Содержание статьи
1. Виды железа, встречающиеся в скважинной воде: растворенное и нерастворенное железо.
2. Способы очистки воды от растворенного железа
2.1 Аэрация воды + станция обезжелезивания на каталитической загрузке.
2.2 Дозирование гипохлорита натрия + обезжелезивание на каталитической загрузке.
2.3. Обезжелезивание ионным обменом на универсальных фильтрах.
2.4. Обезжелезивание методом озонирования воды.
1. Виды железа, встречающиеся в скважинной воде: растворенное и нерастворенное железо.
Скважинная вода, вопреки распространённому мнению, является изначально загрязненной. Это могут быть различные органические соединения, механические частицы и другие примеси. Практически стопроцентно в воде обитают молекулы железа со своим спутником марганцем. Появляется оно там путем распада некоторых видов пород, переносимые грунтовыми водами. Превышенное содержание примесей чаще выявляют в артезианских скважинах. Очень примерно определить концентрацию можно и визуально. Для этого надо налить скважинную воду в ёмкость и дать ей постоять. Длительность отстаивания зависит от количества концентрации. Иногда хватает пару часов, а бывает внешние признаки проявляются только спустя сутки. При соприкосновении молекул железа с кислородом вода из чистой превратиться в мутную. Помимо этих факторов присутствует неприятный привкус. Превышенная концентрация делает использование воды невозможным. Для питья она не подходит – неприятный вкус и цвет. Для бытовых нужд тоже, оставляя ржавый оттенок. Применение такой воды недопустимо по санитарным нормам. Некоторая концентрация железа в составе воды не повредит, а вот большое скопление молекул оказывает негативное влияние на организм. Тем более если использовать такую воду ежедневно. Возникают новые заболевания, начинаются проблемы с иммунной и эндокринной системой, страдает нервная система. Большое количество феррума в организме приводит к преждевременному изнашиванию внутренних органов. И это еще самые общие последствия для человека. Железо «убивает» не только человеческий организм. Наличие молекул выводит из строя оборудование, трубы, вызывая коррозию и отложения. Портятся бытовые приборы. При долгом использовании некачественной воды в трубах появляются свищи, ржавчина, разъедается металл. Чтобы обезопасить себя, необходимо установить систему фильтрации. Перед этим рекомендуется сделать химический анализ воды. Молекулы Fe в воде бывают нескольких типов: растворенные (с валентностью два), нерастворенные (с валентностью три) и органические. В своей природной форме железо находится в подземных водах и на дне скважины, там, где минимальное или полное отсутствие воздуха. Растворенное железо в воде визуально увидеть невыполнимая задача. Вода остается такая же прозрачная. И только когда происходит взаимодействие с молекулами кислорода, начинается химическая реакция окисления и частицы железа меняют форму на трехвалентную. Именно это нерастворенное состояние можно наблюдать в виде маленьких оранжевых частиц или хлопьев. Вода сразу меняет цвет на грязно-ржавый. Для этих двух форм железа разработаны разные методы фильтрации. Железо органического типа относится к растворенным. Имеет несколько форм и его практически невозможно удалить. Железо такого типа делится на подвиды: бактериальное, коллоидное, растворимое. В первом случае происходит контакт органики, а именно бактерий, с двухвалентным железом. В процессе реакции меняется валентность элемента и железо становится оболочкой вируса. Визуально определяется как ржавая слизь или пленка. Второй подвид основан на коллоидах, очень маленьких частиц железа. Это нерастворимые вещества, сложно фильтрующиеся из-за своего размера. Присутствие такого вида в воде окрашивает её в бурый цвет. Третий подвид – органика. Тут главную роль играют органические соединения, которые могут соединять молекулы железа в различные варианты. Цвет воды при этом тоже становится бурый. В скважинной воде зачастую преобладают самые распространенные виды – двухвалентное и трехвалентное железо. При обнаружении признаков примесей необходимо установить систему фильтрации во избежание негативных последствий.
