Станция обезжелезивания воды принцип работы

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.

Вред от избытка железа

Обратите внимание! Как утверждают эксперты, избыток железа в организме человека наносит такой же вред, как и дефицит этого элемента. Передозировка микроэлемента выражается в болезнях некоторых внутренних органов: сердца, печени, дыхательной системы

Перенасыщение организма железом часто носит врождённый характер. Эту болезнь называют гемохроматозом. Сутью описываемого заболевания считается отложение рассматриваемого вещества в сердечной мышце, а также некоторых других внутренних органах, например, печени. Присутствие железа в тканях человека приводит к окислению липидов.

Под воздействием подобных процессов организм начинает вырабатывать соединительное вещество. Подобные явления, происходящие на сердце, приводят к различным последствиям. Передозировка железа, которое поступает в организм человека вместе с водой, может вызвать слабость, частые головокружения, головные боли и даже привести к ишемической болезни, нарушению ритма сердцебиения.

Разные оксиды железа в воде

Эксперты отмечают, что избыток железа в основном встречается в мужчин. Дело в том, что женщины во время месячных теряют определённый объём крови, с которой выводится и железо. После менопаузы и у мужчин, и у женщин одинаково проявляются проблемы, связанные с болезнями сердца.

Кроме сердца от переизбытка железа страдает и другой жизненно важный орган – печень. Симптомы заболевания похожи на гепатит. В данном случае у пациента происходит увеличение печени, а кожа приобретает жёлтую окраску. Увеличение количества железа в организме часто приводит к раку кишечника, печени или лёгких. Другими проблемами, возникающими через высокие дозы железа в крови, могут быть:

• Снижение аппетита;
• Потеря веса;
• Появление пигментных пятен на коже;
• Рвота;
• Изжога.

Превышение содержания железа в организме вредно для здоровья

Рассматриваемый микроэлемент может вызвать и гормональные изменения. У заболевшего человека меняется характер, часто возникает депрессия.

Способы обезжелезивания

Удалять железосодержащие компоненты из воды нужно поэтапно. Только последовательные действия помогут избавиться от всех соединений с железом.

Отстаивание

Теоретически метод позволяет удалить имеющийся осадок, часть из которого имелась изначально, а другая образовалась при контакте с воздухом. На практике это делать не совсем удобно.

Сначала выкачанную воду нужно собрать в специальной емкости. Желательно, чтобы в ее нижней части на некотором расстоянии от дна имелся кран для сливания жидкости над осадком. Объем резервуара должен покрывать суточную потребность семьи.

После отстаивания надосадочную жидкость нужно аккуратно слить или откачать дополнительным насосом. В любом случае объем очищенной воды получится меньше.

Аэрация

Процесс принудительного окисления соединений железа до стадии образования осадка можно ускорить аэрацией. В результате очистка проходит гораздо быстрее, чем при самопроизвольном отстаивании.

Аэрацию можно проводить под напором и без него.

При напорном исполнении воздух нагнетается компрессором в проточную воду, выкачанную из скважины.

Крупный осадок после очистки остается на дне, а мелкие продукты окисления железа удаляются на фильтрах инертного или каталитического действия.

Аэрация без напора проводится в отдельной емкости, где вода распыляется как в душе.

В некоторых аэраторах воздушный поток нагнетают в резервуар с водой воздуходувками.

По окончании окисления образовавшийся осадок удаляют на фильтрах. Для эффективного обезжелезивания нужно использовать фильтрующий каскад.

Озонирование

Насыщение воды озоном значительно ускоряет перевод железосодержащих веществ в осадок.

Важно

Озон – сильный окислитель, поэтому работать с ним нужно осторожно.. В условиях загородного дома или дачи это выполнить трудно

Для получения активного газа нужно специальное оборудование – озонатор, который стоит дорого и требует знаний об использовании

В условиях загородного дома или дачи это выполнить трудно. Для получения активного газа нужно специальное оборудование – озонатор, который стоит дорого и требует знаний об использовании.

Озонирование применяется:

• на промышленных очистных комплексах,
• установках малых предприятий.

