Сульфаты в воде

1.    Что такое сульфаты и как появляются в воде

Вода из природных источников – это кладезь различных минералов и элементов. Но многие из них не так уж и полезны. Например, сульфаты. Это растворенные соли серной кислоты, которые присутствуют в виде анионов. Заряд у них отрицательный. Присутствуют практически в любом источнике, так ка имеют способность растворяться и взаимодействовать с молекулами воды. Всегда присутствуют в слабо минерализованных водах. Соединяясь с другими элементами могут менять цвет.

Наиболее активный вид сульфатов – двухвалентный. Это соединения бария, кальция и стронция. Появляются в поверхностных пластах земли, при высокой концентрации кислорода. Они чаще всего проникают в грунтовые воды или выпадают с атмосферными осадками.

Ионы сульфатов очень нестабильны. И устойчивые соединения образуются только при взаимодействии с другими элементами. Например, с барием. Могут менять форму на сульфидную и обратно. Зависит от наличия кислорода.

В воде появляются несколькими способами. С помощью сульфатредуцирующих бактерий, при вымывании вулканических пород, при окислении серы, таянии снега или льда, при разложении органических остатков. Деятельность человека тоже приносит свой «вклад». Сернокислые соли образуются при некоторых технологических процессах. Далее они проникают в грунт со сточными водами. Если промышленные предприятия или сельские хозяйства расположены близи бурения скважин, то грунтовые воды так же будут содержать высокий уровень сульфатов. В частности, это целлюлозно-бумажные фабрики, горнодобывающие предприятия, шахты, нефтеперерабатывающая промышленность.

Определить сульфаты в воде можно только при определенной концентрации, от 200 до 400 мг на 1 литр. При этом у воды появляется соленый привкус. Если концентрация еще выше от 500 мг/л, то вкус станет горьким. Наличие сульфатов изменяет характеристики солей жесткости. Их нельзя устранить кипячением. Наоборот добавляется некарбонатная жесткость.

2.    Проблемы, которые вызывают сульфаты в воде

Так как сульфаты являются производными серной кислоты, то они очень опасны. Вызывает раздражение пищевода и органов желудочно-кишечного тракта. Нарушаются процессы пищеварения, раздражаются слизистые дыхательной системы, глаз, рта. Начинается аллергия, которая сопровождается сильным зудом с воспалением кожи, насморком и слезоточивостью.

Сульфаты имеют особенность накапливаться в организме. Поэтому даже при смене жительства, последствия потребления такой воды будут оставаться некоторое время.

Для оборудования сульфаты также опасны. Особенно, если в воде повышена концентрация солей жесткости. Тогда образуется слой накипи на нагревательных приборах, сужается просвет в трубах, начинается износ гидротехнического оборудования. При прохождении свинцовых труб, сульфатная вода вымывает тяжелый металл и увеличивает его наличие в жидкости. Поэтому при первых симптомах обнаружения сульфатов в оде требуется сделать химический анализ воды.

3.    Способы удаления сульфатов

Обычные бытовые фильтры (за исключением систем обратного осмоса) не смогут помочь при высокой концентрации сульфатов в воде. Поэтому рекомендуется обратить внимание на более профессиональные установки.

3.1 Установки ионного обмена

Условия применения:
- сульфаты более 500 мг/л;
- общая жесткость воды ≤ 20 ммоль/л;
- цветность ≤ 30 градусов;
- перманганатная окисляемость не более 6,0 мг O/л;
- взвеси ≤ 5 мг/л;
- общее железо ≤ 0,5 мг/л;
- температура воды от 5 до 35°С.

Принцип работы системы: Удаление сульфатов происходит в специальных колоннах ионной смолой. Могут использоваться разные типы, но более эффективна макропористая смола Purolite A-520, Purolite A-400, Puresin PA 202. При повышенном содержании сульфатов допустима замена на аналоги. Сначала поток проходит очищение механическим фильтром, удаляя особо крупные загрязнения. Далее уже проходит на тонкую очистку ионной смолой. Гранулы вещества притягивают сульфаты, заменяя из на безвредные ионы. После чего вода уходит потребителю или в накопительный бак.