2. Способы очистки воды от растворенного железа
Самым распространенным и старым способом, для очистки воды от железа, остается окисление и последующая фильтрации воды. В изначальном, двухвалентном состоянии, вещества сложно удалить. Для очищения применимы несколько способов: окисление, ионная очистка, озонирование. Каждый метод зависит не только от формы железа, но и от других данных. Например, производительность, наличие других примесей, кислотно-щелочной баланс воды. Для некоторых видов очищения применяются каталитические загрузки – фильтры со специальными наполнителями, ускоряющие процесс окисления. Каждый из способов возможно модернизировать под свои нужды. Не последнюю роль играет стоимость системы очистки и эксплуатации. Важным аспектом является финишный состав воды. После фильтрации в воде не должно быть никаких примесей или продуктов распада. Состав воды должен соответствовать санитарно-эпидемиологическим нормам. Распространены несколько основных способов очистки:
2.1 Аэрация воды + станция обезжелезивания на каталитической загрузке.
Для удаления примесей железа используется метод аэрации с применением дополнительной фильтрации, на основе зернистого компонента. В такой системе фильтр выполняет функции катализатора, ускоряя окисление железа. Точнее тут дело даже не в самом фильтре, а в его наполнении. Системы аэрации могут быть напорными или безнапорными. В безнапорном методе вода подается через форсунки в бак. Там происходит окисление молекул железа и с помощью насоса продвигается дальше через каталитическую загрузку. Чаще устанавливается компрессорная аэрация. Суть метода в окислении железа, приводя его в нерастворимую форму. Для этого используется кислород. Вода из скважины под давлением поступает в аэрационную колонну, специальную ёмкость, куда подается воздух. При его прохождении сквозь толщу жидкости происходит химическая реакция и молекулы железа становятся трехвалентными. Далее вода сверху вниз проходит сквозь каталитическую загрузку, оставляя на поверхности фильтра крупные неорганические соединения. Ближе к середине фильтра задерживаются более мелкие остатки. Вода поступает в следующую ёмкость под действием насоса. Для удаления остаточного воздуха в аэрационной колонне встроен клапан. Осадок, последствия реакции, утилизируется в канализацию. При заполнении фильтра загрязнителями проводится его промывка снизу-вверх. Происходит разрыхление каталитического материала, путем соприкосновения частиц загрузки. Проще говоря, мелкие частички трутся друг об друга и таким способом чистятся. Промывочная вода утилизируется. Применение каталитической загрузки приоритетнее обычной фильтрации. Загрузки имеют более мелкую пористую поверхность и могут задерживать мельчащие соединения железа. Замена фильтра производится по мере срока эксплуатации. Промывка загрузки может быть ручная или автоматическая. Промывается, в среднем, один раз в несколько дней. При средней загруженности системы.
Преимущество данного вида фильтрации в отсутствии химических реагентов. Быстрая скорость фильтрации большого объема воды. Неприхотливость системы в эксплуатации. Возможность установки автоматического контроля. Из недостатков выделяется применение метода с небольшой концентрацией железа в составе. При сильном превышении нормы рекомендуется сменить способ фильтрации. В противном случае вода может оказаться недостаточно чистой.
Рис. 1 Система напорной аэрации с фильтром обезжелезивателем
2.2 Дозирование гипохлорита натрия + обезжелезивание на каталитической загрузке.
Второй метод избавления от железа с применением гипохлорита натрия. Такой способ подразумевает применение химических реагентов, которые окисляют молекулы. В отличии от аэрации может обрабатывать большие объемы воды с высоким показателем железа в составе. Раньше использовали метод хлорирования. Однако, хлорка в процессе очистки выделяет вредные элементы. Приходится снова фильтровать воду, но уже другими способами. Современные технологии рекомендуют использование гипохлорита натрия, который является самым мощным и быстрым химическим окислителем. Применяется там, где содержание железа в воде имеет среднюю и повышенную концентрацию. Система представляет собой баллон с каталитическим наполнителем. Поступление воды происходит в автоматическом режиме. В ёмкость, с помощью дозатора, поступает химическое вещество. Происходит реакция и железо окисляется. Далее вода проходит сквозь загрузку и готова к выдаче потребителю. В применении такого способа необходимо наличие дозатора для точного количества подачи реагента. Систему набора и передачи воды также желательно автоматизировать. Система сама будет рассчитывать количество необходимого забора жидкости и сколько химических веществ добавлять для окисления. Каталитическая загрузка ускорит процесс окисления и оставит нерастворимые вещества железа на своей поверхности. По завершению цикла процесс начинается заново. Подача реагента происходит непосредственно в воду.
