Станция обезжелезивания воды принцип работы

Обезжелезивание воды с использованием реагентов

Если физические методы очистки воды в обязательном порядке предполагают использование фильтрующих элементов, то при использовании химических реагентов осадок образуется не в каждом случае.

В частности метод ионного обмена, используемый в станции обезжелезивания воды из скважины, не предусматривает образование осадка. В этом случае вместо окислителей используются катиониты – специальные смолы синтетической природы. Таким способом можно очистить воду от железа, магния и кальция, так как он предполагает задержку этих веществ в ионообменной смоле.

Решение вопроса, как обезжелезить воду из скважины своими руками, с помощью метода ионного обмена позволяет удалить большое количество железа, но используется он довольно редко из-за одного существенного недостатка. Дело в том, что вода помимо железа содержит много органических веществ, которые оседают на поверхности ионообменной смолы. В образовавшейся пленке через достаточно короткое время начинают размножаться бактерии. Кроме того не исключено накопление на поверхности смолы осадка в виде трехвалентного железа, что оказывает влияние на работоспособность всей системы.

В каталитических системах обезжелезивания воды из скважины в работу включаются специальные соединения, в качестве дополнения используют фильтрацию. Катализаторы помещают в специальный резервуар для ускорения процесса окисления с использованием кислорода, растворенного в воде.

Однако минус у этого варианта также имеется. Перед каталитическим обезжелезиванием воды требуется дополнительная фильтрация для устранения прочих примесей. Помимо этого при недостаточном количестве кислорода в воде нужно организовать дополнительную аэрацию.

Наиболее эффективным способом обезжелезивания и обеззараживания воды можно назвать озонирование. Такой вариант предполагает обогащение жидкости озоном или смесью озона и воздуха. Благодаря озону происходит окисление растворенного железа и его превращение в трехвалентную форму. Удаление осадка выполняется с помощью фильтрующих элементов или обычным отстаиванием. При нормальной концентрации озона качество и состав воды остается неизменным.

Недостатком метода является необходимость приобретения дорогостоящего оборудования для получения большого количества озона.

Решить вопрос, как обезжелезить воду из скважины, можно с использованием метода хлорирования. Однако стоит помнить, что при передозировке хлора вода приобретает неприятный запах.

Ведущие производители систем очистки

Ключевое значение при выборе водяного фильтра стоит уделить и фирме производителю. Руководствоваться стоит продолжительностью работы компании на рынке и спектром услуг, предлагаемым клиентам.

Стоит также обратить внимание, на какой срок производитель берет на себя гарантийные обязательства и предоставляет ли услуги по обслуживанию оборудования

Среди отечественных производителей, заслуживших немалый авторитет в сфере водоподготовки, наиболее хорошо себя зарекомендовали торговые марки:

«Аквафор» – крупнейший российский разработчик сорбентов предлагает широкий ассортимент продукции, начиная с простых моделей кувшинного варианта и завершая сложнейшими многоступенчатыми комплексами.
«Гейзер» – отечественная компания выпускает продукцию по самым современным технологиям, которая не только качественно очищает воду, насыщает ее полезными для здоровья минералами.
«Барьер» – производитель качественных фильтров при создании новых разработок в сфере водоподготовки использует собственную научно-исследовательскую лабораторию и автоматизированные немецкие линии.

Устройства перечисленных марок отлично справляются с очищением воды и привлекают доступной ценой.

Если же рассматривать продукцию зарубежных производителей, то максимальной популярностью пользуются фильтры, изготовленные Германии, США, Польше и Бельгии:

Вrita – один из самых технологичных лидеров в сфере улучшения качества воды. Немецкий производитель выпускает бытовые и промышленные модели, соответствующие высочайшим стандартам качества.
Bluefilterst – немецкая марка установила новую планку в сфере фильтрации, запатентировав технологию New Line. Одной из особенностей продукции является наличие картриджа «живая вода», наполненного высокоструктурированной жидкостью, которая заряжает очищенную воду позитивной энергией.
Zepter – швейцарская компания выпускает многоступенчатые системы очистки, ориентированные на разные группы потребителей.

Если говорить конкретно о фильтрах в виде насадок на кран, то одни производители предлагают устройства только под краны с резьбой на изливе. К их числу относятся модели торговых марок «Аквафор Топаз», «Гейзер Евро».

