Методы обезжелезивания воды

В. В. Банников, канд. техн. наук
Директор предприятия «Экосервис Технохим»
(www.etch.ru)

Содержание

1. Обезжелезивание воды

 1.1. Химизм процессов в воде с участием железа

 1.2. Методы обезжелезивания воды

  Упрощенная аэрация

  Аэрация на специальных устройствах

  Коагуляция и осветление, известкование

  Введение реагентов-окислителей

 1.3. Скорые напорные фильтры обезжелезивания

 1.4. Каталитические наполнители

2. Деманганация воды

 Глубокая аэрация с последующим фильтрованием

 Деманганация перманганатом калия

 Каталитическое окисление марганца

 Фильтрование через модифицированную загрузку

 Введение реагентов-окислителей

Литература

Для обезжелезивания поверхностных вод используются только реагентные методы с последующей фильтрацией. Обезжелезивание подземных вод осуществляют фильтрованием в сочетании с одним из способов предварительной обработки воды:

• упрощенная аэрация,
• аэрация на специальных устройствах,
• коагуляция и осветление,
• введение реагентов-окислителей, таких как хлор, гипохлорит натрия или кальция, озон, перманганат калия;

При мотивированном обосновании применяют и другие методы, например катионирование, диализ, флотация, электрокоагуляция и др.

Для удаления из воды железа, содержащегося в виде коллоида гидроксида железа Fe(OH)₃ или в виде коллоидальных органических соединений, например гуматов железа, используют коагулирование сульфатом алюминия или железным купоросом с добавлением хлора или гипохлорита натрия.

В качестве наполнителей для фильтров в основном используют песок, антрацит, сульфоуголь, керамзит, пиролюзит, а также фильтрующие материалы, обработанные катализатором, ускоряющим процесс окисления двухвалентного железа в трехвалентное. В последнее время все большее распространение получают наполнители с каталитическими свойствами: Manganese Greensand (MGS), Birm, МТМ и МЖФ.

При наличии в воде коллоидного двухвалентного железа требуется проведение пробного обезжелезивания. Если отсутствует возможность осуществить его на первой стадии проектирования, выбирают один из вышеперечисленных методов на основании проведенного пробного обезжелезивания в лаборатории или опыта работы аналогичных установок.

Упрощенная аэрация

В процессе аэрации кислород воздуха окисляет двухвалентное железо, при этом из воды удаляется углекислота, что ускоряет процесс окисления и последующий гидролиз с образованием гидроксида железа.

Этот метод допускается применять при следующих качественных показателях воды [1,2]:

• общее содержание железа до 10 мг/л, при этом содержание двухвалентного железа не менее 70%;
• величина рН не менее 6,8;
• щелочность более (1+ [Fe²⁺]/28) мг-экв/л, где [Fe²⁺] – концентрация двухвалентного железа в мг/л;
• содержание сероводорода не более 2 мг/л;
• перманганатная окисляемость не более (0,15[Fe²⁺] + 5 мг/л О₂).

Если одно из этих условий не выдерживается, нужна предварительная аэрация воды в аэраторах с добавлением в нее необходимых реагентов (хлор, гипохлорит натрия, перманганат калия и др.)

При содержании в воде сульфата железа FeSO₄ аэрация воды не позволяет провести ее обезжелезивание. Это связано с тем, что при гидролизе растворенной соли железа образуется кислота, понижающая рН воды менее 6,8, и процесс гидролиза почти прекращается. Поэтому для удаления из воды кислоты требуется ее известкование с осаждением плохо растворимого гипса CaSO₄:

FeSO₄ + Ca(OH)₂ = Fe(OH)₂ + CaSO₄ (3)

После известкования требуется отстаивание и фильтрация воды.

Упрощенную аэрацию можно реализовать путем излива воды в карман или в центральный канал открытых фильтров с высоты над уровнем воды 0,5-0,6 м.

При использовании напорных фильтров воздух вводят непосредственно в подающий трубопровод с нормой расхода 2 л на 1 г железа Fe²⁺. Если в исходной воде более 40 мг/л свободной углекислоты и более 0,5 мг/л сероводорода, то воздух в трубопровод не вводят. В этом случае перед напорным фильтром необходимо установить промежуточную емкость со свободным изливом воды и повысительный насос.

СНиП [1] определяют расчетную скорость фильтрования при обезжелезивании воды упрощенной аэрацией с помощью нижеследующей таблицы.

