Во многих источниках водоснабжения в нашей стране наблюдается повышенное содержание соединений железа, что негативно сказывается на технике и здоровье людей. Проблемы эффективного обезжелезивания воды приходится решать и на бытовом уровне, и в промышленных масштабах. Они еще более усугубляются в силу того, что большая часть водопроводных сетей состоит из стальных труб.

Для ответа на вопрос, что такое обезжелезивание воды необходимо понимание сути этого процесса. Снижение содержания этого элемента до приемлемого уровня возможно разными способами как народными, так и профессиональными. Задача очистки от соединений железа осложняется тем, что оно присутствует в воде в разных формах. В статье рассматриваться различные методы удаления всех видов соединений металла от простейших, не требующих специального оборудования, до инновационных, применяемых на предприятиях высокотехнологичных отраслей.

Причины и источники загрязнения вод железом, основные формы и нормы содержания

Соединения этого металла в значительных количествах присутствуют в земной коре практически во всех регионах России. Соли железа контактируют с водой подземных и открытых источников и растворяются в ней. Наряду с природными факторами на содержание этого элемента в жидкости большую роль оказывают и техногенные:

• Стоки горно-обогатительных, металлургических, химических и иных предприятий.
• Инфильтраты с отвалов карьеров и перерабатывающих фабрик, а также свалок промышленных и бытовых отходов.

В результате вода, отбираемая из природных источников для нужд населения и промышленности, сильно загрязнена и нуждается в качественном обезжелезивании. После прохождения очистных сооружений она поступает в централизованные водопроводные сети, основу которых составляет стальные трубы. Большая часть из них имеет большой износ с появлением свищей и коррозирует от постоянного контакта с водой. Это приводит к ее повторному загрязнению из-за попадания грунтовых вод и вследствие растворения соединений этого металла.

Для эффективного применения того или иного комплекса обезжелезивания необходимо понимать, что железо в воде присутствует в разных формах:

• Нерастворимое (трехвалентное). Окислы характерного рыжего цвета присутствую т в воде в виде механических частиц и хлопьев, которые через некоторые время оседают на дно сосуда.
• Растворимое (двухвалентное). Придает воде неприятный металлический (железистый) привкус, при этом она остается прозрачной и чистой на вид. Вместе с тем при длительном контакте выпадает в виде грязно-рыжего осадка, который легко отделяемого простой фильтрацией.
• Органическое. Сложные железо- и углесодержащие соединения, придающие воде характерный желтоватый оттенок. Эти признаки сохраняются даже при длительном отстаивании.
• Бактериальное. Является продуктом жизнедеятельности некоторых видов микроорганизмов и представляет собой желеобразную массу, которая откладывается на стенках трубопроводов. Кроме того на поверхности появляется радужная пленка.

Процесс обезжелезивания воды - это снижение содержания всех форм этого химического элемента и его соединений до установленных норм. Требования по предельно-допустимым показателям определяются введенным в текущем году СанПиН 1.2.3685-21. Согласно этому документу суммарное содержание железа, отнесенного к третьему классу опасности, не должно превышать 3 мг/л. Этот норматив установлен для систем централизованного и автономного водоснабжения, в том числе и горячего, а также для иных объектов культурно-бытового и хозяйственно-питьевого водопользования.

Особое внимание следует уделять обезжелезиванию артезианской воды, которая поступает с больших глубин и в большинстве случаев не отвечает приведенным требованиям. Такие источники водоснабжения в условиях загрязнения водоемов все чаще используются и не только для обеспечения домовладений, но и отдельных районов или некрупных населенных пунктов.

Бытовые и лабораторные методы определения содержания железа в воде

Данные о качестве услуг ресурсопоставляющих компаний можно найти в Интернете на их собственных ресурсах, а также на сайтах контролирующих структур. Информация о высоком суммарном содержании железа в воде указывает на необходимость дополнительного обезжелезивания для ее безопасного использования. Сложнее дело обстоит с колодцами и скважинами, используемыми в качестве источников автономного водоснабжения.

Для определения содержания соединений железа в воде используются бытовые и лабораторные методы. Определить превышение ПДК этого металла возможно по ряду косвенных признаков:

• Металлический привкус воды, а при больших концентрациях ее вкус становится настолько неприятным, что делает невозможным ее употребление.
• Появление рыжеватого налета и потеков на сантехнических приборах: смесителях, раковинах, ванных и унитазах.
• Образование характерного бурого осадка после длительного отстаивания воды, которая до этого была прозрачной и чистой.
• Появление желеподобных отложений на стенках резервуаров и внутренних поверхностях труб.
• Вода только что поднятая из колодца или откачанная из скважины имеет выраженный желтоватый оттенок.

Перечисленные методы являются чисто индикативными, показывающими наличие разных форм железа в источнике водоснабжения, но они не позволяют установить точное его содержание. Этого недостаточно чтобы выбрать наиболее эффективный метод очистки. Существуют различные технологии водоподготовки, процессы обезжелезивания воды в которых протекают по-разному. В этом случае лучше обратиться в специализированную лабораторию, где будет проведен анализ и выдано заключение.