При желании сэкономить на покупке, можно изготовить водяной фильтр своими руками. Несколько практичных и доступных в исполнении вариантов предложены в этой статье.

Как железо попадает в воду

Проходя различные грунтовые пласты, вода насыщается разными видами соединений железа

Над водоносными горизонтами располагается несколько пластов почвы. Влага, проходя через них, растворяет и захватывает частицы минералов, пород, руды. Кроме природных примесей концентрацию железа повышают сбросы сточных вод химических предприятий, остатки удобрений с полей.

Металл находится в жидкости в различных формах, в зависимости от валентности меняется органолептическое восприятие. Железо бывает:

Двухвалентное – растворяется в воде, не влияет на прозрачность.
Трехвалентное – нерастворимый гидроксид дает рыжеватую окраску.
Коллоидное – мелкие взвеси, неподдающиеся фильтрации.
Бактериальное – симбиоз с бактериями проявляется в виде пленки или желеобразной субстанции.
Органическое – металл связывается с органическими молекулами, образует хелаты. Придает жидкости желто-бурый цвет.

Критерии грамотного выбора

Экономить на дачном фильтре для воды не стоит. Дешевое оборудование в лучшем случае не даст желаемой степени очистки, а в худшем – добавит посторонних примесей.

Выбирая устройство, обращайте внимание на такие параметры:

Количество ступеней очистки – чем больше модулей, тем лучше результат на выходе.
Производительность – модели кувшинного типа способны удовлетворить потребности одного-двух домочадцев. Для большой семьи лучше приобретать стационарные модели.
Особенности фильтрации – устройство стоит подбирать индивидуально, ориентируясь на состав воды.

Поскольку фильтр постоянно контактирует с водной средой, все его элементы должны быть выполнены из устойчивых к ее негативному воздействию материалов.

Для стационарных моделей, подключаемых к водопроводу, ключевым критерием выбора являются долговечные и прочные материалы.

Какой использовать для обезжелезивания?

Для облегчения выбора, системы очистки можно условно разбить на 3 группы:

одноступенчатые фильтры, для удаления 2 и 3-хвалентного железа;
многофункциональные системы, которые не только обезжелезивают воду, но и смягчают ее, удаляя соли;
комплексные системы очистки, предназначенные для удаления не только железа всех видов, но и других элементов, включая марганец, сероводород, соли, пестициды и различную органику.

Основные критерии выбора:

Степень загрязнения и перечень элементов и примесей, по котором превышена норма содержания в воде. Эта информация должна содержаться в анализе состава воды.
Для каких целей будет использоваться вода.

Если загрязнение сильное, лучше использовать реагентные системы, в которых для очистки воды используются химические компоненты. Такие очистные системы проигрывают в экологичности, но они более эффективны и способны быстро очистить большие объемы воды.

Для квартиры

Вода, поступающая в городские квартиры проходит предварительную фильтрацию на очистных сооружениях, но ее характеристики не всегда соответствуют стандартам питьевой жидкости.

Этому факту способствует первоначальное сильное загрязнение природных источников, а также старые ржавые водопроводные системы. Поэтому очистка водопроводной воды от железа и других примесей необходима.

Фильтры для очистки воды от железа в таком случае могут быть:

картриджными с дополнительной минерализацией и умягчением воды,
фильтры с обратным осмосом,
специальные фильтры для душа и защиты от накипи.

Для очистки воды в квартире для хозяйственных нужд устанавливают магистральные фильтры. Они очищают водопроводную воду механическим способом.

Пользуются популярностью кувшины и проточные системы со сменными фильтрами, благодаря своей компактности, невысокой цене, простоте обслуживания и достаточной эффективности. Этот вариант подойдет для небольшой семьи. Но такой фильтр не защитит от ржавчины бытовую технику и сантехнику.

Дача и частный, загородный дом

Подбирая фильтр для дачи или коттеджа, необходимо учитывать тот факт, что вода из скважины или колодца не проходит предварительной очистки, в отличие от городских водопроводных систем. Есть мнение, что вода из скважины чистая на 100%, но на практике это далеко не так.

Состав такой воды зависит от:

вида грунта;
высоты участка;
глубины скважины.

На дачном участке много воды уходит на полив и хозяйственные нужды. Для ее очистки достаточно одноступенчатого фильтра от железа засыпного типа.

Фильтрация воды для бытовых нужд потребует более сложной очистки, которая не только удалит все виды железа, но и устранит:

избыток марганца,
сероводорода,
смягчит воду.

