Как проводится тест в банке (Jar Test) для определения дозы хлорида железа (III) на вашей станции?

Дозировка хлорида железа (III) (научное название — хлорид железа(III), Iron(III) Chloride или Ferric Chloride), подходящая для вашей станции, не может быть взята из таблицы; она зависит от мутности, щелочности и температуры воды, а также от характера содержащихся в ней загрязнителей. Поэтому в техническом паспорте 40%-ного раствора хлорида железа (III) указано, что оптимальная доза определяется с помощью испытания в банке (Jar Test) на воде, подлежащей очистке. В данной статье объясняется, как на практике проводится этот тест, что измеряется, как интерпретировать результаты и на что следует обратить внимание при внедрении полученных данных на станции.

Чтобы сравнить хлорид железа (III) и квасцы, ознакомьтесь с нашей специальной статьёй, а для ознакомления с характеристиками продукта — с нашей предыдущей статьёй о растворе хлорида железа (III) концентрацией 40 %.

Для чего нужен тест в кувшине?

Тест на небольших пробах имитирует реальный технологический процесс: быстрое перемешивание, затем медленное перемешивание для образования осадка, а затем осаждение под действием силы тяжести. Каждому образцу добавляется разная доза, и результаты сравниваются. Стандарт ASTM D2035-19 («Стандартная практика испытания флокуляции и осаждения в воде») общую процедуру для этого, что позволяет сравнивать флокулянты и их добавки в одной и той же воде при одинаковых условиях, а также изучать влияние концентрации и порядка добавления. Кроме того, в руководстве AWWA M37 (3-е издание, 2011 г.) целая глава посвящена испытанию по коэффициенту осаждения.

Детали могут различаться в зависимости от источников и станций, поэтому разработайте стандартную процедуру для вашей станции и придерживайтесь её каждый раз, чтобы можно было сравнивать результаты во времени.

Оборудование и безопасность

• Установка для испытания пробников (от четырех до шести пробников) с синхронными лопастями и индикатором скорости вращения, а также пробники емкостью от 1 до 2 литров. В некоторых методиках предпочтительны квадратные пробники, поскольку они ближе к условиям эксплуатации станции.
• Мерный стакан объёмом 1 л, точные весы, шприцы или пипетки (по одной на каждую пробу) и таймер.
• Турбидиметр, pH-метр, термометр, фильтрующие приспособления и средство для определения остаточного содержания железа.

Безопасность: Продукт обладает высокой кислотностью (pH менее 1 согласно паспорту безопасности). В паспорте безопасности он классифицируется как вещество, которое может вызывать коррозию металлов, ядовитое при проглатывании, раздражающее кожу и наносящее серьезный вред глазам. Наденьте перчатки, средства защиты глаз и лица, а также защитную одежду; перед началом работы ознакомьтесь с паспортом безопасности (SDS). Поскольку раствор может вызывать коррозию металлов, после использования промойте все металлические детали устройства.

Первый этап: приготовление запасного раствора

Цель — получить разбавленный раствор, объем которого легко точно измерить. Обычно используется раствор концентрацией 1 %, при этом каждый 1 мл в 1-литровой бутылке соответствует дозе 10 мг/л.

1. Взвесьте 10 г препарата в стеклянной или пластиковой посуде. Взвешивание более точно, чем измерение объема, поскольку плотность раствора незначительно изменяется (технические данные: удельный вес 1,42 ± 0,02 при 20 °C).
2. Перенесите его в мерный стакан объемом 1 л, содержащий некоторое количество деионизированной воды, затем долейте воду до отметки и перемешайте.
3. Запишите дату приготовления. Рекомендуется готовить разбавленный раствор непосредственно перед тестированием; если используется старый раствор, сравните его результат с результатом свежего раствора.

