Подробное описание среды

Необходимость эффективной очистки вод от ионов тяжелых металлов привела к разработке нового материала – МЖФ. Подготовка питьевой воды, в основном сводится к эффективной очистке от ионов марганца и железа. До появления на рынке зернистых загрузок материалов, способных эффективно очищать воду от растворенного в ней марганца в концентрациях свыше 4-5 мг/л, попросту не существовало. Отсутствовали и фильтры для очистки воды от ионов железа без коррекции значений pH, то есть без дозирования щелочных реагентов.

Коррекция уровня pH воды, подвергающейся очистке, связано с тем, что стехиометрия гидролитических и окислительно-восстановительных равновесий приводит к образованию нерастворимых гидратированных оксидов марганца и железа:

     4Fe²⁺ + O₂ + 10 H₂O ↔ 4Fe(OH)₃ + 8H⁺  _____  (1)

     2Mn²⁺ + O₂ + 2 H₂O ↔ 2MnO₂ + 4H⁺  _______  (2)

Приведенные реакции наглядно показывают, что окисление и превращение 1 иона металла в нерастворимую форму (то есть диоксид марганца и гидроксил железа) приводит к образованию второго иона водорода. Так как ионы водорода, образующиеся в результате реакций 1 и 2, практически не связаны с остатками кислот, то есть с сульфат ионом (SO₄²) и хлорид ионом, на хлоридном и сульфатном фоне окисление 1 мг /л железа или марганца, приводит к снижению уровня pH на 2,5 единицы, что, в свою очередь, равнозначно возрастанию концентрации свободной кислоты примерно в 250 (!!!) раз. На карбонатном или же гидрокарбонатном фоне связывание ионов водорода приводит к несколько меньшему понижению уровня pH:

     HCO_3- + H⁺ ↔ H₂CO₃ ↔ CO₂ + H₂O  _____  (3)

     CO₃^2- + 2H⁺ ↔ ₂CO₃ ↔ CO₂ + H₂O  _______ (4)

Практически любая вода, в том числе и артезианская, содержит сульфаты, хлориды и гидрокарбонаты. Но даже при отсутствии хлоридов и сульфатов, материалы, не осуществляющие корректировку уровня pH воды, подвергающейся очистке, эффективно применяются при очистке природных вод с содержанием железа в концентрации до 5 мг/л и имеющих слабощелочную или нейтральную реакцию. Однако марганец и иные тяжелые металлы материалами, не корректирующими значение pH воды, практически не удаляются.

Для эффективного очищения воды от тяжелых ионов металла, материал должен обладать способностью вовлечения соединений металлов в химические реакции, в результате которых будут образовываться твердые продукты, например, гидроксиды.

Эффективность очистки воды от того или иного металла зависит от нескольких факторов. В первую очередь таким фактором является растворимость соединений, в составе которых выводятся загрязняющие воду примеси. Например, растворимость Fe(OH)₃ и MnO₂ имеют практически нулевое значение, что позволяет очистить воду от этих металлов до значений остаточных концентраций значительно ниже предусмотренных СанПиНом норм. Каталитическая активность, или способность материала ускорять окислительные реакции растворенных соединений металлов – второй фактор, влияющий на качество очистки воды. К примеру, если бы двухвалентное железо не окислялось вовремя при общепринятых скоростях фильтрования воды, и выводилось бы в составе гидрата закиси (Fe(OH)₂), то его остаточная концентрация, обусловленная растворимостью гидроксида железа, составила бы порядка 1 мг/л. Аналогична ситуация и с марганцем.

Следовательно, материал, эффективно очищающий воду от железа и марганца, обязан обладать двумя необходимыми, основными свойствами:

• Способность нейтрализовать кислоты, растворенные в очищаемой воде. А также способность поддерживать уровень pH воды, необходимый для выпадения осадка соответствующего гидроксида, при этом среднее значение pH уже очищенной воды должно соответствовать СанПиновским нормам.
• Высокая каталитическая активность в окислительных реакциях. Всеми необходимыми свойствами обладает материал МЖФ.