Системы обезжелезивания воды из скважины

В индивидуальном водоснабжении основной способ получения воды – подъем из скважин различной глубины, при этом нередко приходится решать проблемы, связанные с ее загрязнением окислами металлов. Наиболее часто в водном составе встречается железо, оказывающее негативное воздействие как на здоровье, так и на сантехническое, водонагревательное оборудование в доме, поэтому обезжелезивание воды из скважины – актуальная задача для многих домовладельцев автономных водоснабжающих систем.

Скважинная вода может иметь различные примеси железа и их концентрацию, от ее состава зависит вид используемых технологий водоочистки. Потребитель, столкнувшийся с загрязненной водой, обязан сделать ее химический анализ в лаборатории, а затем, исходя из полученных данных, решать, как обезжелезить воду из скважины.

Рис. 1 Бытовое оборудование для обезжелезивания

Нормы железа в воде и его разновидности

Для организация автономного водоснабжения домов используют бытовые скважины, глубина которых может достигать 200 м. Обсадная колонна глубинных (артезианских) источников доходит до известковой породы и опирается на нее, поднятая наверх вода имеет кристально чистый вид без примесей песка и глины.

Однако в большинстве случаев артезианские скважины из-за высокого давления пластов земли на водные бассейны, из которых производят водозабор, дают воду с высокой минерализацией. В ней могут содержаться сероводород, оксиды калия, марганца и железа. Последний элемент встречается чаще других в высокой концентрации и оказывает наиболее негативный эффект на технические характеристики и экологическую чистоту воды.

Иногда железо попадается и в менее глубоких скважинных источниках на песке или в воде колодца, однако в большинстве подобных случаев его процент существенно ниже, чем в артезианских скважинах, а методы водоочистки могут быть совершенно другими.

Установленные санитарными службами нормы не допускают использование для питьевых нужд воды с содержанием железа более 0,3 мг на литр. При превышении этого норматива требуется очистка воды от железа по одной из нескольких технологий в зависимости от концентрации и химической формулы металла.

При бытовом водозаборе из артезианских скважин, пробуренных на даче или территории индивидуального коттеджа, потребитель может столкнуться со следующими формами железа в составе воды:

Двухвалентное. Свободное двухвалентное железо Fe2+ полностью водорастворимо, поэтому его присутствие нельзя определить визуально, критерием может быть запах и вкус воды. После отстаивания растворимый Fe2+ в результате химической реакции с кислородом, содержащимся в атмосферном воздухе, превращается в нерастворимый трехвалентный оксид железа Fe3+.

При водоочистке учитывают растворимость двухвалентного Fe2+ и не очищают такую воду механическими методами. Ряд технологий очистки воды от железа из скважины состоит в интенсивном насыщении водных масс кислородом до преобразования металла в растворимый осадок и затем их дальнейшей фильтрации.

Рис. 2 Внешний вид воды с железом

Трехвалентное. Как было указано выше, трехвалентное железо Fe3+ образуется после окисления двухвалентного, оно придает воде рыжеватый цвет и оставляет налет на сантехническом оборудовании и посуде. Обычно избавиться от рыжего цвета удается при помощи проточных угольных фильтров.

Существуют и другие формы железа, присутствующие в воде в виде взвесей: бикарбонат Fe(HCO₃)₂, карбонат FeCO₃, сульфид FeS и сульфат FeSO₄ железа, однако эти соединения нечасто встречаются в артезианках, имеют низкую концентрацию и отфильтровываются при любых способах водоочистки.

Визуально, по запаху и вкусу, определить наличие перечисленных реагентов в воде невозможно из-за их невысокого процентного содержания, искомые данные получают лабораторным путем после проведения химического анализа взятой пробы.

Ржавчина Fe(OH)₃. Общеизвестная ржавчина образуется в результате взаимодействия воды с железом, содержащимся в сплавах (сталь), на открытом воздухе, она состоит из трехвалентного оксида железа Fe₂O₃ и метагидроксида Fe(OH)₃. Так как соединения в составе ржавчины водонерастворимы, она легко отделяются механическими фильтрами в результате водоочистки.

Коллоидное. Коллоидное железо органического происхождения находится в воде в виде очень мелких взвешенных частиц размером не более 0,1 мкм, оно не поддается отстаиванию и удалению бытовыми угольными водоочистными фильтрами. Очистить водную среду от столь мелких коллоидных фракций можно лишь при использовании установки обратного осмоса.

Бактериальное. Данные соединения в водной среде связаны с присутствием колоний бактерий, превращающих в процессе своей жизнедеятельности двухвалентного нерастворимую форму Fe2+ в трехвалентную. Бактерии образуют на водной поверхности плотную радужную пленку, придают структуре воды вязкость, делают ее непригодной для питья из-за неприятного запаха и плохого вкуса. Как и в случае с Fe3+, водоочистка от нерастворимого бактериального железа может быть проведена с использованием бытовых механических фильтров.

Рис. 3 Последствия использования воды с повышенной концентрацией железа

Вред железа в воде из скважины

Чтобы понять, для чего нужны фильтры для обезжелезивания воды из скважины, следует рассмотреть негативные факторы наличия в скважинном источнике железа. Если в воде много железа, при ее бытовом использовании:

• Снижаются вкусовые качества воды, она приобретает неприятный железистый привкус и запах.