Таблица 1

Характеристика фильтрующего слоя при обезжелезивании воды упрощенной аэрацией					Расчетная скорость фильтро- вания, м/ч
Мин. диаметр зерен, мм	Макс. диаметр зерен, мм	Эквивалентный диаметр зерен, мм	Коэффициент неоднород- ности	Высота слоя, мм
0,8	1,8	0,9 -1,0	1,5 – 2	1000	5 – 7
1	2	1,2 – 1,3	1,5 – 2	1200	7 – 10

Используя характеристики конкретного наполнителя фильтра и руководствуясь параметрами табл. 1, можно выполнить расчет фильтровальной станции. СНиП [1] требует, чтобы продолжительность работы фильтров между промывками составляла при нормальном режиме не менее 8-12 часов и не менее 6 часов при форсированном режиме или при полной автоматизации промывки фильтра.

Общую поверхность фильтрования можно определить по формуле:

F = Q / (T_стv_н – n_прq_пр – n_прt_прv_н), (1)

где Q – полезная производительность фильтровальной станции за 1 сутки, м³; T_ст – продолжительность работы станции в течение суток, ч; v_н – расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме, м/ч, принимаемая по табл. 1, с учетом соотношения (3); n_пр – число промывок одного фильтра в сутки при нормальном режиме эксплуатации; q_пр – удельный расход воды на одну промывку одного фильтра, м³/м² (определяется из паспортных данных фильтра и эксплуатационных характеристик наполнителя); t_пр – время простоя фильтра в связи с промывкой, ч (определяется из паспортных данных фильтра и рабочих характеристик наполнителя).

Количество фильтров в составе фильтровальной станции производительностью более 1600 м³/сутки должно быть не менее четырех. При производительности более 8-10 тыс. м³/сутки количество фильтров N следует определять с округлением до ближайших целых чисел (четных или нечетных в зависимости от компоновки фильтров) по формуле:

N = (F)^0,5 / 2 (2)

При этом должно быть выдержано соотношение:

V_ф = V_н N / (N – N₁) (3)

где N₁ – число фильтров, находящихся в ремонте; V_ф – скорость фильтрования при форсированном режиме.

Аэрация на специальных устройствах

Аэрация на специальных устройствах используется, когда необходимо удалить из воды железо при концентрации его в воде выше 10 мг/л и увеличить величину рН выше 6,8.

Для осуществления аэрации используют вентиляторные градирни (дегазаторы), либо контактные градирни с естественной вентиляцией. На рис. 1 представлена схема установки для обезжелезивания воды аэрацией. Исходная вода через патрубок 1подается в верхнюю часть вентиляторной градирни, заполненной керамической насадкой 4 (кольца Рашига размером 25х25х4 мм) или деревянной хордовой насадкой из брусков. Навстречу потоку воды с помощью вентилятора 5 направляют воздух. В процессе аэрации выделяется углекислота (диоксид углерода), а вода обогащается кислородом. Из градирни вода стекает в контактную емкость 7, откуда насосом подается в напорный фильтр. В объеме наполнителя фильтра завершается образование хлопьев гидроксида трехвалентного железа и их задержание.

Рис. 1. Схема установки обезжелезивания воды аэрацией.

1 – патрубок для подачи исходной воды в вентиляторную градирню; 2 – водосливные трубки; 3 – воздушные трубки; 4 – насадка; 5 – вентилятор; 6 – патрубок для отвода обработанной воды; 7 – контактная емкость с гидравлическим затвором; 8 – патрубок для выхода газов из градирни.

Площадь поперечного сечения дегазатора вычисляется исходя из плотности орошения (П_ор):

• керамическая насадка – 60 м³/ч на 1 м² площади дегазатора,
• деревянная хордовая насадка – 40 м³/ч на 1 м² площади.

Вентилятор дегазатора должен обеспечивать подачу не менее 15 м³ воздуха на каждый куб. метр обрабатываемой воды. Определение напора, развиваемого вентилятором, следует производить с учетом сопротивления насадки. На каждый метр высоты слоя керамической насадки «теряется» 30 мм вод. ст., а для деревянной хордовой – 10 мм вод. ст.

Время пребывания воды в контактной емкости t_конт (после дегазатора) составляет 30-45 минут.

Высота слоя насадки, необходимая для снижения содержания диоксида углерода в воде, определяется с помощью табл. 2. Содержание диоксида углерода в воде, подаваемой в градирню (дегазатор) зависит от концентрации растворенного (равновесного) свободного диоксида углерода [СО₂]_св, мг/л и карбонатной жесткости исходной воды, разрушаемой при водоподготовке, мг-экв/л [1,4,2]:

[СО₂] = ([СО₂]_св + 44 Ж_к) (4)

Таблица 2

Содержание СО2 в воде, подаваемой на дегазатор, мг/л	Высота слоя насадки в дегазаторе, м
	Кислотоупорная керамическая	деревянная хордовая
1	2	3
50	3	4
100	4	5,2
150	4,7	6
200	5,1	6,5
250	5,5	6,8
300	5,7	7

Блок аэрационного окисления входит в состав установки «Деферрит», разработанной НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды и выпускаемой предприятием «Водкоммунтех». Производительность установки по очищенной воде от 50 до 20000 м³/сут.

