Удаление железа

Обезжелезивание и деманганация воды. Как убрать железо из воды?

Обезжелезивание — удаление железа и марганца из воды — это сложная задача для быта и производства. Нет универсального метода на все случаи, который был бы при этом экономически оправдан на всех объектах. Если бы он был — мы бы все о нем знали. Однако, методов много и каждый из них применим в определенных пределах и, конечно, имеет свои недостатки. Большинство людей пишут мне: «Павел, железо в воде. Фирмы предлагают разные методы от 30 до 150 тысяч рублей. Кому верить? Что делать?»

Ну, тут есть два путя, либо платить солидной фирме сколько скажут, скорее всего сумма будет очень большая. Либо решать вопрос с умом — самообразовываться. Теоретически подготовиться к решению своих задач.

Читать учебники по водоочистке трудно — их много и они почти все написаны в 60-х годах прошлого века в то время, когда индивидуальных систем очистки воды еще не было, а были крупные районные и поселковые станции. Штудировать форумы тоже тяжело — слишком много флуда, ругани, информация очень противоречива.

Меня зовут Павел Куркин. Я занимаюсь водоочисткой больше 5 лет, работал в фирмах, сейчас работаю на себя, веду блог ochistkavodi.ru и видеоблог youtube/Samopalych о водоочистке. За консультацией обращайтесь, это бесплатно, контакты даны в соответствующем разделе. Я создаю информационный ресурс по водоочистке, чтобы пролить, так сказать, свет на все темные углы этой нехарактерной для повседневной жизни сферы бытовых вопросов.

Итак, давайте разбираться… что же такое обезжелезивание воды и… Как убрать железо в современных российских реалиях 2016г?

Для начала определимся с понятиями. Железо в воде. Есть железо общее (по нему делают анализ обычно), есть железо растворенное (двухвалентное), есть железо нерастворенное (трехвалентное), т.е. как бы в виде частиц. Мы видим эти частицы как цветность и мутность воды, так же, как хлопья или слизь оранжевых и красных оттенков. Это гидролизованная ржавчина, гидроксид или гидроокись. Называют по-разному. Иногда «железо» в воде может быть черным — это уже продукты метаболизма бактерий. Так называемое органическое железо.

Признаки железа в воде:

• Запах. Конечно! Мы все знаем запах железа с детства, когда на руках оставался запах металла после турника и качелей.


• Вкус. Вкус железа трудно спутать с чем-то еще. Попробуйте воду на вкус и вы поймете есть в ней железо или нет.
• Мутность. Вода бывает мутной от окислившегося железа. Обычно эта мутность довольно стабильна и не хочет осаждаться.
• Цвет. Красноватые, рыжеватые оттенки — признак окисления железа в воде.
• Осадок. Когда реакция окисления железа завершится — железо выпадет в осадок на дно емкости, вода снова станет прозрачной.

Рыжие несмываемые следы на сантехнике — самый верный признак необходимости удаления железа из воды.

Железо, как и другие металлы, например марганец, в бытовой водоподготовке удаляются несколькими различными методами. Перечислим их в порядке актуальности:

1. Окисление и последующая фильтрация «твердых» фракций
2. Окисление и фильтрация пиролюзитом (MnO2)
3. Ионный обмен (умягчение)
4. Обратный осмос (опреснение, обессоливание)

Я подготовил для Вас коротенькую таблицу для сравнительного анализа методов, применяемых в бытовой водоподготовке.

Метод удаления железа	Стоимость  оборудования	Стоимость эксплуатации	Скорость фильтрации
Окисление + Фильтрация	$$	$	ХХХ
Окисление пиролюзитом	$	$	XX
Умягчение	$$	$$	ХХ
Обратный осмос	$$$	$$	Х

Выбор метода обезжелезивания зависит от множества различных факторов, таких, например как:

• требуемый объем чистой воды в час и в сутки,
• содержание железа, марганца, сероводорода в исходной воде
• pH (водородный показатель) — чрезвычайно важный параметр
• перманганатная окисляемость
• другие загрязнения воды

Основополагающий фактор, конечно — это экономическая целесообразность, а в случае частного загородного жилья — кошелек хозяина. В таблице выше я сравниваю начальную стоимость метода обезжелезивания и стоимость последующей эксплуатации по отношению к получаемому объему чистой воды.

Так, например, окисление (промежуточная емкость, аэрация или дозация гипохлорита) с последующей фильтрацией — это способ требующий вложений. Оборудование аэрации стоит от 650$, обезжелезиватель от 250-400$, но мы получаем МНОГО воды 1-2 и более кубов в час, десятки кубов в сутки, количество ограничено в основном объемом загрузки (диаметром и толщиной слоя).

ПРИМЕР: для сорбентов АС/МС допустимая скорость фильтрации до 20м/ч при диаметре колонны в 13 дюймов (площадь круга = 0,08м получаем не менее 1,6 м3 воды в час и примерно 37 кубов воды в сутки (час кладу на пару промывок). Среднее потребление большого дома 1,5-2 м3/сутки.

Итак, рассмотрим различные методы удаления железа:

Окисление и последующая фильтрация.

В зависимости от количества кислорода, растворенного в воде железо может находиться в:

• двухвалентном Fe(OH)2 растворенном и
• трехвалентном Fe(OH)3 нерастворенном состоянии…

Которое в свою очередь можно разделить на коллоидную форму — золь трехвалентного железа (выглядит, как мутная вода) и крупные хлопья, способные выпадать в осадок.

Суть метода ОКИСЛЕНИЯ заключается в том, чтобы перевести железо из растворенного (двухвалентного Fe(OH)2) состояния в «твердое» нерастворенное трехвалентное Fe(OH)3 за счет присоединения к молекуле железа еще одного иона OH. В этом случае железо, а так же многие другие вещества (марганец, сероводород, органика) не может больше оставаться в растворенном виде и образует относительно крупные образования молекул — коллоиды и более крупные частицы, которые могут быть удалены механически — отфильтрованы.

Поскольку в глубинных скважинах кислорода в воде практически нет, то вода, содержащая большую концентрацию растворенных металлов выходит на поверхность абсолютно прозрачная и, поимев контакт с воздухом, мутнеет, либо окрашивается в оттенки рыжего через некоторое время (от получаса до суток). А еще через какое-то время (1-3 суток) может снова стать прозрачной и безвкусной, на дне образуется осадок.

Мутность измеряют специальным прибором, используя единицу измерения ЕМФ для определения мутности воды

Из колодцев, поселковых водопроводов и открытых источников вода часто идет мутная, что говорит о содержании в воде различных взвесей (окисленных до трехвалентного состояния металлов, органических веществ, песка, глины) в виде коллоидных частиц — слишком мелкие, чтобы видеть глазом, но достаточно крупные, чтобы мешать прохождению светового потока. Это происходит из-за повышенного содержания кислорода в такой воде. Вода растворяет в себе газы при определенных физико-химических условиях. Если поместить воду в открытую емкость, со временем количество растворенного кислорода, в такой воде установится в зависимости от температуры, и парциального давления. Тоже самое касается и цветности воды. Кислород обладает способностью к диффузии — проникновению сквозь стенку трубы в воду. Поэтому длинный водопровод часто несет в себе мутную воду, если вода изначально железистая.

