Вода в каждом регионе имеет свои характерные свойства, так повышенное содержание железа в воде из грунтовых водоносных слоев наиболее распространенное явление. Для Калининградского региона с заболоченными и глиняными почвами очень характерна железистая вода из неглубоких скважин и абиссинских колодцев. В глинах много пирита и вода растворяет его, также в болотистой местности большое содержание органических гуминовых кислот, где присутствует, так называемое органическое железо. На горизонтах в 40-50 метрах, как правило хороший водоносный слой, но содержание железа в таких источниках часто колеблется с превышением в 5-10 раз от нормы. Источники с горизонтами в 90-110 метров практически не содержат железа, но и стоимость такой скважины возрастает в 2,5 раза. Автономное водоснабжение удобно, а чаще необходимо, в виду отсутствия альтернативного источника воды. Владельцы неглубоких скважин сталкивается с высоким содержанием железа и знают все негативные факторы. Содержание железа в воде выше 1-2 мг/л сильно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус и характерный железистый запах. При контакте воды с воздухом железо из растворенной формы окисляется до гидроокиси железа ( что есть всем известная ржавчина). При концентрациях железа от 0,4 мг/л вода способна вызвать появление ржавых потеков на сантехнике и белье при стирке будет окрашиваться в желтовато-бежевые оттенки. При содержании железа выше 1 мг/л вода через несколько часов будет мутнеть и содержащее в ней железо выпадет в осадок. Он останется в унитазном бачке и полостях труб, а постоянно нагретая вода в бойлере способствует развитию железобактерий, которые в процессе размножения будут выделять сероводород, и горячая вода будет неприятно пахнуть. Все это делает такую воду практически неприемлемой для общего пользования, но и тем более для питьевого водоснабжения.
Если проблема повышенного содержания железа в воде очевидна. Каковы же пути ее решения?
Технологии обезжелезивания воды.
Не смотря на то, что железо в воде может быть в разных формах, основные принципы обезжелезивания воды достаточно простые. В этой статья мы рассмотрим основные способы удаления железа, проанализируем экономическую целесообразность, эффективность и экологичность каждого из них.
Безнапорная аэрация
Один из простых методов обезжелезивания воды. Принцип данного метода заключается в возможности окислить растворенное в воде железо посредством контакта с кислородом воздуха. Вода рассевается в емкости и насыщается кислородом, который в свою очередь окисляет железо. находящееся в воде. Для повышения концентрации кислорода в жидкости емкости большого объема дополнительно оборудуют компрессором В этом процессе также происходит обдувка вредных газов, таких как сероводород, аммиак, углекислота. Далее вода насосом подается в систему водоснабжения объекта через колонну или ряд колонн, в зависимости от производительности установки, в которых специальным материалом дополнительно окисляется и задерживается все железо в виде гидроокиси ( ржавчины). С определенной периодичностью удаляется окисленное железо из фильтрующего материала обратным потоком воды. Как правило, используются автоматические клапана, которые меняют направление потоков воды через определенный интервал времени в определенное время. Промывная вода сбрасывается в канализацию.
Преимущества метода: -удаление достаточно большого содержания железа до 20 мг/л
-удаление сероводорода и других газов -низкая стоимость содержания и обслуживания -удобно при использование скважин с маленьким дебетом и водопроводных сетях, где низкое давление в сети. -очистка производится без помощи химических веществ. -простота и низкая стоимость оборудования. Недостатки безнапорной аэрации: -большие габариты оборудования. -регулярное обслуживание емкости и насоса второго подъема. Но, несмотря на недостатки данного метода, общая экономическая эффективность выше, чем у большинства других способов обезжелезивания воды.
Напорная аэрация
Процесс окисления железа кислородом воздуха, где воздух нагнетается компрессором в герметичную емкость. В аэрационной емкости происходит насыщение воды кислородом и всегда присутствует воздух, который периодически удаляется при подачи компрессором очередной свежей порции воздуха. Данный принцип позволяет удалить газы присутствующие в воде и окислить растворенное железо. Далее вода поступает в емкость , где проходя через слой загрузки, задерживается окисленное железо. Современные легкие автокаталитические загрузки работают не только по принципу адгезии, но и ускоряют процесс окисления, что позволяет удалить большее количества железа . Аэрация показывает весьма высокие показатели очистки. Когда основная проблема поступающей из скважины воды заключается именно в превышенном содержании двухвалентного железа, и очень часто вместе с железом в воде присутствует сероводород, то иногда можно этой стадией и ограничиться.
