Обезжелезивание воды

Почему обезжелезивают воду

Железо почти не усваивается. Даже если выпить жидкость с высоким его содержанием, вреда не будет. Однако при частом употреблении этот химический элемент накапливается в органах, тканях. В результате страдает сердечно-сосудистая система. Заболевают почки, печень. Становится сухой кожа, появляются аллергические высыпания, акне, особенно у маленьких детей.

Убрать из организма избыточный «феррум» зачастую намного сложнее, чем устранить его дефицит.

Избыточное железо повышает вероятность развития гипертонии, инфарктов. Кроме того, Fe — опасный канцероген, провоцирующий мутации ДНК. В результате клетки мутируют в раковые и растут, питаясь «феррумом». Важно вовремя поставить фильтры обезжелезивания, чтобы избежать таких последствий.

Перенасыщение железом дает симптомы:

• Сидероз, отложения в тканях
• Кожная пигментация
• Потеря аппетита, веса
• Снижение иммунитета
• Слабость, болит голова, утомляемость
• Желудочные боли, диарея или запор, изжога, рвота

Вода с ржавчиной опасна и для других живых организмов. Рыбы не выживают в такой среде. Хорошо себя чувствуют только железобактерии. Они активно размножаются, разъедая трубопроводы. В результате в системах теплового и водного снабжения возникают протечки, трубы быстро ржавеют. Опасно железо и для бытовых приборов. 90% водонагревательного и сантехнического оборудования ломается из-за некачественной воды. Для удаления загрязнителя в трубопровод врезают фильтры для обезжелезивания воды.

Признаки присутствия железа

Наличие «феррума» определяется по признакам:

• Железистый вкус
• У жидкости желтоватый или ржавый цвет
• На сантехнических приборах появился рыжий налет
• После стирки белое белье желтеет, цветное — теряет яркость
• Пахнет железом

Это признаки высоких концентраций вещества. При меньшем содержании «феррум» не определить без лабораторной экспертизы. Проверку обязательно делают перед тем, как ставить в систему водоснабжения фильтры обезжелезивания.

Железо появляется в воде при протекании сквозь железосодержащие горные породы. Поступает в колодцы и скважины из сточных сбросов химических предприятий или с сельскохозяйственных полей, в которые вносят химические удобрения. В городских квартирах загрязнитель попадает в воду из ржавых труб водоснабжения или при очистке с помощью железосодержащих реагентов.

Формы железа

Железо имеет 3 формы:

• Двухвалентное (Fe²⁺)
• Трехвалентное (Fe³⁺)
• Органическое

Двухвалентное растворено в воде. Его не разглядишь невооруженным глазом. Характерно для подземных скважин. На воздухе окисляется, образуя рыжий или желтоватый налет.

Трехвалентное не растворяется. По сути, это двухвалентное железо, которое после окисления приобрело 3-ю валентность, стало гидроксидом. Присутствует в жидкости в виде взвеси. При большой концентрации дает бурый оттенок. Если поставить отстаиваться, осядет на дно.

Органическое железо — разные виды соединений «феррума» с органическими молекулами. Окрашивает воду в желтый, но не дает осадка. Бывает 3-х типов:

• Бактериальное
• Коллоидное
• Растворимое органическое

Бактериальное становится причиной образования на внутренних поверхностях трубопроводов желеобразных наростов. Состоит из остатков жизнедеятельности железобактерий. Его наличие определяют по появившейся на водной поверхности радужной пленке.

У коллоидного малый размер частиц — не больше 0,1 мкм. Редко встречается и сложно удаляется. В воде присутствует в форме суспензии.

Органический Fe растворимого типа представлен хелатами. Это сложные молекулы, связывающие железо. В группу хелатов входит хлорофилл, который удерживает магний, и другие подобные вещества.

Фильтр обезжелезивания подбирают на основе лабораторного анализа так, чтобы он удалял все типы железа — органическое, 2-валентное, 3-валентное.

Водоочистное оборудование

Существует целый перечень приборов, способных очистить воду от любых примесей, в том числе превратить ее в дистиллированную, состоящую из одних только молекул Н₂О. Условно эти приборы называют фильтрами. Фильтры классифицируются по типам загрязнителей, которые они удаляют. Обезжелезиватели улавливают железо. Умягчители удаляют жесткость. Часто очистные устройства одного класса различаются как по конструкции, так и по используемым методикам и материалам водоочистки.

Станции и системы водоподготовки состоят сразу из нескольких фильтрующих приборов. Это необходимо, чтобы очистить воду от всех растворенных и нерастворенных загрязнителей.

Типовая схема водоподготовки:

• Фильтр, убирающий механические взвеси (ил, ржавчина, песок)
• Установка аэрации, фильтр обезжелезивания, деманганатор
• Умягчитель
• Установка обеззараживания
• Система очистки воды до питьевой

Механические частицы убирают с помощью магистральных сетчатых, картриджных или засыпных фильтров. Сетчатые фильтры выглядят как сетка с размером ячеек 20-500 мкм. Бывают самопромывные или непромывные (грязевики). Последние, чтобы очистить, придется разобрать. Устанавливаются в системы холодного и горячего водоснабжения. Имеют небольшие размеры.