Из преимуществ можно выделить низкие финансовые затраты, бесшумность, универсальная настройка автомата и точный расчет подачи реагента. И всё же это химическая очистка, поэтому необходима установка специальных насосов. Гипохлорит натрия может вызвать коррозию металлов. Хотя его применение для водоочищения незначительно и строго дозировано, следует подбирать системы из материалов устойчивых к коррозии. Со временем применения гипохлорит может терять свои свойства. Это происходит из-за температуры, под влиянием световых излучений. Поэтому периодически реагент необходимо пополнять. Область применения химического обезжелезивания повсеместно. Для промышленных предприятий требуются установки технологически сложнее, из-за круглосуточной фильтрации. Для бытового использования подойдет минимальная комплектация. Гипохлорит натрия является самым безопасным, на сегодняшний день, химическим окислителем. Совместно с каталитической загрузкой на выходе получаем чистую воду, готовую к употреблению. Из недостатков системы можно выделить только использование реагентов.
Рис. 2 Система дозирования с аэрацией воды и фильтром обезжелезивателем
2.3. Обезжелезивание ионным обменом на универсальных фильтрах.
Изначально, ионный метод был придуман для смягчения воды, путем вымывания солей жесткости. Но современные технологии позволяют использование такой системы для очистки от соединений железа. В данном случае очищение проходит с помощью ионной смолы – маленьких катышков. Уникальность водоочищения ионным обменом в том, что в процессе не требуется окислять среду. Оборудование не изнашивается опять же из-за отсутствия кислой среды. Ионозамещение способно удалять даже двухвалентное железо. Ионные смолы очищают большой объем воды с высокой концентрацией загрязнителей. Принцип системы прост. В воду добавляют ионную смолу и она, на принципе замещения, впитывает молекулы железа. Кроме него уходит и марганец, его вечный спутник. После ионизации вода поступает на окончательную фильтрацию. Экономичнее всего устанавливать для очистки универсальный фильтр, который включает в себя несколько функций: очистка от железа и солей жесткости. Остатки очищения утилизируются в дренаж. Применяется такая система, в основном, в быту. Для очищения воды из скважин для коттеджей. Конструкция малогабаритна. Со временем ионные смолы теряют свою производительность и необходима их регенерация. Для этого используется поваренная соль. При взаимодействии с ней происходит возобновление ресурсов.
Преимущества метода очевидны. Во-первых, это технологически продвинутая система с возможностью модернизации. Во- вторых, использование универсального фильтра даёт преимущество в пространстве и возможность совмещенной очистки. В- третьих, низкие затраты на эксплуатацию. Для корректной работы необходима только соль – очищать элемент фильтрации. В – четвертых, длительный срок работы. Из минусов системы – её стоимость и монтаж. Применение данного способа нецелесообразно если вода не имеет солей жесткости. Проще говоря, загрязнение состоит только из превышенной концентрации железа в составе. Если в воде присутствует не только двухвалентная форма элемента, но и трехвалентная существует вероятность забивания смолы. Промыть её при этом сложно. При таких обстоятельствах ёмкость ионной смолы быстро угасает. Приходится чаще её промывать, что приводит к дополнительным расходам. Наличие в воде органики негативно сказывается на качестве фильтрующего элемента. Ионы покрываются пленкой и образуют благоприятную среду для роста бактерий. Тем не менее ионное очищение технически является быстрым и качественным способом. На основе анализа воды подбирается состав смолы для качественной обработки. Инновационные технологии позволяют создавать всё новые и новые виды химических ионных смол. Применение таких реагентов также безопасно и экономически выгоднее.