Методы окисления, используемые в быту и на мелких производствах:

• Открытая емкость. Суть процесса — разбрызгать (аэрировать) воду над емкостью, в которой она накапливается в количестве достаточном для прохождения процесса окисления металлов и выхода сероводорода, либо остаточного хлора. Далее следует насос второго подъема, который забирает воду с поверхности воды в емкости и заталкивает ее снова в трубу, по которой вода подается на фильтр, например обезжелезиватель. Почитать больше…
• Напорная аэрация. Воздух подается в водопроводную трубу с помощью компрессора под напором, превышающим напор воды. Далее, для разделения воды насыщенной кислородом от пузырьков (нерастворенного воздуха) используется колонна аэрации. Это пустой баллон с системой трубок внутри. Вода забирается на обезжелезиватель со дна емкости. В верхней части баллона есть воздухоотводная трубка длинной в четверт высоты баллона. На ее длину формируется воздушный пузырь. Чтобы вода не выбрасывалась из колонны используется воздухоотводный клапан с поплавковым механизмом, выпускающий наружу только воздух. Компрессор приводится в действие реле протока, установленным после системы водоочистки. Почитать больше…
• Дозация гипохлорита. Гипохлорит NaClO — активное вещество, охотно отдающее кислород для окисления всего, что может быть окислено. Рабочий раствор подается в водопровод с помощью насоса-дозации. Далее возможно наличие контактной (пустой) емкости, в которой жидкость задерживается для продления реакции окисления. В любом случае затем вода подается на фильтр (обезжелезиватель). После обезжелезивателя как правило устанавливают угольный фильтр, который может так же выполнен в виде колонны загруженной активированным углем. Почитать больше…


• Озонирование воды. Озон — очень активный окислитель. Он производится генератором озона и подается в водопровод. Реакции окисления с озоном происходят быстрее, но стоимость оборудования делает не актуальной установку такого оборудования для бытовой водоочистки.

 

Вне зависимости от того каким именно методом были окислены металлы и сероводород, растворенные в воде следующей ступенью водоочистки идет фильтрация. Отфильтровать частицы можно и с помощью очень мелкой сетки (мембраны) и с помощью нетканых полипропиленовых картриджей. Но эти методы не эффективны, потому что частицы окисленных металлов слишком малы — пол мкм, в том время, как сетка самого мелкого полипропиленового фильтр имеет ячейку 1 мкм.

В современной бытовой водоочистке фильтрация происходит с помощью напольных засыпных фильтров колонного типа с механизмом промывки загрузки, установленном сверху на баллоне.

Загрузкой называют все зернистые компоненты, которые засыпаются в колонну фильтра через верхнее отверстие (единственное в баллоне). Загрузка имеет свой срок службы, который может быть от 3-х до 10 и более лет.

Механизм промывки может быть автоматическим, либо ручным. Загрузка (кварцевый песок, сорбент, различные гранулы) промывается периодически, раз в несколько дней. На промывку загрузки в среднем уходит 200-500л воды (для бытовой системы на дом). Все стоки с обезжелезивателя вне зависимости от метода окисления воды могут быть направлены в септик или станцию аэрации типа «Топас». Да, это совершенно безопасно для септиков и станций аэрации.

В качестве корпуса фильтра используются композитные легкие баллоны (они же колонны, емкости) стандартных типоразмеров от 08 до 18 дюймов в диаметре. Они так же различаются по высоте от 35 до 65 дюймов. Есть баллоны и других размеров, но для наших целей они не актуальны. Под конкретные задачи водоочистки подбирается подходящая колонна — нужных диаметра и высоты.

Таблица типоразмеров баллонов, используемых в бытовых системах водоочистки:

Размер баллона	Высота/диаметр, мм	Вес пустого баллона, кг	Объем корпуса, л	Объем загрузки, л
0844 горловина 2,5″	1122/215	5	32	25
1035 горловина 2,5″	903/257	8,63	39	26
1044 горловина 2,5″	1130/257	9,10	51	34
1054 горловина 2,5″	1390/257	9,30	63	42
1252 горловина 2,5″	1342/308	10,00	97	65
1344 горловина 2,5″	1142/334	9,50	86	57
1354 горловина 2,5″	1400/334	10,40	104	70
1465 горловина 2,5″	1679/360	15,25	150	100

Фильтрация воды в колонных фильтрах обезжелезивания происходит при прохождении воды сквозь загрузку сверху вниз. Основные загрязнения (крупные частицы) осаждаются на поверхности фильтрующего слоя, более мелкие фракции, в том числе коллоиды сорбируются в средних и нижних слоях. Кроме того многие загрузки обладают каталитическими свойствами, то есть ускоряют и усиливают реакцию окисления и выпадения в осадок загрязнений воды, в таком случае все, что было выделено из раствора в твердую фракцию задерживается в толще загрузки. Есть еще более интересные загрузи, обладающие АВТОкаталитическими свойствами, т.е. они самостоятельно без участия внешнего окислителя удаляют растворенные вещества, но об этом поговорим позже.

Более продробно устройство фильтра описано в этой статье…

Сверху на фильтре устанавливают клапан управления.

Клапан управления представляет собой систему каналов, по которым движется вода, запорный механизм, направляющий воду по нужному на данном этапе цикла каналу и блок управления с электроприводом для автоматического клапана, либо ручку для ручного переключения режимов для ручного клапана управления.

Фильтры бывают трехцикловые для безреагентных обезжелезивателей, либо пятицикловые для реагентной промывки. Реагентная промывка — это не просто взрыхление загрузки, а пропускание через загрузку реагента (например, раствора перманганата калия) для более глубокой очистки загрузки и восстановления ее каталитических свойств.

Переключая режимы с помощью ручки, либо автоматически за счет электронного блока управления мы организуем промывку фильтра.

Во время промывки фильтра вода не поступает к потребителю, а выбрасывается в дренаж (канализацию).

Промывка происходит в несколько этапов, там есть свои важные нюансы. Рекомендую изучить данный материал.

После завершения очередной промывки фильтр снова готов к работе. Загрузка фильтра при правильной эксплуатации обычно «живет» (работает) от 3-5 лет.

 

Окисление и фильтрация пиролюзитом (MnO2).

Этот метод прекрасно подходит для удаления небольшого количества двухвалентного железа Fe(OH)3 в простых условиях и для небольшого расхода воды. Высокий pH, отсутствие органики и сероводорода в воде — обязательные условия. Суть метода в том, чтo мы окисляем железо с помощью волшебного компонента загрузки фильтра без аэрации, без дозации, без озона, без реагентов — только обезжелезиватель с загрузкой: сорбент + пиролюзит.

Пиролюзит — это природный минерал. Диоксид марганца. Его применяют для производства батареек. Из него делают марганцовку (KMnO₄) и вообще он довольно широко применяется в химической промышленности. В водоподготовке пиролюзит MnO2 используется, как каталитический материал удаления железа, марганца, органический соединений, сероводорода, потому что пиролюзит является неплохим окислителем.

Пиролюзит в водоподготовке — материал уникальный. Почти все каталитические материалы сделаны с использованием пиролюзита:

BIRM — это легкий сложнопористый алюмосиликат с нанесением пиролюзита в качестве наружнего каталитического слоя. Идея — супер, но живет не долго и боится органики.

