их просьбы ученые и исследователи в Японии начали искать способы влиться в окислительные агенты в различные матричные материалы. Было высказано мнение о том, что коммерчески произведенный продукт может быть более мощным, более мощным физическими свойствами и в большей степени подвержен усовершенствованиям и/или изменениям, чем любые природные средства массовой информации.

Десятилетия дальнейших исследований и разработок японской технологии инфузии привели к уникально австралийский продукт, DMI-65 гранулированных каталитических средств, используемых для повышения передовых сокращения / окисления (redox) процессов в воде. Средства массовой информации являются частью широкой категории продуктов, вытекающих из их физического и химического действия от взаимодействия их поверхности оксида металла с молекулами воды и ионов в растворе. Этот продукт является революционным из-за запатентованной технологии инфузии, которая проникает в микро наливает субстрат матричного материала, что позволяет больше каталитической поверхности и плотного распределения размеров частиц. DMI-65 имеет низкий уровень штрафов, толерантность к более широкому диапазону рН и химически проникнутыкатал каталитической поверхности, которые не будут потребляться или уменьшается в нормальных условиях эксплуатации. Последние 5 — 10 лет непрерывного использования.

Справочная информация

DMI-65 является чрезвычайно мощным каталитическим фильтрованием воды, который предназначен для удаления железа и марганца в водных растворах (вода) без необходимости перманганата калия или химической регенерации. Уникальная микропористая структура DMI-65 эффективно удаляет растворяющее железо до почти необнаруживаемых уровней до 0,001 промилле, а марганца до 0,001 промилле. DMI-65 действует как катализатор окисления с немедленной окисления и фильтрации нерастворимых осадков, полученных из этой реакции окисления. DMI-65 также может удалить мышьяк, алюминий и другие тяжелые металлы и сероводород при определенных условиях.

Материал является частью широкой категории продуктов, вытекающих из их физического и химического действия от взаимодействия их поверхности оксида металла с молекулами воды и ионов в растворе.

Твердое взаимодействие поверхности с водой различает адсорбцию как слабые силы ван дер Ваала, которые удерживают гидрофобную молекулу в жестких основных носителях, таких как активированный углерод и поглощение, как слабые силы ван дер Ваала, которые удерживают гидрофобную молекулу в набухшей матрице (например, бензол) в полимере T-бутиловый стира или поглощение жидким жидким путем. Ионный обмен ныет использует процессы поглощения, в то время как взаимодействие DMI-65 с молекулами воды и ионами в растворе инициируется через адсорбцию.

Некаталитические ассорбенты типа сохраняют целевые ионы из воды до тех пор, пока ни узлы, доступные для адсорбции, не достигнут максимальной плотности и насыщенности или концентрации ионов мишеней в очищенной воде, не достигнет максимально приемлемой концентрации. На этом этапе адсорбентный материал должен быть регенерирован для удаления или замены загрязняемых ионов, или использованный материал заменяется новым материалом, который загружается в контейнер для обработки. Когда процесс работает путем замены одного типа иона для ионов цели от воды процесс вызван обменом иона. Эта категория адсорбент и некоторые частично абсорбирующими материалами удаляют ионы мишени из воды. Чем больше поверхность на объем материала, тем больше количество загрязняемых ионов цели, которые могут быть сохранены из воды.

Чисто каталитические материалы адсорбируют ионы репренентов от раствора, принося их в непосредственной близости от химической связи. Затем реакционный продукт удаляется от поверхности катализатора. Строго говоря, катализаторы способствуют химическим реакциям; они не косвенно ничего не удаляют. Если реакционный продукт является твердым осадком, часто продукт сохраняется в каталитическом ложе, следовательно, удаляется путем фильтрации.

Многие материалы действуют в смешанном режиме; как ионный обмен, так и каталитическое действие. Для тех материалов, которые используются в основном для их каталитического действия, ионный обмен, приводящий к растворению каталитического слоя, приводит к необходимости периодической регенерации или реактивации для коррекции матрицы ионов на их активной поверхности.

