Очистить воду от железа

Способы очистки воды от железа

Высокое содержание железа в питьевой воде оказывает негативное воздействие на функционирование организма. В таких случаях требуется очистка воды от железа. Заметить его избыток нетрудно по характерному запаху и металлическому привкусу жидкости. Железная вода оставляет ржавые пятна на сантехнике, забивает водопроводные трубы, оседает в электроприборах, выводя их из строя. Допустимое количество железа в воде — 0,3 мг на 1 л. Однако во многих случаях эта норма превышается в несколько раз. Особенно часто с такой проблемой сталкиваются владельцы коттеджей. Как снизить концентрацию железа в воде?

Разновидности железных примесей

Чтобы успешно очистить воду, необходимо знать, с какой формой железа предстоит бороться. Для этого воду нужно отвезти на экспертизу в лабораторию, которая специализируется на таких анализах.

1. В подземных водоемах железо обычно содержится в растворенной двухвалентной форме (закисной). Такая жидкость выглядит сначала прозрачной. Однако после пребывания на открытом воздухе она становится мутной и приобретает рыжеватую окраску.
2. Изменения происходят после контакта растворенного железа с воздухом, в результате чего элемент трансформируется в трехвалентную (окисную) форму. После отстаивания воды с окисной формой железа выпадает краснокирпичный осадок.
3. Жидкость из поверхностных источников сразу содержит трехвалентную форму и имеет рыжеватый оттенок. После отстаивания в ней появляется красно-бурый осадок.
4. В воде также может находиться органическая форма железа в разных видах. Бактериальная форма образуется с помощью железобактерий. Они используют энергию растворенного элемента для своей жизнедеятельности и преобразуют его в трехвалентную форму. Она сохраняется в их слизеподобной оболочке. О наличии железобактерий свидетельствует переливающаяся пленка на поверхности жидкости и желеобразные образования кирпичного оттенка.
5. Коллоидная форма представляет собой очень мелкие частицы с одноименным поверхностным зарядом, препятствующим их объединению. Частицы окрашивают замутненную воду в желто-кирпичный цвет.
6. Органическая растворенная форма является соединением железа с органическими веществами. Может придавать воде желтый оттенок.
7. Все органические формы не выпадают в осадок.

В воде может быть обнаружено одновременно несколько форм железа. Подбирать способ очистки воды рекомендуется в зависимости от результатов проведенного исследования.

Отстаивание жидкости

Самый простой способ удалить из воды закисную и окисную форму железа заключается в ее отстаивании. Необходимо включить в водопроводную систему дополнительный резервуар, в который мог бы поместиться суточный объем потребляемой воды. Пока жидкость отстаивается, железо вступает в реакцию с кислородом и образует осадок.

Чтобы ускорить процесс выпадения осадка, подавать воду в резервуар нужно через водный распылитель (аналог распылителя на душе или на лейке). Он поможет увеличить площадь контактирующей с воздухом жидкости.

Этот способ очистки воды от железа самый простой и дешевый, однако он не позволяет полностью очистить воду. Резервуар нужно регулярно очищать от осадка, пятен ржавчины и колоний бактерий.

Аэрация в помощь

Окисление воды воздухом можно осуществить с помощью устройства, обеспечивающего дополнительную его подачу в резервуар с водой. Это позволяет увеличить скорость выпадения осадка.

1. При безнапорном методе аэрации воздух в емкость с водой подает компрессор. Он помогает очистить большее количество воды за меньшее время.
2. При напорном методе используется аэрационная колонна. Она представляет собой баллон, в котором находится система трубок. По ним поступает накачиваемый компрессором воздух и вода. В баллоне создается пенящаяся жидкость, в которой элемент интенсивно вступает в реакцию с кислородом и переходит в окисную форму. Нерастворенное железо удаляет фильтр для очистки воды от железа с марганцевым зеленым песком или обычный песчаный фильтр для воды. Аэрационная колонна позволяет избавиться от газов, часто содержащихся в глубинных водах. Например, от сероводорода.