Greensand Plus — кварцевый песок с нанесением пиролюзита на поверхность крупиц. Работает только при постоянной дозации гипохлорита или промывке марганцовкой.

МЖФ, МСК, Pyrolox, Сорбент МС и множество других материалов — все это сделано с применением пиролюзита.

При этом пиролюзит — это минерал, содержащий 75-95% MnO2, он поставляется гранулированным, подходящей фракции. Дешевый, но очень тяжелый. Для его промывки требуется быстрый поток воды. Чем больше диаметр колонны, тем больше требуется давление в системе для создания потока нужной скорости для ожижения загрузки.

Однако, пиролюзит можно использовать, как реагентную добавку к сорбенту МС для удаления без окисления небольшого количества железа и марганца. У Вас одна колонна — обезжелезиватель с загрузкой — сорбент + пиролюзит. Без реагентов. Без аэрации или другого вида окислителя. Эта система в некоторой степени уникальна. Никакой другой материал, кроме пиролюзита не способен годами окислять металлы растворенные в воде без активного окисления или реагентной регенерации. Потому что мы используем не продукты, содержащие пиролюзит (BIRM, Greensand, МЖФ и т.п.), а собственно, сам пиролюзит. В процессе эксплуатации он практически не расходуется, может немного «пылить» — давать серую воду — истираясь вымываться в водопровод в режиме фильтрации, но это касается не только пиролюзита, а всех вообще загрузок. Можно поставить угольный фильтр с картриджем на выходе, чтобы избежать попадания частиц пиролюзита в водопровод и я рекомендую устанавливать систему обратного осмоса для получения питьевой воды на кухне, т.к. при некоторых дополнительных условиях пиролюзит может отдавать марганец потребителю, возможно незначительное превышение ПДК.

Условия использования ПИРОЛЮЗИТА в качестве окислителя железа:

• Железо Fe(OH)2 <3мг/л
• Марганец Mn2+ <0,2мг/л
• pH >6,8
• Перманганатная окисляемость <2
• Сероводород < 0,005

Если данные условия соблюдаются — я рекомендую использовать колонну 1354 для получения до 1,5 куб м чистой воды в час. Промывку фильтра следует делать раз в несколько дней. В случае с ручным клапаном допустимо растянуть цикл для промывки раз в неделю.

Стоимость обезжелезивателя на пиролюзите здесь…

Ионный обмен (Умягчение)

Для удаления различных примесей из воды, в том числе растворенных металлов и органических соединений уже более 50 лет используют ионообменные смолы — катиониты и аниониты в различных комбинациях, требующие регенерации поваренной солью NaCl в таблетках.

Процесс удаления солей и металлов на ионообменных смолах называется умягчением. Изначально этот метод применялся и сейчас применяется в основном для удаления солей жесткости (соли кальция, магния). Однако, сейчас есть большой выбор ионообменных смол и для удаления железа, а так же органики.

Ионообменные смолы — это очень обширная тема. Мы говорим здесь исключительно о бытовой водоочистке и я буду сообщать только то, что следует знать о смолах в ключе нашей задачи — очистить воду в частом доме, либо на малом производстве от растворенных металлов.

Что же представляет из себя Смола? Это синтетические шарики, изготовленные из полимерных материалов. Они очень мелкие, их много, они похожи на мелкую икру минтая, щуки или на «тобико» — икру летучей рыбы. Мы, монтажники водоочистки, даже ради забавы называем смолу «икрой» на профессиональном сленге.

Суть процесса умягчения принципиально отличается от обезжелезивания. Смолы не окисляют и не переводят растворенные вещества в твердую форму для последующего фильтрования, а замещают («впитывают») растворенные вещества в воде на катионы натрия, который не придает воде такого свойства, как жесткость. Общая солевая насыщенность воды при этом остается неизменной или даже возрастает. Это зависит от типа растворенных веществ, которые забирает смола.

Исходя из вышесказанного возникает важный параметр ионообменных смол — ионообменная емкость смолы. Емкость смолы подобна емкости электрической батарейки. Есть запас натрия, который в процессе ионного обмена постепенно расходуется, тем самым снижается способность смолы забирать из воды растворенные вещества. Когда заканчивается натрий — заканчивается и очистка — вода проходит через толщу смолы не изменяя своих свойств.

Мы заранее рассчитываем работу умягчителя таким образом, чтобы сделать регенрацию (промывку) смолы раствором поваренной соли до наступления ощутимого снижения емкости. Этот период называется в водоочистке фильтроциклом. О расчете количества смолы, соли для регенерации, фильтроцикла читайте в статье об умягчении.

Такие мультикомпонентные загрузки, как Экотар, Экомикс, FeroSoft, АПТ-2, Ionofer c различными индексами А, В, С и т.д. предназначены для удаления ионным путем растворенных солей, металлов, органических соединений, а также широкого спектра других веществ: тяжелые металлы, ионы аммония, железоорганические соединения, фосфор, кальций, кремний и многие другие.

Как я уже сказал — смола регенерируется с помощью таблетированной поваренной соли NaCl, соль продается на всех строительных рынках, в магазинах сантехники, стоит примерно 7$ за 30кг мешок. Расход соли определяется в основном количеством удаляемых веществ.

В среднем около 1 мешка соли в месяц уходит на умягчение воды.

Обратный осмос.

Системы обратного осмоса — это принципиально иной метод очистки воды. Здесь мы имеем дело с фильтрованием воды сквозь мембрану. Грубо говоря это сетка, через которую проходят молекулы воды, но не проходят молекулы солей жесткости и растворенных металлов. При этом задержанные молекулы не образуют осадка на поверхности мембраны, а сразу же сливаются в дренаж (канализацию). В процессе фильтрации в обратном осмосе вода разделяется на два потока — пермеат (очищенная)  и концентрат (грязная вода).

В среднем на 1 куб.м. очищенной воды мы получаем полтора куба концентрата, который надо куда-то сливать.

Системы обратного осмоса эффективны при удалении растворенных металлов и солей жесткости. Они не замещают одни вещества другими, как ионообенные смолы, а реально очищают воду от примесей, в этом огромное преимущество обратного осмоса. Но это, пожалуй, самый дорогой процесс очистки воды и по причинам целесообразности его реже всего используют для удаления растворенного железа и марганца.

Однако, при высоких содержаниях растворенного двухвалетного Fe2+ железа и низком pH<7 осмос может быть весьма эффективен для удаления 20 и выше мг, потому что молекулы железа гораздо крупнее пор мембраны — их легко фильтровать.

Источник: ochistkavodi.ru

Обезжелезивание воды – процесс, который имеет целью удаление железа из воды. В этом процессе могут использоваться как классические, так и наиболее современные высокотехнологические способы. Специалисты нашей компании точно знают не только цель всех способов, но и их особенности, специфику и т.д.

Для того, чтобы осуществить обезжелезивание, Вы всегда сможете использовать оборудование, которое будет предложено Вам профессионалами нашей компании. Приобрести такое оборудование вы сможете уже сегодня. Специалистами будет произведена его установка.

Вы сможете самостоятельно вызвать специалиста для оценки качества воды, её состава, особенностей и принятия решения о необходимости установки тех или иных приборов для очистки воды.