ПРИМЕР 1. Выполнить расчет установки обезжелезивания производительностью:

• суточная, Q_сут – 12000 м³,
• часовая, Q_час – 500 м³.

Содержание двухвалентного железа в исходной воде равно 8 мг/л, величина рН = 7,1.

Концентрация свободного диоксида углерода – 35 мг/л, карбонатная жесткость – 4,5 мг-экв/л.

Для аэрации использовать дегазатор с вентилятором. Насадка дегазатора – кольца Рашига.

1. Требуемая площадь дегазатора F_дег, м², определяем по формуле:

F_дег = Q_час / П_ор

Плотность орошения дегазатора, заполненного кольцами Рашига, составляет 60 м³/ч.

Тогда: F_дег = 500/60 = 8,33 м².

2. Диаметр дегазатора определим по формуле:

D = (4 F_дег/ 3,14)^0,5 = (4*8,33 / 3,14)^0,5 = 3,26 м.

3. С помощью выражения (4) определим содержание диоксида углерода в исходной воде: [СО₂] = (35 + 44*4,5) = 233 мг/л.

Высота слоя насадки из колец Рашига Н_р принимается в соответствии с таблицей 2 равной 5,5 м.

4. Производительность вентилятора дегазатора равна:

Q_вент = 15 * Q_час = 15*500 = 7500 м³/ч.

5. Напор, который необходимо развивать вентилятору, равен:

Н_вент = 30 * Н_р = 30*5,5 = 165 м.

6. Объем контактной емкости:

V_конт = Q_час t_конт /60 = 500*40/60 = 333,33 м³.

Если принять высоту слоя воды в контактной емкости в виде цилиндрического резервуара 8 м, то ее диаметр будет равен 7,3 м.

Коагуляция и осветление, известкование

Из поверхностных вод, как правило, необходимо удалить взвеси и коллоидно-дисперсные вещества, включающие соединения железа. Освобождение воды от взвеси и коллоидных веществ возможно осуществить только путем ввода специальных реагентов-коагулянтов. Данный метод обработки воды называют коагуляцией. Коагулянт образует в воде хлопья, которые адсорбируют на своей поверхности коллоиды и выделяются в виде осадка.

Рабочий режим и оборудование для осветления и коагуляции исходной воды выбирают исходя из характера и уровня содержания загрязнений. При этом если необходимо одновременно повысить щелочность воды и снизить ее солесодержание, рассматриваемые процессы совмещают с известкованием.

Процесс коагуляции достаточно сложен и нет строгих стехиометрических соотношений между дозой коагулянта и количеством растворенных коллоидных веществ в исходной воде. Поэтому дозу определяют методом пробного коагулирования.

В качестве коагулянтов применяют:

• сульфат алюминия (глинозем) Al₂(SO4)₃ * 18 H₂O при рН исходной воды 6,5-7,5;
• сульфат железа (железный купорос) FeSO₄ * 7 H₂O при рН воды 4-10;
• хлорное железо FeCl₃ * 6 H₂O для воды с рН 4-10.

Для интенсификации процесса коагуляции в воду дополнительно вводят флокулянты (наиболее распространен полиакриламид). Флокулянты способствуют укрупнению осадка и ускоряют процесс слипания осаждаемых коллоидных и взвешенных частиц [7].

При достаточном содержании в воде карбонатной жесткости (выше 1 мг-экв/л) коагулянты вначале образуют неустойчивые бикарбонаты (реакции 4), которые разлагаются с образованием хлопьев гидроксидов (реакции 5):

Al₂(SO₄)₃ + 3 Са(HCO₃)₂ = 2 Al(HCO₃)₃ + 3 CaSO₄ (4)

FeSO₄ + Ca(HCO₃)₂ = Fe(HCO₃)₂ + CaSO₄

2 Al(HCO₃)₃ = 2 Al (OH)₃↓ + 6 CO₂ (5)

4 Fe(HCO₃)₂ + O₂ + 2 H₂O = 4 Fe(OH)₃↓ + 8 CO₂

По реакции 5 видно, что для образования хлопьев гидроксида железа необходимо наличие в воде растворенного кислорода.