DMI-65 — Расширенный окисления каталитических средств массовой информации

DMI-65 представляет собой гранулированный материал темно-коричневого до черного цвета. Этот цвет вырабатывается оксидом марганца во внешних слоях гранул. DMI-65 является катализатором средств массовой информации в истинном значении этого слова и облегчает окисление — осадки — фильтрации и не потребляется в реакциях. Строго говоря, средства массовой информации облегчают химическую реакцию и явно ничего не удаляют. После окисления, глубина фильтрации аспект средств массовой информации удаляет твердые вещества, которые затем периодически обратно вымываются из фильтра судов.

Средства массовой информации не нуждаются в регенерации или реактивации и не демонстрируют разлагающуюся способность выполнять свою каталитическую работу. В течение 5-10 лет, через многие операции по промывке кровати для удаления сохраненных твердых веществ, средства массовой информации деградирует при контакте между частицами и механической ссадины. Затем материал должен быть заменен.

БАЗОВАЯ ОПЕРАЦИЯ:

Процессы, происходящие в ложе DMI-65, включают уменьшение/окисление (редокс). Редокс реакции включают передачу электронов между видами. Уменьшение – это увеличение электронов или уменьшение состояния окисления молекулы, атома или иона. Окисление – это потеря электронов или увеличение состояния окисления молекулы, атома или иона. Редокс реакции происходят одновременно, в результате чего не может быть снижение реакции без реакции окисления. Средства массовой информации «помогают» химических реакций происходит путем взаимодействия с реакцией без постоянного изменения. Глубокое обсуждение химии redox выходит за рамки данной работы, оно будет только иметь дело с тем, как процесс redox применяется в удалении железа и марганца с помощью DMI-65. Индивидуальные уравнения редокса будут покрыты следующими разделами удаления железа и марганца.

Для того, чтобы начать процесс окисления ионов в растворе и обеспечить, чтобы окислительный слой не скомпрометирован, средства массовой информации предназначены для работы в присутствии хлора или другого окислителя. В этом процессе окислитель удаляет электроны и потребляется в процессе. Оператор должен убедиться, что есть 0,1 — 0,3 промилле свободного остатка хлора в сточных водах.

Хлор, подается как гипохлорит натрия (NaOCl) или отбеливатель (12,5 NaOCl), является предпочтительным окислителем, так как он является относительно недорогим, легко доступны во всем мире, и это эффективно. Другие окислители, такие как перекись водорода (H₂O₂), оксид хлора (ClO₂) или озон также могут быть использованы до тех пор, как остатки могут быть измерены и поддерживаться.

Другая функция хлора является то, что он держит средства массовой информации свободными от бактериального или слизи роста. Каталитическая поверхность оксида марганца должна оставаться чистой, чтобы ионы в воде могли соприкасаться с ней. В то же время хлор является источником кислорода, более реактивного, чем молекулярный кислород. Следующая диаграмма указывает безопасные уровни для других компонентов воды, которые могут помешать взаимодействию поверхности.

В отличие от ионных обменных ресниц, где более высокие дозы регенерантов увеличат способность ионного обмена, остатки хлора или концентрации выше, чем требуется для окисления Фе и Mn, не увеличивают окислительные свойства носителей. Кроме того, поскольку средства массовой информации часто используются для предварительной обработки воды до обратного Осмоса (RO) системы более высокий свободный остаточный хлора потребует более обширной после обработки, чтобы уменьшить остаточное для защиты мембран от атаки хлора.

DMI-65 должен быть активирован до ввоза в эксплуатацию в первый раз. Эта активация требует более высокой дозировки хлора, чем используется во время нормальной работы, но только должна быть выполнена один раз во время первоначального запуска. Дозировка ставка 10 жидких унций 12,5 хлора на кубический фут (фут³) из средств массовой информации. Активация требует только замочить несколько часов, но ночь замочить предпочтительнее.

После активации, судно (ы) должны быть обратно промыты, чтобы удалить избыток NaOCl и любые штрафы. Так как оксид марганца является одним из компонентов, используемых в производстве средств массовой информации расширенного промыть требуется в начале, чтобы удалить любые следы свободного остатка оксида марганца осталось от производственного процесса. Как только уровень Mn в задней воде достигает значений от 0,05 до 0,15 промилле, а свободный остаточный хлор устанавливается, фильтр готов к вводу в эксплуатацию.