Преимущества аэрации: —удаление железа до 5,0 мгм марганца до 1,5 мгм и сероводорода. -экологичность и низкая стоимость обслуживания. -компактность, хорошо подходит для загородного дома или дачи. -большой срок службы и низкая стоимость фильтрующего материала. -очистка производится без химических веществ. Недостатки метода: -шумность при работе компрессора (желательно устанавливать оборудования в изолированных помещениях)
Реагентный способ обезжелезивания воды
Использование в процессе очистки сильных окислителей, таких как, перманганат калия КMnO₄ (в просторечье именуемый марганцовкой) или гипохлорит натрия NaOCl. будем называть реагентным способом. Использование данных реагентов может быть как прямое дозирование с последующим осаждением твердых фракций окисленного железа на фильтрующих загрузках, так и использование реагента для восстановления (регенерации) фильтрующих загрузок на основе диоксида марганца. Содержащихся в молекулах этих веществ атомов кислорода достаточно для окисления железа даже без процесса аэрации, и более того, возможность удаления не только большого содержания железа, но и марганца. Тем не менее, в настоящее время подобные способы очистки воды для бытового применения используются крайне редко. Не каждый домовладелец готов контактировать с достаточно неприятными реагентами, следить за концентрацией, использовать специальную тару и т.д.
Преимущества реагентного метода: -возможность удалять большие концентрации железа, марганца и сероводорода. -низкая стоимость реагентов и долгий срок службы фильтрующей загрузки.
Недостатки метода: —промывную воду нельзя сбрасывать в ЛОС с бактериями -трудности в покупке реагентов. -присутствие химических веществ в помещениях.
Каталитическое окисление с последующей фильтрацией
Суть метода заключается в способности фильтрующей среды окислять растворенное железо, без внешних окислителей. Реакция окисления железа происходит на поверхности гранул фильтрующей среды, обладающей свойствами катализатора. Таким образом, в слои фильтрующей загрузки происходит оседание окисленного железа и периодически удаляется обратным потоком воды в дренаж. Эффективность метода достигается при соблюдение характеристик по скорости фильтрации, что требует достаточно большого слоя фильтрующей среды. Последнее время производители фильтрующих материалов широко продвигают данный вид автокаталитических фильтрующих сред, иногда с очень высокими характеристиками Наибольшее распространение в современной водоподготовке нашли фильтрующие среды на основе диоксида марганца (MnO2):
Преимущества метода каталитического окисления: -низкая стоимость оборудования и материалов -отсутствие реагентов -экологичность и низкая стоимость обслуживания.
Недостатки метода: -не удаляет органическое железо -низкая скорость фильтрации -требуется несколько ступеней очистки -не удаляет большие концентрации железа и марганца Ионообменная технология очистки
Данная технология напрямую не связана с обезжелезиванием воды, в первую очередь в процессе иона замещения происходит удаления ионов кальция и магния, что приводит к смягчению воды. Многофункциональные ионообменные смолы состоят из нескольких компонентов и способны принимать ионы железа и марганца. Данная технология очистки воды не только от солей жесткости, но и от небольшого превышения по железу удобна, где нужно решить две задачи используя одно устройство ( фильтр). Использовать ионообменную колонну исключительно для обезжелезивания, где концентрация железа очень высокая, не рационально и расточительно. Все смолы восстанавливаются ( регенерируются ) хлоридом натрия ( поваренная соль) расход соли кратно возрастает если мы используем данную технологию. Также снижается срок службы смолы и требуется периодически регенерировать фильтр слабой кислотой, для того, чтобы отмыть гранулы смолы от железа. Наличие сероводорода в воде снижает срок службы смолы, поэтому нужно быть предельно осторожным при выборе такого метода.
Преимущества ионообменного метода: -возможность снизить стоимость оборудования -компактность ( два фильтра в одном устройстве) Недостатки метода: -плохо работает при трех валентном железе и сероводороде -удаляет только небольшие превышения по железу -высокая стоимость смолы и повышенный расход реагента (хлорида натрия)
Озонирование воды
В качестве окислителя металлов находящихся в составе воды может использоваться озон. Наряду с другим способами окислить железо реакция с озоном проходит быстро и, более того, озонирование воды помогает справиться со многими небезопасными для человека микроорганизмами. Установки с применением озона широко используются на промышленных предприятиях, где очищается большое количество воды за единицу времени. Технология требует контроля за дозированием озона, для этого используется высокотехнологичное оборудование и персонала для контроля работы оборудования. На сегодняшний день, такие установки доказали свою эффективность. хотя, широкого применения среди домовладельцев они все же не находят. Причина – номер один высокая стоимость генераторов озона и всего комплекса очистки, сложность в монтаже, регулировке и повседневной эксплуатации.
Преимущества удаления железа озоном: -удаление большого содержания железа до 25 мг/л -хорошо обеззараживает воду. -высокая скорость реакции окисления. -очистка производится без химических веществ Недостатки метода: -высокая стоимость оборудования -требуется контроль за работой оборудования -озон разрушает полихлорвиниловые трубы и изделия из него.
Как видно, все перечисленные способы имеют свои преимущества и недостатки, поэтому прежде чем сделать выбор обсудите все детали и тонкости с профессионалами, которые смогут подобрать оптимальное решения исходя из ваших условий и задач. Более того. система очистки обычно делается многоступенчатой, и обезжелезивание – это лишь одна из ступеней подготовки воды в пригодное для бытового применения состояние. Все модули системы связываются общей системой управления и контроля.