Исследования воды на содержание железа проводится в соответствии с требованиями ГОСТ 4011-72 с использованием колориметрических методов. Последние различаются по применяемым реагентам:

• сульфосалициловая кислота;
• ортофенантролин;
• 2,2-дипиридил.

Перечисленные методы отличаются достаточной точностью и позволяют получить достоверные результаты о суммарной концентрации железа для того или иного источника водоснабжения. На основании этих данных вырабатываются рекомендации по выбору той или иной технологии обезжелезивания питьевой воды, а также применяемой для хозяйственных и технических нужд. Тем самым обеспечивается максимальная эффективность проектируемого комплекса водоочистки.

Основные способы обезжелезивания воды

В настоящее время существует множество методов водоподготовки, применяемых для автономных и централизованных систем. Все способы обезжелезивания делятся на две большие группы: бытовые и промышленные (профессиональные). Они различаются по эффективности, степени очистки, уровню затрат и другим критериям.

И бытовые, и профессиональные методы очистки воды, в том числе и обезжелезивания, имеют свои преимущества и недостатки. Эти данные необходимо учитывать при выборе того или иного способа, что в итоге позволяет получить максимальный результат при минимальных вложениях.

Бытовые способы удаления железа из воды

Подавляющее большинство частных домовладений в поселках, деревнях и селах не имеют централизованного водоснабжения. Для этих целей в них используются скважины или колодцы и обезжелезивание воды в них осуществляется наиболее простыми - народными способами:

• отстаиванием;
• кипячением;
• вымораживанием.

Метод отстаивания основан на двух явлениях: гравитационном осаживании механических частиц и химическом - окисление соединений железа с переходом в нерастворимые формы. Данный способ обезжелезивания воды реализуется следующим способом:

• В помещение под потолочным перекрытием или на чердаке располагается емкость из пищевого пластика или нержавеющей стали.
• Подача воды из колодца или скважины осуществляется в этот резервуар сверху, для предотвращения перелива возможна установка запорного клапана с поплавком.
• В нижней части на высоте 200-300 мм от дна врезается трубка, через которую осуществляется отбор отстоявшейся воды.
• В самой нижней точке емкости устанавливается дренажный коллектор с вентилем для слива отстоя в канализацию или на грунт.

Для ускорения процессов обезжелезивания воды возможно ее распыление через душевые насадки или применение аэраторов по типу тех, что используются в аквариумах. Емкость бака подбирается с учетом суточного потребления, а для обеспечения бесперебойного водоснабжения система может дублироваться. При этом один резервуар используется для отстаивания, другой является расходным, на следующий день - наоборот.

Другой способ - кипячение для обезжелезивания воды является затратным по времени и ресурсам и не позволяет получить больших объемов. В процессе нагревания часть двухвалентного (растворимого) железа доокисляется и выпадает в виде осадка на дно кастрюли или чайника. Сложность этот метода состоит еще и в том, что полученный кипяток невозможно использовать сразу кроме как приготовление чая или пищи, для других целей его нужно остужать.

Третий метод обезжелезивания воды - вымораживанием еще более сложный. Жидкость наливается в прозрачную пластиковую бутылку и помещается в морозилку. После того как большая часть ее замерзнет необходимо слить, то что осталось в жидком состоянии. После удаления концентрата солей, лед можно растопить или дать ему растаять самому. Полученную при этом воду можно использовать для питья или приготовления пищи.

Бытовые методы очистки и обезжелезивания колодезной воды или получаемой из скважины, особенно отстаивание в ведрах не требуют больших финансовых затрат. В этом и состоит их основное и, пожалуй, единственное достоинство. Минусов же у народных способов много и главный из них недостаточная эффективность, ни один из них не применим в случае высокого содержания металла.

Профессиональные методы очистки воды

Для обеспечения качественного водоснабжения квартиры, загородного дома и уж тем более предприятия необходимо использовать дополнительные системы. Для этого применяются бытовые или промышленные комплексы доочистки воды, в которых реализуются следующие методы обезжелезивания:

• Фильтрация плюс аэрация.
• Ионообменные смолы.
• Обратный осмос.

Перечисленные технологии положены в основу соответствующего оборудования, которое является частью системы водоподготовки. Для эффективной и продолжительной работы компонентов, обеспечивающих реагентное или безреагентного обезжелезивания воды, применяются предфильтры с различными засыпками или картриджами. На выходе же устанавливаются дополнительные модули для нормализации ее состава.

Комплекс фильтров обезжелезивания и аэрация

При выборе технологии водоподготовки учитываются не только количественные показатели содержания железа в той или иной форме, но и другие параметры. Принимаются во внимание также значения pH и перманганатной окисляемости, а также массовая концентрация сероводорода и марганца.

Основная задача создаваемой установки фильтрации и обезжелезивания состоит в том, чтобы перевести большую часть растворимого железа в нерастворимую форму, которая задерживается используемой загрузкой. Доокисление металла происходит и применением следующих методов обезжелезивания безреагентного с аэрацией:

• напорной; 
• безнапорной. 

