По уровню содержания в земной коре этот металл занимает второе место, уступая лишь алюминию. Комплексная очистка вод от железа для систем централизованного и автономного водоснабжения необходима практически на всей территории Российской Федерации. В большинстве регионов концентрация его соединений многократно превышает допустимые значения. Длительное употребление такой воды для питья и приготовления пищи наносит вред здоровью человека и животных.

Повышенная концентрация соединений этого металла наблюдается в местностях заболоченных и с высоким уровнем грунтовых вод. При большом содержании железа в воде для очистки потребуется специальное оборудование во многих регионах Центральной России, Сибири и Дальнего Востока. Методы водоподготовки в каждом конкретном случае определяются от уровня загрязненности источников водоснабжения.

Применяемые технологии очистки воды от соединений железа должны быть достаточно эффективными, чтобы обеспечивать ее соответствие действующим нормативам. Точное содержание этого химического элемента в воде определяется лабораторными методами. По результатам анализов и подбирается наиболее эффективный способ водоподготовки бытовой или с использованием установок промышленного изготовления.

Источники загрязнения воды соединениями железа

В чистом виде этот металл в природе практически не встречается. В земной коре концентрация железа точнее его соединений достигает 4,65% и некоторые из них хорошо растворимы. Вода вымывает их из земной коры и поступает в открытые водоемы и подземные водоносные пласты. Особенно высокая концентрация соединений этого химического элемента наблюдается:

• в районах с повышенной вулканической активностью;
• в заболоченных местностях;
• поблизости от природных месторождений.

Помимо природных факторов увеличения содержания железа в воде имеются также и техногенные:

• стоки промышленных и прежде всего металлургических предприятий;
• попадание в почву инфильтратов с отвалов горно-обогатительных комбинатов;
• коррозионные процессы в трубах и фильтрах, изготавливаемых из стали и чугуна.

Железо в воде, для очистки которой потребуются специальное оборудование, содержится в четырех формах:

• Двухвалентное (растворимое). Соли железа не оказывают влияния на прозрачность воды, но придают ей неприятные металлический привкус и специфический запах. При длительном нахождении в открытом сосуде часть соединений доокисляется и выпадает в осадок.
• Трехвалентное (нерастворимые окислы). Окрашивают воду в желтый цвет, интенсивность которого меняется от практически незаметного оттенка до бурого. В процессе отстаивания в емкости выпадают хлопья осадка.
• Органические и углесодержащие соединения. Образуются в результате сложных химических реакций и придают воде желтоватый оттенок, при этом даже при длительном хранении не образуется осадка.
• Бактериальное. Содержится в продуктах жизнедеятельности микроорганизмов особых видов, в результате чего на поверхности воды образуется радужная пленка, а на стенках водопроводных труб и сосудов появляется желеобразная масса.

Для очистки воды от железа, присутствующего в ней в той или иной форме, необходимо определить его содержание и наиболее эффективную технологию водоподготовки. Для этих целей разработаны и успешно используются специальные методы.

Нормы содержания соединений железа в воде для централизованных систем водоснабжения

Предельно допустимые показатели концентрации различных микроэлементов в Российской Федерации регламентируется соответствующими документами. Предназначенная для централизованных систем вода после очистки от железа должна содержать не более 0,3 мг/л. Требования по содержанию соединений этого металла устанавливаются следующими нормативно-правовыми актами:

• СанПиН 2.1.4.1074-01. Документ определяет гигиенические требования к качеству водоподготовки для централизованных систем питьевого и горячего водоснабжения, а также методы контроля.
• ГОСТ Р 51232-98. Устанавливает общие принципы контроля качества воды, используемой для питья, а также требования к организации этого процесса и методам исследований.
• РД 52.34.358-2006. Методика определения массового содержания общего железа в воде с использованием фотометрических методов.

Помимо требований по очистке воды от железа для водопровода существуют ведомственные документы. В частности водно-химическим отделением НИИ Теплотехники составлены руководящие указания о подготовке эксплуатационных жидкостей с использованием метода коагуляции на электростанциях.