Если карбонатная жесткость исходной воды невелика, то ее подщелачивают раствором гидроксида натрия или «известковым молоком» (раствор Ca(OH)₂):

4 FeSO₄ + 4 Ca(OH)₂ + 2 H₂O + O₂ = 4 Fe(OH)₃ ↓ + 4 CaSO₄ (6)

Осветление и обесцвечивание мутных вод с повышенной жесткостью предпочтительнее осуществлять коагулянтами при высоких значениях рН, а цветных мягких вод – при пониженных рН.

При реализации процесса коагуляции температуру воды поддерживают в пределах 20-25 ^оС, а при осуществлении коагуляции с известкованием воду подогревают до 30-40 ^оС.

Дозу коагулянта сульфата алюминия обычно принимают в пределах 0,5-1,2 мг-экв/л. Для воды с умеренным (до 100 мг/л) содержанием взвеси и с небольшой окисляемостью дозу понижают, а для вод с содержанием железа и с высокой окисляемостью (15 мг/л О₂ и выше) ее повышают до 1,5 мг-экв/л. Для цветных вод дозу можно ориентировочно определить по формуле [7]:

Д_к = 4 (Ц)^0,5, (5)

где Д_к – доза коагулянта, мг/л; Ц – цветность воды, градусы.

Дозировка флокулянта полиакриламида в виде 0,1 %-ого раствора составляет 0,1-1,0 мг на каждый литр обрабатываемой воды (в пересчете на 100%-ный продукт). Флокулянт добавляют спустя 1-3 минуты после дозирования коагулянта с целью завершения формирования микрохлопьев и адсорбции загрязнений.

При необходимости подщелачивания воды дозу щелочи можно определить из выражения:

Д_щ = Э_щ(Д_к/Э_к – Щ + 1)*100/С, (6)

где Д_щ – доза щелочи, мг/л;

Э_щ – эквивалентная масса активной части пощелачивающего реагента, равная для извести 28 (в пересчете на СаО) и 53 для соды (в пересчете на Na₂CO₃), мг/мг-экв;

Э_к – эквивалент безводного коагулянта, равный 57,02 мг/мг-экв для Al₂(SO₄)₃; 75,16 – FeSO₄; 54,07 – FeCl₃;

Щ – общая щелочность исходной воды + 1 (резервная щелочность), мг-экв/л;

С – концентрация активного вещества в реагенте для подщелачивания, %.

Если величина Д_щ при расчете по выражению (6) отрицательна, то подщелачивания не требуется.

Когда в исходной воде содержание взвешенных веществ менее 100 мг/л, коагуляцию осуществляют непосредственно на осветлительных фильтрах с дозировкой коагулянта в подающий трубопровод. Расстояние от точки ввода коагулянта до фильтра должно составлять ≥ 50 диаметров трубопровода (50 Dу).

При концентрации взвеси более 100 мг/л в обрабатываемую воду помимо коагулянта вводят полиакриламид с соответствующим временным разрывом, а процесс ведут в осветлителе.

Дозирующие насосы подбирают исходя из максимальной дозы коагулянта. Cуточный расход коагулянта (в пересчете на безводный 100 %-ный продукт, кг) определяют по формуле:

P_к = 24*Q_час*Э_к*Д_к/1000, (7)

где Q_час – производительность установки по воде, м³/ч;

Э_к – эквивалент безводного коагулянта, равный 57,02 для Al₂(SO₄)₃; 75,16 – FeSO₄; 54,07 – FeCl₃;

Д_к – максимально требуемая доза коагулянта, мг-экв/л.

Расход раствора коагулянта находят при помощи следующего соотношения:

V_к = 100 *Р_к / (С_к*ρ_к), (8)

где V_к – суточный объем раствора коагулянта, м³/сутки;

С_к – концентрация коагулянта в дозируемом растворе, обычно равна 5-10 %;

ρ_к – плотность раствора коагулянта, кг/м³.

www.etch.ru

Действие железа на организм человека

В умеренных дозах железо даже необходимо для нормального функционирования человеческого организма. Входя в состав гемоглобина, этот элемент участвует в переносе и доставке кислорода ко всем жизненно важным органам и системам, способствует выведению углекислого газа. Оно входит в состав дыхательных ферментов и некоторых видов клеток.

Следует отметить, что усвоение железа из воды достаточно затруднительно. Ничего страшного не случится после однократного приёма воды с превышением показателей железа. Поэтому бытует мнение, что пагубное влияние на здоровье повышенной концентрации железа сильно преувеличено. Однако большинство экспертов убеждены, что превышение допустимых показателей в питьевой воде – серьёзная проблема для организма.