Для таких целей хорошо подойдут:

ионные фильтры;
обратноосмотические системы;
системы очистки, включающие не только обезжелезование, но и удаление других примесей, а также смягчение воды.

Обезжелезиватели на основе ионообменных смол

Если в воде, поступающей в ваш дом, уровень железа находится на отметке 3-5 мг/л, то вам подходит эта система обезжелезивания. Смола способна на уровне молекул уничтожать железо в воде за счет ионного обмена.

Важно знать химические особенности ионообменных смол, поскольку они не переносят сероводород в большом количестве и могут выполнять свою работу только с 2-х валентным железом в растворенном виде. В отличие от первой системы здесь в комплект добавляется солевой бак

Ионообменная смола, содержащаяся в колонне, регенерируется с помощью солевого раствора. Пополнять бак стоит в зависимости от частоты пользования системы. В среднем вам понадобится около 20 кг соли в таблетках на месяц

В отличие от первой системы здесь в комплект добавляется солевой бак. Ионообменная смола, содержащаяся в колонне, регенерируется с помощью солевого раствора. Пополнять бак стоит в зависимости от частоты пользования системы. В среднем вам понадобится около 20 кг соли в таблетках на месяц.

Обезжелезиватели на основе ионного обмена также относятся к бюджетным. Цена немного выше – 25 тыс. руб.

Очистка воды из скважины от железа

Случается, что для получения пригодной для использования жидкости приходится проводить обезжелезивание воды из скважины.

Большое содержание железа – последствие процессов природного и техногенного происхождения:

Выветривание, разрушение и растворение горных пород с последующим попаданием в подземные источники.
Стоки промышленных предприятий, попадающие в наземные водоемы.
Смывание с сельскохозяйственных земель остатков неусвоенных растениями минеральных и органических удобрений.
Стоки с животноводческих ферм.
Коррозия частей водопровода.

В воде, добытой из подземных источников, металл содержится в виде химических соединений:

Двухвалентного, которое, окисляясь, преобразуется в гидроксид металла, придающий жидкости буроватый оттенок.
Трехвалентного, находится в нерастворимом виде.
Коллоидного, которое трудно убрать ввиду малых размеров. Такой раствор невозможно очистить методом отстаивания.
Бактериального, образующегося в процессе жизни бактерий.

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:

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.
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.
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

Система фильтрации

Описанные способы технологически сложно реализовать своими руками без применения оборудования, изготовленного промышленным методом.

Эффективным и технологичным для частного дома является каталитический метод окисления железа. Данные обезжелезивающие установки выделяются производительностью и компактностью. Стоимость расходных материалов сравнительно невелика. Выбор окислителя и его дозирование осуществляется на основании результатов лабораторного анализа. Это позволяет снизить расход реагента при получении качественной воды на выходе устройства.

Фильтрующую загрузку выпускают под марками: МЖФ, BIRM, GREEN SAND, МФО, MTM, AMDX. Выбор конкретного образца основывается на составе исходной жидкости.

Фильтрующие установки оборудованы блоками автоматической регенерации, позволяющей заменять реагент один раз в 5-7 лет.

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.

Методы обезжелезивания воды из скважин

Вода из скважин и источников другого рода может содержать железо в разной форме и количестве. Универсального метода по удалению этого элемента на данный момент нет. Обезжелезить воду можно несколькими способами, которые описаны ниже.

Для очистки воды в любых скважинах необходимо подготовится к процессу обезжелезивания: перемешать воду, тем самым обогатив ее кислородом, добавить щелочь, хлорировать либо озонировать. В итоге химической реакции двухвалентное железо в воде окислится и станет трехвалентным. После этого его можно будет удалить посредством отстаивания и фильтрования.
Распространенный метод очистки воды в скважинах – каталитический. Он ускоряет окислительные процессы, и железо намного быстрее становится трехвалентным. Данный процесс происходит в особом резервуаре с насыпными фильтрами из высокопористых материалов. В нем железо окисляется и оседает внутри пористых фильтров.

Применяя такой способ, можно избавиться от частиц железа размером до 10-25 мкм. Для удаления же более мелких фракций необходимо использовать другие методы.

Обычно аэрации хватает для того, чтобы сделать воду питьевой.