Важно: способ приготовления раствора должен соответствовать способу расчета дозы, поэтому всегда указывайте основание выражения дозы. В литературе дозы иногда выражаются в виде FeCl₃·6H₂O (как в Австралийском руководстве по питьевой воде), а иногда — в виде железа Fe (как в лабораторном пособии Делфтского университета). Согласно техническому паспорту, раствор хлорида железа (III) с концентрацией 40 % содержит FeCl₃ с концентрацией 40 % ± 2 % по массе (формула FeCl₃ относится к безводной форме соединения) и от 13 до 14 % железа. Таким образом, каждый 1 мг/л продукта соответствует примерно 0,4 мг/л FeCl₃ и примерно 0,13–0,14 мг/л Fe.

Второй этап: выбор диапазона дозировок

• Поместите текущую дозировку станции (если таковая имеется) в середину диапазона, а вокруг неё разместите меньшие и большие дозы. В учебном руководстве Комиссии по качеству окружающей среды Техаса (TCEQ) рекомендуется, чтобы дозы находились в пределах диапазона, который предполагается использовать на станции.
• Для новой воды или нового продукта начните с пробного цикла с широко разнесёнными шагами, а затем проведите второй цикл с более узким диапазоном вокруг оптимальной дозы.
• Оставьте одну пробу в качестве контрольной без добавления коагулянта.
• В каждом цикле изменяйте только одну переменную: дозировку или pH, но не обе одновременно.

Следующий пример является расчётным и предназначен только для иллюстрации пересчёта, а не для указания рекомендуемых дозировок (1 %-ный раствор продукта, объём пробы 1 л):

Если оптимальная доза в этом цикле составляет 20 мг/л, то во втором цикле она может варьироваться от 14 до 26 мг/л с шагом 2 мг/л (от 1,4 до 2,6 мл).

Третий этап: проведение эксперимента

1. Возьмите пробу сырой воды до добавления каких-либо химических веществ и измерьте её мутность, pH, щелочность и температуру. Температура пробы должна быть близка к температуре на станции, так как холодная вода замедляет реакцию и повышает вязкость.
2. Наполните пробирки одинаковым объёмом и подготовьте дозы в шприцах или пипетках.
3. Включите быстрое перемешивание и добавьте дозы одновременно или в едином порядке.
4. Переключитесь на медленное перемешивание и зафиксируйте время появления первого осадка и его объем.
5. Остановите перемешивание и дайте пробиркам отстояться без встряхивания.
6. Отбирайте пробы с одинаковой глубины в каждой пробирке (в некоторых методиках используют глубину около 2 см под поверхностью).

Единых настроек скорости и времени не существует; опубликованные примеры демонстрируют широкий диапазон значений:

Выберите настройки так, чтобы они соответствовали времени и интенсивности перемешивания на вашей станции. В справочнике TCEQ время быстрого перемешивания связывается с объемом смесительной емкости и расходом воды, а скорость вращения — с расчетным значением ускорения (G). Связь между количеством оборотов в минуту и значением G зависит от формы чаши и лопастей, поэтому не следует переносить значения оборотов из одного справочника в другой без калибровки.

Что измеряем?

Об остаточном железе: его можно измерить с помощью колориметрического метода с фенантролином (Standard Methods 3500-Fe B) или с помощью индукционно-связанной плазмы (ICP-AES, метод EPA 200.7), при этом следует учитывать различие между общим и растворенным железом (растворенное железо измеряется после фильтрации). Для питьевой воды Агентство по охране окружающей среды США (EPA) и Австралийское руководство по питьевой воде устанавливают предельное значение в 0,3 мг/л для железа по эстетическим соображениям (ржавый цвет, металлический привкус и окрашивание), а не по соображениям здоровья. Обязательным пределом является значение, установленное регулирующим органом вашей страны.