 

Удаление железа из воды называют обезжелезиванием. Часто од­новременно удаляется и марганец, т. е. проводится деманганация.

Железо находится в воде в следующих формах:

• двухвалентное – растворенное в виде ионов Fe²⁺;
• трехвалентное (хотя хлориды и сульфаты Fe³⁺ хорошо растворимы в воде, ионы Fe³⁺ полностью гидролизуются в нерастворимый гидроксид Fe(OH)₃, который находится в виде взвеси или осадка);
• органическое железо (находится в виде различных растворимых комплексов с природными органическими кислотами (гуматов), имея, как правило, коллоидную структуру);
• бактериальное железо – продукт жизнедеятельности железобакте­рий (железо находится в их оболочке).

В подземных водах присутствует, в основном, растворенное двух­валентное железо в виде ионов Fe²⁺. Трехвалентное железо появляется после контакта такой воды с воздухом и в изношенных системах водо- распределения при контакте воды с поверхностью труб.

В поверхностных водах железо уже окислено до трехвалентного состояния и, кроме того, входит в состав органических комплексов и железобактерий.

Подход к очистке таких вод от железа различен. Если в воде присутствует только трехвалентное железо в виде взвеси, что бывает в системах, питающихся подземной водой через во­донапорные башни, достаточно простого отстаивания или механической фильтрации на фильтрах с размером пор менее 5 мкм.

Для извлечения растворенных двухвалентного железа и марганца сначала необходимо их окислить и перевести в нерастворимую форму. Для окисления используют кислород воздуха, хлор, озон, перманганат калия. Частицы окисленных железа и марганца в виде гидроокисей от­фильтровываются на гранулированной загрузке. Эта операция обычно сопряжена с механической фильтрацией и может произво­диться на традиционных песчаной, антрацитовой или гравийной загруз­ках. Однако их эффективность низка, поскольку процесс окисления и формирования хлопьев достаточно длителен.

2Fe²⁺ + О₂ + 2Н⁺ = 2Fe³⁺ + 2ОН^–

Fe³⁺ + ЗОН^– = Fe(OH)₃

Такие материалы начинают эффективно работать только после на­ращивания на их частицах слоев гидроокиси железа Fe(OH)₃, работаю­щей как катализатор дальнейшего окисления.

Принципиально новыми продуктами, появившимися в последнее десятилетие, являются специальные каталитические загрузки, позво­ляющие с высокой эффективностью проводить обезжелезивание и де- манганацию. К ним относятся Бирм (Birm), пиролюзит, магнетит, Грин- сенд (Manganese Greensand, MZ-10) и МТМ и их аналоги с другими на­званиями, производства конкурирующих фирм. Это природные мате­риалы, содержащие диоксид марганца, например, типа пиролюзита, ли­бо цеолиты, в которые при соответствующей обработке вводится диок­сид марганца. При пропускании воды, содержащей двухвалентное же­лезо и поливалентный марганец, через слой таких наполнителей проис­ходит окисление железа и марганца и их перевод в нерастворимую гидроокись, осаждающуюся на загрузке.

Бирм (Birm) представляет собой горную породу, содержащую при­родный диоксид марганца, эффективно работающий при наличии в воде растворенного кислорода воздуха. В случае, когда содержание железа незначительно (единицы мг в 1 литре), при пропускании воды через каталитическую загрузку типа Birm) содержащегося в воде кислорода оказывается достаточно для окисления железа. Образующаяся гидро­окись отфильтровывается на слое загрузки. При большем содержании железа (до 10 мг/л) или недостатке растворенного кислорода (например, в подземных водах) для окисления всего железа в воду необходимо вве­сти кислород воздуха. Он может быть подан прямо в питающий трубо­провод с помощью эжектора или компрессора  или методом объемной аэрации. Сам фильтр по устройству и блок авто­матического управления аналогичны механическому, но установка обя­зательно снабжена автоматическим воздухоотделителем. При дополни­тельном введении воздуха желательно иметь до фильтра деаэрационную колонну. Объемная аэрация позволяет, кроме того, отдуть из воды при­сутствующий сероводород и создать буферный запас воды.

Гринсенд (Manganese Greensand, MZ-10) и его химический аналог МТМ представляют собой пористые носители (цеолиты), в струк­туру которых введен марганец. Greensand (в переводе с английского – зеленый песок) – это минерал глауконит. Manganese Greensand является натриевым глауконитом (NaZ), предварительно обработанным раство­ром хлорида марганца, который необратимо поглощается цеолитом.

Na₂Z + МпС1₂ <-> MnZ + 2NaCl

При последующем контактировании с раствором перманганата ка­лия на поверхности частиц образуется слой высших окислов марганца:

MnZ + 2КМп0₄ -> K₂ZMn0Mn₂0₇

В такой форме марганцевый цеолит служит источником кислорода, который окисляет ионы двухвалентных железа и марганца до трехва­лентных. В окисленном состоянии железо и марганец осаждаются виде нерастворимых гидроокисей:

K₂Z Mn0 Mn₂0₇+ 4Fe(HC0₃)₂ -> K₂Z + 3Mn0₂ +2Fe₂0₃ +8C0₂ + 4H₂0

Пленка высших окислов марганца расходуется на окисление желе­за и марганца, и поэтому необходимо ее постоянное или периодическое восстановление. Для этого загрузка либо предварительно обрабатывает­ся раствором перманганата калия, либо его постоянно дозируют в воду с помощью системы пропорционального дозирования (насоса-дозатора) перед ее поступлением в фильтр. Использование перманга­ната калия совместно с данными загрузками позволяет также удалить сероводород, окислив его до элементарной серы, и частично органиче­ские вещества и биологические загрязнения, обеспечивая обеззаражива­ние воды.

В первом варианте обработка перманганатом калия производится при каждой регенерации загрузки. Регенерация включает в себя взрыхле­ние загрузки подачей воды снизу, при этом из слоя удаляются задержан­ные гидроокиси металлов и механические загрязнения. Затем в фильтр сверху подается раствор перманганата калия в расчетном количестве, и после его пропуска загрузка отмывается водой до отсутствия в ней следов марганцовки. Для проведения эффективной регенерации количество пер­манганата калия берется с большим избытком, который поступает в сточ­ные воды. Если для очистки стоков используются биосептики, как это принято в современных коттеджах, поступивший в них перманганат пол­ностью убивает микроорганизмы и выводит септик из строя.

В этом варианте сам фильтр и устройство автоматического управ­ления аналогичны фильтру умягчения (см. ниже), в солевом баке кото­рого находится раствор перманганата.

Во втором случае регенерация фильтра производится традицион­ной обратной промывкой, аналогично с механическими фильтрами.

Сравнивая эти два способа, можно отметить, что при непрерывном дозировании перманганат калия используется в стехиометрическом ко­личестве. Однако при изменении состава воды, например, сезонном, возможно либо недоокисление железа и марганца, либо попадание не прореагировавшего избытка перманганата в очищенную воду. Послед­нее приводит к превышению ПДК по марганцу и появлению на сантех­нике трудноудаляемых загрязнений.

Обработка загрузки перманганатом при регенерации, как отмеча­лось, требует больших затрат дорогостоящего реагента и выводит из строя септики.

