Обзор основных методов обезжелезивания воды

Способы обезжелезивания воды

В воде железо может находиться в нескольких формах:

• соединениях с другими химическими веществами, в осадок не выпадает;
• двухвалентной, водорастворима, выпадает в осадок при реакции с кислородом;
• трехвалентной, не растворима в воде, придает ей желтоватый цвет, при реакции с кислородом образует осадок в форме хлопьев.

Виды железа в воде и его отличительные признаки

В зависимости от преобладающего типа железа и его концентрации действенными будут разные методы водоочистки. Определяют валентность и количество железа в воде с помощью лабораторных исследований, в домашних условиях точных результатов получить нельзя.

Способы фильтрации от двухвалентного железа

Против этой формы металла действенны следующие способы очистки:

1. Ионный. Суть метода заключается в том, что специальные ионообменные вещества в картридже фильтра вступают в реакции с содержащимися в воде примесями. Для водоочистки используют обычно натриевые системы. Метод эффективен при количестве железа в воде до 3 мг/л, при более высокой концентрации практически не действенен.
2. Обратно-осмотический. Суть технологии обратного осмоса – прохождение воды под давлением через частично проницаемую мембрану из раствора большей концентрации в раствор с меньшей. Диаметр пор мембраны меньше, чем размер атомов железа, поэтому они через нее пройти не могут, и смываются в канализацию. Такой способ эффективен при концентрации железа до 15 мг/л. Однако фильтры обратного осмоса удаляют не только Fe, но и другие вещества, часть из которых полезна и необходима организму. Поэтому отфильтрованную воду рекомендуется подвергать дополнительной минерализации.
3. Аэрационный. Собственно, этот вариант нельзя даже назвать очисткой. Взаимодействуя с кислородом, двухвалентное железо просто превращается в трехвалентное, которое уже легче удалить. Частным случаем аэрации будет обычное отстаивание воды в открытой емкости. Помимо такого способа применяют также разделение воды на множество мелких струй фонтанированием или похожими на душ устройствами; используют инжекторы или эжекторы для водно-газовой дисперсии; пропускают через воду под давлением поток воздуха. Но как самостоятельный метод обезжелезивания воды аэрацию применяют редко, обычно это лишь один из этапов многоступенчатой очистки.

Очистка воды от двухвалентного железа

Способы удаления трехвалентного железа

Упомянутые выше методы очистки воды эффективны для трехвалентной формы металла только при ее небольшой концентрации. При высоком уровне содержания используют механические фильтры, задерживающие примеси просто за счет небольшого размера ячеек.

Механическая очистка воды от железа

Очищаем воду без специальных приспособлений

Если никакой системы очистки под рукой нет, а вода приемлемого качества необходима, то остается воспользоваться несколькими простыми, но не на 100% эффективными способами.

Самодельный фильтр

Для этого у большой бутыли объемом от 4-5 литров срезают дно, а в крышке проделывают небольшое отверстие. Далее слоями снизу вверх размещают:

• ткань, марлю, вату;
• древесный уголь;
• промытый речной песок.

Скорость фильтрации будет небольшой, воду все равно придется кипятить, но в отсутствие более совершенных устройств и такая самодельная конструкция окажется полезной.

Очистка воды своими руками

Длительное кипячение

С этим способом все просто – воду кипятят в течение минимум 10-15 минут. При высоких температурах соединения железа выпадают в осадок. Но хотя вода и очищается, но быстро образуется накипь на стенках емкости для кипячения.

Замораживание

Воду замораживают в любой подходящей емкости примерно наполовину, после чего незамерзший остаток вылить, а лед разморозить и использовать для питья или приготовления пищи.

Отстаивание

Воду оставляют в емкости с открытой крышкой примерно на сутки, после чего аккуратно, чтобы не взболтать осадок, сливают для использования примерно 70% воды, остаток используют для хозяйственных нужд

Способы удаления

Существуют разные методы, которые позволяют произвести обезжелезивание воды.

Аэрация

Это безреагентная водоочистка, в которой используется технология насыщения жидкости кислородом. В ходе очистки двухвалентные частицы железа окисляются до трехвалентных и оседают в виде осадка на дне резервуара. Во время аэрации используется бак, оснащенный компрессором. Он монтируется между колонной и скважиной.