Безопасное содержание железа установлено в пределах от 0,1 до 0,3 мг на один литр воды. Систематическое употребление воды, превышающей эти показатели, приводит к накоплению железа во внутренних органах человека и различным расстройствам:

• меняется состав крови;
• проявляются дерматиты, сухость кожных покровов, аллергические реакции;
• нарушается работа желудочно-кишечного тракта;
• возникают пищевые отравления;
• нарушается работа печени, почек, поджелудочной железы;
• затрудняются обменные процессы;
• отмечаются нервные расстройства.

Кроме того, неприятный привкус ухудшает качество приготовленной пищи.

Концентрация железа в воде

Нормативами установлено предельно допустимое количество железа в воде до 0,3 мг на 1 литр. Нередко эта норма превышается в десятки раз. Иногда эти показатели в водопроводной воде составляют 5 мг на литр, а некоторых неблагополучных районах достигают 10 мг/л. Как же определить концентрацию железа в воде?

Превышение допустимой нормы до 1 мг/л визуально остаётся незаметным. Вода по внешнему виду сохраняет прозрачность, посторонний запах не ощущается. Однако на постиранном белье, сантехнике, стенках электрических чайников начинают появляться характерные ржавые пятна.

Если содержание железа превышает 1 мг/л, вода выглядит мутной, приобретает грязно жёлтый оттенок, ощущается металлический привкус.

Прежде всего страдает бытовая техника. Твёрдые частицы железа действуют на уплотнительные прокладки как абразив, выводя из строя стиральные и посудомоечные машины. Ржавчина оседает на эмали сантехники и быстро забивает трубы.

Формы железа в воде

Для того чтобы грамотно подобрать систему очистки, необходимо выяснить не только уровень железа в воде, но и в какой форме присутствует этот элемент. Железо в воде содержится в нескольких основных формах:

1. Двухвалентное железо – растворяется в воде и на первый взгляд незаметно. При взаимодействии с кислородом окисляется и переходит в трёхвалентное с характерным бурым цветом и «ржавым» привкусом.
2. Трёхвалентное железо – присутствует в воде в виде грубой нерастворимой взвеси. Попадает в воду из ржавых труб или городских очистных сооружений. Имеет характерный цвет и запах.
3. Коллоидное железо – присутствует в воде в виде взвеси, которая не осаждается даже при длительном хранении, оставляя воду мутной.
4. Бактериальное железо – состоит из железобактерий, которые присутствуют в воде в виде вязких, мягких слизистых образований. Попадает в воду чаще всего из отходов различных промышленных предприятий. Обычно эти бактерии безвредны, но в случае роста ведут к быстрой коррозии и изнашиванию водопроводных труб.

Установить присутствие железа в воде можно и самостоятельно. Если прозрачная вода после отстаивания приобретает осадок бурого цвета, то это свидетельствует о наличии двухвалентного железа. Если вода поступает уже желтовато-коричневого цвета, то в ней присутствует трёхвалентное железо. Радужная маслянистая плёнка на поверхности выдаёт присутствие в воде бактериального железа. Слизистый налёт внутри труб также говорит о присутствии бактерий.

Тем не менее определить форму железа своими силами бывает не так просто. В воде может содержаться несколько форм железа одновременно. Несомненно, самым точным методом будет химический анализ воды в лаборатории. По результатам исследования можно наиболее правильно и эффективно подобрать систему очистки воды от железа.

Домашние способы очистки воды от железа

Чтобы очистить воду от железа, теоретически достаточно перевести его из растворённой формы в трёхвалентную и отфильтровать. Для небольшого объёма воды подойдут и домашние методы. Существует несколько несложных способов самостоятельной очистки воды:

1. Самый доступный и простой вариант – отстоять воду. Для этого выбирают ёмкость сравнительно больших размеров, наливают воду и оставляют её на некоторое время, лучше на ночь. Затем переливают две трети отстоянной воды в другую ёмкость.
2. Подольше прокипятить. Под воздействием высоких температуры в течение не менее 10 минут, взвешенные частички железа выпадают в осадок.
3. Заморозить. Если воды немного, можно её наполовину заморозить. В жидкости останутся все примеси, её необходимо слить. Ледяную часть снова разморозить и использовать.
4. Воду можно оминералить. Для этого понадобится кремний и шунгит. Камни необходимо сложить на дно ёмкости, налить воду, затем слить в другую тару две трети объёма. Осадок останется на камнях.