Очищение с помощью химических окислителей

Для очистки применяются химические вещества (гипохлорит натрия, перекись водорода, озон), вызывающие реакцию окисления железа и переход его в нерастворимое состояние. Трехвалентный элемент отделяется в процессе обычного отстаивания и с добавлением коагулянтов (увеличивают скорость оседания частиц) и флоккулянтов (увеличивают размер образующихся в осадке хлопьев). Такая система очистки воды чаще используется на крупных очистных сооружениях или на промышленных предприятиях.

Для бытовой очистки воды от железа применяют каталитический метод окисления. Фильтр содержит слой гранул, обработанных окислителем. Основой окислителя являются оксиды марганца. Железо оседает на гранулах, когда вода проходит через фильтр. Извлечение примесей и закрепление их на гранулах происходит в результате воздействия сил адгезии (межмолекулярного притяжения).

Осадок, накапливающийся в фильтре, имеет нестойкую связь и может разрушаться под напором жидкости. Его вымывают в дренаж в процессе обратной промывки.

Чтобы ускорить реакцию окисления, в жидкость могут добавлять перманганат калия (обычную марганцовку). Он помогает восстанавливать фильтрующий слой.

Метод не будет эффективным, если в воде есть марганец и органическое железо, а также в случаях, когда содержание железа превышает 10-15 мг на 1 л.

Биологический способ

Очистка воды от железа осуществляется с помощью железобактерий.

Они буквально «поедают» железо, приводя его в нерастворимое состояние. Подходящие условия для развития микроорганизмов складываются при концентрации железа в воде от 10 до 30 мг на 1 л. Главным условием для их деятельности является низкая кислотность воды и доступ кислорода. Воду пропускают через фильтры с песчано-гравийной загрузкой, заселенной колонией железобактерий.

Недостатком метода являются вредные продукты жизнедеятельности железобактерий. Поэтому на заключительном этапе осуществляется сорбционная очистка жидкости и ее обеззараживание бактерицидными лучами. Недостатком метода является низкая скорость процесса.

Способ ионного обмена

Система ионного обмена позволяет избавиться от растворенной формы железа. Она очистит воду, содержащую марганец. При таком методе не понадобится использовать средства против ржавчины.

Ионные фильтры не требуют постоянного дозирования реагентов, поэтому их эксплуатировать проще. Они имеют большую эффективность и меньшие размеры по сравнению с окислительными фильтрами.

Принцип действия системы ионного обмена основан на способности некоторых материалов изменять ионный состав воды. Их называют ионообменными материалами. К ним относятся природные иониты (цеолиты, сульфоугли) и синтетические ионообменные смолы. Иониты извлекают растворимую форму железа из воды, поэтому необходимость в его преобразовании в трехвалентную форму отпадает. Такой фильтр для воды поможет смягчить жесткую воду.

При наличии трехвалентной формы железа синтетические смолы быстро засоряются, а их промывка вызывает затруднения. В жидкости также не должно быть окислителей, вызывающих трансформацию растворенного железа в нерастворенную форму. Фильтр не может справиться с чрезмерно высокими концентрациями железа. Органическая форма железа формирует на поверхности фильтра пленку. В нем создается благоприятная среда для размножения бактерий. При этом срок службы устройства сокращается.

Смотрите также

• 04.08.2016 Как можно передать показания счетчика за воду
• 26.07.2016 Как производится установка водосчетчиков?
• 20.07.2016 Как происходит проверка счетчиков воды?

Способы очистки воды от железа из скважины, виды обезжелезивателей

Наличие источника воды отнюдь не говорит о том, что проблема водоснабжения дома полностью решена.

В подавляющем числе случаев химический состав воды, внешне даже совершенно чистой, далек от установленных санитарными правилами норм. Прежде всего, речь идет об автономных источниках – колодцах или скважинах.

Однако и проведенный водопровод – это не всегда гарантия качества питьевой воды – в некоторых населенных пунктах системы предварительной ее очистки несовершенны, а иногда и попросту отсутствуют.

Если хозяин дома небезразличен к здоровью близких и к своему собственному, если хочет, чтобы сантехническое оборудование и бытовая техника служили как можно дольше и не зарастали характерным рыжим налетом, если не желает видеть ржавых пятен на одежде, он должен продумать систему очистки воды.

А одной из самых сложных проблем в этом вопросе является удаление из нее железа.