В картриджных очистителях в качестве фильтроматериала используют сменные картриджи. Они отфильтровывают частицы размером 0,5-50 мкм. Нуждаются в периодической замене фильтрующего материала. Хорошо очищают от глины, волокон тины, с которыми не справляются фильтры других видов.

Засыпные фильтры — габаритные емкости колонного типа, наполненные засыпными материалами. Степень очистки — до 5 мкм. Эффективно удаляют из воды разнородные механические примеси.

Фильтры обеззараживания убирают из воды болезнетворные микроорганизмы. Наиболее эффективная и экологичная методика — облучение ультрафиолетом. Менее безопасно хлорирование и озонирование. При использовании этих 2-х технологий воду очищают с помощью дополнительной ступени фильтрования, чтобы в нее не попали опасные для здоровья химические соединения.

Для получения чистейшей питьевой воды на конечном этапе водоочистки ставят фильтр обратного осмоса. Его тонкопленочные мембраны показывают степень очистки, которую не может обеспечить ни один другой фильтр. Практически через мембрану проходят только молекулы воды и растворенный кислород. Этот фильтр удаляет известь и накипь на 100%.

Обезжелезиватели, аэраторы и умягчители далее разберем подробнее.

Технологии и фильтры обезжелезивания

Методики улавливания железа делят на 2 вида:

• Реагентные
• Безреагентные

Технологии водной очистки определяют способы обезжелезивания и используемые при этом типы фильтрующих устройств.

Безреагентные фильтры

Удаляют сероводород, «феррум», марганец. Качественно обезжелезивают. Работают по 2-м технологиям:

• Аэрирование
• Катализаторы

Разберем эти методики по отдельности.

Аэрирование

Суть метода: в водной среде искусственно создают интенсивный воздухообмен, жидкость впитывает кислород, растворенные вещества окисляются и опускаются на дно аэрационного бака в форме III-валентных частиц. Далее окислы попадают в засыпной фильтр для обезжелезивания воды, где и остаются. В трубопровод дома течет чистая вода без лишнего железа.

Преимущества аэрации:

• Вода обогащается кислородом, становится приятной на вкус
• Экологичность. Не применяются химические окислители
• Аэрированием обезжелезивают большие объемы жидкости
• Цена. Если сравнивать с другими методиками обезжелезивания, стоимость аэрации относительно невысокая
• Настройка полной автоматизации водоочистки

Аэрация бывает эжекторная, напорная, безнапорная. При напорной воздух нагнетается в водную толщу с помощью компрессора высокого давления. При безнапорном аэрировании жидкость распыляется в верхней точке аэрационной емкости. Образовавшиеся капли, пока падают, впитывают кислород. Эжекторную аэрацию делают с помощью компактной установки, которая работает на энергии водного потока без подключения к электросети.

Каталитические загрузки

При использовании этой технологии, обезжелезивание производят с помощью фильтроматериалов с катализаторами:

• Сорбент AC/MC
• Бирм (Birm)
• Пиролокс (Pyrolox)

Сорбенты действуют как катализаторы окисления. Отфильтровывают железо, нефтяные загрязнители, сернистый водород, марганец. Продаются в виде гранулированных засыпных фильтроматериалов. Норма выработки по «ферруму» — 99,2%, марганец — 96,1%. Лучшие окислительные характеристики у соединения катализаторов MC и AC в пропорции 1:1. Работают 6 лет без замены.

Бирм — пористая засыпная загрузка из синтезированного алюмосиликата, покрытого железом, кремнием, марганцем. Удаляет «феррум» до 7 мг/л, марганец — до 0,5. Загрузка легкая. Не требует большого давления промывки. Фильтр обезжелезивания для воды с засыпкой Birm в зависимости от загрязненности жидкости очищает 2-5 лет.

Пиролокс — натуральный фильтрующий материал с диоксидом марганца. Применяется в водоподготовке 75 лет. Сферы применения вещества — деманганация, обезжелезивание, удаление сероводорода. Убирает железо — до 4 мг на литр, марганец — до 0,5. Фильтроматериал тяжелый. Важно обеспечить хороший напор для промывки. Для увеличения скорости окисления в очистных установках фильтры с Пиролоксом часто совмещают с аэрацией. Срок службы — 4-7 лет.

Реагентные фильтры

Удаляют большие концентрации примесей: железо — до 15 мг на литр, сернистый водород — до 5, марганец — до 12. Используются реагенты:

• Калия перманганат (KMnO4, марганцовка)
• Натрия гипохлорит (NaOCl)

У марганцовки хорошие окислительные характеристики. С ее помощью обеззараживают воду, окисляют растворимый «феррум» и улавливают некоторые другие загрязнители. Подается в жидкость перед фильтрами-обезжелезивателями для быстрого окисления, перевода растворенного II-валентного железа в нерастворимый III-валентный вид. Часто используется как регенерационный раствор для обезжелезивателей.

Гипохлорит натрия обеззараживает, убирает железо, марганец, органические соединения, сероводород. В водоочистке используют способ пропорциональной дозировки водного раствора гипохлорита.