Интерпретация результатов

1. Постройте график зависимости остаточной мутности от дозы и проверьте значения pH и остаточного содержания железа для отфильтрованных доз.
2. Выберите наименьшую дозу, обеспечивающую достижение цели очистки, а не ту, при которой вода получается наиболее чистой. Так, в исследовании, посвящённом сточным водам птицефабрики, оптимальная доза была определена как минимальная доза, при которой мутность не превышала установленного предела, а осадок выпадал в течение заданного времени; при этом было показано, что более высокие дозы не улучшали показатели мутности.
3. Не полагайтесь исключительно на мутность отфильтрованной воды. В калифорнийских рекомендациях она рассматривается как относительный показатель, который не обязательно должен соответствовать требованиям конкретной станции, и зависит от метода фильтрации, а в одной университетской диссертации отмечается, что низкие дозы могут давать небольшой осадок, который плохо осаждается, но фильтры эффективно его удаляют.
4. Если ни одна доза не достигла заданного результата, перейдите к более высоким или более низким дозам, либо проверьте pH и повторите тест.
5. Если при выбранной дозе pH опустился ниже требуемого диапазона, повторите тест с добавлением щелочи. В руководстве TCEQ отмечается, что щелочь может быть добавлена, если коагулянт является кислым, а естественная щелочность воды низкая.

От пробы к станции: предупреждения

• Емкость служит ориентиром, а не точной копией станции. В руководстве TCEQ отмечается, что не существует единой процедуры, подходящей для всех станций, а в материалах NPTEL указано, что результаты следует сравнивать с реальными показателями системы и корректировать.

• Повторите испытание при изменении характеристик сырой воды (мутность, температура, щелочность), так как оптимальная доза меняется.

• Проведите проверку на станции, постепенно изменяя дозировку и отслеживая качество отстоявшейся и отфильтрованной воды, прежде чем окончательно утвердить значение.

• Пересчитайте дозировку в скорость подачи, используя ту же основу. Каждый 1 мг/л равен 1 г/м³, то есть дозировка, выраженная как «доза препарата × расход (м³/ч)», равна граммам препарата в час. Гипотетический пример: доза 30 мг/л и расход 200 м³/ч дают 6 кг продукта в час, то есть примерно 4,2 л/ч при плотности от 1,42 до 1,43 г/см³ (удельный вес в паспорте продукта 1,42 ± 0,02, а плотность в паспорте безопасности 1,43 г/см³). Затем произведите фактическую калибровку дозирующего насоса.

• Проверьте ограничения по использованию Если вода предназначена для питья: в паспорте безопасности указано, что продукт производится на предприятии, зарегистрированном в NSF International в соответствии со стандартом NSF/ANSI/CAN 60 для коагуляции и флокуляции с максимальным пределом использования 100 мг/л, рассчитанным на основе FeCl₃ (согласно данным Egy Chem Hub).

• Обратите внимание на материалы, с которыми продукт вступает в контакт, поскольку раствор обладает высокой кислотностью и может вызывать коррозию металлов.

Раствор хлорида железа (III) концентрацией 40% от Egy Chem Hub

Компания Egy Chem Hub предлагает раствор хлорида железа (III) концентрацией 40 % (Ferric Chloride Solution 40 %, торговое название ECH-FR4014), представляющий собой жидкость красновато-коричневого цвета, используемую для коагуляции и флокуляции питьевой воды, технологической воды и сточных вод. В техническом паспорте указано, что его можно вводить в концентрированном виде или после разбавления, а оптимальная дозировка определяется с помощью пробного внесения. Разливается в бочки из полиэтилена высокой плотности (HDPE) емкостью 280 кг и контейнеры IBC емкостью 1 400 кг, поставляется навалом, срок хранения составляет 12 месяцев, страна-производитель — Египет. Технический паспорт (TDS) и паспорт безопасности (SDS) предоставляются по запросу.

Контакты

Чтобы запросить ценовое предложение или технические характеристики раствора хлорида железа (III) концентрацией 40 %, свяжитесь с командой Egy Chem Hub и приложите данные о вашей сырой воде и области применения, чтобы мы могли помочь вам выбрать подходящий продукт и упаковку.