Повышенное содержание железа в воде – серьезная проблема

Наличие железа в воде обусловлено множеством различных факторов природного или техногенного свойства:

• Прежде всего, это химические реакции, постоянно происходящие в горных породах и грунтах, где железосодержащие минералы или неутилизированные остатки металла подвержены постоянному разложению и растворению.
• Свою лепту вносят промышленные, ливневые, сельскохозяйственные, бытовые канализационные стоки.
• Плюс к этому можно добавить неудовлетворительное состояние старых стальных трубопроводов.

В итоге концентрация железа в воде в той или иной форме очень часто значительно превышает установленный СанПиНом предельно допустимый уровень в 0,3 мг/литр.

Статистика произведенных лабораторных исследований показывает, что даже в относительно благополучных с экологической точки зрения регионах центральной части России показатель содержания железа колеблется от 1 до 3, реже – до 5 мг/л, а это существенно превышает допустимые санитарные нормы.

Даже при незначительном превышении – до 0,5÷1 мг/л, вода уже может иметь характерный металлический привкус.

При более высокой концентрации появляется характерный ржавый оттенок, который оставляет следы и на сантехнических приборах, и на предметах быта, и на одежде при ее стирке.

Железо может содержаться в воде в различных формах:

• Растворенное в воде свободное двухвалентное железо Fe+2. Оно не определяется визуально и не подвержено механической фильтрации.
• Трёхвалентная мелкодисперсная форма железа Fe+3 образуется от взаимодействия Fe+2 с кислородом воздуха. Обозначает себя характерным ржавым налетом.
• Гидроокись железа Fe(ОН)3. Это химическое соединение нерастворимо и присутствует в виде осадка.
• Коллоидное органическое железо, взвешенное в воде и практически не осаждающееся даже при долговременном отстаивании.
• Бактериальное железо – характерные слизистые вязкие наслоения или поверхностные пленки, являющиеся колониями или продуктами жизнедеятельности особых бактерий, получающих необходимую для существования энергию за счет процесса перехода двухвалентного железа в трёхвалентное.

Какую же опасность представляет повышенное содержание железа в воде?

• Прежде всего, это негативное влияние на здоровье человека.

Этот химический элемент, в определённых дозах полезный и даже необходимый для нормального функционирования организма, в избыточных количествах приводит к дисбалансу обменных процессов. Его накопление напрямую влияет на нарушение функций жизненно важных органов и систем — печени, почек, органов внутренней секреции.

Нарушается нормальный состав крови, повышается риск аллергических реакций. Продукты жизнедеятельности железобактерий могут вызвать пищевые отравления или стойкие расстройства желудочно-кишечного тракта.

• Избыток железа нарушает природный вкус чистой питьевой воды, ухудшает качество приготавливаемой пищи.
• Железистые отложения в виде твердых осадков или слизи приводят к быстрому зарастанию каналов водопроводных труб, особенно в местах поворотов или разветвлений.

Взвешенные твердые частицы абразивно действуют на уплотнительные прокладки в сантехнических изделиях и предметах бытовой техники, например, в стиральных и посудомоечных машинах.

• Чисто с эстетической точки зрения – мало, кому понравятся ржавые пятна на белье или одежде, на раковинах, ваннах и т.п.

Существует дилетантское мнение, что большинство проблем решаются кипячением или обычной механической фильтрацией воды. На самом деле, процесс обезжелезивания достаточно сложен.

Существует несколько технологий подобной очистки, на которых основаны фильтры для очистки воды от железа.

Метод аэрации воды

В основу метода положено свойство двухвалентного растворенного железа под воздействием кислорода переходить в мелкодисперсную трехвалентную форму.

Таким образом, для получения должного эффекта, необходимо обеспечить максимальный контакт очищаемой воды с воздухом.

Это можно осуществить несколькими способами:

• Отстаивание воды в открытых ёмкостях.
• Разделение потока воды на множество струй – с помощью фонтанирования или пропускания через дождевальную установку (душ).
• Применение инжекторов или эжекторов, образующих водно-газовую дисперсию.
• Барботация – пропускание через вод упод давлением воздуха от компрессорной установки .

Нередко, когда концентрация железа в воде невелика, подобной технологии, с последующими отстаиванием и фильтрацией, бывает достаточно для повышения качества воды до уровня питьевой. Однако только аэрация в чистом виде применяется нечасто – обычно это один из начальных процессов многоступенчатой системы очистки.