Хлорирование

Хлорирование — это реагентный способ обезжелезивания воды с использованием сильного окислителя – гипохлорита натрия. При реакции все железо окисляется, переходит в нерастворимую форму. Полученный осадок нужно отделить на фильтрах для механической очистки.

Использование гипохлорита, другие способы хлорирования не находят широкого применения в промышленности, а также в частных домовладениях.

В результате обработки окислителями с хлором в воде образуются вредные побочные продукты.

Для полного удаления опасных веществ нужны большие усилия, которые делают такую технологию очистки воды из скважины на загородном участке нецелесообразной.

Ионный обмен

В отличие от всех реагентных методов, для обезжелезивания посредством ионного обмена требуется только колонка с сорбентом, насыщенным ионами.

Наполнителями служат гранулированные глины специальных пород, полимерные материалы.

На поверхности сферических гранул при насыщении рабочими растворами фиксируются ионы натрия, которые затем обмениваются на ионы железа. Сорбент поглощает все железные примеси.

Справка. Установка для обезжелезивания стоит немало, но это наиболее эффективный способ очистки воды из скважины не только от железа, но и марганца.

Методы очистки

Все способы очищения воды из скважины имеют свои преимущества и недостатки. Эффективность каждого зависит от назначения воды и необходимого объема.

Аэрация

Примеси теряют свои свойства вследствие окисления кислородом. Плюсы аэрации:

• компактные размеры устройства позволяют оборудовать его в небольшом доме или участке;
• система проста в применении;
• невысокая стоимость;
• минимум затрат на изготовление и монтаж устройства;
• возможность полностью очистить воду от примесей железа.

Обогащение кислородом повышает защиту жидкости от вредных микроорганизмов, улучшить ее вкусовые качества. Метод наиболее эффективен, если содержание железа в воде не превышает показатель 6 мг/л.

Вещество окисляется под воздействием кислорода и выпадает впоследствии в осадок. В этом заключается принцип работы фильтрационной системы. Процесс очистки может длиться от нескольких часов до 2-3 суток. Самый доступный способ оборудовать систему – использование вместительной емкости. Выбирая объём, учитывают, что после обработки объем очищенной воды составляет не более 75% от общей вместимости бака. Он должен иметь слегка выгнутое дно, что значительно облегчит его очистку от осадка.

Минусы метода аэрации:

• постоянная очистка бака от осадка;
• срок эксплуатации — ржавчина пагубно влияет на металл.

Электромагнитная очистка

Принцип работы подобной системы заключается в преобразовании двухвалентного железа под действием электромагнитного поля в трехвалентное. Конструкция оборудована камерой, заполненной кварцевым песком, на который и выпадает ржавчина.

Обратный осмос

Эффективный метод водоочистки от примесей железа. Фильтрационная система задерживает их на молекулярном уровне даже в растворенном виде. Но такое решение требует установки конструкции, состоящей из фильтров для очистки и минерализаторов, восстанавливающих воду.

Механическая очистка

Метод очистки часто применяют для очистки воды из колодца или скважины загородного дома. Требует установки фильтрационной системы для известковой воды. Запасные слои фильтрации с автоматической промывкой применяют, чтобы упростить обустройство конструкции. Для этого используют шунгит, кварцевый песок, уголь активированный.

Реагентные фильтры

Процесс преобразования железа из одного состояния в другое значительно ускоряют мощные окислительные химические вещества. Реагенты, используемые в качестве фильтрующих средств: калия перманганат (марганец) и натрий гипохлорит. Из положительных моментов только простота применения. Реагент добавляют в воду, получая на выходе чистую воду. Технология имеет много недостатков:

• регулярное использование требует постоянного пополнения реагента, что требует больших расходов;
• передозировка химических веществ может нанести непоправимый вред здоровью;
• дозу реагента определяют с учетом уровня химического элемента в жидкости. Этот показатель постоянно меняется, что повышает риск интоксикации организма, либо качество очистки воды снижается.

Система контроля дозировки реагента требует значительных расходов, что делает метод слишком затратным. Способ очищения воды для технических потребностей. Использовать ее для питья или готовки не рекомендуют.