Комплексы водоподготовки с напорной аэрацией применяются на предприятиях промышленности и теплоэнергетики. Суть метода аэрационного обезжелезивания состоит в том, что в поток воды подается воздух под давлением, которое создается компрессором. Насыщение жидкости газами осуществляется в трубе, расположенной непосредственно перед колонной при помощи специальных насадок типа колец Рашига или Паля. Кислород доокисляет железо в установках с каталитической загрузкой, после чего оно переходит в нерастворимое состояние и задерживается фильтрующими засыпками.

Оборудование по обезжелезиванию воды безнапорным методом проще описанного выше, в его составе нет мощного компрессора. Насыщение жидкости воздухом осуществляется одним из двух способов: с использованием эжектора или душированием. В первом случае атмосферный газ засасывается водным потоком и перемешивается с ним. Дальнейший процесс аналогичен тому, что происходит при напорной аэрации. Избыток воздуха сбрасывается через специальный клапан.

При безнапорном аэрационном обезжелезивании воды душированием, осуществляется ее распыление в открытом резервуаре. При этом увеличивается площадь контакта с атмосферой, что ускоряет процессе доокисления двухвалентного железа. Затем поток направляется в колонны с фильтрующей загрузкой, где и осаживаются.

Ионообменные фильтры

Эффективная технология промышленного обезжелезивания обеспечивает качественную водоподготовку для предприятий разных отраслей. Основу установки составляют фильтры с загрузкой из ионообменных смол, которые обладают способностью заменять ионы одного металла - железа, другими - натрием. В настоящее время созданы и успешно применяются комплексы с большой производительностью и высоким уровнем очистки.

В составе оборудования для обезжелезивания имеются колонны, в которых находится засыпка из ионообменных смол. Последние представляют собой органические иониты с макропористой или гелевой структурой. Способность реакциям ионного обмена в таких высокомолекулярных соединениях обеспечивается кислотными или основными функциональными группами.
Процесс обезжелезивания в ионообменных фильтроустановках происходит следующим образом:

• Водный поток подается в колонну с соответствующей засыпкой. При контакте ионов железа с поверхностью гранулы происходит его замена ионом натрия.
• По мере насыщения смолы ее эффективность снижается, и концентрация железа в очищенной воде возрастает.
• Автоматизированная система управления или оператор вручную переключают подачу исходной воды на другую колонну, а на предыдущей начинается процесс регенерации.
• Через загрузку прокачивается насыщенный раствор высокоочищенной поваренной соли, в результате чего запускается обратная реакция ионного обмена с удалений железа и связыванием натрия.

Регенерирующий раствор после использования содержит большое количество железа и сбрасывается в канализацию или в дренаж. При применении технологии обезжелезивания воды по описанной схеме загрузка может использоваться многократно, что существенно снижает производственные затраты и издержки. Благодаря этому данный метод водоподготовки получает все более широкое распространение в самых разных отраслях промышленности.

В ионообменных системах водоочистки и обезжелезивания применяются следующие виды загрузок:

• Ecomix. В состав входит пять ионообменных компонентов синтетического происхождения, которые могут применяться для очистки воды с уровнем pH от 5 до 9 при температуре среды не выше 40 °C.
• Ecotar. Многокомпонентная загрузка, основу которой составляют катионно- и анионообменные смолы. Тем самым обеспечивается связывание растворимого, органического и коллоидного железа.

При выборе ионообменной засыпки для систем водоподготовки и обезжелезивания воды необходимо учитывать ее физико-химические свойства. Это позволит достичь максимального эффекта в каждом конкретном случае.

Обратный осмос

Применение инновационных технологий обезжелезивания воды при водоподготовке обеспечивает исключительно высокую степень ее очистки от примесей. Одним из основных преимуществ установок обратного осмоса является их универсальность, существуют как бытовые, так и промышленные модели. Первые обычно монтируются под мойкой на кухне и позволяют получить высокоочищенную воду для питья и приготовления пищи.

Означенный метод водоочистки и обезжелезивания с использованием обратноосмотических мембран используется в разных отраслях промышленности и в коммунальной сфере. Установки позволяют получать особо чистую воду для фармацевтики и производства электронных компонентов, а также для водоснабжения небольших населенных пунктов. Производительность таких систем достигает 30 тыс. л/ч, что вполне достаточно для коттеджного поселка.

Метод обезжелезивания питьевой воды в бытовых или промышленных системах обратного осмоса несмотря на массу преимуществ имеет один серьезный недостаток. Высокие затраты на покупку, монтаж и обслуживания оборудования делают его недоступным для широкого потребителя. Кроме того в системе имеется насос высокого давления, а это дополнительные расходы на электроэнергию.

Важно

При выборе комплекса водоподготовки и обезжелезивания для частного домовладения, квартиры или предприятия необходимо учитывать множество факторов. Компания Diasel Enginering предлагает полный комплекс услуг по созданию эффективных систем водоочистки. Специалисты компании осуществляются лабораторные исследования проб воды, проектирование установки и подбор необходимого оборудования.