Очистка от железа реагентным способом

Для быстрого окисления растворенного в воде железа для его перехода в твердую фракцию и последующего фильтрования, могут использоваться специальные реагенты – химические вещества с выраженными окислительными свойствами.

Чаще всего для этого применяются гипохлорит натрия (NaOCl) или перманганат калия – попросту, известная всем «марганцовка» (KMnO4).

В настоящее время подобная очистка применяется крайне редко. Причина – значительное преобладание недостатков технологии над ее положительными свойствами.

Так, к преимуществам можно отнести лишь один критерий – простота самого процесса: реагент гарантированно вызовет требуемую реакцию. Но на этом, пожалуй, список достоинств заканчиваются, и начинаются сплошные недостатки:

• Реагент – быстро расходуемый материал, то есть требует постоянного пополнения, а это и лишние трудозатраты, и необходимость постоянного наличия хотя бы минимального запаса.
• Активные химические вещества — достаточно опасны для здоровья человека, и требуют тщательно выверенной дозировки.
• Следующий недостаток – прямое следствие предыдущего. Дозировка реагента находится в прямой зависимости от концентрации железа в воде. Однако эта величина – отнюдь не постоянна, она подвержена значительным сезонным колебаниям.

Таким образом, нужна высокоточная система автоматического контроля химического состава воды и дозирования реагента, что крайне нерентабельно. В ином случае либо вода не пройдет полной требуемой очистки, либо в воде останется значительная концентрация неизрасходованного реагента, небезопасного для людей и окружающей среды.

Итак, подобный метод хорош для получения очищенной воды для технологических нужд, но вряд ли применим для бытового использования.

Технология безреагентной очистки

От недостатков упомянутого метода в значительной мере удалось уйти при разработке технологии безреагентной очистки воды от железа.

Этот способ характеризуется применением специальных засыпок, являющихся и катализаторами окислительных процессов, и сорбционным фильтром для удаления образовавшихся твердых фракций железа.

В качестве засыпки могут применяться как природные минералы, так и синтетические вещества.

К натуральным материалам относят цеолит, глауконит, доломит. Распространенные синтетические или комплексные засыпки – «BIRM», «МФО-47», «Pyrolox», «МЖФ», «MGS» и другие.

Не вступая сами в реакцию, они инициируют процесс окисления двухвалентного железа за счет содержащегося в воде кислорода. Осадок собирается в самой засыпке, и периодически удаляется методом обратной промывки фильтрующего устройства. Сам катализатор практически не расходуется, и способен прослужить достаточно длительный срок.

Однако, не лишена подобная технология и недостатков:

• Не всегда растворенного во воде кислорода достаточно для полноценного окислительного процесса, даже при наличии катализатора. Таким образом, метод безреагентной очистки чаще всего предваряется обязательной аэрацией воды.
• Технология имеет определенные ограничения по применению в зависимости от химического состава воды – степени ее кислотного и щелочного содержания.
• Надежное окисление будет достигнуто после предварительной очистки воды от сероводорода .
• Засыпной материал – достаточно дорогой, и его замена потребует значительных материальных затрат.
• Система фильтров-обезжелезивателей требует частого обслуживания – прочистки и промывки. Игнорирование требований приведет к быстрому выходу ее из строя.
• Безреагентные фильтры обезжелезивания эффективно справляются с своей задачей, однако практически не обеззараживают воду. Для получения полноценно чистой воды, годной к пищевому употреблению, потребуется установка ультрафиолетового облучателя либо применение специальных асептических реагентов.

Ионная технология

Использование специальных ионообменных смол позволяют очистить воду не только от двухвалентного железа, но и от растворенных в ней магния и калия, и это, в принципе, является их главным предназначением.

При подобной технологии не требуется окисления железа до твердой фракции – идет его ионозамещение молекулами натрия.

Метод, на первый взгляд, беспроигрышный, но на практике оказывается, что в бытовых условиях он малоприменим.

Полностью исключить окисление железа кислородом, растворенным в воде, нереально, и трехвалентное железо очень быстро забивает поверхность катионитовых смол, образуя на них пленку, служащую средой для активного развития колоний бактерий и снижающую эффективность работы фильтрующей установки.

