УДАЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА

Подробности

Категория: Полезно знать

Удаление из воды железа - одна из самых сложных задач в водоочистке. Причина в том, что железо существует в природе в различных формах и в различных химических соединениях. Универсального метода очистки воды от железа не существует. Успех зависит как от практического опыта специалиста, устанавливающего оборудование,  так и от качества этого оборудования. Понятно, что существует определенное противоречие между желаниями и возможностями сторон. Потребитель желает получить чистую воду с минимальными затратами, а водоочистная фирма желает продать свое оборудование не по самой низкой цене. Понятно и то, что некомпетентный в вопросах водоочистки потребитель является более уязвимой стороной. В этой статье мы попытаемся дать потребителю конкретные рекомендации, чтобы он не заплатил деньги за оборудование, которое впоследствии перестанет очищать воду. 

Прежде всего рассмотрим коротко основные методы удаления железа.

Ионный обмен

Ионный обмен применяется в основном для умягчения воды. Хотя теоретически ионный обмен способен удалять высокие концентрации растворенного железа, на практике это оказывается невозможным. Причиной является наличие в воде растворенного кислорода. В присутствии кислорода часть растворенного железа окисляется и, выпадая в осадок, обволакивает шарики  ионно-обменной смолы, сокращая срок ее действия. Наличие в воде органических веществ, в том числе органического железа, усугубляет проблему. Поэтому небольшие концентрации железа (до 2 мг/л) целесообразно удалять совместно с умягчением воды. При более высоких концентациях железа и в том случае, когда нет необходимости умягчать воду, следует применять автономные обезжелезиватели, использующие метод окисления.

Метод каталитического окисления

Суть метода заключается в том, что реакция окисления железа происходит на поверхности гранул специальной фильтрующей среды, обладающей свойствами катализатора. Окисленное железо выпадает в осадок и периодически вымывается в дренаж во время обратной промывки. В качестве катализатора используются фильтрующие среды на основе диоксида марганца. Широкое применение получили фильтрующие среды Birmи Greensand.

Преимуществом синтетической фильтрующей среды Birm является то, что для восстановления ее каталитических свойств не нужен специальный регенерирующий раствор (достаточна обратная промывка водой). Недостатками материала Birm являются: низкий диапазон рабочих значений рН (не менее 6,8), необходимость отсутствия в воде сереводорода и органики и, наоборот, присутствия  кислорода в пропорции не менее 15% от растворенного железа. Из-за последнего условия Birm целесообразно применять в сочетании с предварительной аэрацией. Содержание хлора в воде не должно превышать 0,5 мг/литр.

Greensand (“зеленый песок”) представляет собой обработанный  природный  минерал глауконит.  Greensand эффективно удаляет из воды железо, марганец и сероводород. Окислительная способность Greensand восстанавливается (регенерируется) перманганатом калия (“марганцовкой”). При этом может применяться периодическая или непрерывная  регенерация.

При периодической регенерацииобработка фильтрующей среды насыщенным раствором перманганата калия производится в расчетные промежутки времени в направлении сверху вниз, а избыток марганцовки вместе с выпавшим в осадок окисленным железом в обратном направлении смывается водой в дренаж (обратная промывка). Недостатком метода является высокий расход марганцовки и невозможность его применения, если для очистки стоков используются биосептики, т.к. перманганат калия убивает микроорганизмы и выводит септик из строя.

При непрерывном дозировании перманганат калия используется в незначительном количестве и в дренаж практически не смывается. Однако недостатком метода является то, что при изменении состава воды, например сезонном, возможен “проскок” в очищенную воду либо железа, либо не прореагировавшего избытка марганцовки.

Фильтрующие среды Filox, Pyrolox и др. работают на том же принципе, что и Greensand, поэтому рассматривать их не имеет смысла. 

Окисление кислородом воздуха (аэрация)

Системы аэрации предназначены для насыщения воды кислородом воздуха, окисляющим растворенное железо перед фильтрами обезжелезивания, и для дегазации растворенных газов (сероводород, аммиак, метан и т. д.). Аэрация осуществляется нагнетанием воздуха в заполненный очищаемой водой бак (именуется также аэрационной колонной) при помощи компрессора. Выделяемые из воды газы и избыток воздуха выводятся через воздушный клапан. К преимуществам этого метода очистки воды можно отнести отсутствие химических реагентов, простоту обслуживания, отсутствие расходных материалов. Однако, периодическое обслуживание (примерно раз в год) необходимо для очистки  некоторых элементов аэрационной системы от отложений железа.

Существуют напорные и безнапорные аэрационные системы. В безнапорных системах используется нестандартный бак большого объема и необходим дополнительный насос для подъема воды. Такая система менее удобна в установке и эксплуатации и здесь не рассматривается.

Напорная аэрационная система состоит из заполняемой водой аэрационной колонны (бака), воздушного компрессора, датчика потока воды и воздушного клапана. Окисление железа начинается уже в аэрационной колонне. Окислившееся железо задерживается последующим осадочным фильтром.