Вышеуказанные способы очистки питьевой воды от железа эффективны только при небольшом превышении нормативов, примерно до 1 мг/л и только как временные меры. Постоянная очистка и удаление из воды больших концентраций микроэлемента, процесс достаточно сложный, требующий серьёзного профессионального подхода.

Современные системы удаления железа из воды

Качественно очистить ржавую воду можно исключительно с помощью современных фильтров. Системное удаление железа из питьевой воды необходимо наладить в домах со старыми водопроводными трубами, а также пользователям личных скважин.

Различные формы и концентрация железа соответственно требуют и различных технологий его очистки. Примеси железа в большинстве случаев содержатся в двухвалентном и трёхвалентном состоянии, каждое из которых очищается своеобразно.

Методы очистки воды от железа

Существует два основных метода удаления железа – с применением реагентов и безреагентное.

Безреагентная очистка воды от железа — наиболее распространённый способ среди современных технологий. Эффективен при концентрации железа до 10 мг/л. В основу метода положено свойство двухвалентного железа окисляться под действием кислорода. Вода насыщается кислородом путём принудительной аэрации с помощью компрессора.

Положительным моментом является отсутствие химических реагентов. Системы очистки относительно дешевы, но громоздки. Обычно является начальным этапом в многоступенчатой системе. Требуют последующего отстаивания и фильтрации.

Реагентная очистка воды от железа – применяется при концентрации железа свыше 10 мг/л. Для очистки воды используются сильные химические окислители. Чаще всего это гипохлорид натрия или перманганат калия (марганцовка). Реагентные фильтры просты в использовании. Однако химические вещества опасны для здоровья и требуют тщательной дозировки, а концентрация железа в природной воде может меняться. Кроме того, реагенты требуют постоянного обновления и достаточно дороги. Способ больше подходит для технологических, а не бытовых нужд.

Способы очистки воды от железа и виды фильтров

В настоящее время наиболее популярными способами очистки от железа являются фильтрация и аэрирование – окисление воды с помощью кислорода.

Ионообменные фильтры – применяется при концентрации железа не выше 5 мг/л. Для очистки используются гранулированные ионообменные смолы. В массе ионообменника задерживаются ионы железа, которые замещаются ионами натрия. Кроме железа, удаляются примеси других металлов и соли жёсткости.

При таком способе очистки невозможно исключить процесс окисления железа кислородом. В результате грубые частицы образовавшегося трёхвалентного железа быстро забивают гранулы смол. На их поверхности образуется плёнка, которая служит средой для размножения бактерий. Для эффективной работы требуется предварительная подготовка воды и регулярное восстановление смол. Смолы можно восстановить только частично, а ресурс их полного использования составляет не более 2-3 лет. Поэтому в бытовых условиях этот способ практически не применяется. Чаще используется для очистки воды в технологических целях – в работе ТЭЦ, котельных и т.д.

Обратноосмотические фильтры – используются для очистки воды с содержанием железистых примесей до 20 мг/л. Безреагентный метод, при котором вода проходит сквозь особую мембрану под давлением. Поры мембраны эффективно удерживают до 99% различных веществ, в том числе двухвалентное железо. По технологии фильтра, примеси сливаются в канализацию, не задерживаясь в мембранах.

Вода после этого хорошо очищена, однако почти полностью утрачивает свой минеральный состав. Поэтому для питьевой воды требуется дополнительная установка минерализатора. Такой способ очистки часто используется в бытовых фильтрах небольшой производительности, но для больших объёмов нецелесообразен. Идеально подходит для квартир и небольших коттеджей. Для использования такого способа необходимо поддержание хорошего напора воды, иначе фильтры не смогут работать. Содержание системы обратного осмоса относительно экономично, но требует систематической замены мембраны либо промывки с помощью химических веществ.

Электромагнитные фильтры – сравнительно новый способ, при котором на воду воздействуют ультразвуком, затем пропускают через специальный электромагнитный аппарат и завершают очистку воды от железа с помощью кварцевого песка. Электромагнитное поле отделяет частицы железа, которые впоследствии задерживает механический фильтр.

Механические картриджные фильтры – применяются при очистке воды от нерастворимых крупных фракций трёхвалентного железа. Картриджи задерживают частицы более 15 мкм в системах предочистки воды и до 5 мкм в системе тонкой фильтрации.

Чаще всего такой способ очистки воды от железа используется в квартирах и домах с централизованным водоснабжением. Воду из скважины так очистить не удастся. Механические фильтры в коттеджах могут использоваться только после предварительной аэрации.