Любой желающий может создать подобное устройство своими руками. Размер бака следует подбирать на основании расхода воды. Габариты должны позволять жидкости отстаиваться, за счет чего она насыщается кислородом. Однако такой метод оптимален только в том случае, если в воде содержится не более 10 мг/л железа.

Водоочистка двуокисью марганца

Этот способ похож на предыдущий вариант. В нем используется реакция, которая возникает между двухвалентным железом и двуокисью марганца. В ходе взаимодействия образуется нерастворимое соединение, которое оседает на дне.

Достоинства:

• происходит очищение от сероводородных частиц и иных соединений;
• качественное удаление частиц железа;
• продолжительный срок службы конструкции.

Каталитическая водоочистка

Каталитический фильтр для обезжелезивания воды нацелен на преобразование компонентов в нерастворимую форму. В результате использования метода наблюдается образование осадка, который следует удалить. Не требуется наличие реагентов и расходного сырья. Перед тем как приступать к каталитической водоочистке, потребуется аэрация жидкости, так как в исходных объемах наблюдается нехватка кислорода для полноценного окисления.

Хлорирование

Такой метод заключен в добавке в жидкость хлора или активных хлорсодержащих элементов. Чаще всего используются диоксид хлора, хлорамины или гипохлорит натрия. Так как хлор относится к числу сильных и токсичных окислителей, подобный способ обладает множеством недостатков. В ходе очищения жидкость может получить специфический запах наряду с образованием опасных хлоропроизводных продуктов.

Озонирование

Насыщение воды озоном – один из распространенных методов водоочистки от железа. Способ практически ничем не отличается от других методик. Частицы железа окисляются до водорастворимой формы, после чего осадок выпадает на дно. В результате пользователи получают воду, которая подходит для бытовой эксплуатации.

Преимущества:

• моментальная очистка воды;
• насыщение жидкости кислородом;
• уничтожение бактерий.

Среди недостатков можно отметить следующие:

• высокая цена;
• монтаж системы своими руками небезопасен;
• присутствует вероятность того, что пользователи могут отравиться вредными веществами;
• в некоторых случаях наблюдается утечка озона.

Ионный обмен

Чтобы произвести очистку воды данным способом, потребуется фильтр с ионными смолами. Они позволяют очистить жидкость без процесса окисления. Во время очистки потребуется целиком исключить попадание кислорода в систему фильтрации. Это дает возможность обезопасить оборудование от трехвалентных железных частиц, которые могут засорить фильтр.

При помощи реагентов

Это популярный метод очистки воды в скважинах. Способ считается простым и доступным. Большинство пользователей выбирает данный вариант, так как все действия можно осуществить своими руками. С помощью реагентов производится очистка не только от железных молекул, но и от хлорных компонентов, а также от перманганата калия.

Методика нацелена на применение железобактерий. Они не несут в себе вред для здоровья человека, по сравнению с продуктами их жизнедеятельности. Активность бактерий наблюдается в том случае, когда уровень железосодержания располагается на уровне 10-30 мг/л. В результате очистки железобактерии удаляются при помощи адсорбции и обработки жидкости в скважине бактерицидными лучами

Мембранное очищение

Мембранная очистка заключена в эксплуатации микрофильтрационной мембраны, которая удерживает в себе частицы железа. Эксплуатация усовершенствованных мембранных фильтров позволяет очистить жидкость от железных частиц до 98%.

Однако такой способ обладает недостатками:

• фильтр быстро забивается железом;
• не каждый человек хочет пить дистиллированную воду.

Способы очистки воды от железа

Поскольку железосодержащие примеси в воде являются распространенной проблемой, против них придумано большое количество эффективных способов очистки. Есть и промышленные очистные методы, и устройства для квартир и частных домов.

Обратный осмос

Самый эффективный метод удаления железосодержащих примесей. Может удалять двух- и трехвалентное железо.

Поток воды проходит через мелкоячеистую мембрану. Отверстия мембраны такого размера, что пропускают только молекулы воды. Примеси железа из-за большего размера не могут пройти через поры и остаются на сетке, после чего сливаются через дренаж (сетка не закупоривается).