• Затрудняется стирка и ухудшается ее качество – высокая концентрация железа придает воде жесткость и препятствует эффективной работе моющих средств (они не дают пены), а белое белье приобретает желтый оттенок.
• Наносится вред здоровью человека. При регулярном употреблении воды с железом повышенной концентрации, в организме происходит нарушение работы почек и печени, на коже появляется пигментация, желтеют зубы, ломаются волосы, страдает сердечно-сосудистая система – это приводит к общей слабости.
• Жесткую воду с повышенным содержанием железа сложно использовать для качественного принятия водных процедур, в результате страдает личная гигиена человека и это может сказаться на его здоровье.
• Ощутимый удар нерастворимое Fe3+ наносит на все трубопроводы для транспортировки холодной и горячей воды, водопотребляющее и водонагревательное оборудование для дачи и загородного коттеджа. В трубах и приборах образуется шлам, затрудняющий транспортировку рабочей среды.
• Нагревательные элементы стиральных и посудомоечных машин, утюгов, кофеварок, чайников покрываются твердой труднорастворимой коркой оксидов, приводящей к снижению эффективности их работы, перегреву и быстрому выходу из строя.
• Узкие входные каналы автоматики скважинных насосов, сантехнической арматуры и фитингов забиваются шламом, приводящим к засорам и снижающем эффективность работы систем холодного и горячего водоснабжения. В линии снижается напор, уменьшаются объемы водоподачи, нарушается работа автоматики в обвязке водозаборного погружного скважинного электронасоса или насосной станции.
• На поверхности сантехнических приборов, унитазов, ванн, раковин, моек образуется трудновыводимый желтый налет, снижающий эстетичный внешний вид сантехники.

Рис. 4 Влияние повышенного содержание железа на здоровье человека

Принцип работы установок обезжелезивания

Из приведенных выше негативных факторов понятно, что применение в бытовом хозяйстве воды с большим содержанием железа абсолютно неприемлемо как с точки зрения комфортабельного проживания в доме, так и в отношении здоровья жильцов. Поэтому удаление железа из скважинной воды при его повышенной концентрации актуально для большого числа собственников индивидуальных домов с автономным водоснабжением.

Все существующие методы обезжелезивания воды можно разбить на две основные группы:

Безреагентная очистка. Выше было указано, что железо в составе артезианской воды находится в растворенном состоянии (Fe2+) и при взаимодействии с воздухом (точнее с кислородом) переходит в нерастворимую трехвалентное фазу Fe3+, осадок которой далее можно отделить механическими фильтрами.

На этом принципе и построена безреагентная очистка, главной задачей которой является насыщение водных масс воздухом (аэрация) различными способами или кислородом с дальнейшей механической фильтрацией полученного нерастворимого осадка.

Так как процедуру насыщения водной среды кислородом можно проводить с различной интенсивностью и разных объемов в неограниченных временных интервалах, технологию используют при очень высоком содержании железа в воде более 3 миллиграмм на литр.

Реагентное обезжелезивание. Данная технология водоочистки и обезжелезивание воды из скважины заключается в использовании химических препаратов, каталитических или ионообменных засыпок, с которыми железо, содержащееся в воде, вступает в каталитическую, химическую или ионообменную реакцию. Результатом взаимодействия растворенного Fe2+ с химическими реагентами является получение нерастворимого трехвалентного осадка, при использовании ионообменных смол оксиды железа замещают ионы на поверхности гранул и затем смываются солевым раствором.

Рис. 5 Вариант схемы применения скважинных водоотстойников

Обезжелезивание воды из скважины безреагентными методами

При реализации безреагентного обезжелезивания основной расходной составляющей является электроэнергия, запитывающая рабочее оборудование.

Следует отметить, что название безреагентный не полностью соответствует действительности, чтобы окончательно убрать из воды нерастворимый осадок Fe₂O₃ и остатки Fe2+, используют специальные водоочистные каталитические (ускоряющие процесс окисления и повышающие эффективность фильтрации) колонны с засыпками и угольные фильтры.

Установки отличаются экологической чистотой, не ухудшают химический состав водной среды, большинство из них просты в работе и обслуживании.

Отстаивание

Проще всего провести обезжелезивание воды из скважины своими руками без существенных финансовых затрат на оборудование и электроэнергию – поместить одну или несколько крупногабаритных емкостей на улице и отстаивать в них водные массы. Для того, чтобы отстаивание происходило с наилучшей эффективностью, площадь контакта воды с воздухом должна быть как можно больше – это требует применения значительных по объему емкостей.

Понятно, что данную технологию нельзя использовать зимой, сама процедура получения нерастворимого осадка занимает длительный временной интервал и требует наличия емкости большой поверхностной площади, которую сложно разместить в доме, а на улице ставить непрактично.

Повысить эффективность работы системы отстаивания можно, подавая воду в резервуар не напрямую, а разбрызгиванием до мелкодисперсного состояния в виде водного тумана.

Рис. 6 Принцип работы и конструктивное устройство фильтрующих аэрационной и колонны обезжелезивания

Компрессорная аэрация

Принцип работы простейшей установки аэрирования при помощи компрессора довольно прост: в емкость с очищаемой водой опускают трубопровод с отверстиями, через который компрессор нагнетает воздух. Водная среда взаимодействует с воздушным потоком, насыщается кислородом, растворимое железо переходит в трехвалентное и выпадает в осадок. Очищенная вода методом перелива поступает в другую емкость и оттуда откачивается или отводится из поверхностных слоев на доочистные фильтры.

Типовая бытовая система компрессорного обезжелезивания заводского изготовления состоит из:

• компрессора, нагнетающего воздух в емкость;
• аэрационной колонны, в которой производится насыщение водных масс кислородом;
• колонны обезжелезивания с механическим фильтром, где происходит доокисление и отделение нерастворимого осадка;
• угольного фильтра доочистки, отсеивающего остаточные взвеси нерастворимых окислов железа.
• автоматического блока управления, осуществляющего периодическую откачку нерастворимого шлама из колонны обезжелезивания в канализацию.