Рис 1. Технология ионного обмена

Ионная смола имеет определенный период выработки. Со временем она отдает все ионы и требует регенерации. Проходит очистка с помощью обработки солевым раствором. Запуск регенерации проводится вручную либо с помощью автоматизированного блока управления.

Для сульфатов используется немного другой тип смолы, в отличие от удаления солей кальция и магния. Они устраняются анионитными смолами. Проще говоря, этот такой тип смолы, который позволяет удалять элементы выборочно или имеет родство с очищаемыми примесями. Важно контролировать фильтрацию стандартными анионитами, так как из-за накопления сульфатами возможен выброс.

Период, между регенерациями фильтра рассчитывается по формуле:

V x OC

Vрег. = -------------------- x 10³ (литров)

L – I n

где Vрег. – объем воды, который может быть эффективно очищен до проведения регенерации, л;

V – объем смолы в литрах;

ОС – рабочая емкость в г-эквивалентах/л смолы;

L – нагрузка по нитратам в мг-эквивалентах/л;

In – проскок нитратов в фильтрат

3.2. Установки обратного осмоса

Условия применения:
- Нитраты более 45 мг/л.
- Нитриты более 3 мг/л.
- Сульфаты более 500 мг/л.
- Общее солесодержание до 5000 мг/л;
- Железо до 0,3 мг/л;
- Марганец до 0,1 мг/л. 

Рис. 2 Технология обратного осмоса

Принцип работы установки обратного осмоса: Сначала необходима обработка от механических примесей, фильтром грубой очистки. Далее требуется устранение агрессивных веществ, при их наличии в воде. Это могут быть производные хлора или органические элементы. После этого поток поступает на обработку через мембранный фильтр, разделяясь на два потока. Первый уходит в дренаж, в нем остаются все примеси. А второй, очищенная вода, при помощи насоса поступает в накопительную емкость. Или сразу уходит потребителю. 

4     Преимущества и недостатки методов фильтрации

Обе представленные технологии применяются в быту и промышленности. К преимуществам ионных установок относят:

• Медленное истощение смолы. Для очищения требуется регенерация, что продлевает срок службы.
• Можно совмещать с добавлением реагентов, избавляясь от примесей железа, органических веществ и солей кальция, магния.
• Высокая степень очистки.
• Низкая стоимость солевого раствора для регенерации.

То есть происходит не только удаление сульфатов, но и одновременно умягчение, обезжелезивание и обеззараживание.

Недостатки технологии:

• Необходимость следить за соблюдением режима регенерации смолы. Если вовремя не запустить регенерацию, сульфаты попадут в воду.
• Контроль за химическим составом исходной и очищенной воды.

Такие системы приоритетны для промышленного производства, где повышена концентрация сульфат-нитритных соединений в воде.

Преимущества систем обратного осмоса:

• Высокая степень очистки, независимо от состава исходной воды. Эффективность даже при содержании соли выше 2000 мг/литр.
• Безопасный метод фильтрации, так как не применяются реагенты.
• Компактные размеры, что позволяет использовать систему в бытовых и промышленных условиях.
• Фильтрует любой тип воды? Скважинную, водопроводную, из наземных источников.
• Очищенная вода без вкуса и запаха. При применении других методов может слегка чувствоваться запах химических веществ.

Недостатков у технологии практически нет. Но при удалении сульфатов происходит большой расход воды.

5    Рекомендации

Как и у любых элементов, концентрация сульфатов в воде не должна превышать нормы. Все диапазоны прописаны в ГОСТ 31940-2012 "Вода питьевая … определение сульфатов". Причем допустимые значения прописаны отдельно для сульфата магния и солей кальция от 400 до 600 мг/л и от 350 до 800 мг/дм3. Соответственно.

В исходных источниках допускается разная концентрация сульфатов:

• В дождевых осадках- 1-50 мг/дм3.
• В наземных источниках - 150-300 мг/дм3.
• В грунтовых водах - >200-600 мг/дм3.
• В наземных водоемах концентрация зависит от времени года.

В пределах этой нормы, примечи не опасны. Но важно контролировать состав воды, так как он имеет свойство меняться. И не только у наземных источников. Для питьевой воды и используемой в быту концентрация сульфатов не должна быть выше 500 мг/л. Для технической воды и административно - хозяйственной показатели такие же.