Для очистки 0,8 м³ в сутки воды, содержащей 4,0 мг/л двухвалентного железа и 0,3 мг/л марганца, показал, что при периодической регенерации с рекомендованным изго­товителем расходом, равным 2 г КМп0₄ на 1 л загрузки, годовое по­требление составит 17,2 кг КМп0₄. При непрерывном дозировании в количестве, рассчитанном для полного окисления железа и марганца, годовое потребление составит 1,34 кг KMn0₄. Следовательно, в первом случае избыточные почти 16 кг КМп0₄ будут сброшены в канализацию с соответствующим результатом.

Гринсенд имеет большую плотность и требует большего расхода воды на взрыхление, чем МТМ, но обеспечивает более тонкую фильт­рацию. Применение загрузок типа Greensand, MZ-10, МТМ дает воз­можность удалять до 20 мг/л железа и до 5 мг/л марганца.

Наиболее сложно удалить железо, входящее в состав органических соединений и биологических объектов. Необходимо либо разрушить органические комплексы, либо, наоборот, их агрегатировать для созда­ния условий для осаждения, либо извлечь их из раствора.

Органические комплексы гуминовых и фульвокислот очень стой­кие и при обработке обычными окислителями трудно и не полностью разрушаются. Хлорирование дает незначительный эффект и приводит к появлению токсичных продуктов. Более эффективно и экологически безопасно для потребителя озонирование. Поскольку разные воды су­щественно отличаются по составу, эффективность такой обработки мо­жет быть установлена только при экспериментах с конкретным образ­цом воды. В ряде случаев озонирование не дает ощутимого эффекта.

Стандартным методом удаления органических загрязнений являет­ся сорбция на активированных углях. Этот способ широко используется в промышленности и муниципальной водоподготовке. Применяется фильтрация через слой гранулированного угля или введение пылевид­ного угля. Наилучшие результаты получаются при совместном исполь­зовании пылевидного угля и коагуляции.

Коагуляция солями железа или алюминия дает, как правило, хоро­шие результаты по удалению органического железа.

Современными эффективными методами удаления органических загрязнений являются сорбция на специальных слабоосновных аниони- тах – органопоглотителях (скавенжерах), и ультрафильтрация на мем­бранах. При обработке воды, содержащей железо, находящееся в очень прочном комплексе с гуматами, который не разрушался хлором и озо­ном, применение органопоглотителя позволило одним его объемом очи­стить от железа и органических примесей до 20000 объемов воды.

Обработка этой же воды солями алюминия в режиме контактной коагуляции также дала хорошие результаты

Бактериальное железо удаляется как методами коагуляции и ульт­рафильтрации, так и с использованием железобактерий.

Источник: www.terrawater.ru

Железо (лат. Ferrum) – химический элемент VIII группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 26, атомная масса 55,847. Блестящий серебристо-белый пластичный металл, плотностью 7,874 г/см3 , tплав. =1535 °С.

Железо – один из семи металлов, известных человечеству с глубокой древности. По распространенности в литосфере железо находится на 4-м месте среди всех элементов и на 2-м месте после алюминия среди металлов. Его кларк (процентное содержание по массе) в земной коре составляет 4,65%. Железо входит в состав более 300-х минералов, но промышленное значение имеют только руды с содержанием не менее 16% железа: магнетит (магнитный железняк) – Fe3O4 (72,4% Fe), гематит (железный блеск или красный железняк) – Fe2O3 (70% Fe), бурые железняки (гётит, лимонит и т.п.) с содержанием железа до 66,1% Fe, но чаще 30-55%.

Железо давно и повсеместно применяется в технике, причем не столько в силу своего широкого распространения в природе, сколько в силу своих свойств: оно пластично, легко поддается горячей и холодной ковке, штамповке и волочению. Однако чистое железо обладает низкой прочностью и химической стойкостью (на воздухе в присутствии влаги окисляется, покрываясь нерастворимой рыхлой ржавчиной бурого цвета). В силу этого в чистом виде железо практически не применяется. То, что мы в быту привыкли называть «железом» и «железными» изделиями на самом деле изготовлено из чугуна и стали – сплавов железа с углеродом, иногда с добавлением других так называемых легирующих элементов, придающих этим сплавам особые свойства.

 

Типы железа

Железо существует в природе в различных формах (в зависимости от валентности: Fe0, Fe2+, Fe3+), а также в виде различных сложных химических соединений.

I. Элементарное железо (Fe0). Элементарное или металлическое железо безусловно нерастворимо в воде. В присутствии влаги и кислорода окисляется до трехвалентного, образуя нерастворимый оксид Fe2O3 (процесс, известный в быту как «появление ржавчины»).

II. Двухвалентное железо (Fe2+). Почти всегда находится в воде в растворенном состоянии, хотя возможны случаи (при определенных и редко встречающихся в природной воде уровнях рН), когда гидроксид железа Fe(OH)2 способен выпадать в осадок.

III. Трехвалентное железо (Fe3+). Гидроксид железа Fe(OH)3 нерастворим в воде (кроме случая очень низкого рН). Хлорид FeCl3 и сульфат Fe2(SO4)3 трехвалентного железа – растворимы и могут образовываться даже в слабощелочных водах.

IV. Органическое железо. Органическое железо встречается в воде в разных формах и в составе различных комплексов. Органические соединения железа, как правило, растворимы или имеют коллоидную структуру и очень трудно поддаются удалению. Различают следующие виды органического железа:

1) Бактериальное железо. Некоторые виды бактерий способны использовать энергию растворенного железа в процессе своей жизнедеятельности. При этом происходит преобразование двухвалентного железа в трехвалентное, которое сохраняется в желеобразной оболочке вокруг бактерии.

2) Коллоидное железо. Коллоиды – это нерастворимые частицы очень малого размера (менее 1 микрона), в силу чего они трудно поддаются фильтрации на гранулированных фильтрующих материалах. Крупные органические молекулы (такие как танины и лигнины) также попадают в эту категорию. Коллоидные частицы из-за своего малого размера и высокого поверхностного заряда (отталкивающего частицы друг от друга, препятствуя их укрупнению) создают в воде суспензии и не осаждаются, находясь во взвешенном состоянии.

3) Растворимое органическое железо. Также как, например, полифосфаты способны связывать и удерживать в растворе кальций и другие металлы, некоторые органические молекулы способны связывать железо в сложные растворимые комплексы, называемые хелатами. Примером такого связывания может служить удерживающая железопорфириновая группа гемоглобина крови или удерживающий магний хлорофилл растений. Так, прекрасным хелатообразующим агентом является гуминовая кислота, играющая важную роль в почвенном ионообмене.

Все вышеперечисленные виды железа «ведут» себя в воде по-разному. Так, если наливаемая в сосуд вода чиста и прозрачна, но через некоторое время в процессе отстаивания образуется красно-бурый осадок, то это признак наличия в воде двухвалентного железа. В случае если вода уже из крана идет желтовато-бурая и образуется осадок при отстаивании – надо «винить» трехвалентное железо. Коллоидное железо окрашивает воду, но не образует осадка. Бактериальное железо проявляет себя радужной опалесцирующей пленкой на поверхности воды и желеобразной массой, накапливаемой внутри труб. Основные отличительные признаки приведены в таблице.