Ионный способ

Способ фильтрации, удаляющий железо, марганец, кальций. В фильтре используется ионообменная смола, которая замещает железо натрием и умягчает воду.

Недостатки и особенности:

• фильтр может применяться только при концентрации металла до 2 мг/л;
• фильтр может использоваться, если жесткость воды выше нормы;
• фильтр можно использовать только для воды, чистой от органических веществ.

Химический метод (окислительный)

Метод применяется обычно только на промышленных водоочистительных установках.

Для очистки используется хлор, кислород, озон и перманганат калия. Эти окислители переводят железо в трехвалентное, которое затем выводится в осадок и удаляется.

Для квартир и домов есть упрощенная система фильтрации — каталитическая. В качестве нейтрализатора используется диоксид магния, который окисляет железосодержащие примеси и ускоряет их выпадение в осадок.

Удаление трехвалентного железа

Большинство систем рассчитаны на очистку жидкости от двухвалентного железа.

Против трехвалентных примесей применяются ультрафильтрационные мембраны с размером ячеек в 0.05 мк (микрон). Мембрана задерживает примеси, которые затем удаляются в дренаж обратной промывкой.

Биологический способ обезжелезивания

Предназначен для удаления железобактерий. Обычно они находятся в воде при концентрации железа в диапазоне 10-30 мг/л, но могут появляться и при меньших показателях.

Для их удаления вода обрабатывается:

• хлором либо хелатными агентами;
• бактерицидными лучами.

Безреагентная очистка

Принцип основан на взаимодействии MnO2 с железом: в ходе реакции образуется нерастворимое соединение, выпадающее в осадок. Для очистки применяются фильтры с мембранами, содержащими оксид марганца. Мембраны периодически необходимо чистить. Также в фильтрах есть функция автопромывки, которая смывает накопившиеся частицы в канализацию.

Очистка озоном

Для фильтрации применяется генераторная установка. Внутри нее кислород охлаждается до +60º, осушается, и поступает в озоногенератор. Затем полученный газ проходит через поток воды, очищая ее от железа и обогащая кислородом.

Аэрация

Метод основан на воздействии кислорода. В резервуар с водой из скважины подается воздух под напором.

Кислород окисляет двухвалентное железо, выводя его в осадок, который затем смывается в дренаж.

Аэрационные системы актуальны при небольшой концентрации железа (до 10 мг/л).

Домашняя очистка без фильтров и установок

Если надо очистить от железа небольшое количество воды (бутылку, к примеру), можно действовать по такой схеме:

1. Дать воде отстояться, хотя бы 1 ночь. Примеси осядут на дно, после чего воду нужно будет процедить через мелкоячеистую сетку.
2. Прокипятить процеженную воду.
3. Заморозить емкость с кипяченой водой.

После этого вода избавится от большинства примесей и станет более пригодной для питья, даже если до этого в ней содержалась высокая концентрация железа.

Если нужна дополнительная очистка, можно использовать активированный уголь. Его нужно завернуть в вату и использовать в качестве фильтра: пропустить через него воду.

Ионный обмен (Умягчение)

Для удаления различных примесей из воды, в том числе растворенных металлов и органических соединений уже более 50 лет используют ионообменные смолы — катиониты и аниониты в различных комбинациях, требующие регенерации поваренной солью NaCl в таблетках.

Процесс удаления солей и металлов на ионообменных смолах называется умягчением. Изначально этот метод применялся и сейчас применяется в основном для удаления солей жесткости (соли кальция, магния). Однако, сейчас есть большой выбор ионообменных смол и для удаления железа, а так же органики.

Ионообменные смолы — это очень обширная тема. Мы говорим здесь исключительно о бытовой водоочистке и я буду сообщать только то, что следует знать о смолах в ключе нашей задачи — очистить воду в частом доме, либо на малом производстве от растворенных металлов.

Что же представляет из себя Смола? Это синтетические шарики, изготовленные из полимерных материалов. Они очень мелкие, их много, они похожи на мелкую икру минтая, щуки или на «тобико» — икру летучей рыбы. Мы, монтажники водоочистки, даже ради забавы называем смолу «икрой» на профессиональном сленге.