Следует отметить, что монтаж аэрационных систем наиболее прост и менее затратен при создании установок обезжелезивания своими руками.

Рис.7 Схемы установок с компрессорной очисткой

Эжекторное аэрирование

Метод эффективен при концентрации железа в воде не более 2 мг на литр, основными составляющими эжекторной установки являются воздухозаборный узел и колонна обезжелезивания.

Система работает по следующему принципу: в смесительный узел с эжектором, расположенным снаружи или в блоке автоматики на колонне обезжелезивания, поступает вода и атмосферный воздух под давлением. В эжекторе происходит рассеивание водного потока и смешивание его с воздушными массами – в результате насыщение кислородом мелкодисперсных водяных взвесей происходит с более высокой интенсивностью, чем при аэрировании.

Далее обезжелезивание воды из скважины происходит по вышеизложенной технологии – очищенная вода с нерастворимым осадком отправляется в колонну обезжелезивания и затем на угольный фильтр доочистки. Жидкость со шламом периодически сливается из колонны в канализацию по заложенной в систему автоматики программе.

Рис. 8 Принцип работы эжектора и схема эжекторной установки

Электролиз

Принцип водочистки электролизными установками состоит в разложении содержащихся в воде примесей под воздействием электрического тока на активные окислители – кислород, водород, гидроксид иона ОН, хлор, озон. Активные химические вещества вступают в реакцию с водорастворимым двухвалентным железом, которое превращается в трехвалентное и затем выпадает в шлам.

Электролизные установки (электролизеры) подходят для очистки воды с концентрацией железа не более 3 мг на литр, СНиП 2.04.02-84 рекомендует использовать электролиз при концентрации хлора в водном объеме не менее 20 мг/л.

Электролиз используется в промышленной водоочистке и практически не применяются в быту из-за высокого энергопотребления 0,2 кВт/м³, необходимости введения в водный состав дополнительных веществ (хлорсодержащих компонентов), дающих активные реагенты при электролитическом разложении.

Рис. 9 Принцип работы промышленной установки проточной электролиза воды УПЭВ

Озонирование

Установки озонирования позволяют получать трехвалентный кислород О₃, являющийся намного более активным окислителем, чем обычный двухвалентный О₂.

Установки имеют различную конструкцию, их главными узлами являются озонатор, вырабатывающий озон, смесительный резервуар, в котором озон вступает в реакцию, преобразуя двухвалентное железо в воде из скважины в нерастворимое. Очищенные водные массы доочищаются в угольном фильтре, а накопленный в емкости шлам отправляют в канализацию.

Дополнительным преимуществом системы озонирования является дезинфекция и уничтожение бактерий, осветление воды и улучшение ее вкуса, получение в результате реакции свободного кислорода.

К недостаткам относят высокую стоимость установок, повышенную взрывоопасность, требующую применения строгих мер безопасности, сложность конструкции, вызывающую необходимость присутствия специалистов для обслуживания и ремонта оборудования.

Рис. 10 Схемы установок озонирования

Реагентное обезжелезивание

Основой данного разряда технологий служат реагенты, вступающие в каталитическое, химическое или ионообменное взаимодействие с растворенным в воде железом. Полученный в результате реакций осадок обычно смывают в канализацию обратной промывкой, за управление всеми процессами отвечает автоматика.

Каталитический метод

В основе действия данной технологии лежит принцип ускоренного химического преобразования растворимого железа каталитическим реагентами, после которого оно переходит в нерастворимое состояние. Обычно реакция происходит в колонне обезжелезивания заводского изготовления, в нее засыпают специальную насыпку и помещают на входное отверстие блок автоматики, отвечающий за дренажирование (слив осадка в канализацию) установки.

При реализации данного метода используют каталитические окислители двухвалентного железа (глауконит, доломит, цеолит), один из наиболее популярных компонентов – пиролюзит, представляющий собой диоксид марганца MnO₂.

Для использования пиролюзита в колонну насыпают засыпку с дополнительными сорбентами, выполняющими роль удерживающих осадок гранул. При дальнейшей эксплуатации резервуара в режиме прочистки нерастворимый осадок, удерживаемый на поверхности сорбента, удаляют из колонны после взбаламучивая воды и подъема засыпок наверх.

На низ колонны обезжелезивания обычно помещают мелкую окатанную щебенку с округлыми гранями, далее насыпают тяжелый сорбент, пиролюзит и затем более легкий сорбент, после промывки все компоненты перемешиваются и занимают свои места в зависимости от массы и плотности.

Применение каталитического пероксида MnO₂ (входит в состав засыпок BIRM, МЖФ, МСК, Pyrolox, Сорбент МС, Greensand Plus) в колонне эффективно при следующих показателях: объемы прокачки до 2 м³/час, отсутствие сероводорода, содержание железа в воде не более 2 мл на 1 литр.

Пиролюзит эффективно удаляет железо, марганец, сероводород, органические примеси, срок жизни промывочного состава составляет 3 – 5 лет.

Конструктивно установка для каталитической очистки представляет собой колонну, в которую засыпают гравийную подушку, катализатор и сорбенты, ставят отдельный угольный фильтр на выходе. Систему оснащают дренажным трубопроводом и обычно дополняют входным фильтром грубой очистки.

Рис. 11 Схема бытовой станции с установками аэрирования, каталитического обезжелезивания и умягчения воды

Ионообменные смолы

Применяемые системы водоочистки с использованием ионообменных (катионных и анионных) смол работают по следующему принципу: отрицательные заряды (катиониты) на поверхности гранул смол при нахождении в обычной нейтральной воде уравновешиваются ее положительными зарядами. При прохождении через смолы водного потока с ионами металлов, положительные заряды на поверхности гранул замещаются более активными в ионах калия, марганца и железа, которые остаются вместе с металлами на их поверхности.