Необходимо только отметить, что «беда никогда не ходит одна» и на практике почти всегда встречается сочетание нескольких или даже всех видов железа. Учитывая, что нет единых утвержденных методик определения органического, коллоидного и бактериального железа, то в деле подбора эффективного метода (скорее комплекса методов) очистки воды от железа очень много зависит от практического опыта фирмы, занимающейся водоочисткой. К сожалению, очень часто достаточно очевидные стандартные методы не работают в, казалось бы, простой ситуации.

 

Источники

Главными источниками соединений железа в природных водах являются процессы химического выветривания и растворения горных пород. Железо реагирует с содержащимися в природных водах минеральными и органическими веществами, образуя сложный комплекс соединений, находящихся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками. В питьевой воде железо может присутствовать также вследствие применения на муниципальных станциях очистки воды железо-содержащих коагулянтов, либо из-за коррозии «черных» (изготовленных из чугуна или стали) водопроводных труб.

Содержание железа в пресных поверхностных водах составляет десятые доли миллиграмма. Основной его формой в поверхностных водах являются комплексные соединения трехвалентных ионов железа с растворенными неорганическими и органическими соединениями, главным образом с солями гуминовых кислот – гуматами. Поэтому повышенное содержание железа наблюдается в болотных водах (единицы миллиграммов), где концентрация гумусовых веществ достаточно велика. При рН = 8,0 основной формой железа в воде является гидрат оксида железа Fe(OH)3 , находящийся во взвешенной коллоидной форме. Наибольшие же концентрации железа (до нескольких десятков миллиграмм в 1 дм3 ) наблюдаются в подземных водах с низкими значениями рН и с низким содержанием растворенного кислорода, а в районах залегания сульфатных руд и зонах молодого вулканизма концентрации железа могут достигать даже сотен миллиграммов в 1 литре воды. В подземных водах железо присутствует в основном в растворенном двухвалентном виде. Трехвалентное железо при определенных условиях также может присутствовать в воде в растворенном виде как в форме неорганических солей (например, сульфатов), так и в составе растворимых органических комплексов.

Влияние на качество воды

Содержащая железо вода (особенно подземная) сперва прозрачна и чиста на вид. Однако даже при непродолжительном контакте с кислородом воздуха железо окисляется, придавая воде желтовато-бурую окраску. Уже при концентрациях железа выше 0,3 мг/л такая вода способна вызвать появление ржавых потеков на сантехнике и пятен на белье при стирке. При содержании железа выше 1 мг/л вода становится мутной, окрашивается в желто-бурый цвет, у нее ощущается характерный металлический привкус. Все это делает такую воду практически неприемлемой как для технического, так и для питьевого применения. По органолептическим признакам предел содержания железа в воде практически повсеместно установлен на уровне 0,3 мг/л (а по нормам ЕС даже 0,2 мг/л). Здесь необходимо подчеркнуть, что это ограничение именно по органолептическим соображениям. По показаниям вредности для здоровья такойпараметр не установлен.

 

Пути поступления в организм

Основной путь поступления железа в организм человека – с пищей. По оценкам ВОЗ доля воды в общем объеме естественного поступления железа в организм среднестатистического человека не превышает 10 %.

У людей определенных профессий (шахтеров, занятых на разработках железных руд и в меньшей степени у сварщиков) возможно попадание соединений железа с пылью при дыхании, что может вызывать профессиональные заболевания.

Из продуктов питания наиболее богаты железом печень, мясо и почки животных, яичный желток, рыба, а также сушеные белые грибы, бобовые (горох, фасоль, соя), гречка, зелень шпината и петрушки, айва, чернослив, абрикосы, другие овощи и фрукты. При этом надо отметить, что железо – трудно усваиваемый элемент и с точки зрения его поступления в организм усвояемость железа становится даже более важным показателем, чем его абсолютное содержание в том или ином продукте. Так, из продуктов животного происхождения, где железо содержится в так называемой гемовой (дословно – «относящийся к крови») форме, усваивается от 10% (рыба) до 20-30% (телятина) железа. Из продуктов же растительного происхождения (где железо содержится в негемовой двухвалентной форме) этот показатель ниже – от 1% (рис, шпинат) до 6% (соевые бобы). Железо же в трехвалентной форме практически не усваивается. Таким образом, средняя усвояемость железа из продуктов питания составляет около 10% (порядка 6% у мужчин и 14% – у женщин).

Всасыванию железа способствует витамин С – аскорбиновая кислота (восстанавливающая нерастворимое трехвалентное железо до растворимого двухвалентного), витамины группы В, микроэлементы медь и кобальт.

Препятствуют усвоению железа высокое содержание в пище (и, можно предполагать, воде) кальция и фосфатов, с которыми железо образует нерастворимые соединения; фосфатин и фитин, содержащиеся в зерновых продуктах (например, в хлебе и дрожжевом тесте); чай (железо образует трудно растворимые комплексы с дубильными веществами); избыток жиров; молоко и т.п.

 

Потенциальная опасность для здоровья

Как уже упоминалось выше, при систематическом вдыхании воздуха, содержащего железосодержащую пыль (например, оксид железа), возможно возникновение профессиональных заболеваний. Так, в легких шахтеров, занятых на разработках красного железняка, может накапливаться до 45 грамм железа. Это приводит к возникновению такого профессионального заболевания из разряда пневмокониозов (от греческих pneumon – легкие и konia – пыль), обусловленного длительным вдыханием производственной пыли, как сидероз (от греческого sideros – железо), чреватого развитием пневмосклероза.

Что же касается вредного воздействия железа при его поступлении в организм с пищей и водой, то Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) не предлагает какой-либо рекомендуемой величины по показания здоровья, так как нет достаточных данных о негативном воздействии железа на организм человека. При уровне установленного ВОЗ переносимого суточного потребления (ПСП) железа, равном 0.8 мг/кг массы тела человека, безопасное для здоровья суммарное содержание железа в воде составляет 2 мг/л. Это означает, что употребляя ежедневно на протяжении всей жизни такую воду, можно не опасаться за последствия для здоровья (другое дело, что вода с 2 мг/л железа будет иметь весьма «неаппетитный» вид).

В российской прессе регулярно проскакивают упоминания о вредном воздействии железа на организм, причем в концентрациях уже выше 0,3 мг/л. В качестве последствий упоминаются неприятности со здоровьем, начиная от аллергических реакций, что, вполне не исключено – хронических профессиональных заболеваний легких, обусловленных длительным вдыханием производственной пыли, аллергия может быть на что угодно, до «увеличения риска инфарктов и негативного влияния на репродуктивную функцию организма… сухости и зуда». Безусловно, в больших количествах железо, как и любое другое химическое вещество, способно вызвать в организме человека нарушения и даже патологии. Учитывая, однако, что железо очень трудно усваиваемый элемент, особенно в неорганической форме (в которой оно в основном и содержится в воде), представляется, что «перебрать» его достаточно трудно. Так что, гораздо более близкой к истине нам кажется точка зрения ВОЗ.

 

Физиологическое значение

Железо относится к числу эссенциальных (жизненно важных) для человека микроэлементов, участвуя в процессах кроветворения, внутриклеточного обмена и регулирования окислительно-восстановительных процессов.