Удаление железа ионным путем. Перед умягчителем ставится осадочный фильтр. Впрочем, его может и не быть, если железо и марганец находятся в воде полностью растворенными.

Суть процесса умягчения принципиально отличается от обезжелезивания. Смолы не окисляют и не переводят растворенные вещества в твердую форму для последующего фильтрования, а замещают («впитывают») растворенные вещества в воде на катионы натрия, который не придает воде такого свойства, как жесткость. Общая солевая насыщенность воды при этом остается неизменной или даже возрастает. Это зависит от типа растворенных веществ, которые забирает смола.

Исходя из вышесказанного возникает важный параметр ионообменных смол — ионообменная емкость смолы. Емкость смолы подобна емкости электрической батарейки. Есть запас натрия, который в процессе ионного обмена постепенно расходуется, тем самым снижается способность смолы забирать из воды растворенные вещества. Когда заканчивается натрий — заканчивается и очистка — вода проходит через толщу смолы не изменяя своих свойств.

Мы заранее рассчитываем работу умягчителя таким образом, чтобы сделать регенрацию (промывку) смолы раствором поваренной соли до наступления ощутимого снижения емкости. Этот период называется в водоочистке фильтроциклом. О расчете количества смолы, соли для регенерации, фильтроцикла читайте в статье об умягчении.

Такие мультикомпонентные загрузки, как Экотар, Экомикс, FeroSoft, АПТ-2, Ionofer c различными индексами А, В, С и т.д. предназначены для удаления ионным путем растворенных солей, металлов, органических соединений, а также широкого спектра других веществ: тяжелые металлы, ионы аммония, железоорганические соединения, фосфор, кальций, кремний и многие другие.

Как я уже сказал — смола регенерируется с помощью таблетированной поваренной соли NaCl, соль продается на всех строительных рынках, в магазинах сантехники, стоит примерно 7$ за 30кг мешок. Расход соли определяется в основном количеством удаляемых веществ.

В среднем около 1 мешка соли в месяц уходит на умягчение воды.

Обратный осмос.

Системы обратного осмоса — это принципиально иной метод очистки воды. Здесь мы имеем дело с фильтрованием воды сквозь мембрану. Грубо говоря это сетка, через которую проходят молекулы воды, но не проходят молекулы солей жесткости и растворенных металлов. При этом задержанные молекулы не образуют осадка на поверхности мембраны, а сразу же сливаются в дренаж (канализацию). В процессе фильтрации в обратном осмосе вода разделяется на два потока — пермеат (очищенная)  и концентрат (грязная вода).

В среднем на 1 куб.м. очищенной воды мы получаем полтора куба концентрата, который надо куда-то сливать.

Системы обратного осмоса эффективны при удалении растворенных металлов и солей жесткости. Они не замещают одни вещества другими, как ионообенные смолы, а реально очищают воду от примесей, в этом огромное преимущество обратного осмоса. Но это, пожалуй, самый дорогой процесс очистки воды и по причинам целесообразности его реже всего используют для удаления растворенного железа и марганца.

Однако, при высоких содержаниях растворенного двухвалетного Fe2+ железа и низком pH<7 осмос может быть весьма эффективен для удаления 20 и выше мг, потому что молекулы железа гораздо крупнее пор мембраны — их легко фильтровать.

Системы обезжелезивания

Основным предназначением системы обезжелезивания считается очистка жидкости от тяжёлых металлов (марганца и железа). Процесс очистки происходит во время протекания жидкости через несколько установленных фильтров.

Обратите внимание! Для увеличения эффективности работы рассматриваемой системы необходимо окисление двухвалентного железа, чтоб оно стало трёхвалентным. Обычно такие процессы происходят при помощи аэрации и хлорки.. Система обезжелезивания выполняется из впитывающих материалов, в состав которых входят разные минеральные вещества

На практике также применяется безреагентная очистка жидкости. В данном случае контроль над процессом осуществляется при помощи специального пульта управления. В подобной системе настройки фильтров регулируются вручную или при помощи автоматики

Система обезжелезивания выполняется из впитывающих материалов, в состав которых входят разные минеральные вещества. На практике также применяется безреагентная очистка жидкости. В данном случае контроль над процессом осуществляется при помощи специального пульта управления. В подобной системе настройки фильтров регулируются вручную или при помощи автоматики.

