Проблематике удаления соединений железа из воды, используемой для технического или питьевого водоснабжения посвящено достаточное количество публикаций и видеоматериалов. Однако стоит отметить, что авторы данных публикаций уделяют мало внимания физико-химическим закономерностям процессов акцентируя внимание главным образом на конкретно своих успехах на этом поприще. Вместе с тем, существуют достаточное разнообразие соединений железа, что вносит коррекцию в методы их удаления. Поэтому, если что то получается у одних, то вовсе не факт, что получится у других. Давайте рассмотрим этот вопрос предметнее.
Большинству интересующихся темой людей известно, что если железистую воду продуть воздухом, то в некоторых случаях начнётся образование ржавых хлопьев и образующийся гидроксид железа в конце концов окажется на дне ёмкости. Емкость с водой при этом служит у нас реактором, а сам метод называется безнапорной аэрацией, так как ёмкость реактор находится у нас под атмосферным давлением. Рассмотрим химическую часть процесса:
4 · Fe(HCO3)2 + O2 + 2 · H2O = 4 · Fe(OH)3↓ + 8 · CO2↑
Как следует из химической реакции гидрокарбонат железа, содержащийся в очищаемой воде реагирует с кислородом воздуха с образованием нерастворимого в воде гидроксида железа. Если рассмотреть промежуточные стадии реакции, то можно выявить зависимость протекания реакции от рН среды (в щелочной среде при рН выше 7 реакция протекает в разумные сроки, а в кислой протекает недопустимо медленно). Также, забегая немного вперёд отметим, что величина "пермангантной окисляемости" должна быть ниже 4 мгО/л.
Итак, мы выяснили что для успешной реализации идеи безнапорной аэрации нам необходима вода содержащая гидрокарбонат железа и при этом не быть кислой. Такие условия в большинстве случаев соблюдаются для воды из скважин и колодцев обустроенных на известняковых плитах. Вода из таких источников характеризуется относительно высокой величиной жёсткости (от 4 и выше) и соответственно щёлочности, при этом вода идёт визуально прозрачная и при отстаивании начинает быстро мутнеть с последующим быстрым (до 10 часов) выпадением осадка. Этот случай можно принять самым простым для очистки.
Сложности начинаются, когда безнапорную аэрацию начинают применять к очистки воды из поверхностных источников, а именно неглубоких колодцев, озёр и рек, где вода характеризуются низким рН, ввиду попадания кислых стоков в эти источники. По кислыми стоками имеются ввиду атмосферные осадки в сочетании с продуктами разложения органических веществ природного происхождения. В данном случае мы сталкиваемся с сульфатом железа (FeSO4), который при гидролизе образует серную кислоту, что уменьшает рН значительно снижая скорость окисления железа, что делает процесс безнапорной аэрации не применимым. Визуально указанную ситуацию можно определить следующим образом: - при отстаивании воды она становится мутной, слегка желтоватой и может стоять в таком состоянии несколько дней не давая осадка и соответственно не обесцвечиваясь. Для окисления железа в таком случае необходимо вводить в очищаемую воду вещества с сильными окислительными свойствами (например гипохлорит натрия) или повышать рН гидроксидом натрия либо карбонатом натрия (при небольших концентрациях железа до 5 мг/л).
Вторым по распространению "препятствием" для удаления железа безнапорной аэрацией являются высокомолекулярные соединения железа (так называемые гуматы). Дело в том, что железо входит в структуру органических соединений входящих в состав как растений, так и живых существ. При сезонном отмирании растений эти соединения попадают в воду (как правило это поверхностная вода), окрашивая ее в бурый либо желтоватый цвет, то есть такая вода изначально поступает к потребителю уже бурой (жёлтой). В химическом анализе воды при этом наблюдается превышение показателя "пермангантная окисляемость", который как раз количественно характеризует наличие в воде подобных соединений. Такая вода может неделями не менять своего цвета и никаких осадков не выпадает. Применение безнапорной аэрации при этом не имеет смысла. Подобная вода требует реагентных методов очистки (коагуляция, дозирование окислителей (при невысоких значениях показателя " перманганатная окисляемость"))
Рассмотрим аппаратное решение задачи на примере очистки подходящей под описание выше воды. Итак, у нас семья из четырёх человек, а это значит, что суточное водопотребление будет равно величине порядка 1000л. Исходя из этого, а также того, что график водопотребления у нас в основном рваный (утро/вечер), а время окисления железа и формирования хлопьев около 5 часов принимаем объём ёмкости реактора равным 1250л. Здесь следует отметить, что при концентрациях железа в воде более 10 мг/л процесс окисления замедляется и ёмкость реактор следует выбирать больших размеров.