Примечание. Метод насыщения воды кислородом воздуха с помощью инжектора (трубка Venturi)  мало эффективен и практически вышел из употребления.

Реагентное обезжелезивание воды (дозирование)

Реагентный способ очистки воды от железа основан на окислении железа с помощью сильных окислителей. Для подачи в воду окислителя используются специальные дозирующие насосы. Этот метод очистки воды применяется при высоких концентрациях железа, марганца, сероводорода.Достоинствомданной технологии является также возможность удаления из воды значительной части органики и попутное обеззараживание воды. Недостаток – необходимость пополнения химического реагента (обычно гипохлорита натрия) и его токсичность, требующая очень точного дозирования или применения дополнительного угольного фильтра.  Для улучшения результата возможно совместное применение дозирования и аэрации.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Часто клиент на вопрос об анализе воды отвечает: “У меня железо как у всех”. К сожалению,  железо “как у всех” не бывает. Даже в соседних скважинах вода  может отличаться по составу железа, органики и других элементов. Поэтому очистка воды всегда должна начинаться с анализа. Выбрать оптимальный метод удаления железа без предварительного анализа воды невозможно.

Метод очистки воды от железа  предлагает, конечно, водоочистная фирма.  Но выбор приходится делать тому,  кто платит. Практические рекомендации по каждому методу могут помочь потребителю с выбором.

Ионный обмен

При жесткой воде и небольшом количестве железа (до 2 мг/литр) можно обойтись одним умягчителем. При более высоком  содержании железа есть риск засорить умягчитель. При содержании железа более 3 мг/литр нужно быть готовым к частой замене ионообменной смолы или ставить перед умягчителем обезжелезиватель.

Каталитическое окисление

Фильтр с засыпкой Birmдешев и удобен в эксплуатации, так как не нуждается в химическом реагенте для регенерации, однако имеет ряд ограничений. Вывод: смотрим анализ воды и определяем быть нам с Birm-ом или без него. Следует отметить, что процентное содержание в воде кислорода обычным лабораторным анализом не определяется. Но возможно, что вода уже в достаточной степени насыщена кислородом. Выход прост: если нет вышеперечисленных противоплоказаний, ставим фильтр и смотрим результат. Если результата нет, ставим перед фильтром аэратор.  При высоком содержании железа (более 5 - 6  мг/литр) установка аэратора обязательна. Следует заметить, что ограничение по кислотно-щелочному балансу (рН) можно устранить. Но для этого нужно установить дополнительный фильтр, корректирующий рН.

Фильтрующая средаGreensand– более сильный катализатор, чем Birm, не имеет такого количества ограничений, но нуждается в регенерации раствором марганцовки.  Периодическая регенерация не годится там, где применяется биологическая очистка стоков. Постоянная регенерация со стоками дружит, но может загрязнять чистую воду. Отсюда вывод: если у Вас биологическая очистка стоков, то предпочтительнее будет  аэрация.

Напорная аэрация

Важное значение имеет время контакта растворенного железа с кислородом воздуха, поэтому бак  аэратора (аэрационная колонна) не должен быть маленьким. На практике принято, что бак аэратора должен быть равным или больше бака фильтра. О самом баке говорить не будем, поскольку у всех производителей качество баков примерно равное. А вот качество других элементов имеет существенное значение. Компрессор должен быть безмасляным, малогабаритным, легким, так как устанавливается на стенке выше бака, и малошумным, поскольку ставится в помещении, а не в лесу. “Велосипед” здесь изобретать не нужно. Существуют компрессоры, специально разработанные для аэрации воды. Большинство ведущих фирм используют аэрационные компрессоры американского производства, которые отвечают всем вышеуказанным требованиям. Воздушный клапан тоже  дожен быть качественным, иначе система нормально работать не будет. Клапаны могут быть механические или электронные. Среди механических вне конкуренции клапаны израильского производства. Хорошие электронные клапаны производят американцы. Для включения компрессора можно использовать датчик потока, запускающий насос. Однако насос обычно не находится в сфере ответственности водоочистной фирмы, поэтому предпочтительнее устанавливать автономный датчик, хотя это немного удорожает систему. Хорошие датчики потока производят немцы и американцы.