Замена мультимедиа из-за снижения физических свойств фильтрации носителя из-за физической сразности произойдет до полной деградации каталитического слоя. При нормальных условиях работы медиажизнь оценивается в 5- 10 лет.

Осадки и удаление железа (Fe) с использованием DMI 65

Утюг (Fe) является четвертым наиболее распространенным элементом, найденным в земной коре и существует в широком диапазоне состояний окисления от -2 до No 6, хотя наиболее распространенными состояниями являются ферровые (No2) и ferric (No3).

Соли из ферлея легко растворимы. Перед железом, растворенный твердый обыкновенно найденкак как ferrous bicarbonate, можно извлечь фильтрованием оно необходимо быть окисленным, стать ferric гидроксидом и в нейтральных водах pH осаждает вне в кровати средств. Каталитическая поверхность DMI-65 содержит оксид марганца или предоставляет места марганца и кислорода для адсорбции [Fe] ионов, нависнув в воде. Реакция железообразного бикарбоната и NaOCl почти мгновенно и черный бикарбонат окисляется (дает OH^—), чтобы стать нерастворимым феррическим гидроксидом, который затем удаляется через фильтрацию в каталитической поверхности носителя. Следующее уравнение реакции Redox объясняет процесс.

2Fe (HCO₃)₂ —₂NaOCl_{2 2}

На приведенной выше цифре каталитическая поверхность представлена в упрощенной гладкой форме. Буква «М» была использована для представления общего металлического иона в решетке этой поверхности. Буква «O», в центре кругов, представляет собой атом кислорода. Различные размеры ионов и молекулы кислорода (синий) представлены в истинном относительном масштабе. Кроме молекулы кислорода, кабальные утюги показаны как касательные круги. Толкование букв и ионов на рисунке «Ионное окисление на каталитической поверхности»:

M: общий ион металла в каталитической поверхностной решетке (МнЗ); n No 1, 2…

O: атом кислорода или ион (O-)

Fe: атом железа или ион (Fe2, Fe3)

H: атом или ион водорода (H)

OH: гидроксид, или гидроксиловый анион (OH-)

H2O, молекула воды показана как касательные круги

Fe (OH)2, гидроксид железа показан как касательные круги

Fe (OH)3, феррический гидроксид, показанный как касательные круги, коричневый цвет

O2, молекула кислорода, атомы показанные на ковалентном расстоянии склеивания, голубой цвет

Растворенный железо бикарбонат притягивается с концом Fe к кислороду решетки каталитического материала. Это приводит Fe в непосредственной близости ковалентных связей с гидроксидным ионом соседнего участка и изменения мобкарбоната в нерастворимый ферриальный гидроксид, который осаждает в кристаллической форме агрегаты размера от 3 нанометров и больше. Агрегаты свачатся в больших стаях и удерживаются в каталитическом ложе.

Поскольку железо бикарбонат преобразуется в гидроксид, его концентрация на каталитической поверхности уменьшается. В основной части воды, вдали от каталитического поверхности, концентрация железа бикарбонат выше, в результате чего он рассеивается в сторону более низкой концентрации в соответствии с законом диффузии. Поток диффузии линейно зависит от градиента концентрации на расстоянии.

Растворенный кислород способствует выработке ионов гидроксида путем прямого окисления водорода в сочетании с Fe расщеплением молекулы воды и путем реакции с водородом на каталитическую поверхность

Важно отметить, что, хотя источник кислорода необходим окисления и осадков Fe обусловлен гидроксида иона. Даже при относительно кислых условиях ионы гидроксида (очень сильный анион) легче доступны для связывания с Fe, чем кислород. Таким образом, Fe не очень трудно окислять и осаждать вокруг нейтрального состояния рН. Кроме того, концентрация гидроксиловых ионов увеличивается с значением рН экспоненциально, как и скорость окисления и осадков Fe.