Если по истечении некоторого времени вместо очищаемой воды на поверхность гранул ионообменных смол попадает солевой состав хлорида натрия NaCl, реагент замещает притянутые ионы металлов. При промывке они сливаются в канализацию, затем вымываются соли и после проведенной регенерации ионообменная смола снова готова к работе.

Рис. 12 Стоимость химических реагентов, каталитических и ионообменных засыпок

Следует отметить, что ионообменные смолы применяют в основном для умягчения воды, то есть для удаления из ее состава ионов кальция Ca2+ и магния Mg2+, их эффективно использовать при относительно небольшой концентрации водорастворимого Fe2+ оптимальным содержанием 1 – 2 мл на литр и до 10 градусов жесткости (мг-экв/л) водной среды.

Производители выпускают как реагенты только для умягчения воды, так и комплексные препараты, содержащие универсальные смолы для обезжелезивания и умягчения воды или одновременно нейтрализующие соли жесткости, железо и органику, популярные марки засыпок – Экотар, Экомикс, FeroSoft, АПТ-2, Ionofer.

Смолы не работают с сероводородом, с их помощью можно убрать только двухвалентное железо и все ионы растворимых металлов, полученная вода из-за высокой мягкости обычно нуждается в минерализации.

В состав станции водоочистки с использованием смол обязательно входит колонна с ионообменным фильтром и солевой бак, на выходе обычно устанавливают угольный фильтр. Нередко система умягчения воды с ионообменными смолами используется как дополнительная ступень водоочистки, в этом случае перед ней ставят аэрационную и (или) колонну обезжелезивания, нейтрализующие повышенную концентрацию Fe2+ в воде.

Рис. 13 Установки с ионообменными смолами в составе станции комплексной водоочистки

Обезжелезивание химическими окислителями

Даже обычному пользователю хорошо известны химические реагенты, являющиеся сильными окислителями, многие неоднократно сталкивались в быту с перманганатом калия KMnO₄ (марганцовкой) и гипохлоритом натрия NaOCl (отбеливатель). В составе этих реагентов присутствует активный кислород, который гарантированно приводит к выпадению двухвалентного железа в нерастворимый осадок.

Водочистка при помощи химически активных реагентов не вызывает особых сложностей, нужно только всыпать состав в резервуар и хорошо его размешать. Несмотря на простоту использования, метод не нашел широкого бытового применения из-за следующих недостатков:

• Так как марганец и гипохлорит вредны для здоровья, для их применения необходима точная дозировка – этого довольно сложно достичь технически при переменном водном потоке и в небольших емкостях.
• Марганец и гипохлорит являются расходными материалами, поэтому потребуют для постоянного использования финансовых затрат в отличие от каталитических и ионообменных засыпок, средний эксплуатационный срок которых составляет 5 лет.
• Процесс очистки реагентами сложно поддается автоматизации в бытовых условиях, система требует использования для подачи окислителя дополнительного дозировочного насоса с электронным управлением – такого вида агрегаты обычно устанавливают в дорогих промышленных установках.
• При использовании реагентов придется монтировать автоматическую или ручную систему слива осадочных стоков в канализацию, что приведет к дополнительным финансовым расходам и делает применение реагентов в быту экономически и эксплуатационно неприемлемым.

Рис. 14 Основные узлы многоступенчатой установки обезжелезивания с применением гипохлорита натрия

Особенности применения установок для бытового обезжелезивания воды

Решая задачу что делать, если в воде скважины высокое содержание железа, учитывают следующие факторы:

• Любая система обезжелезивания воды для скважины проектируется и устанавливается на основе лабораторного химического анализа, пользователю важно знать количество содержащихся в воде примесей сероводорода, ионов железа, калия, марганца, органических реагентов.
• На основе полученных данных собирается система водоочистки с обезжелезиванием. При высоких концентрациях железа применяют системы с аэрированием, если в составе воды много солей жесткости, используют комплексные засыпки в колоннах с ионообменными смолами. При широком спектре загрязнений монтируют многоступенчатые системы водоочистки.
• Стоимость всех бытовых установок для обезжелезивания зависит от наличия автоматики, числа колонн, марки засыпок и сорбентов, и может доходить до 100 000 рублей. Наиболее дорогая цена у установок озонирования, которые помимо водоочистки обеспечивает дезинфекцию и уничтожают болезнетворные бактерии.
• Так как установки обезжелезивания нейтрализуют оксиды всех металлов, получаемая после них мягкая вода не слишком пригодна для питья, бытового использования и нуждается в минерализации.

Рис. 15 Цена на оборудование для обезжелезивание воды из скважины

Для удаления железа из воды применяют обезжелезиватели на основе установок с колоннами, в которые подводят воздух от компрессоров, засыпают внутрь каталитические, ионообменные или реагентные составы. Обычно установки обезжелезивания оснащают импортной автоматикой, обеспечивающей их бесперебойное функционирование и выполнения функций самоочистки. Стоимость оборудования, автоматики, расходных материалов на установки обезжелезивания воды из скважины довольно высока и с учетом затрат на электроэнергию может быть неприемлемой для собственников с невысокими доходами.

Источник: montagtrub.ru

Железо в воде — насколько это серьезно?

Какое железо может присутствовать в воде из скважины?

Многие наверняка сталкивались с водой, явно отдающей ржавчиной и по своему цвету, и по вкусу. Нередко это воспринимается как последствия прохождения через старую, покрытую коррозией систему водопроводных труб. Да, случается и так, но это больше свойственно системам центрального водоснабжения. А вот если вода поступает непосредственно из скважины, и проходит при этом через ограниченный по длине участок трубопровода, да еще и выполненный или полимерных труб? На что грешить в таком случае?