В итоге не выполняется ее главная задача деминерализация воды от ионов магния и кальция.

Вода, подаваемая в такие установки, потребует тщательной предварительной подготовки, иначе рентабельность использования данной станции обезжелезивания будет невысока.

Обычно такой метод применяется для очистки воды в специальных технологических целях – удаления веществ, способствующих быстрому образованию накипи в котельных, ТЭЦ и т.п.

Очистка методом обратного осмоса

Суть технологии состоит в продавливании воды искусственно создаваемым давлением через полупроницаемые мембраны, переводе ее из более концентрированное в менее концентрированное состояние (процесс, обратный классическому осмосу).

Микропоры мембраны имеют диаметр в тысячные доли микрон, и способны задерживать не только твердые взвеси, но и крупные молекулы содержащихся в воде веществ.

Не оставляют они шансов бактериям и вирусам – вода получается обеззараженной.

Использование технологии обратного осмоса не требует предварительного окисления воды – для двухвалентного железа правильно подобранная мембрана является непреодолимым препятствием.

Чтобы избежать высокого содержания в фильтруемой воде крупных, по меркам мембраны, взвесей трёхвалентного железа, системы фильтрации делают герметичными, сводя к минимуму поступление кислорода извне.

Недостатков у подобной технологии тоже немало:

• Так, получаемая в итоге вода слишком деминерализованная, близка к дистиллированной, а это не особо полезно для человеческого организма.
• Система очистки не отличается высокой производительностью, однако требует немалых энергозатрат на единицу выходного объема.
• Мембраны являются достаточно дорогим расходным элементом, могут быстро зарастать из-за скопления на поверхности отфильтрованных минеральных или органических веществ.
• Чтобы продлить срок эксплуатации мембранных осмотических установок, необходимо проводить тщательную предварительную очистку воды, а это опять лишние затраты.

Итак, способов очистки воды от излишнего содержания железа немало, однако ни один из них не может быть признан универсальным и не имеющим недостатков.

Для полноценной и качественной фильтрации, в промышленных или бытовых условиях применяются, как правило, комплексные очистительные установки, которые сочетают положительные качества нескольких технологий.

Как выполнить очистку воды из скважины от железа

Несмотря на то, что вода из скважины визуально чистая и прозрачная, она может иметь ряд примесей. Достаточно часто в роли такого включения выступает железо. Если его слишком много, то требуется обязательная очистка воды от железа. Избыток этого элемента вреден для здоровья людей и бытовой техники. Существует множество методов обезжелезивания, которые подбираются в зависимости от количества включений и их характера.

Виды железа и их распределение по источникам

Для частного водоснабжения используются грунтовые воды трех слоев: верховодка, песчаного и известнякового горизонтов. Вода в разных горизонтах отличается по многим характеристикам, в том числе и по форме содержащегося железа.

Рис. 1 Вода с разными вариантами железа

Вода в поверхностном слое содержит большое количество органического железа, которое вымывается из плодородного слоя почвы. Это гуматы, а также продукты жизнедеятельности железобактерий. Общая концентрация железа в этом водоносном слое не высока, но бывает выше предельно допустимой нормы. Гуминовые соединения весьма стойкие, поэтому очистка воды из поверхностного слоя довольно сложная.

В воде из песчаной скважины тоже присутствует железо, но чаще оно находится в трехвалентном виде, в составе соединений, образующихся в присутствии кислорода. Из-за близости к поверхности могут в этот слой проникать и гуматы.

Вода из артезианских источников нередко содержит большое количество двухвалентного железа. Оно не окисляется до трехвалентной формы из-за отсутствия достаточного количества кислорода. В артезианских водах немало и других солей, поэтому часто требуется комплексный подход к очистке.

Признаки железа в воде

Чтобы обнаружить наличие двухвалентного железа, можно просто налить воду из скважины в открытую емкость. Когда пройдет некоторое время, в абсолютно прозрачной жидкости появится осадок бурого цвета. Это двухвалентное железо, которое входит в состав растворимых солей, при соединении с кислородом переходит в нерастворимую форму.

Наличие нерастворимого железа определяется быстро и просто. Вода имеет характерный, ржавый оттенок. Чем ярче цвет, тем больше включений. Если жидкость отстаивать, то она станет светлее и прозрачнее, а на дно выпадет осадок.