Существующие технологии очистки воды от соединений железа обеспечивают их оптимальное содержание, необходимое для полноценной жизнедеятельности организма человека. Суточная норма потребления этого микроэлемента по данным Всемирной организации здравоохранения составляет от 15 до 22 мг. Длительное употребление жидкости с большой концентрацией этого металла приводит к функциональным расстройствам пищеварения, а также паталогическим изменениям органов ЖКТ и мочевыводящей системы.

Бытовые и лабораторные методы определения концентрации железа в воде

В настоящее время информация о показателях систем водоснабжения в населенных пунктах публикуется на веб-сайтах эксплуатирующих организаций и местных СЭС. Это позволяет судить об уровне очистки воды от железа и солей на станциях водоподготовки. Для частных домовладений, в которых обеспечение водой осуществляется из колодцев и скважин, определение показателей качества жидкости представляет довольно сложную проблему.

В быту оценить содержание железа в воде возможно органолептическими методами (визуально, на вкус и по запаху). На избыточное содержание микроэлемента указывают следующие признаки:

• Цветность. Желтоватый или бурый оттенок воды.
• Потеки ржавчины на керамической плитке, сантехнических изделиях и водопроводных кранах.
• Наличие у питьевой воды ярко выраженного металлического привкуса.
• Появление желтого осадка на дне емкости с водой после ее отстаивания.
• При использовании железистой воды светлые ткани приобретают желтоватый оттенок.

Для точного анализа с целью определения наиболее эффективных методов очистка воды от ионов железа проводятся лабораторные исследования. При этом применяются следующие методы:

• фотометрия (согласно ГОСТ 4011);
• спектрофотометрия атомно-абсорбционная;
• спектрометрия атомно-эмиссионная.

Отбор и транспортировка проб из скважин и колодцев в частных домовладениях осуществляется сотрудниками упомянутых лабораторий с использованием специальной посуды. В отдельных случаях для определения наиболее действенных методов очистки от примесей железа воде доставляется в исследовательские организации потребителями самостоятельно. В таких случаях проба отбирается в чистую пластиковую, стеклянную или керамическую емкость, которая закрывается плотно притертой пробкой.

Основные технологии очистки воды от соединений железа

Современные методы водоподготовки обеспечивают достижение нормативных показателей качества в самых сложных случаях, в том числе при высоких уровнях примесей. Существующие способы очистка воды то железа можно условно разделить на две группы: бытовые и промышленные. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки.

Бытовые способы очистки воды от железа не требуют значительных финансовых затрат и реализуются подручными средствами. С другой стороны они не во всех случаях обеспечивают приемлемые параметры качества, а также необходимые объемы водоподготовки. Ограниченные возможности бытовых методов не позволяют их использовать продолжительное время даже в условиях сравнительно низкого потребления.

Промышленная очистка воды от железа для водопровода предполагает применение сложного оборудования, что влечет за собой значительные затраты на его приобретение и монтаж. Кроме того такие установки нуждаются в регулярном обслуживании с заменой компонентов и фильтрующих засыпок. Основными их преимуществами является высокие показатели качества и стабильность на протяжении всего межсервисного срока эксплуатации.

Бытовые методы очистки воды от железа

Простейшие способы водоподготовки применяются с давних пор, что подтверждает их эффективность. В частных домовладениях с автономными системами водоснабжения и в городских квартирах преимущественно используются следующие методы очистки вод от железа:

• отстаивание;
• кипячение;
• вымораживание.

Дополнительно жидкость может фильтроваться через активированный уголь. Таким образом, бюджетно обеспечивается очистка воды от железа, находящегося в нерастворимой форме. Взвешенные (коллоидные) частицы поглощаются фильтрующей засыпкой, из-за малого размера и веса, практически не осаживаются.

Все перечисленные варианты очистки воды от железа малопригодны и исключительно неудобны для повседневного использования. Получаемое при этом количество жидкости не обеспечит потребностей человека для нормальной и комфортной жизни.

