Filmy przedstawiające utlenianie żelaza (II) do (III) w wodzie

Pierwszy z filmów - to poklatkowe ujęcia - skondensowane 180 min procesu utleniania żelaza.

Przebieg doświadczenia:

Do dwóch butelek została pobrana woda surowa, zawierająca ok 20 mg/L żelaza. Pobór był zrobiony w ten sposób, że woda nie uległa natlenieniu podczas napełniania butelek.
W laboratorium wodę jednej z butelek (na filmie po lewej stronie) natleniono.
Następnie nagrywano eksperyment.
Tlen wszedł w reakcję z rozpuszczonym całkowicie w wodzie surowej żelazem (II), w efekcie czego następowało stopniowe utlenianie Fe(II) do nierozpuszczalnego wodorotlenku Fe(III). Bezpośrednim objawem takiego stanu rzeczy było zmętnienie i zabarwienie wody na charakterystyczny, rdzawy kolor.
Po ok 120 min, zaczęły powstawać coraz to większe kłaczki wodorotlenku, które sedymentowały na dno.
Po ok 180 min zakończono eksperyment.

A oto omawiany film.

Jakie wnioski nasuwają się po obejrzeniu przebiegu doświadczenia?

Żelazo w wodzie surowej jest całkowicie rozpuszczone (butelka po prawej stronie) - woda nie jest mętna ani barwna
Natlenienie wody (np. przy poborze) prowadzi do wytrącenia żelaza (wodorotlenku żelaza III), który czyni wodę i mętną i barwną.
Stąd też jeśli np. laboratorium pobiera wodę z żelazem (II) do badań, to wskutek jej natlenienia (a niewiele tlenu trzeba by żelazo się zaczęło utleniać - 0,14 mgO2/1,0 mgFe) woda staje się i barwna i mętna, przy czym należy w tym miejscu odróżnić barwę rzeczywistą od barwy pozornej, poprzez sączenie próby.
Żelazo rozpuszczone (prawa butelka) znacznie trudniej usuwa się na złożach filtracyjnych - tworzy wysokie strefy odżelaziania, głęboko wnika w złoże filtracyjne, ale generuje niskie opory hydrauliczne. Zatrzymuje się na powłokach katalitycznych (żelazowych i manganowych) prowadząc w przypadku tych drugich do trwałej dezaktywacji.
Utlenianie żelaza tlenem trwa długo, dlatego w układach technicznych często tylko część żelaza jest utleniona, a większość trafia na filtry w postaci zredukowanej. Dotyczy to szczególnie SUW w których czas przetrzymania wody przed filtracją jest krótki.
Przy odpowiednio długim czasie przetrzymania wody przez filtracją, żelazo zaczyna częściowo sedymentować, co pozwala zmniejszyć jego ładunek kierowany na złoża filtracyjne.

Drugi film ma podobną tematykę. Przebieg eksperymentu.

Do zlewki wlano wodę o zawartości żelaza ok 10,0 mg/L. Wodę natleniono.
Część żelaza zawartego w wodzie znajdowała się na (III) stopniu utlenienia, stąd charakterystyczna barwa i mętność wody.
Do wody dodano kwas solny - celem szybkiego rozpuszczenia żelaza.
Po obniżeniu odczynu żelazo uległo rozpuszczeniu - badana woda stała się klarowna i przejrzysta - tak jak woda ujmowana ze studni.
Następnie dokonano działania przeciwnego - podniesiono odczyn wody dodając NaOH.
Po korekcie pH wodorotlenek żelaza zaczął się błyskawicznie wytrącać z wody. Zaczęły powstawać duże, łatwo sedymentujące kłaczki osadu żelazowego, które opadały na dno.

A oto omawiany film.

Wnioski, jakie nasuwają się po obejrzeniu doświadczenia:

Korekta odczynu w sposób istotny wpływ na przebieg procesu utleniania żelaza.
Niski odczyn utrudnia utlenianie żelaza (II) do (III).
Przy wysokim odczynie obniża się potencjał utleniania żelaza (II) do żelaza (III) tlenem, w efekcie czego możliwy jest szybszy przebieg tego procesu.
Widoczne kłaczki, przy odpowiednio długim czasie reakcji, intensywnie sedymentują, co pozwala zmniejszyć ładunek żelaza kierowanego na filtry.
Podniesienie odczynu pozwala przyspieszać utlenianie żelaza (II) do żelaza (III), a przez to zwiększać udział Fe(III) w wodzie przez złożem filtracyjnym, co w istotny sposób wpływa na zmniejszenie wysokości strefy usuwania żelaza.

Opracowanie: Łukasz Weber