Компрессорные (напорные) обезжелезиватели

Помогают удалить из воды частицы железа высокой концентрации – 5-10 мг/л.

В комплект входят уже не одна, а две колонны. Первая – аэрационная, а вторая – с обезжелезивателем.

Сначала с помощью встроенного компрессора в первую колонну попадает воздух. Аэрация помогает процессу окисления железа. Затем во второй колонне начинается фильтрация с участием каталитических веществ. После окончания работы система проходит очистку водой.

Помимо удаления железа фильтр отлично справляется с марганцем или сероводородом.

Компрессорные системы не могут эффективно работать при повышенном уровне органических загрязнений.

Обезжелезиватели стоят выше среднего, цена начинается от 45 тыс. руб.

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

Как произвести очистку воды

Понизить концентрацию железных соединений можно самостоятельно несколькими вариантами. Метод очистки зависит от объема потребляемой жидкости и сколько примесей в ней содержится.

Отстаивание

Самый простой способ очистки ресурса добытого из скважины. Сооружается дополнительный водорезервуар, рассчитанный на объем, предполагаемого потребления жидкости в сутки, в нем и происходит отстой.

Плюсы

• Простой способ, не требующий больших затрат
• Всегда есть запас чистой воды.
• Установка резервуара на мансарде, создаст самотек. И избавит воду от сероводорода.

Минусы

• Очистка происходит не полностью
• Емкость необходимо периодически чистить, что не очень удобно, так как требуется отключение от системы.
• Внимательно следить за количеством потребляемой жидкости.

Аэрация

Выпавший осадок на выходе после очистки улавливается механическими фильтрами.

• Безнапорная – Вода контактирует с кислородом по максимуму, происходит это из-за распыления. Распылители перемещают жидкость в резервуар.  Для более продуктивной очистки в емкость, при необходимости, производится монтаж компрессора.
• Напорный вид очистки — предполагает поступление жидкости в систему под большим давлением. Работая параллельно, напор и компрессор, создают бурление и вспенивание, что дает возможность жидкости, как можно больше, контактировать с воздухом.

Помимо очистки от железа, метод аэрации избавляет от сероводорода.

• Главное достоинство данной очистки — экологичность. Процесс исключает применение реагентов.
• Недостатки. В воде все же остается некая доля железа. Работа системы зависит от наличия электричества. Периодически надо чистить емкость и фильтры.

Озонирование

Процесс эффективный, но трудоемкий.

Использование хлора уходит в прошлое. После очистки с использованием данного реагента, он частично остается в жидкости и наносит вред человеку и окружающей среде.

Озонирование принято считать наиболее надежным методом, результативность которого создается путем воздействия озона и его производных на содержащиеся в воде примеси.

Органическое железо удаляется из жидкости путем совокупного воздействия. Процесс очистки, добытой жидкости из скважины путем озонирования, довольно сложный. Требуется монтаж дорогого оборудования. Необходим точный расчет для продуктивной работы, самостоятельно сделать его очень трудно (нужно вычислить сколько надо озона и время его воздействия на воду в соответствии с количеством и типом содержащихся в ней примесей).

Ионообменный

Такая очистка осуществляется фильтрами содержащими смолу и свободные ионы. Когда вода проходит фильтр, ионы натрия меняются местами с ионами железа. Поэтому метод называют – ионообменным.

Когда фильтр израсходовал все свои ресурсы, они подлежат восстановлению.

Обратный осмос

Очистка воды от железа и примесей делается фильтром с содержанием мембраны, именно она осуществляет фильтрацию на молекулярном уровне.  Обратноосмотический метод обезжелезивания считается наиболее продуктивным. Происходит удаление растворенных частиц. Для улучшения качества фильтрации и купирования выхода из строя мембраны, необходимо производить предварительную очистку воды механическими фильтрами.

Обратный осмос полностью очищает воду от всех видов загрязнения. Метод самый эффективный, но очень дорогостоящий.

Работа микрофильтрационных, нано- и ультра- мембран происходит аналогично обратному осмосу.