Отстаивание 

Данный способ относится к наименее затратным и простым. Для обеспечения очистки подземной воды от железа необходима емкость, объем которой соответствует суточному потреблению домовладения. Наилучшим образом для этих целей подойдет бак из пищевых полимеров или нержавеющей стали. Располагают его в отапливаемом помещении, чтобы избежать замерзания.

В нижней части емкости врезают два крана: один в днище для слива отстоя, другой на уровне 200-300 мм. Последний является расходным и нужен для отбора чистой жидкости для питья и хозяйственно-бытовых нужд.

Для повышения эффективности метода отстаивания и лучшей очистки воду от содержащегося в ней железа применяются мощные аквариумные компрессоры. Установки обеспечивают аэрацию и доокисление растворимой его формы и переходом в трехвалентную нерастворимую, которая выпадает в осадок. Процесс в зависимости от содержания примесей занимает от нескольких часов до суток, а необходимость постоянного наблюдения добавляет неудобств.

Кипячение

При нагревании воды до 100 °C происходит активное парообразование. Очистка воды от железа и примесей происходит за счет окисления растворимых солей, которые выпадают в осадок после десятиминутного кипячения. Жидкость охлаждается и осторожно сливается из емкости, таким образом, чтобы твердые частицы остались в ней.

При кипячении помимо обезжелезивания происходит процесс обеззараживания воды. Однако описываемая схемы очистки воды от железа требует значительных затрат энергоносителей и много времени. Процесс необходимо постоянно контролировать, а при обращении с кипящей жидкостью нужно проявлять крайнюю осторожность, чтобы избежать ожогов.

Вымораживание

В момент перехода жидкости в твердое агрегатное состояние кристаллическую решетку образуют молекулы химически чистого оксида водорода. Процесс очистки воды от железа при замораживании выглядит следующим образом:

• заполненная емкость помещается в морозилку холодильника в вертикальном положении;
• после замерзания половины объема ее вынимают из камеры;
• незамерзшую часть с большим содержанием растворимых примесей сливают.

Растаявший лед используется для питья и приготовления пищи. Описанный метод очистки воды от железа малопроизводителен и занимает много времени. Использовать его можно для получения незначительных количеств жидкости, которая ко всему прочему будет практически полностью деминерализована. Использовать ее для питья продолжительное время не рекомендуется по медицинским показаниям.

Промышленные технологии водоподготовки и удаления железа из воды

На водозаборных станциях применяются специальные установки, обеспечивающие качественную очистку жидкости от примесей. В высокопроизводительном промышленном оборудовании для очистки воды от железа используются следующие методы:

• реагентное обезжелезивание и аэрация;
• ионообмен;
• обратный осмос.

В перечисленных способах очистки воды от примесей железа реализуются различные физические принципы. Каждый из методов эффективен для определенных условий. Для выбора наилучшего метода водоподготовки необходимо проконсультироваться со специалистом.

Фильтры обезжелезивания и аэрация

Профессиональные системы водоподготовки обеспечивают необходимые параметры качества жидкости, делают ее пригодной для использования в быту или на предприятиях. Комплексная очистка воды с большим содержанием железа производится двумя способами:

• с использованием специальных реагентов;
• с применением аэрации напорной и безнапорной.

Технология реагентного обезжелезивания эффективна при достаточно низких значениях pH и высокой концентрации двухвалентного железа, а также сероводорода и солей марганца. Метод заключается в дозированном добавлении окислителя в трубопровод, по которому подается исходная вода. Дополнительно в него вводится гидроксид натрия для повышения показателей pH, что способствует улучшению процессов доокисления.

В реагентные промышленные технологии очистки воды от железа в случае низких параметров перманганатной окисляемости добавляется еще один подготовительный этап. В жидкость вводится коагулянт, воздействующий на коллоидную форму металла и переводящий его во взвешенное состояние. Нерастворимые соединения в свою очередь отделяются в фильтрах со специальными засыпками.

Безреагентная очистка воды от железа аэратором производится с использование напорного или безнапорного метода. Принцип действия таких установок состоит в доокислении химического элемента, находящегося в растворимом состоянии, кислородом вводимого в поток жидкости воздуха.