Введение в жидкость окислителей. С помощью этого метода можно ускорить химические реакции в воде, тем самым железо перейдет в трехвалентное состояние намного быстрее, чем при аэрации. Самым распространенным окислителем, который применяется в России уже более 100 лет, является хлор.
Хлорирование воды с помощью газообразного хлора – достаточно эффективно, но у этого метода есть минусы. Так, хлор в жидком состоянии очень токсичен, поэтому доставить его на место проблематично. Но этот недостаток уравновешивается тем, что данное вещество разрушает другие вредные элементы, такие как двухвалентный марганец, сероводород и т. д.
Метод обработки воды гипохлоритным натрием осуществляется посредством специальных дозаторов. Подобная процедура не меняет жесткости жидкости. Получение гипохлорита натрия происходит непосредственно на месте обработки воды из поваренной соли.
Озонирование воды хорошо тем, что не загрязняет воду побочными элементами, которые появляются после химических реакций. Этот процесс может быть полностью автоматизирован.

Получение озона происходит из технического кислорода и обычного воздуха из атмосферы. Во время озонирования образуется множество газовых пузырей, часть из них всплывает, другая же растворяется в воде, окисляя ее.

Фильтры на базе ионообменных смол работают также результативно. Такие устройства могут справиться с высоким содержанием железа. Основным их недостатком является быстрое засорение и частая замена фильтрующих составляющих.

Читайте материал по теме: Вода с известью: нормы содержания и рекомендации по очистке

Реагентные методы обезжелезивания воды

Метод реагентного обезжелезивания используется в тех случаях, когда аэрационный метод не принес необходимого результата. Чаще всего это происходит, когда вода слишком сильно насыщена железом, и оно находится в сложно окисляемых формах.

Что же представляет собой реагентный метод обезжелезивания воды? Реагент вводится в жидкость для увеличения ее pH и ускорения процесса гидролиза железа, образования хлопьев, их коагуляции и окисления закиси металла.

Статьи, рекомендуемые к прочтению:

Чаще всего перед добавлением реагентов, для экономии их расхода при подщелачивании и окислении, проводится аэрация. Для подщелачивания лучше всего подходит известь, для окисления железа – хлор или озон. Из-за того, что, используя реагентные методы фильтрации, образуется большое количество взвешенных форм железа, в этих системах предусмотрена двухступенчатая осветительная процедура, через отстойник-фильтр или осветлитель-фильтр.

Рисунок ниже отражает традиционную схему обезжелезивания жидкости с применением реагентов. Для начала воду аэрируют на вентиляторной градирне (1), тут же удаляется большая масса свободной двуокиси углерода. После этого перед отправкой в отстойник в воду вводят известковое молоко. Получившаяся смесь очищается в отстойнике (9) и фильтре (8). Если это необходимо, в известь могут ввести коагулянт.

Коагуляция и осветление, известкование

Из поверхностных вод зачастую необходимо удалять известь и коллоидно-дисперсные вещества, в составе которых есть железо. Чтобы очистить жидкость от извести и коллоидных веществ, необходимо ввести специальные реагенты-коагулянты. Такой метод фильтрации воды называется коагуляцией.

Коагулянты образуют в воде элементы, которые адсорбируют коллоиды и выпадают в осадок. Для удаления более сложных соединений железа, например, коллоида гидроксида железа Fe(OH)₃или гумата железа, используется коагулирование с помощью сульфата алюминия или железного купороса с хлором или гипохлоритным натрием.

Режим работы и необходимое оборудование выбирают в зависимости от уровня и характера загрязнения воды. В случаях, когда необходимо повысить уровень щелочи и снизить содержание соли в воде, также используют известкование.

Коагуляция – сложный процесс, так как трудно рассчитать четкое соотношение коагулянта с количеством загрязняющих веществ. В таких случаях пропорции рассчитывают с помощью пробных коагулирований.

Как коагулянты применяют следующие вещества:

глинозем – сульфат алюминия Al₂(S0₄)₃ x 18Н₂0 при pH воды 6,5–7,5;
железный купорос – сульфат железа FeSCF х 7Н₂0 при pH воды 4–10;
хлорное железо FeCl₃ х 6Н₂0 для воды с pH 4–10.

Для того чтобы сделать процесс более интенсивным, в воду также добавляют флокулянты, чаще всего, полиакриламид. Данные вещества укрупняют осадок и увеличивают скорость слипания коллоидов и взвешенных частиц.

Читайте материал по теме: Обеззараживание питьевой воды