Введение реагентов и катализаторов

Применение химических реагентов, для обезжелезивания жидкости, в основном используется в промышленности. Необходима доочистка жидкости. Требуется удалить химические соединения. Принцип аналогичен для всех систем очистки — между железом и реагентом происходит химическая реакция, в результате которой образуется осадок.

Катализаторы используются вместе с водой прошедшей аэрацию или с применением реагентов для окисления железа.

Каталитический способ обезжелезивания воды, происходит при помощи фильтров, содержащих материал, обладающий каталитическими свойствами. Вода проходит через пористые наполнители, которые обеспечивают качественную очистку.

Опасность железа в воде из скважины, колодца

Большой процент железа в воде, которую мы пьем и используем в пищу отрицательно сказывается на работе бытовых приборов и сроках эксплуатации сантехники. Серьезную опасность избыток металла таит для живых организмов — человека, домашних животных.

Кроме того, такая вода имеет неприятный вкус и плохо пахнет.

Откуда берется железо в артезианской воде

Средняя глубина стандартного колодца — 20 — 30 метров. Кроме грунтовых вод скважина затрагивает слои затрудненного водообмена. Их называют артезианскими.

Воды не контактируют с внешними негативными факторами. Их химические соединения определяют породы в которых они находятся. Кроме пород на состав воды влияют внутреннее давление и температура.

Вода, находясь внутри породы, постепенно подмывает ее слой. Породы, в которой в большой концентрации содержится железо, вод воздействием жидкости растворяются. Металл, соли, марганец становятся составляющей частью формулы воды.

Читайте еще: Очистка скважины от ила и песка

Какое количество железа в воде считается опасным

Превышение нормы концентрации железа в составе воды вредит организму. Этот факт научно доказан. 

Без вреда здоровью можно употреблять воду, где концентрация железа варьируется в диапазоне 0,1-0,3 миллиграмма на один литр жидкости. В ряде регионов страны этот показатель выше в 7-10 раз. Такую воду пить нельзя.

Чем человеку грозит переизбыток железа 

Повышенная доза металла в воде — двух и трехвалентного железа приводит к развитию патологий различной степени тяжести:

• ухудшается состав крови;
• увеличивается в размерах печень;
• возникают проблемы с работой сердечно-сосудистой системы;
• риск развития инсультов и инфарктов возрастает многократно;
• нарушается функция щитовидной железы;
• пищеварительная система начинает давать сбои;
• развиваются аллергические реакции, дерматиты, наблюдаются проблемы с кожей;
• активизируются процессы атипичного развития клеток, что провоцирует онкологические заболевания важных систем и органов жизнедеятельности человека.

Кроме того, повышенная концентрация железа снижает память. Постоянно употребляя такую воду, человек становится рассеянным, быстро устает, испытывает беспричинную слабость.

По каким признакам можно понять, что в скважинной воде переизбыток железа 

Определить, соответствует ли вода в вашей скважине норме, можно двумя способами:

• визуально;
• лабораторно.

Визуальные признаки:

• металлический привкус;
• налет ржавчины — он появляется в емкостях, где длительное время хранится вода. Например, кухонная посуда;
• если постирать в такой воде белое белье, оно приобретет серый или желтый оттенок;
• на сантехнике появятся фрагменты ржавчины;
• если жидкость отстоять несколько часов, появится осадок;
• мутный цвет — чем сильнее концентрация железа, тем более грязной будет вода.

Читайте еще: Марганец в воде из скважины: чем опасен, норма содержания, очистка

Как измерить точное количество железа в воде

Узнать, насколько содержание железа в вашей воде превышает норму можно, если сдать пробы в лабораторию. Чтобы получить достоверный результат, пробу берите правильно:

• наливайте жидкость в стеклянную посуду;
• объем — 1-1,5 литра;
• предварительно тару простерилизуйте;
• если набор осуществляете с крана, откройте вентиль и подождите 2-3 минуты — только потом делайте забор;
• следите, чтобы напор был минимальным — когда вода льется тонкой струей, она почти не контактирует с кислородом. По этой же причине наливайте полную банку;
• крышка должна плотно прилегать к горлышку. Время от залива до взятия анализа в лаборатории — не более 3 часов, иначе результат будет необъективным.