Обезжелезивание воды в системе водоснабжения

Выбор системы обезжелезивания будет зависеть от химического состава воды в скважине. Жидкость, взятая из разных колодцев или скважин, в пределах одного небольшого населённого пункта будет отличаться по составу и процентной доли металлов. Так поверхностные воды можно избавить от железа безреагентным способом при использовании которого происходит всасывание песка и других механических частиц.

Питьевую воду из скважины можно очистить методом хлорирования, аэрации, физического или химического воздействия. Специальные картриджи позволят избавить воду от марганца, железа и других металлов. Основными преимуществами систем обезжелезивания являются:

• Продолжительный период эксплуатации — минимум 5 лет;
• Экономичное использование ресурсов;
• Совместимость со всеми известными видами водопроводных систем;
• Невысокая стоимость;
• Возможность удаления всех видов металлов;
• Различная мощность фильтров.

Системы обезжелезивания по внешнему виду напоминают цилиндрический баллон с установленными наверху приборами, они контролируют подачу жидкости. Минимальной стоимостью обладает оборудование с ручным управлением, но в подобных системах увеличивается время на очистку воды.

Система обезжелезивания воды из скважины

Принцип действия системы состоит в следующем. Подающаяся под давлением жидкость проходит сквозь насыпные наполнители. Здесь возникают химические реакции, результатом которых будет превращение железа в нерастворимое вещество. В дальнейшем вода очищается от механических примесей.

Обратите внимание! При использовании систем обезжелезивания необходимо определить химический состав воды, подобрать нужные реагенты для её очистки.

Значение системы обезжелезивания воды

Поскольку железо относится к металлам, то удалить его из воды непросто. Оно подвержено окислению, превращаясь в ржавые частицы. Под своей тяжестью они опускаются на дно. Для определения концентрации железа в воде необходимо провести лабораторный анализ, поскольку 2-валентное железо в жидкости не оказывает влияния на его внешние свойства (запах, цвет) и не может быть определено на глаз.

Продолжительное употребление воды, содержащей железо, оказывает негативное влияние на организм человека.

Процесс превращения металла в трехвалентное железо можно увидеть в отстоявшейся жидкости – возникает осадок.

Очистка воды из скважины от железа: различные способы и технологии

Существует целый ряд разнообразных методов очистки, каждый из которых по-своему хорош и эффективен.

Очистка воды из скважины в загородном доме до состояния питьевой методом отстаивания

Данный метод наиболее прост в условиях загородного участка, где есть возможность размещения дополнительного резервуара, объем которого должен соответствовать объему суточного потребления воды жильцами дома. Оптимальная очистка воды из скважины в загородном доме до питьевой возможна лишь при соблюдении всех требований установки и эксплуатации.

Подобное решение имеет ряд преимуществ, например, довольно маленькие затраты и простоту исполнения, а также возможность использования очищенной воды даже в случае отключения электроэнергии, и дополнительную очистку от сероводорода.

Минусами является неполное удаление железа, а также необходимость постоянной очистки от скопившегося на дне емкости осадка, и контроль над уровнем воды в нем.

Отстаивание является самым простым, но далеко не самым эффективным способ очистки

Аэрационный метод

Данный метод обеспечивает более полное очищение воды из скважины, чем предыдущий способ. Принцип его действия довольно прост: обеспечивается контакт воды с воздухом, где примеси железа вступают в реакцию с кислородом. Таким образом, элемент окисляется и переходит в трехвалентное состояние, выпадая при этом в осадок. Именно для этого на выходе из емкости устанавливается специальный фильтр, который задерживает частицы и не дает им пройти по водопроводу дальше. Аэрационная система очистки воды от железа – отличный и недорогой выбор для дачи.

Существует две разновидности подобного решения:

• Безнапорный вариант, который предполагает установку распылителей, и, по желанию для увеличения эффективности конструкции в саму емкость монтируется компрессор, дополнительно обогащающий воду кислородом.
• Напорный способ подразумевает поступление воды под высоким давлением в специальную колонну, где сам напор струи и действие компрессора обеспечивает максимально эффективное очищение.