Дальнейшим шагом следует выбор насоса второго подъёма. Следует отметить, что забор воды на систему подачи на фильтрующее оборудование следует организовать с поверхности ёмкости, т.е. это должен плавающий водозабор, которым комплектуются многие колодезные насосы. Использование насосных станций с забором воды с нижней части ёмкости черевато быстрым выходом рабочих колёс насоса из строя, что повлечёт замену или дорогостоящий ремонт насосного оборудования. При этом напорно-расходные характеристики насоса подбирают так чтобы обеспечить промывку фильтрующего оборудования, если планируется устанавливать напорный фильтр (колонну).
Поговорим о выборе фильтрующего оборудования. Самый простой вариант это установка после насосного оборудования картриджных фильтров ВВ20 (как на фото ниже). Можно устанавливать один фильтр или два параллельно , если требуемый расход воды более 21 л/мин. В качестве картриджей используют модули из вспененного полипропилена с рейтингом фильтрации 5 - 10 мкм.
Обычно такой вариант проходит при быстром окислении железа и быстром выпадании ( 2 - 4 часа) осадка гидроксида железа. Т.е. на фильтры идёт уже практически чистая вода, а всё окислившееся железо остаётся в ёмкости. Плюсом такого решения является небольшие финансовые вложения, минусом затраты на замену фильтрующих модулей. В связи с этим подобные решения можно рекомендовать для объектов с небольшим водопотреблением или рваным графиком водопотребления (дачные дома).
Для больших расходов воды более подходящим является применение в качестве фильтров напорных колонн, где в качестве фильтрующего элемента используется сыпучий материал, а конструктив фильтра позволяет осуществлять промывку этого материала от накопившихся осадков гидроксида железа (обратная промывка). Не смотря на первоначальные вложения и требования к подключению колонн к канализации такое решение является экономически более целесообразным. Фильтрующий материал таких фильтров служит до 6 лет, а стоит к примеру на фильтр производительностью две - три точки не более 5 000 - 6000р
Следует отметить, что напорные фильтры сбрасывают за свою промывку объём воды от 200 - 600 л, что зависит от типоразмера корпуса фильтра. Типоразмер корпуса фильтра зависит от требуемой производительности системы очистки воды. Так, на производительность в две точки обычно используется колонна 12"(12*52) на 56 л фильтрующего материала. Что касается выбора фильтрующего материала, то в большинстве своём используются пористые силикатные породы (доломиты, опоки и пр.)
В завершении остановимся на обслуживании ёмкостей, а именно об удаление осадка и санации ёмкостей.
Осадок гидроксида железа, который накапливается в ёмкости - реакторе следует удалять по мере его накопления. Как правило, это происходит раз в год. Для удаления осадка ёмкость опустошают, а затем добавляют в ёмкость гипохлорит натрия технический марки А, из расчёта 100 г гипохлорита на каждые 100 л воды в ёмкости и заполняют водой. Обращаем ваше внимание на то, что у гипохлорита натрия есть устойчивый запах хлора. Воду в ёмкости следует выдержать (чем больше тем лучше) а затем щёткой поскаблить стены ёмкости, для лучшей очистки от гидроксида железа.
Далее вода из ёмкости удаляется (для этих целей лучше иметь дренажный насос) и ёмкость ополаскивается водой до исчезновения запаха хлора.
В дополнение отметим, что воду в ёмкости ни в коем случае нельзя оставлять на длительный период без обновления воды. Окружающий нас воздух не является стерильным, а вода является хорошей средой для размножения микроорганизмов и грибов (плесень). Больше чем на неделю оставлять воду без разбора не стоит, в противном случае возможно получить результат как на фото ниже или даже гораздо хуже.
В случае, если вы собрались длительный период отсутствовать на объекте, то воду следует "законсервировать" добавив гипохлорит натрия по пропорции указанной выше. Далее ёмкость промывается водой до исчезновения запаха хлора.
Надеюсь эта статья была полезна. С уважением, М.В.