Марганцовку и гипохлорит в водоподготовке применяют преимущественно в виде растворов. Они подаются в установках очистки в непосредственной близости к фильтру-обезжелезивателю или осадочному фильтру. Отмеряет раствор специальный насос-дозатор. Он закачивает количество раствора, пропорциональное объему поступающей воды. Делает заданное количество впрысков. Чем больше жидкости проходит через трубопровод, тем больше впрысков.

Таким образом, фильтр обезжелезивания воды не загрязняет воду химическими веществами. Растворы NaOCl и KMnO4 подаются строго дозировано, видоизменяются при окислении и оседают в засыпных фильтрующих слоях вместе с окислившимися загрязнителями. В систему водоснабжения идет очищенная вода без примесей.

Ионообменный фильтр

Ионообменные гранулированные смолы также входят в группу реагентных фильтрующих материалов. Метод очистки с помощью ионообмена применяют в быту и на промышленных предприятиях. Ионный обмен — эффективная технология умягчения, очистки, обезжелезивания воды. Удаляются тяжелые металлы, известь, соли жесткости, радиоактивные вещества.

Преимущества ионообменного метода:

• Улавливается железо до 30 мг на литр. Качественно удаляется органический «феррум»
• Стоимость ионообменного обезжелезивателя на 20-50% меньше
• Универсальность. Для очистки от железа, жесткости, марганца берут 1 баллон

Ионообменная смола — искусственный фильтроматериал, состоящий из желтых или оранжевых гранул. Если вещество получено по технологии полимеризации, гранулы круглые, если использована поликонденсация, у гранул неправильная форма.

Когда вода соприкасается с гранулами ионообменной смолы, из нее уходят ионы кальция, магния, отвечающие за жесткость, железо и другие загрязнители. Происходит это в результате обмена заряженными частицами. Ионы примесей остаются в фильтрующем ионообменном слое, надежно закрепленные химической связью.

Фильтры обезжелезивания на основе смол со временем теряют свойство ионообмена. Происходит это из-за того, что железо и соли жесткости заменяют собой ионы смолы. Однако процесс можно повернуть вспять. Фильтроматериал регенерирует, если пропустить через него раствор поваренной соли. После этого ионообменная засыпка снова будет качественно очищать воду.

Кроме влияния на здоровье, высокое содержание железа в воде может вызвать ряд технических проблем. Это особенно актуально для промышленных предприятий и сельскохозяйственных объектов, где воду используют в больших объемах. Например, железо может вызывать коррозию металлических труб и оборудования, что увеличивает затраты на их обслуживание и ремонт.

В сельском хозяйстве избыток железа в воде может негативно влиять на рост и развитие растений, так как он нарушает нормальный химический баланс почвы. К тому же, железо может реагировать с другими химическими веществами, присутствующими в воде, и образовывать нерастворимые соединения, которые засоряют системы орошения.

Для решения проблемы обезжелезивания в промышленных масштабах часто используют методы химической обработки. Однако такие методы могут быть дорогостоящими и требовать специализированного оборудования. Более того, химическая обработка может привести к образованию отходов, которые необходимо утилизировать в соответствии с экологическими нормами.

В связи с этим все большую популярность приобретают физические методы обезжелезивания, такие как ультразвуковая и электрохимическая обработка. Эти методы менее затратны и экологически безопасны, однако их эффективность зависит от конкретных условий и может требовать дополнительных исследований.

Существуют и комбинированные методы, которые включают в себя несколько этапов обработки. Так, например, можно сначала провести механическую фильтрацию для удаления крупных частиц, затем применить химическую обработку для окисления железа, и в конце — произвести физическую обработку для устранения мелких примесей. Такой комплексный подход позволяет достичь наилучших результатов.

Кроме того, не стоит забывать о регулярном мониторинге состояния воды. Даже после того, как уровень железа будет снижен до безопасных показателей, необходимо проводить периодические анализы. Это не только поможет контролировать эффективность применяемых методов, но и выявить возможные изменения в составе воды, которые могут потребовать коррекции методов обработки.

В последние годы активно развивается направление использования искусственного интеллекта и машинного обучения для оптимизации процессов обезжелезивания. С помощью данных технологий можно анализировать большие объемы данных о состоянии воды и эффективности методов ее обработки, что в свою очередь позволяет разрабатывать все более совершенные системы очистки.

Таким образом, обезжелезивание воды является неотъемлемой частью систем водоснабжения, и для его эффективного применения необходим комплексный и многогранный подход.

Вывод

Методик водоочистки много, но еще больше видов фильтров, сконструированных на их основе. Сложно разобраться какой обезжелезиватель нужен в частных случаях для скважины, трубопровода городского водоснабжения, колодца. Перед покупкой обязательно проведите экспертизу воды. На основе этой информации профессионалы в магазинах водоочистной техники подберут оптимальный фильтр обезжелезивания воды для вашего источника водоснабжения. Самостоятельно подбирать фильтры для станции обезжелезивания не рекомендуется. Велика вероятность ошибки, которая в итоге приведет к еще большим тратам.