Каталитическое окисление – довольно распространённый способ очистки от железа в частных домах, коттеджах и небольших промышленных производствах. При помощи специальных гранул с каталитическими свойствами происходит реакция окисления железа. Нерастворимый осадок оседает на фильтре и смывается при очередной промывке в канализацию. В настоящее время существует множество засыпок как из синтетических, так и из природных материалов.

Системы каталитического окисления производительны и компактны. Недостатком промывных фильтров является чувствительность к низким температурам. Если температура опустится ниже 0° С, фильтры могут выйти из строя. Подходят для применения только в отапливаемых помещениях, требуют частой очистки и промывки.

Электрохимическая аэрация – самый современный и передовой способ очистки воды от железа, применяется при высоком содержании железа – до 30 мг/л. Аэрация предусматривает обработку воды потоком воздуха, в результате которой растворимое железо из артезианской скважины окисляется и в виде хлопьев оседает на фильтре. В этом способе кислород образуется непосредственно из молекул воды в ходе электрохимической реакции и не требует применения дополнительных химических реагентов.

Этот способ энергетически выгоден и экономически эффективен, так как аэрационные установки отличаются компактностью, работают автономно и не требуют постоянного обслуживания.

Озонирование воды – предполагает окисление двухвалентного железа в колодцах и скважинах с помощью установки генерирующей озон. Озон самый эффективный окислитель металлов, очищает воду от неорганических примесей и болезнетворных бактерий.

Озонирование является самым дорогостоящим способом. Из-за токсичности озона требуется строгое соблюдение мер безопасности при эксплуатации установки. В результате очистки вода приобретает сильную окислительную способность, поэтому водопроводные трубы и ёмкости для хранения воды должны быть выполнены из материалов повышенной стойкости – нержавейки или ПВХ.

Биологические фильтры – в этом способе используется способность очищать воду с помощью некоторых микроорганизмов. Иногда биофильтр является единственным способом очистки воды от высокого содержания железа – более 40 мг/л, а также большого содержания углекислоты и сероводорода. После биологической очистки продукты жизнедеятельности бактерий удаляют с помощью сорбентов и обеззараживают ультрафиолетом.

Выбор фильтра

Универсального способа для полноценной и качественной очистки воды от примесей железа не существует. Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки. Необходимо подобрать технологию оптимальную для каждого конкретного случая с учётом концентрации, вида железистых и иных примесей, экономической эффективности и минимальных затрат.

Чаще всего применяются комплексные установки, сочетающие положительные качества нескольких очистительных технологий. Поэтому доверить подбор необходимого оборудования лучше профессионалам, которые оценят целесообразность использования того или иного метода на основании проведённого анализа воды.

global-aqua.ru

Зачем обезжелезивать воду?

Вода, которую используют для бытовых нужд, нередко содержит двухвалентное железо в значительных количествах. От него необходимо избавиться, поскольку такие химические включения негативно отражаются на здоровье людей.

Железо, которое растворено в воде, негативно воздействует на весь организм в целом. Оно негативно действует на кожные покровы, приводит к появлению аллергических реакций. При избыточном потреблении железа вместе с водой изменяется состав крови и развиваются различные заболевания, в том числе злокачественные.

Высокая концентрация железа вредна для сантехники и водопроводной системы. Оно не только способен делать поверхности желтыми, с ржавыми потеками, но и может нарушить работу. Дело в том, что при доступе кислорода в воде богатой ионами железа развиваются железобактерии. Для человека они безопасны, но продуктом их жизнедеятельности становится рыхлый, нерастворимый шлам, который оседает на стенках труб и приборов. В результате трубы засоряются, а бытовые приборы выходят из строя.

Особенности и методы очистки воды

Процедура очистки воды заключается в окислении двухвалентных ионов железа и переводе их в трехвалентную форму. Соединения трехвалентного железа нерастворимы и оседают в виде взвеси.

Процесс окисления осуществляется различными методами. Они могут быть как безреагентными, так и реагентными. По названию понятно, что во втором случае применяются специальные химические составы. Единого способа очистки не существует, поскольку концентрация железа в воде может существенно различаться в зависимости от источника.

После переведения железа в трехвалентную форму появляется нерастворимый осадок. Чтобы от него избавиться, выполняется фильтрация.

Физические методы очистки

Чтобы очистить воду от излишнего количества железа своими руками, можно применять физические методы, без использования химических компонентов. Первым из таких методов является отстаивание. Это наиболее простой и дешевый способ очистки. Для него потребуется бак достаточного объема. В бак накачивается железистая вода из скважины и оставляется на некоторое время. Емкость становится отстойником, в котором растворенное железо окисляется и выпадает в форме нерастворимого осадка. Этот осадок оседает на дно и от него легко избавиться. Для этого применяется простая механическая фильтрация.