Пример напорной аэрационной установки

Плюсами данного метода является, в первую очередь, его экологичность.

Недостатками является необходимость частого очищения емкости и фильтра от скопившихся загрязнений, все равно не полное устранение железа и зависимость технологии от наличия электроэнергии, что в условиях плохого электроснабжения загородных участков является довольно существенным минусом.

Процесс озонирования

Данный процесс представляет собой обезжелезивание при помощи введения специальных окислителей. От хлора в качестве подобного элемента стали постепенно отказываться, поскольку та или иная его часть все равно остается на выходе, и оказывает негативное влияние на здоровье человека.

Озонирование – более полезный способ в отличие от добавления хлорки

Данный метод не очень подходит для самостоятельной установки, поскольку специальное оборудование имеет довольно большую стоимость, а также необходимы довольно сложные расчеты, которые без надлежащих знаний выполнить очень сложно.

Ионообменный способ

Подобное решение предполагает установку специального фильтра со свободными ионами натрия, которые, вступая в реакцию с водой, заменяются на ионы примесей железа. Данный способ довольно прост, и кроме того, удобен, ведь такой фильтр можно установить даже в пространстве под раковиной.

Ионнообменный метод

Метод обратного осмоса

Данный способ по праву считается самым эффективным среди всех методов очищения от примесей. Подобная фильтрационная установка способна задерживать железо на молекулярном уровне даже в растворенном виде.

Принцип работы установки обратного осмоса

Однако такое решение предполагает установку целой конструкции, которая включает предварительные фильтры для очистки воды от железа для исключения быстрого засорения основной мембраны, а также минерализаторы, которые восстанавливают воду после ее полного обессоливания.

Пример минерализатора

Применение реагентов

Подобное решение чаще всего используется в промышленности, поскольку требует серьезной последующей очистки от химических соединений. Однако оно может использоваться и для частных домов, например, с использованием гипохлорита натрия. Принцип действия реагентов довольно прост: они, вступая в реакцию с примесями, образуют нерастворимый осадок, который не попадает в воду на выходе с помощью системы фильтрации.

Гипохлорит натрия может применяться и в домашних условиях в отличие от многих других элементов

Последствия недостатка или превышения показателей

Повышенный уровень металла вызывает:

• Отложения элемента в тканях и внутренних органах.
• Головную боль, утомляемость, головокружение.
• Изменение цвета кожи.
• Проблемы с желудочно-кишечным трактом – тошноту, рвоту, язву кишечника.
• Печеночную и почечную недостаточность.
• Заболевания сердца и сосудов.
• Риск возникновения злокачественных опухолей.
• Анемию.

Пониженное содержание химического элемента провоцирует:

• Уменьшение концентрации гемоглобина, участвующего в транспортировке кислорода к органам, тканям, мозгу.
• Снижение тонуса мышц.
• Нарушение психического состояния.
• Снижение иммунитета.
• Увеличение массы тела.

Цена

Стоимость фильтров и систем обезжелезивания будет зависеть от производителя и цены сырьевых материалов.  Для удобства предоставим эти данные в виде таблицы.

Наименование товара	Тип	Стоимость в рублях
Atoll rfi-1211mseair	Система обезжелезивания	55000
Gsp 0844m	Система обезжелезивания	24400
Atoll ecolife s-28 m	Система обезжелезивания и Умягчения воды	42000
Новая вода А 518	Фильтр	4300
Новая вода Еxpert м312 (под мойку)	4 ступенчатый фильтр для очистки и обезжелезивания воды	5300
Гейзер ультра био 441	3 ступенчатая система обезжелезивания воды	4900
Рrio Новая вода expert m312	4 ступенчатый фильтр	5400

Это лишь небольшой перечень фильтров и систем для обезжелезивания воды из скважины. При необходимости каждый из потребителей может выбрать для себя нужную модель. В данном случае учитывается не только стоимость и технические характеристики прибора, но и химический состав воды.

https://youtube.com/watch?v=u0Mu3Uml-hw%3F