Оказывается, повышенное содержание железа в воде из грунтовых водоносных слоев – довольно распространенное явление, обусловленное целым рядом естественных причин. А концентрация этого химического элемента в различных формах зависит от множества факторов как природного, так и техногенного свойства, и даже бывает нестабильной в течение года. На это оказывают влияние постоянно протекающие в породах грунта химические реакции – минералы с содержанием железа подвергаются растворению и разложению. За многие века человеческой деятельности земля на многих участках буквально «нафарширована» металлом, который, постепенно разлагаясь, растворяется и переносится подземными водоносными горизонтами. Добавьте сюда еще и характерные для нашего времени промышленные выбросы, далеко не всегда чистые атмосферные осадки, и многое другое.

Иногда слышны возражения – ну и что, что в воде содержится железо, оно, мол, даже полезно для организма человека… Да, полезно, но в разумных пределах, и, как правило, потребность в этом элементе полностью удовлетворяется продуктами питания. А вот избыточное его количество – ничего, кроме неприятностей, в жизнь человека не привносит.

Цены на фильтр для воды Honeywell

Санитарные правила и нормы устанавливают предельно допустимую концентрацию железа в воде (во всех его химических проявлениях) – не более 0,3 мг на литр. А как бывает на практике?

Картина, увы, безрадостная. Исследования показывают, что даже в сравнительно «чистых» по экологическим понятиям регионах Европейской части Российской Федерации встретить водоносные горизонты, в полной мере соответствующие санитарным нормам – очень непросто. Как правило, повсеместно наблюдается превышение – концентрация достигает 1÷2 мг/л. И это еще не самые худшие показатели – в некоторых регионах содержание зашкаливает за 3 и даже 5 мг/л! Более, чем в десять раз выше допустимого!

А между тем уже при концентрации 0,5 мг/л вода начинает явственно отдавать неопрятным ржавым привкусом. Дальше – больше: вода становится совершенно непригодная для питья, появляется запах, характерный «рыжий» оттенок, ржавые следы остаются на посуде, на сантехнике, на одежде и белье после проведения стирки.

И это еще, так сказать, очевидные причины необходимости очистки воды от железа. Намного опаснее скрытые – влияние повышенной концентрации этого элемента на здоровье человека. Здесь уже недалеко до расстройств, отравлений или даже до появления более тяжёлых хронических системных заболеваний.

Теперь давайте разберемся, в каком же виде железо может содержаться в воде из скважины или колодца:

• Чаще всего встречается полностью растворенное в воде свободное двухвалентное железо (Fe⁺²). Надо сказать, что оно практически незаметно глазу (вода мало теряет в своей прозрачности), чего не скажешь о запахе и вкусе. Но, пробыв на свету какое-то время, вода приобретает характерный для окисла железа оттенок, доходя постепенно бурого цвета, и этот осадок остается и на стенках сосуда.

Такая форма содержания железа в воде не поддается никакой механической фильтрации. Но, как видно, и сама не обладает устойчивостью – подвергается быстрому окислению при взаимодействии с кислородом.

• Трёхвалентное железо (Fe⁺³) – это уже нерастворимая форма, которая присутствует в воде в виде мелкодисперсной взвеси. Как раз она-то чаще всего и придает жидкости характерный рыжеватый цвет, оставляет налет на стенках сосудов. Форма стабильная, и является одним из продуктов взаимодействия двухвалентного железа с кислородом.

Из-за внешнего сходства взвесь трехвалентного железа зачастую принимают за попавшие в воду глиняные загрязнения. Правда, по мере осаждения на дно разница становится заметной – железистую природу осадка выдает образование характерных темно-бурых хлопьев.

Удаляется такая форма из воды длительным отстаиванием и фильтрацией, так как является нерастворимым веществом.

•  Еще один продукт окисления свободного железа – это его гидроокись (Fe(OH)₃). Это тоже твердое вещество, и проявляет себя плотным ржавым осадком.

• В воде может содержаться немало солей железа с разными основаниями. Так, в зависимости от источника, могут присутствовать бикарбонат или карбонат железа (Fe(HCO₃)₂ или FeCO₃), сульфат или сульфид железа (FeSO₄ или FeS). Вычислить их присутствие, и тем более – концентрацию визуально или полагаясь только на органы чувств – невозможно, то есть никак не обойтись без проведения лабораторного анализа взятой из источника пробы воды.
• Немало проблем может доставить коллоидное органическое железо, находящееся во взвешенном состоянии. Проблема в том, что такая форма практически не поддается отстаиванию, сколь бы долго оно не длилось.
• Еще одна форма – это бактериальное железо. По сути, она представляет собой колонии особых бактерий, которые для своего развития и размножения используют энергию преобразования растворенного двухвалентного железа в твёрдые формы. Или же это продукты жизнедеятельности подобных колоний.

Для такой формы железа характерны слизистые отложения с вязкой структурой, а также довольно потная радужная пленка на поверхности воды. Не исключен и довольно неприятный запах, делающий неподготовленную воду полностью непригодной для пищевого применения.

Чем опасна высокая концентрация железа в воде?

А теперь — несколько слов о том, почему же проблема обезжелезивания должна решаться в обязательном порядке. То есть предупреждение о возможных последствиях использования воды с превышенным содержанием железа.

• На первое место необходимо поставить наносимый вред здоровью людей. Полезный, так сказать, в гомеопатических дозах, этот химический элемент при большой концентрации напрямую приводит к разбалансированию обменных процессов в организме человека. А по уровню токсичности железо занимает пятое место после таких элементов, как ртуть, свинец, мышьяк и кадмий.