Рис. 2 Ржавчина в воде

Если присутствует продукты бактериальной переработки, то вода тоже имеет желтый цвет. Отличием является отсутствие осадка после проведения отстаивания. Признаком присутствия бактериального железа в воде является пленка на ее поверхности. Особенностью такой пленки являются радужные переливы.

Способы очистки

Чтобы обезжелезить воду из скважины, используют разные методы. Выбор конкретного варианта зависит от характера включений и объемов использования воды.

Отстаивание

Наиболее простой метод очистки – отстаивание. Для его проведения система дополняется резервуаром. Размер емкости должен быть равен суточному потреблению воды.

Среди преимуществ отмечается низкая стоимость и возможность параллельно избавиться от других включений. В частности выветривается сероводород, который нередко содержится в артезианской воде из скважины. При отстаивании часть солей жесткости тоже осаждается. Наличие резервуара позволяет создавать запас воды, который используется во время отключений электроэнергии.

Недостатки такая система очистки тоже имеет. Отстаиванием можно удалить только двух- и трехвалентное железо, а бактериальное таким путем не удаляется.

При помощи аэрации удаление растворенного железа выполняется быстрее и эффективнее. Данный способ заключается в дополнительной подаче воздуха. В результате двухвалентное железо окисляется быстрее, выпадает в осадок, который можно убрать при помощи фильтра.

Рис. 3 Как выполняется аэрация

Существует два варианта аэрации. Первый вариант – безнапорная. В этом случае используется компрессор подающий воздух и распылители, разбивающие воздух на мелкие пузырьки. Это увеличивает площадь контакта воздуха с водой и ускоряет реакцию.

Еще быстрее железо окисляется при использовании напорного метода. Вода из скважины подается под напором, встречаясь с воздухом, который закачивается компрессором, она вспенивается. Такой способ позволяет устранить не только железо, но и сероводород.

Методы аэрации достаточно просты и экологически безопасны, но не могут удалить органическое железо.

Озонирование

Озонирующая установка также работает по принципу окисления и перевода растворенных примесей в нерастворимое состояние. В воду из скважины вводится активный окислитель – озон. Он гораздо более действенный по сравнению с обычным кислородом воздуха. По сравнению с другим окислителем – хлором, озон более безопасен, он быстро распадается, образуя обычный кислород.

Рис. 4 Процесс озонирования

Однако чтобы удалить этим способом из воды железо, может потребоваться комплексное воздействие, т.е. помимо озона понадобится другая очистительная система. Кроме того, установка дорогостоящая, а эффективность зависит от целого ряда факторов. Необходимо провести точные расчеты, чтобы количество подаваемого окислителя соответствовало типу и количеству примесей, имеющихся в воде из скважины. Выполнить это в домашних условиях непросто. Требуется регулярно проводить анализ и корректировать процесс очистки.

Использование ионообменных смол и обратного осмоса

Данные варианты обезжелезивания воды из скважины представляют собой способы фильтрования. Для проведения ионообмена используют специальные фильтры с особым наполнителем. В качестве наполнителя применяют мелкие гранулы искусственной смолы, содержащие свободные ионы. Для очистки воды обычно используют ионы натрия. Когда вода проходит через такой фильтр ионы железа замещаются на натриевые. Через некоторое время требуется регенерация смолы.

Рис. 5 Обратный осмос

Обратный осмос действует на молекулярном уровне. Этот способ позволяет наиболее эффективно провести обезжелезивание. Удаляются даже те вещества, которые находятся в растворенном состоянии. Поскольку из воды удаляется большая часть минералов, т.е. она получается обессоленная, на выходе система дополняется минерализующими блоками. Главным недостатком такого очищения является его затратность.

Похожие статьи по данной теме:

Очистка воды из скважины: особенности и виды фильтров

Фильтры для обезжелезивания воды из скважины

Как обезжелезить воду из скважины?

Способы очистки воды из скважины

Источники: http://pikucha.ru/vodosnabzhenie/filtry-i-schetchiki/ochistka-vody-ot-zheleza.html, http://voda-v-dome.net/ochistka-vody-ot-zheleza.html, http://oburenie.ru/ochistka/vody-ot-zheleza.html