Организм взрослого человека содержит 4-5 г железа, которое входит в состав важнейшего дыхательного пигмента гемоглобина (55-70% от общего содержания), вырабатываемого костным мозгом и ответственного за перенос кислорода от легких к тканям, белка миоглобина (10-25%), необходимого для накопления кислорода в мышечной ткани, а также в состав различных дыхательных ферментов (около 1% общего содержания), например, цитохромов, катализирующих процесс дыхания в клетках и тканях. Кроме того, 20-25% железа хранится в организме как резерв, сосредоточенный в печени и селезенке в виде ферритина – железо-белкового комплекса, служащего «сырьем» для получения всех вышеперечисленных многообразных соединений железа. В плазме крови содержится не более 0,1% от общего содержания железа.

Выделяется железо из организма в основном через стенки толстого кишечника и незначительно через почки. За сутки выводится примерно 6-10 мг железа. Отсюда и суточная потребность человека в железе (в усредненных цифрах). У женщин, например, потребность в железе выше, чем у мужчин – 15-18 мг. Однако, учитывая низкую усвояемость железа, с пищевым рационом человек должен получать в норме 60-100 мг железа в сутки.

В целом, обмен железа в организме зависит от функционирования печени. При нарушениях в ее работе, а также при бедном железом рационе (например, при искусственном вскармливании детей, особенно чрезвычайно бедными железом коровьим и козьим молоком) возможно развитие железодефицитной анемии или, по-простому говоря, «малокровия». Это заболевание характеризуется бледностью кожи и слизистых, одутловатостью лица и сопровождается общей слабостью, быстрой физической и психической утомляемостью, отдышкой, головокружениями, шумом в ушах.

При нарушении клеточного метаболизма может развиваться и обратное явление – избыточное накопление железа в организме. При этом содержание железа в печени может достигать 20-30 г, а также наблюдаться повышенная его концентрация в поджелудочной железе, почках, миокарде, иногда в щитовидной железе, мышцах и эпителии языка.

 

Технологии удаления железа из воды

Удаление из воды железа – без преувеличения одна из самых сложных задач в водоочистке. Даже беглый обзор существующих способов борьбы с железом позволяет сделать обоснованный вывод о том, что на данный момент не существует универсального экономически оправданного метода, применимого во всех случаях жизни. Каждый из существующих методов применим только в определенных пределах, и имеет как достоинства, так и существенные недостатки. Выбор конкретного метода удаления железа (или их комбинации) в большей степени зависит от опыта водоочистной компании. Не без гордости можем сообщить, что нам в своей практике неоднократно приходилось сталкиваться с содержанием железа в 20-35 мг/л и успешно удалять его.

Итак, к существующим методам удаления железа можно отнести:

1. Окисление

Окисление кислородом воздуха или аэрацией, хлором, перманганатом калия, перекисью водорода, озоном с последующим осаждением (с коагуляцией или без нее) и фильтрацией.

Традиционный метод, применяемый уже много десятилетий. Так как реакция окисления железа требует довольно длительного времени, то использование для окисления только воздуха требует больших резервуаров, в которых можно обеспечить нужное время контакта. Это наиболее старый способ и используется только на крупных муниципальных системах. Добавление же специальных окислителей ускоряет процесс.

Наиболее широко применяется хлорирование, так как параллельно позволяет решать проблему с дезинфекцией. Наиболее передовым и сильным окислителем на сегодняшний день является озон. Однако установки для его производства довольно сложны, дороги и требуют значительных затрат электроэнергии, что ограничивает его применение. Необходимо отметить также, что в концентрированном виде (например, на точке ввода в воду) озон является ядом (как, собственно говоря, и многие другие окислители) и требует очень внимательного к себе отношения.

Частицы окисленного железа имеют малый размер (1-3 мкм) и осаждаются достаточно долго, поэтому применяют специальные химические вещества – коагулянты, способствующие укрупнению частиц и их ускоренному осаждению. Применение коагулянтов необходимо также потому, что фильтрация на муниципальных очистных сооружениях осуществляется в основном на устаревших песчаных или антрацитовых осветлительных фильтрах (не способных задерживать мелкие частицы). Однако даже применение более современных фильтрующих засыпок (например, алюмосиликатов) не позволяет фильтровать частицы размером менее 20 микрон. Проблему могло бы решить применение специальной керамики, но она достаточно дорого стоит (так как не производится в России). У всех перечисленных способов окисления есть ряд недостатков.

Во-первых, если не применять коагулянты, то процесс осаждения окисленного железа занимает долгое время, в противном же случае фильтрация некоагулированных частиц сильно затрудняется из-за их малого размера.

Во-вторых, эти методы окисления (в меньшей степени это относится к озону) слабо помогают в борьбе с органическим железом.

В-третьих, наличие в воде железа часто (а практически всегда) сопровождается наличием марганца. Марганец окисляется гораздо труднее, чем железо и, кроме того, при значительно более высоких уровнях рН.

Все вышеперечисленные недостатки сделали невозможным применение этого метода в сравнительно небольших бытовых и коммерческо-промышленных системах, работающих на больших скоростях.

2. Каталитическое окисление с последующей фильтрацией

Наиболее распространенный на сегодняшний день метод удаления железа, применяемый в высокопроизводительных компактных системах. Суть метода заключается в том, что реакция окисления железа происходит на поверхности гранул специальной фильтрующей среды, обладающей свойствами катализатора (ускорителя химической реакции окисления). Наибольшее распространение в современной водоподготовке нашли фильтрующие среды на основе диоксида марганца (MnO2): Birm, Greensand, Pyroloxи др. Эти фильтрующие засыпки отличаются между собой как своими физическими характеристиками, так и содержанием диоксида марганца, и поэтому эффективно работают в разных диапазонах значений характеризующих воду параметров. Однако принцип их работы одинаков. Железо (и в меньшей степени марганец) в присутствии диоксида марганца быстро окисляются и оседают на поверхности гранул фильтрующей среды.

Впоследствии большая часть окисленного железа вымывается в дренаж при обратной промывке. Таким образом, слой гранулированного катализатора является одновременно и фильтрующей средой. Для улучшения процесса окисления в воду могут добавляться дополнительные химические окислители. Наиболее распространенным является перманганат калия KMnO4 , так как его применение не только активизирует реакцию окисления, но и компенсирует “вымывание” марганца с поверхности гранул фильтрующей среды, то есть регенерирует ее. Используют как периодическую, так и непрерывную регенерацию. Все системы на основе каталитического окисления с помощью диоксида марганца, кроме специфических (не все из них работают по марганцу, почти все они имеют большой удельный вес и требуют больших расходов воды при обратной промывке) имеют и ряд общих недостатков.

Во-первых, они неэффективны в отношении органического железа. Более того, при наличии в воде любой из форм органического железа, на поверхности гранул фильтрующего материала со временем образуется органическая пленка, изолирующая катализатор – диоксид марганца от воды. Таким образом, вся каталитическая способность фильтрующей засыпки сводится к нулю. Практически «на нет» сводится и способность фильтрующей среды удалять железо, так как в фильтрах этого типа просто не хватает времени для естественного протекания реакции окисления.

Во-вторых, системы этого типа все равно не могут справиться со случаями, когда содержание железа в воде превышает 10-15 мг/л, что совсем не редкость. Присутствие в воде марганца только усугубляет ситуацию.