В варианте напорной технологии воздух подается под давлением, создаваемым компрессором, в исходную воду одним из двух способов:

• непосредственно в трубопровод исходной воды перед аэрационной колонной;
• через трубу со специальной насадкой (кольца Рашига или Паля) и удалением излишков через сепаратор или воздухоотводчик.

Напорная аэрация используется при сравнительно небольших объемах потребления воды и невысокой концентрации железа в ней. Повышенное его содержание существенно снижает эффективность установки и приводит к быстрому засорению фильтров. В результате возрастают затраты на обслуживание оборудования, что делает его применение экономически невыгодным.

Безнапорная технология очистки воды от железа, цена которой существенно ниже, реализуется в двух вариантах:

• Эжекция. Засасывание воздуха и его перемешивание с водой происходит за счет движения жидкости, при этом излишки газа сбрасываются через воздухоотводящий клапан.
• Душирование. Исходная вода подается в резервуар и при этом разбрызгивается, что существенно увеличивает площадь контакта с атмосферным воздухом. Во время душирования из жидкости удаляется сероводород.

После аэратора очистка воды от железа, перешедшего из растворимой в нерастворимую форму, происходит в фильтрующих колоннах. В засыпочных осадочных установках соединения этого металла и соли марганца задерживаются на поверхности засыпки и при обслуживании смываются в дренаж при обратной промывке фильтра.

Описанные технологии обезжелезивания реагентного или с использованием аэрации являются основными в промышленности и в энергетике. Они обеспечивают высокую производительность и пригодны для обеспечения нужд крупных предприятий.

Ионообменные фильтры 

В случае если объемы потребления невелики, применяются другие методы водоподготовки. Ионообменные фильтры обеспечивают эффективную очистку воды от железа за счет использования особых синтетических смол. Гранулы имеют пористую структуру, что увеличивает контактную поверхности и способствует повышению их эффективности. Двухвалентные металлы связываются и замещаются ионами натрия. Через определенное время смола подвергается регенерации путем промывки насыщенным раствором поваренной соли.

Метод ионообменной очистки воды от железа обычно применятся в качестве дополнительного к основной установке. При наличии в жидкости кислорода происходит образование осадка, который быстро загрязняет сорбент и делает невозможным его дальнейшее использование. Высокое содержание двухвалентного железа в жидкости вызывает появление органической пленки на поверхности гранул, при этом снижается их эффективность.

Обратный осмос 

Инновационный метод водоподготовки основан на использовании полупроницаемых мембран, задерживающих практически все виды примесей в том числе и растворимых. Обратноосмотическая технология очистки воды от железа обеспечивает отделение загрязняющих веществ на молекулярном уровне. При прохождении жидкости через установку образуется около 30% пермеата-высокоочищенной воды. Остальной концентрат содержит повышенное содержание солей и сливается в канализацию.

Системы очистки воды от железа, работающие на принципах обратного осмоса, имеют двух- трехступенчатые схемы предфильтрации. На предварительном этапе из жидкости удаляются механические и некоторые другие примеси. Применение обратноосмотических фильтров целесообразно в случае небольших объемов потребления.

Как купить оборудование для очистки воды от железа

Применение промышленных или бытовых методов водоподготовки оправдано в тех случаях, когда они обеспечивают необходимый уровень эффективности. Вам требуется качественное оборудование для очистки воды от железа, купить его вы сможете в нашей компании Diasel Enginering. Наши специалисты бесплатно проконсультируют вас об особенностях и возможностях описанных технологий удаления солей металла из жидкости.

Лучшая методика очистки воды от железа подбирается по результатам анализов и с учетом объемов потребления. ООО «НПК «Диасел» предоставляет полный комплекс услуг по проектированию, изготовлению, монтажу и сервисному обслуживанию систем водоподготовки. Мы работаем по всей территории Российской Федерации и готовы предложить оптимальное решение проблем централизованного или автономного водоснабжения.