Хлор (обычно в виде NaOCl) является источником кислорода более реактивным, чем молекулярный кислород. Идеальный остаточный для поддержания вниз по течению каталитического фильтра 0,2 мг/л (0,1 до 0,3) свободного хлора. Более высокий остаток свободного хлора и, следовательно, более высокий уровень гипохлорит натрия в каталитическом фильтре не всегда помогают. Это может иметь неблагоприятный эффект из-за вентиляции хлора и увеличение конкурирующих ионов натрия, Наз. Каталитическая поверхность должна быть чистой, чтобы ионы в воде могли соприкасаться с ней, поэтому вводимый хлор также предотвращает рост бактерий и ослепляющую каталитической поверхность слизью.

Марганец, осадки и удаление Mn с использованием DMI 65

DMI-65 является каталитическим материалом, специально предназначенным для окисления и удаления марганца. Каталитическая поверхность содержит оксид марганца для ввоза в близость ковалентного склеивания атомов марганца и кислорода из воды. Тем не менее, окисление и удаление марганца (Mn) значительно отличается от Fe. Основное различие вызвано растворимостью марганцевого оксигидроксида, MnO (OH)₂.

Mn (HCO₃)₂ — NaOCl — МНО (OH)₂ — NaCl 2CO_{2CO 2CO 2}

Марганец не осаждается как оксигидроксид, а как оксид, МНО₂ и более высокие оксиды доблести. Наличие и концентрация гидроксидных анионов не очень помогает при осадках и удалении марганца. Гидроксид марганца будет привлечен с марганца конца кислорода в каталитической поверхности решетки. Молекула кислорода должна быть доступна в непосредственной близости для облегчения окисления через кислород из решетки и замены на решетку с молекулярным кислородом. Условия для этого статистически менее вероятны и реакция гораздо медленнее, чем окисление Fe с помощью гидроксида.

В то время как повышение рН до щелочных уровней облегчает окисление и удаление марганца, в этих условиях окисленный марганец может также раствориться обратно в воду. Следовательно, независимо от целевого загрязняющего вещества, необходимого для удаления, аноксических условий всегда следует избегать, чтобы защитить каталитический слой от выщелачивания в воду. При окислении марганца рекомендуемый рН близок к 8.

Оксид марганца обладает хорошим аутокаталитическим эффектом. При промывке лучше остановить процесс до того, как вода станет очень прозрачной. Остатки оксида марганца в фильтровальной кровати усилят окисление марганца.

Ключевые условия эксплуатации DMI-65

Процессы обработки должны проводиться таким образом, чтобы каталилитическая поверхность материала оставалась чистой и доступной для иона от воды до контакта.

Вода с большим количеством взвешенных твердых веществ должна быть уточнена, прежде чем пройти его через каталитический фильтр с DMI-65. Приемлемые уровни взвешенных твердых веществ зависят от их характера. Большее количество минеральных взвешенных твердых веществ, чем органические взвешенные твердые вещества могут быть обработаны.

Бактерии могут расти и откладывать слизь на DMI-65. Таким образом, необходимо поддерживать условия дезинфицирующего средства и окисления.

Вода, содержащая глины и крупные органические молекулы, может привести к осаждению такого материала на поверхности DMI 65 и ослеплению каталитической поверхности. Для удаления такого загрязнителя требуется лечение до каталитического фильтра.

Полимерный флоккулент также может прилипать к DMI-65 и слепой каталитической поверхности.

Твердые, нестабильные грунтовые воды могут привести к масштабному осаждению в каталитическом фильтре и ослепить материал в сплошном моноблоке. В этом случае материал DMI-65 в кровати теряется и должен быть заменен. Необходимо провести лечение для стабилизации воды для предотвращения образования масштаба в каталитическом фильтре.

Как низкий кислой рН, так и аноксические условия могут привести к растворению марганца из каталитического слоя DMI-65 и потере его емкости. Чрезмерно высокий рН означает чрезмерную концентрацию гидроксиловых ионов (коррозионных к металлам), а также может вызвать растворение марганца из каталитического слоя.

Не используйте деминерализованную воду, дистиллированную воду или воду, которая, как известно, сильно коррозионирует металлы для первоначального замачивания и активации DMI-65.