3. Ионный обмен

Ионный обмен как метод обработки воды известен довольно давно и применялся (да и теперь применяется) в основном для умягчения воды. Раньше для реализации этого метода использовались природные иониты (сульфоугли, цеолиты). Однако с появлением синтетических ионообменных смол эффективность использования ионного обмена для целей водоочистки резко возросла.

С точки зрения удаления из воды железа важен тот факт, что катиониты способны удалять из воды не только ионы кальция и магния, но и другие двухвалентные металлы, а значит и растворенное двухвалентное железо. Причем теоретически, концентрации железа, с которыми могут справиться ионообменные смолы, очень велики. Достоинством ионного обмена является также и то, что он «не боится» верного спутника железа – марганца, сильно осложняющего работу систем, основанных на использовании методов окисления. Главное же преимущество ионного обмена в том, что из воды могут быть удалены железо и марганец, находящиеся в растворенном состоянии. То есть совсем отпадает необходимость в такой капризной и «грязной» (из-за необходимости вымывать ржавчину) стадии, как окисление.

Однако на практике, возможность применения катионообменных смол по железу сильно затруднена. Объясняется это следующими причинами:

Во-первых, применение катионитов целесообразно там, где существует также и проблема с жесткостью воды, так как железо удаляется из воды вместе с жесткостью. Там, где ситуация с жесткостью достаточно благополучная, применение катионообменных смол нерационально.

Во-вторых, ионообменные смолы очень критичны к наличию в воде трехвалентного железа, которое «забивает» смолу и очень плохо из нее вымывается. Именно поэтому нежелательно наличие в воде не только уже окисленного железа, но и растворенного кислорода и других окислителей, наличие которых может привести к его образованию. Этот фактор накладывает также ограничение и на диапазон рН, в котором работа смол эффективна.

В-третьих, при высокой концентрации в воде железа, с одной стороны возрастает вероятность образования нерастворимого трехвалентного железа (со всеми вытекающими отрицательными последствиями – см. выше) и, с другой стороны, гораздо быстрее истощается ионообменная ёмкость смолы. Оба этих фактора требуют более частой регенерации, что приводит к увеличению расхода соли.

В-четвертых, наличие в воде органических веществ (в том числе и органического железа) может привести к быстрому «зарастанию» смолы органической пленкой, которая одновременно служит питательной средой для бактерий. Тем не менее, именно применение ионообменных смол представляется наиболее перспективным направлением в деле борьбы с железом и марганцем в воде. Задача заключается в том, чтобы подобрать такую комбинацию ионообменных смол (подчас весьма сложную и многокомпонентную), которая была бы эффективна в достаточно широких пределах параметров качества воды.

4. Мембранные технологии

Мембранные технологии достаточно широко используются в водоподготовке, однако удаление железа отнюдь не главное их предназначение, скорее побочный эффект. Этим и объясняется тот факт, что применение мембран пока не входит в число стандартных методов борьбы с присутствием в воде железа. Основное назначение мембранных систем – удаление бактерий, простейших и вирусов («холодная стерилизация»), частичное или глубокое обессоливание, подготовка высококачественной питьевой воды. То есть они предназначены для глубокой доочистки воды.

Тем не менее, микрофильтрационные мембраны пригодны для удаления уже окисленного трехвалентного железа, ультрафильтрационные и нанофильтрационные мембраны также способны удалять коллоидное и бактериальное железо, а обратноосмотические мембраны удаляют даже растворенное органическое и неорганическое железо. Практическое же применение мембран для работы по железу ограничено следующими факторами:

Во-первых, мембраны даже в большей степени, чем гранулированные фильтрующие среды и ионообменные смолы, критичны к «зарастанию» органикой и забиванию поверхности нерастворимыми частицами (в данном случае ржавчиной). Это означает, что мембранные системы требуют достаточно тщательной предварительной подготовки воды, в частности – удаления взвесей и органики. То есть мембранные системы применимы либо там, где нет органического, коллоидного, бактериального и трехвалентного железа, либо проблема с этими загрязнениями должна быть предварительно решена другими методами.

Во-вторых, стоимость. Мембранные системы пока недешевы и их применение рентабельно только там, где требуется очень высокое качество воды (например, в пищевой промышленности).

5. Дистилляция

Дистилляция является давно известным и проверенным способом глубокой очистки воды. Принцип дистилляции фактически повторяет круговорот воды в природе. Вода, испаряясь, освобождается практически ото всех растворенных и нерастворенных примесей. В дистилляторах для ускорения естественного процесса испарения воды применяется нагревание (в подавляющем большинстве случаев с помощью электричества) воды до температуры кипения, что приводит к интенсивному образованию пара. При этом механические частицы, содержащиеся в воде (включая бактерии, вирусы и прочую «живность», а также коллоиды и взвешенные частицы) оказываются слишком тяжелыми, чтобы быть подхваченными паром. Одновременно почти все растворенные в воде химические вещества (включая соли железа, других тяжелых металлов, соли жесткости и т.д.) достигают предела своей растворимости (за счет повышенной температуры и особенно увеличения концентрации – вода-то постоянно улетучивается) и выпадают в осадок. Таким образом, вместе с паром могут «вознестись» только летучие органические соединения (среди которых, правда и такие опасные, как тригалометан – потенциальный канцероген – и другие). Именно поэтому в дистилляторах часто устанавливают фильтр доочистки на основе активированного угля из скорлупы кокоса.

В дальнейшем пар, охлаждаясь (в природе в верхних слоях атмосферы, в дистилляторах – в специальных конденсаторах, простейшим из которых является змеевик), конденсируется, опять превращаясь в воду. Этот конденсат и является той высокоочищенной водой, которую называют дистиллятом. Иногда дистиллированную воду «прогоняют» через дистиллятор еще раз и получают так называемый би-дистиллят.

Дистиллированную воду достаточно широко используют в промышленности, медицине, в химических лабораториях. Хорошо всем известный пример использования дистиллированной воды – заливка в аккумуляторы автомобиля. В быту же дистилляторы не нашли широкого применения. И дело здесь совсем не в непригодности дистиллированной воды для питья. Вредность такой воды из-за отсутствия в ней «полезных» минеральных веществ – это скорее укоренившийся предрассудок. Дистиллированная вода действительно имеет невысокие вкусовые качества, часто ее вкус характеризуют как «затхлый». Связано это с тем, что такая вода — это действительно жидкость без вкуса (!) и запаха (см. любой учебник по химии). То есть вкус дистиллированной воды не затхлый – он никакой. Мы же привыкли, что вода имеет вкус (пусть даже едва уловимый), который определяется ее минеральным составом и наличием растворенных газов. Однако с точки зрения влияния на здоровья нет никаких свидетельств того, что дистиллированная вода непригодна для питья. Ограниченность же применения дистилляторов в настоящее время объясняется следующими причинами.

Во-первых, бытовые дистилляторы имеют малую производительность – что-то около 1 литра в час.

Во-вторых, в бойлере дистиллятора постоянно образуются осадок, накипь и т.п., которые надо вычищать.

В-третьих, дистилляторы излучают тепло и в довольно значительных количествах.

В-четвертых, дистилляторы потребляют значительное количество электроэнергии, что для многих применений делает их использование менее рентабельным, чем обратный осмос или деминерализация на ионообменных смолах.

Источник: watera.ru