После аэратора вода попадает в фильтр, в котором окисленное железо задерживается и периодически смывается в дренаж обратной промывкой. Бытует ложное мнение, что при высокой  концентрации железа нужно ставить фильтр большего размера, содержащий  больший объем фильтрующей засыпки. На самом деле установка большого фильтра может создать большие проблемы. Во-первых, для обратной промывки фильтрующей среды  требуется интенсивность потока воды в несколько раз превышающая интесивность фильтрации (для тяжелых засыпок в 4 – 5 раз). Если производительность насоса окажется недостаточной для качественной промывки фильтра, то фильтр постепенно забьется железом и перестанет очищать воду. Во-вторых, интенсивность потока воды при промывке большого фильтра может оказаться выше поглощающей возможности дренажной системы данного дома или котеджа. В-третьих, если объем потребления воды окажется слишком малым для данного фильтра, вода может создать канал в фильтрующей засыпке и выходить из фильтра неочищенной. Решение проблемы заключается в установке двух малых фильтров, работающих параллельно, вместо одного большого. Такие фильтры промываются поочередно, потребляяя меньше воды для обратной промывки. Особенно это актуально для электронных фильтров, так как они обычно имеют одну фильтрующую колонну (фильтры Kinetico двойные и настроены на параллельную работу фильтрующих колонн). Установка двух параллельных фильтров решает еще одну существенную проблему. Фильтр с одиночной фильтрующей колонной обычно настраивается на ночную промывку. При высокой концентрации железа фильтр может забиться раньше, чем придет время промывки. Это тоже постепенно приведет к полному загрязнению фильтра. При параллельной работе двух фильтров можно программировать более частую промывку. Поочередная промывка фильтрующих колонн лишь уменьшает на время (примерно на 15 - 20 минут) пропускную возможность системы, но система всегда будет выдавать очищенную воду. Все вышесказанное актуально и для каталитических обезжелезивателей с тяжелой засыпкой (Greensand, Pyrolox и др.).

Вполне понятно, что качество очистки воды находится в прямой зависимости от очищающих способностей засыпанной в бак фильтрующей среды. Следует знать, что нередко  применяемый в Латвии кварцевый песок в чистом виде не пригоден для современных автоматических систем очистки воды. Из-за неоднородности структуры  песка в нем  фильтрует только тонкий верхний слой. Поэтому требуется частая, а из-за большого удельного веса песка и интенсивная обратная промывка. Для фильтра, особенно если это фильтр с одной фильтрующей колонной, такая задача часто оказывается  непосильной, фильтр постепенно забивается окисленным железом и прекращает очищать воду. Преимущество песка в дешевизне. Но эта дешевизна может стоить дорого, часто выливаясь в потерянные деньги. Применение песка допустимо в комбинированных засыпках (обычно это антрацит – песок – гранат – гравий).

Укажем основные фильтрующие среды, которые обычно применяются для фильтров в системах аэрации, в порядке уменьшения чистоты фильтрации: Macrolite, Filter AG, Birm, комбинированная засыпка. Самая высокая степень очистки у Macrolite (до 5 микрон). Эта фильтрующая среда создавалась специально для удалегния окисленного железа. При равной чистоте фильтрации (20 – 40 микрон) Filter AG имеет лучшую пропускную способность, чем Birm, но преимущество Birm в том, что он одновременно является катализатором, способным доокислять железо в самом фильтре. Фильтрующие качества комбинированной засыпки несколько хуже и она тяжелее, поэтому требует интенсивной обратной промывки. 

Основываясь на вышеизложенном, перед покупкой следует выяснить какой предполагается ставить компрессор – специальный аэрационный или купленный по случаю на блошином рынке. Следует сказать, что компрессор с ременной передачей (встречаются и такие) подходит для аэрации воды так же, как колесо от телеги подходит современному автомобилю. Этот же вопрос относится к воздушному клапану и датчику потока. Производитель обычно оставляет свои опознавательные знаки на изделии. Если это непонятно что, то лучше его на аэратор не ставить. Следует выяснить какая в фильтре засыпка. Если кварцевый песок, то он годится для садовых дорожек, но не для системы аэрации. Получив приемлемые ответы на поставленные вопросы, можно делать выбор, принимая во внимание, что некачественное оборудование может привести к потере денег.

Реагентное обезжелезивание воды (дозирование)

Дозированное впрыскивание реагента производится в воду перед фильтром или прямо в фильтр. В качестве фильтрующей среды используется сильный катализатор. Для усиления процесса окисления может проводиться предварительная аэрация. Применяется дозирование при очистке больших объемов воды и при высокой концентрации железа, особенно если растворенное железо сопровождается “букетом” из органики. Сказать какая конкретно засыпка дожна быть в фильтре невозможно, так как точный состав органики обычным лабораторным анализом не определяется. Но следует знать, что при использовании в качестве реагента гипохлорита натрия не должен применяться Birm, так как он боится хлора. Часто высокая органика убирается методом “тыка”. Если нет результата, пробуется другая засыпка или другой реагент. Остатки хлора и органики могут убираться угольным фильтром. Угольный фильтр всем хорош, но требует частой смены угля (не реже одного раза в год, но лучше раз в пол-года), потому что перенасыщенный угольный фильтр сам превращается в источник загрязнения воды.

Для дозирования существенное значение имеет качество дозирующего насоса. Лучшими на рынке Европы (возможно, что и в мире) являются дозаторы компаний BWT и ProMinent(Германия). Используются также дозаторы итальянского производства. Они дешевле, но уступают германским в точности дозирования и в надежности.

Следует знать, что сочетание железа с органикой является самым сложным вариантом очистки воды. При  очень высокой органике оптимальным вариантом может быть бурение более глубокой скважины.

Подводя итог, можно сказать, что для успешного удаления железа два фактора имеют определяющее значение: во-первых, правильно выбранный метод, во-вторых, хорошее оборудование, обеспечивающее как качество очистки воды, так и достаточно длительный срок работы системы.