Неусвоенное железо имеет свойство накапливаться в организме, что влечет нарушение нормального функционирования основных, жизненно важных систем. В первую очередь страдают печень, почки, эндокринный аппарат. От этого вскорости негативно изменяется состав крови, нарастает уязвимость человека к аллергическим реакциям на, казалось бы, безобидные для него ранее раздражители. Железистые бактерии способны нарушить нормальную микрофлору желудочно-кишечного тракта, вызвать стойкие расстройства системы пищеварения или даже привести к острым отравлениям. Одним словом – дело нешуточное!

• Вода с превышенным содержанием железа банально неприятна для питья, резко снижается качество приготовленной с ее использованием пищи.
• Немаловажной является и эстетическая составляющая вопроса – такой водой даже руки помыть не особо приятно. Не говоря уже о более масштабных водных процедурах и стирке, качество которой всегда будет под вопросом. Кроме того, кому понравятся вечные желтые разводы на стенках ванны, в раковине, в унитазе и т.п.?
• Вода с большой концентрацией взвешенных частиц обладает выраженным абразивным действием – быстро приводит в негодность уплотнители на сантехнических приборах и в бытовой технике. Кроме того, нерастворимые осадки и слизь частенько становится причиной сужения или даже полных засоров труб, особенно на фитингах, отводах, кранах и другой сантехнической арматуре. В результате снижается напор, некорректно работает подключённая к водопроводу бытовая техника.

Одним словом – очистка воды от железа является обязательной процедурой для тех, кто заботится о своем здоровье и комфорте проживания в доме. И не стоит полагаться только на внешнюю оценку воды — мол, вроде бы по ощущениям чистая, и можно обойтись без обезжелезивания. Впечатления бывают весьма обманчивыми, может иметь особенности и острота восприятия внешних признаков конкретным человеком. Как мы видели, отдельные формы железа в воде на первых порах частенько являются практически незаметными. А содержание некоторых солей — и вовсе ничем внешне не выдается. Вопрос о чистоте воды должен решаться исключительно на основании лабораторного анализа. И только на основе сделанного профессионального заключения можно принимать решение о необходимости очистки от железа или об отсутствии таковой.

Кстати, некоторые полагают, что все можно решить банальным отстаиванием, механической фильтрацией и последующим кипячением воды. Не обольщайтесь – этого обычно явно недостаточно. Процесс освобождения воды от железа – довольно сложная процедура, в которой могут применяться несколько различных технологий. И, кстати, ни одну из них нельзя назвать абсолютно универсальной и безупречной.

Технологии обезжелезивания воды

Итак, в зависимости от преобладающей формы содержащегося в воде железа применяется та или иная технология его удаления. А если точнее, то в большинстве случаев применяются комплексные установки, сочетающие в своей работе несколько методов обезжелезивания.

Технология аэрации воды

Эта технология в основном направлена на очистку воды от растворенного в ней двухвалентного железа – самого распространенного «бича» автономных источников. А в ее основу положено уже упомянутое выше в статье свойство этой формы железа активно окисляться при контакте с кислородом, с переходом в нерастворимую трёхвалентную.

Понятно, что чем больше будет, так сказать, площадь контакта воды с воздухом, тем активнее и быстрее станет идти процесс перехода железа из растворенной формы в твердую фракцию, которую впоследствии можно отделить обычной механической фильтрацией.

Решается эта проблема несколькими методами.

• Простейший способ – это отстаивание воды в открытых и желательно — максимально больших по площади зеркала резервуарах. Наверное, понятно, что быстрых результатов подобным методом достичь невозможно – слишком уж ограничена площадь контакта. Но зато такой подход практически не требует никаких дополненных затрат. Достаточно установить большую ёмкость, скажем, на чердаке, чтобы вода самотеком после отстаивания и фильтрации попадала на точки потребления. Правда,  качество такого обезжелезивания, признаемся, не самое высокое. Хотя в качестве первой ступени очистки отстаивание воды применяют даже в промышленных масштабах.

• Для повышения объемов контакта воды с кислородом воздуха активно применяется принудительная аэрация. Она также может выполняться по-разному.

— Например, вода может подаваться в емкость для отстаивания с разбрызгиванием. Простейший пример – это сознание многочисленных струй особыми головками, наподобие обычного душа. Во встречном направлении подаётся поток воздуха. Чем мельче разбрызгивание воды (а некоторые насадки способны довести ее до состояния «водяной пыли»), тем активнее процесс окисления, и тем быстрее выполняется очистка необходимого объема.

— Другой вариант – так называемая барботация, когда компрессор под давлением прокачивает воздух через ёмкость с водой.

Многие выпускаемые аэрационные установки (их обычно называют колоннами) совмещают оба принципа принудительного контакта воды с воздухом. То есть вода подаётся через разбрызгивающую головку, а снизу компрессор нагнетает воздух, пузырьками поднимающийся вверх и затем отводимый через специальный клапан. После аэрационной обработки вода перекачивается дальше на очередные модули очистки и фильтрации. Пример показан на схеме ниже:

— Отличные результаты дает и использование эжекторного узла. Сам по себе эжектор – это устройство, в котором происходит перемешивания жидкости и воздуха до практически дисперсного состояния. То есть тем самым достигается, пожалуй, максимальный контакт воды и кислорода, необходимый для быстрого и полноценного окисления свободного растворенного железа.

На схеме показано устройство эжектора. Стрелка 1 – это подача воды насосом из скважины. Стрелка 2 – подаваемый компрессором воздух. За счет особой формы сопел в смесительном узле происходит образование водо-воздушной дисперсии, которая перекачивается дальше для последующей сепарации воздуха и очистки воды.