Рис. 3 Универсальный фильтр для воды
2.4. Обезжелезивание методом озонирования воды.
Еще один высокотехнологичный способ очистки воды от примесей железа – озонирование. Из учебников химии мы знаем, что озон – газ. По совместительству он является хорошим окислителем. Системы, основанные на очистке воды озоном, очень распространены как в бытовых, так и в промышленных секторах. Суть процесса в насыщении воды озоном. При окислении образуется трехвалентное железо. Вода, еще загрязненная, проходит через систему фильтрации, оставляя в ней осадок из железа. А остаток озона, который не вступил в реакцию, преобразуется в кислород и выводится из системы. Если рассматривать подробнее, то загрязненная вода поступает в специальную ёмкость. Там, через водный слой, пропускаются пузыри газа. Происходит насыщение озоном, молекулы железа окисляются. Некоторые нерастворенные частицы выпадают в осадок, который периодически смывается. Оставшиеся элементы вместе с водой проходят через фильтр, оставаясь на его поверхности. Неиспользованный озон превращается в кислород и выводится посредством деструктора. Водоочистка с помощью системы озонирования является самой высококачественной и безопасной.
Основное преимущество в сохранении естественного кислотно-щелочного баланса воды. Из плюсов - экологическая безопасность. Озон полностью растворяется. Качественна очистка и дезинфицирование. Кроме очищения от железа, обработка озоном помогает вывести другие примеси и обработать оборудование.
Итак, сталкиваясь с «железной» водой её можно и нужно очищать. После выявления химического состава подаваемой жидкости, следует определиться с системой фильтрации. Для первичной водоочистки использовать фильтр грубой очистки. Он не допустит попадания в систему механических частиц и продлит срок службы. При выборе системы стоит ориентироваться на производительность. Если необходимо немного воды ежедневно нет смысла ставить дорогую массивную систему очистки. Достаточно применение, допустим, аэрации. Но это только в том случае, если остальные показатели воды в норме. Далее решаем надо ли использовать реагенты. С одной стороны, современные разработки позволяют применять химические вещества без опасения. С другой стороны, это же всё-таки химия и значит нужны дополнительные способы защиты от продуктов распада. К тому же для такого способа нужен насос-дозатор. Иначе, при неправильном расчете подачи реагентов, состав воды только испортится. Безреагентный способ также может оставлять следы окисления. Однако, оставляет состав воды неизменным. После того, как способ фильтрации выбран, решаем нужна ли дополнительная очистка. Это может быть угольный фильтр или любой другой. Применение дополнительного способа фильтрации решает проблемы с удалением других загрязнений воды, кроме железа. Нельзя упускать из виду финансовую составляющую. Расходы на эксплуатацию, дополнительных элементов конструкции и, собственно, сама стоимость системы. Естественно, автоматическая будет стоить дороже, но удобнее в применении. Это касается как подачи воды, контроля за процессами, очистка фильтров и предупреждение об их замене. Кстати, фильтры или их наполнение также рекомендуется не оставлять без контроля. Правильная периодичность замены- гарантия качественной очистки воды и бесперебойной работы оборудования. При выборе стоит обратить внимание на производителя. В погоне сэкономить и купив оборудование от неизвестного производителя, потребитель может не получить обещанной чистой воды. Такие системы еще не прошли «проверку обществом» в применении. Так что сложно выявить плюсы и минусы работы. Сам принцип будет работать безотказно, а вот качество материалов оборудования или гарантия, или правильная конструкция могут подвести. Известная поговорка – скупой платит дважды. Поэтому при выборе систем очистки необходимо ориентироваться на известного производителя, качество оборудования которого уже проверено в реальном времени.
Рис. 4 Система озонирование озоном
Ниже представленно видео по сборке системы аэрации воды
Ниже представленно видео по сборке фильтра обезжелезивателя воды
Комментарии