Чтобы процесс такого обезжелезивания проходил быстрее, в емкость с водой можно подавать воздух при помощи компрессора.

Минусом метода является его малая производительность. Объем очищаемой воды ограничивается размерами бака. Кроме того, требуется много времени, чтобы железо успело окислиться.

Второй физический метод устранения железа – аэрация. Данная технология является одной из наиболее эффективных. Она основывается на создании системы для насыщения воды кислородом. В результате ионы железа, которых слишком много, быстро окисляются и переходят в нерастворимые соединения, которые легко отделяет механическая фильтрация.

Существует три основных способа аэрации. Она бывает напорной, безнапорной и эжекторной. В каждом из этих случаев требуется использовать специальное оборудование. Кроме того, учитываются особенности проведения, имеющиеся у каждой разновидности.

Метод аэрации имеет много преимуществ. В воду не требуется вносить химические вещества, поэтому она остается чистой и безопасной. Невысокая стоимость делает его практичным. Затраты требуются только первоначальные, на приобретение оборудования. В дальнейшем надо будет только оплачивать электроэнергию. При желании можно сделать простейшие аэрирующие установки своими руками.

Реагентные методы обезжелезивания

Все механические методы очистки дополняет обязательная фильтрация воды. Методы с использованием различных реагентов могут как создавать осадок, так и не создавать.

Без создания осадка работает система на основе метода ионного обмена. В этом случае окислители не используются, а применяются специальные смолы синтетического происхождения, которые называются катионитами. Они удаляют из воды двухвалентное железо, магний и кальций. Все эти вещества задерживаются в гранулах ионообменных смол. Вместо них вместо них выделяются ионы натрия.

При помощи данного метода могут удаляться значительные количества железа из воды. Но у него нет широкого распространения из-за некоторых минусов. Поскольку в воде имеются органические вещества, поверхность ионообменной смолы быстро зарастает пленкой, на которой поселяются бактерии. На поверхности смол может откладываться трехвалентное железо. Все это в комплексе существенно снижает производительность системы.

Каталитический способ очистки основан на использовании специальных соединений, а дополняет его фильтрация. Катализаторы помещаются в специальный резервуар и ускоряют процесс окисления с использованием кислорода, растворенного в воде.

Существенный плюс этого способа заключается в том, что катализатор не тратится и не растворяется в воде. Он только активизирует естественные процессы. Не требуются дополнительные реагенты.

Но такая система не идеально. Прежде чем проводить каталитическую очистку от ионов железа, требуется устранить прочие примеси, которые способны уменьшить активность катализатора. Поскольку кислорода в воде нередко бывает недостаточно, требуется дополнительная аэрация.

Озонирование – очень эффективный способ окисления примесей и обеззараживания воды. Этот метод основан на обогащении воды озоном или смесью из озона и воздуха. Озон окисляет растворенное железо, переводит его в трехвалентное. Следующим этапом выполняется фильтрация или отстаивание. Этими двумя способами осадок удаляется.

Если в процессе озонирования не превышается концентрация действующего вещества, то изменений в составе и качестве воды не происходит. Главным недостатком метода является его дороговизна, поскольку, чтобы делать нужное количество озона, требуется установка.

Еще два окислительных метода очистки – хлорирование и биологический. Для хлорирования используют специальные дозаторы. Метод недорогой, но хлор токсичное вещество, а при нарушении дозировки вода приобретает неприятные запахи.

Биологическая водоочистка основана на использовании железобактерий. Для этого метода требуются большие емкости и аэрация. Затем выполняется фильтрация и обработка бактерицидными лучами, например, ультрафиолетом.

Как выбрать систему?

Чтобы выбрать конкретную систему и фильтр для установки или изготовления своими руками, потребуется учесть несколько факторов.

1. Производительность – система должна быть достаточно производительной, чтобы воды хватало на все бытовые нужды. Производительность рассчитывают исходя из объема одновременного максимального забора.
2. Фильтрующую среду – разные действующие компоненты очищают воду с различной скоростью. Не стоит забывать про удобство их использования и безопасность для здоровья.
3. Размеры фильтровальных баллонов – в зависимости от используемых материалов фильтр следует делать достаточно габаритным. Чем более производителен фильтр, тем больше его размеры и выше затраты на обслуживание.
4. Время прохождения воды – разные способы очистки работают с различной скоростью.

Водоочистка на даче усложняется из-за того, что состав воды может меняться. Влияют на это время года, наличие или отсутствие осадков.

Советуем почитать: Очистка воды от железа

oburenie.ru