На схеме ниже показан вариант установки для очистки воды с использованием эжектора:

На схеме цифрами и стрелками обозначены:

1 — труба, по которой вода подается на очистку от скважины.

2 — магистраль подачи воздуха компрессором, оснащенная воздушным фильтром.

3 — эжекторный узел, обеспечивающий создание водо-воздушной дисперсии.

4 — сепараторный участок – за счет резкого увеличения сечения трубы скорость потока замедляется, что обеспечивает отделение воздушный пузырьков.

5 — автоматический воздушный клапан, обеспечивающий отвод отделенного воздуха.

6 — модуль последующей очистки воды, механической, каталитической, безреагентной и т.п. — один или несколько, в зависимости от необходимой оснащенности системы по результатам лабораторного анализа воды.

7 — резервуар для накопления прошедшей очистку воды.

8 — подача воды из накопительного гидранта к точкам потребления.

Аэрация показывает весьма высокие показатели очистки. И если основная проблема поступающей из скважины воды заключается именно в превышенном содержании двухвалентного железа, то иногда можно этой стадией и ограничиться (естественно, с последующей механической фильтрацией образующегося нерастворимого осадка). Вода получится вполне пригодной для любого потребления.

Кстати, как можно заметить, в таких случаях создать аэрационную установку – вполне по силам умелому домашнему мастеру. Он может применить хоть все три перечисленных выше принципа смешения воды с воздухом – распыление, барботацию и эжекторный узел (сам эжектор несложно приобрести в магазине). После этого останется лишь установить фильтр механической очистки – и установка будет вполне работоспособной.

Можно, кроме того, акцентировать внимание, что насыщение воды кислородом помогает бороться с еще одной напастью, свойственной воде из автономных подземных источников – с запахом сероводорода. Так что аэрационная ступень не помешает, наверное, в любом случае.

Но все же чаще одной аэрацией не ограничивается – как мы видели, железо может присутствовать воде и в иных формах. В частности, против солей железа аэрация практически бессильна. И для полноценного обезжелезивания воды приходится применять и другие технологии.

Реагентный способ обезжелезивания воды

Значительно ускорить процесс перехода растворенного железа в твёрдую фракцию, которая уже поддается фильтрации, способны некоторые реагенты – химические соединения с мощными окислительными способностями. В частности, для очистки воды в ряде случаев используется перманганат калия КMnO₄ (в просторечье именуемый марганцовкой) или гипохлорит натрия NaOCl. Содержащихся в молекулах этих веществ атомов кислорода достаточно для окисления железа даже без процесса аэрации. То есть, казалось бы, гарантированный результат будет получен в любом случае.

Тем не менее, подобные способы очистки воды для бытового применения в настоящее время используются крайне редко. А причина кроется в том, что недостатков у подобной технологии – значительно больше чем достоинств. В принципе, достоинство-то только одно – гарантированно получаемый результат, а вот «минусы» придется перечислять:

• Упомянутые окислители никак нельзя назвать полностью безвредными для человеческого организма. А это означает, что очистка воды с их применением требует тщательнейшей дозировки. Обеспечить это в бытовых условиях – вряд ли возможно.
• Из первого пункта вытекает второй — дозировка должна в точности соответствовать реальному содержанию растворенного железа в воде. А эта величина, как уже отмечалось выше – непостоянная, подверженная значительным колебаниям по целому ряду причин. Значит, должна быть какая-то оперативно реагирующая «обратная связь» — система автоматизированного контроля концентрации железа и подаваемого для его окисления реагента. Понятно, что априори такая система дешевой быть не может, то есть стоимость очистки резко возрастает.

Если же упрощать систему, и пытаться регулировать подачу окислителей, как говорится, на глаз, то велика вероятность получить два противоположных, но одинаково неприемлемых результата: или вода останется неочищенной, или на выходе в воде будет превышена допустимая концентрация оставшихся незадействованными реагентов, что весьма опасно для здоровья людей, да и для окружающей среды – тоже.

• Упомянутые реагенты расходуются довольно быстро, что потребует от пользователей постоянного пополнения. А это связано с немалыми затратами, в том числе – и времени. Кроме того, необходимо предусматривать и определенный обязательный резерв.

Одним словом, в условиях автономной системы водоснабжения этот метод выглядит слишком сложным, небезопасным, и вряд ли рентабельным.

В качестве активного окислителя может использоваться и озон. Мало того, озонирование воды помогает справиться и со многими небезопасными для человека микроорганизмами.

Да, такие установки доказали свою действенность. Однако, широкого применения среди владельцев домов они все же не находят. Причина – высокая стоимость как самого оборудования, так и очистки, сложность в монтаже, регулировке, повседневной эксплуатации.

К реагентной технологии можно отнести еще и очистку по принципу коагуляции. Заключается она во внесении в обрабатываемую воду специальных активных веществ, связывающих имеющиеся загрязнения с образованием труднорастворимого осадка, выпадающего на дно емкости в виде хлопьев. В качестве активных добавок используются сернокислый алюминий, оксид или хлорид алюминия, хлорное железо, сернокислое железо.

Правда, такая обработка актуальная для промышленной водоподготовки. В бытовых условиях она применения не находит.

Ознакомьтесь с полезными советами, как выбрать фильтр для воды, из нашей новой статьи на нашем портале.

Безреагентная технология обезжелезивания воды

Эта технология позволила в значительной степени уйти от недостатков обработки воды окислителями. Применяемые для нее засыпки не влияют негативным образом на химический состав воды. Это – всего лишь катализаторы, активизирующие процесс окисления железа растворенным в воде кислородом. Кроме того, они одновременно становится и сорбционным фильтром, задерживающим образовавшиеся твердые фракции железа.

Каталитическая засыпка может быть разной. Так, используют материалы чисто минерального происхождения – например, глауконит, доломит, цеолит.

В продаже представлено немало каталитических засыпок синтетического происхождения или являющийся комплексом нескольких материалов. К наиболее популярным, проверенным эксплуатацией можно отнести «ВIRM», «Pyrolox», «МФО-47», «МGS», «МЖФ» и некоторые другие.

В любом случае, сами по себе засыпки ни в какие реакции не вступают – они лишь выступают в роли инициатора активного процесса окисления двухвалентного железа. А образовавшаяся нерастворимая взвесь задерживается в слое самой засыпки. Кроме того, часто в таких обезжелезивающих колоннах практикуется прокладка слоя чистого мелкого гравия, тоже становящегося отличным фильтрующим барьером для загрязнений.

Устройство обезжелезивающей колонны показано на схеме ниже:

1 – корпус колонны;

2 – труба подачи воды;

3 – труба выхода очищенной воды;

4 – управлявший клапан с контроллером – «головка» колонны;

5 – трубка сброса дренажа;

6 – каталитическая засыпка (например, «ВIRM»);

7 – фильтрующая засыпка – слой гравия;

8 — нижний распределительный фильтр на заборе воды из колонны.

Собравшийся осадок время от времени удаляется обычной обратной промывкой колонны и сбрасывается в дренаж. А вот сам катализатор, по сути, и не расходуется и не теряет своих качеств очень долго.

Есть, правда, у этого способа обезжелезивания и свои недостатки:

• Если применять его «в чистом виде», то растворенного в воде кислорода может оказаться недостаточно для полноценного окисления двухвалентного железа. То есть каталитическая очистка, как правило, не избавляет от необходимости установки аэрационной колонны.
• Если вода имеет примеси сероводорода, то до попадания в каталитическую колонну она уже должна быть очищена от него.
• Не для всякой воды такая технология подходит – имеются ограничения по щелочной и кислотной концентрации.
• Фильтр такого типа требует довольно частного вмешательства – регулярной промывки. В противном случае упадет производительность или колонна вообще выйдет из строя.
• Каталитическую засыпку никак не назовешь дешевым материалом. И когда, рано или поздно, приходит срок ее замены, потребуются немалые затраты.

И еще одно. Каталитическая очистка очень эффективно избавляет воду от растворенного железа. Но вот обеззараживание ей не под силу. Не справляется она в полной мере и с повышенным содержанием солей железа. То есть, помимо обязательного фильтра тонкой очистки, при необходимости приходится предусматривать дополнительные ступени водоподготовки. Например, сорбционный фильтр, ультрафиолетовый облучатель, применение специальных асептических реагентов. Возможен, например, вот такой вариант:

1 – подача воды из скважины;

2 – аэрационная колонна;

3 – компрессор, обеспечивающий подачу воздуха для аэрации воды;

4 – колонна каталитического обезжелезивания воды;

5 – дренажный сброс;

6 – фильтр тонкой механической очистки воды;

7 – ультрафиолетовая лампа для обеззараживания воды;

8 – подача очищенной воды к точкам потребления.

Ионообменная технология очистки

По правде говоря, такая технология напрямую не связана с обезжелезиванием воды. Скорее, здесь поставлена задача смягчения, то есть удаления так называемых солей жесткости. Правда, и с солями железа, если их концентрация требует корректировки, вопрос тоже решается.

Поэтому – лишь вкратце. Технология заключается в использовании специальных катионовых смол, которые при прохождении через них воды заменяют атомы других металлов на натрий. Тем самым удаляются труднорастворимые соли жесткости, способные создавать накипь, вызывать наросты и т.п.  Смола постепенно утрачивает свои качества, но обладает способностью к регенерации – для этого практикуется дозированная подачи соли (хлорида натрия).

Использовать ионообменную колонну исключительно для обезжелезивания – расточительно и непродуктивно. В контексте данной статьи такая ступень очистки играет, скорее, вспомогательную роль — у нее иные, но не менее важные цели. И чтобы колонна быстро не забивалась железистой плёнкой и взвесью трёхвалентным железа, в обязательном порядке в системе фильтрации перед ней должны быть установлены модули аэрации и каталитической очистки.

Например, распространен вот такой вариант:

1 – подача воды из скважины;

2 – фильтр-грязевик, не допускающий попадания в систему очистки крупный минеральных или органических включений;

3 – компрессор, подающий воздух для аэрации;

4 – эжектор, создающий водо-воздушную дисперсию;

5 – аэрационная колонна;

6 – колонна каталитического обезжелезивания воды;

7 – сорбционная колонна;

8 – ионообменная колонна для умягчения воды;

9 – солевой бак для регенерации ионообменных смол;

10 – фильтр тонкой механической очистки воды;

11 – подача воды на точки потребления.

Как видно, система очистки обычно делается многоступенчатой, и обезжелезивание – это лишь одна из ступеней приведения воды из скважины в пригодное для бытового применения состояние. Все модули системы связываются общей системой управления и контроля.

Видео: Комплексная система очистки воды из скважины «АкваЩит»

*  *  *  *  *  *  *

В публикации были рассмотрены основные способы очистки воды от железа на бытовом уровне. Надо сказать, что существует и несколько иных технологий. Например, это биологическая очистка, но она обычно применяется для водоподготовки в больших, промышленных масштабах, потому уделять ей внимание – особого смысла не видно.

Ознакомьтесь с разновидностями фильтров грубой и тонкой очистки воды, из нашей новой статьи на нашем портале.

Источник: stroyday.ru