Фильтр обезжелезивания воды: назначение, виды, критерии выбора и установка

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

Вред от железа

В индивидуальных системах водоснабжения загородных дачных участков и коттеджных поселков вода не всегда отвечает санитарно-эпидемиологическим требованиям и нередко нуждается в очистке от железа, которое вредно по следующим причинам:

1. Избыточное содержание железа в организме наносит ущерб здоровью человека:

ухудшаются вкусовые качества воды, она приобретает резкий металлический привкус;
снижается эстетичность внешнего вида кожных покровов, возникают покраснение и пигментация кожи, сыпь;
возникает желтизна зубов, ломкость волос, нарушается работа почек и печени.
избыток железа наносит вред сердечно-сосудистой системе, вызывает слабость и бледность кожи.

2. Выходят из строя бытовые приборы (утюги, стиральные и посудомоечные машины, кофеварки), водонагревательное оборудование (котлы, бойлеры колонки), в которых рыхлый шлам осажденного железа забивает проходные каналы.

3. При стирке ее качество резко падает, на светлом белье появляются пятна рыжего цвета, белоснежные изделия приобретают желтоватый оттенок, цветные теряют яркость окраски.

4. Забиваются осадком стенки трубопроводов горячей и холодной воды, сантехническое оборудование (смесители, унитазы, душевые лейки) и арматура (фильтры, клапаны, шаровые краны).

5. На поверхности керамической плитки, фаянсовых и глазурованных сантехнических приборов (раковин, ванн, унитазов) появляется плохо смываемый желтый налет.

6. Железо способствует ускоренному образованию накипи на основных элементах водонагревательных приборов, снижающей их эффективность.

2 Какие существуют модели фильтров обезжелезивателей?

Теперь рассмотрим основные разновидности такого оборудования, а также их конкретные свойства.

Безреагентные фильтры делятся на два вида:

Фильтры засыпного типа;
Устройства аэрационного обезжелезивания.

Засыпные фильтры представляют собою герметичные емкости, в основном имеющие форму баллона, которые заполняются специальным субстратом, что выполняет абсорбирующую функцию. Такая засыпка в чаще всего является алюмосиликатным сорбентом, который имеет свойство катализировать окислительные реакции.

Вода подается в фильтр и при прохождении через слой сорбента обогащается кислородом, вследствие чего молекулы железа окисляются и переходят в трехвалентную форму. Далее, 3-х валентное железо, являющееся обычным осадком, задерживается в фильтрующем слое.

Такие устройства имеют один существенный недостаток: во время эксплуатации засыпка имеет свойство вырабатываться, что требует регулярного выполнения её регенерации. В зависимости от фильтра, этот процесс может иметь как автоматический режим, так и выполнятся вручную.

В целом, можно сказать, что такие фильтры являются оптимальным вариантом для частного дома, или дачи. Наибольшей популярностью в нашей стране пользуются засыпные фильтры от компании Гейзер.

Простейшая схема подключения фильтра обезжелезивателя к системе водоснабжения.

Аэрационные фильтры – это устройства, в которых вода искусственно обогащается большим количеством кислорода, что обеспечивает быстрое окисление растворимого железа, после чего происходит его механическая фильтрация.

Фильтры для аэрации делятся на два типа: напорные и безнапорные. Разница заключается в том, что жидкость в безнапорных фильтрах подается в рабочую емкость через систему форсунок, которые распыляют поток входящей воды.

За время полета капель до дна баллона происходит интенсивное насыщение воды кислородом и окисление железа. Напорная аэрация осуществляется при подаче воздуха в рабочую емкость под сильным давлением, за нагнетание которого отвечает автоматический компрессор.

После окисления железа оно изымается из потока воды с помощью механических фильтров, которыми оборудована аэрационная установка.

Устройства аэрации гарантируют обезжелезивание воды максимального качества, по этой причине, такие фильтры стоят немалых денег, но по качеству обработки воды с ними не может конкурировать ни одна технология.

Для дома больше подходит напорная аэрация, так как такой способ очистки воды от железа может выполняться компактным оборудованием.

Реагентные фильтры, по сути, между собой отличаются исключительно в зависимости от вида используемого химического вещества.

На сегодняшний день такие устройства в бытовом использовании встречаются всё реже, так как химические реагенты после окисления железа оставляют в воде примеси, неполезные для человеческого организма. Но в промышленной очистке воды химическое обезжелезивание по-прежнему активно используется.

Для того чтобы фильтр обезжелезиватель качественно выполнял свои функции, и в полной мере выработал свой ресурс, необходимо соблюдение трех простых правил:

По мере необходимости выполняйте регулярное восстановление фильтрующего вещества – минеральной засыпки, катионной смолы и т.д. Так как выработанный субстрат приносит воде больше вреда, чем пользы.
Ваша водопроводная система должна обладать давлением не меньше трех атмосфер – если давление воды на входе будет ниже, эффективность очистки воды уменьшится.
Соблюдение температурного режима: не допускается даже кратковременное замерзание фильтра – это губительно для устройства.

Несколько фильтров очистки жидкости от железа в единой системе.

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.

Место установки и рекомендации по монтажу

Надёжная работа системы зависит в том числе от правильно выбранной схемы и места установки, а также от корректности монтажа.

2 Виды установок

Существует несколько разновидностей подобного оборудования. В первую очередь его разделяют на установки:

Реагентные;
Безреагентные.

Первый тип оборудования использует в работе реагенты – специальные вещества для принудительного окисления или нейтрализации железа в жидкости.

Вторые работают за счет действия воздуха, так как кислород также способствует окислению железа, только происходят эти процессы немного медленнее. Зато безреагентную установку вполне реально собрать своими руками.

По типу управления их делят на:

Ручные;
Автоматические c реле;
Автоматические на таймере.

Промышленная обезжелезивающая установка с двумя накопительными баками.

Ручные образцы контролировать очень просто, однако за ними нужен уход. Автоматические же делят на установки с реле давления и таймерные. Первые – это простейшая автоматика, которая тем не менее, отлично справляется с поставленными задачами.

А вот модели с таймерами уже комплектуются программами, несколькими алгоритмами работы и т.д. Они стоят дороже, зато полностью автономны и не нуждаются в основательном обслуживании.

Схемы очистки воды из скважины

Очистка воды от железа

Она предусматривает последовательное прохождение четырех этапов:

Поступление воды в специальный фильтр, внутренняя среда которого позволяет проходить жидкости 2-3 степени очистки;
Прохождение первичной стадии очистки, на которой растворенное железо приобретает нерастворимую форму;
Фильтрация воды через подложку из гравия и вывод чистой жидкости из системы;
Смыв в канализацию железистого осадка, который остался в фильтре.

Аэрация и окислительный катализ. В этом случае применяют специальную компрессорную систему, оснащенную аэрационной колонной. В ней происходит насыщение железистой воды кислородом и ее окисление. Катализатором химической реакции служит сорбент из гранулированного активированного угля. После окисления железо переходит в нерастворимую форму, выпадает в осадок и удаляется.
Многокомпонентный обмен с помощью ионной смолы. Такая фильтрация проходит в одну стадию. Ионная смола выступает в качестве сорбента, который смягчает воду, понижает ее окисляемость, уменьшает цветность, удаляет загрязнения, замещая железо жидкости ионами натрия.
Фильтрация диоксидом марганца. Этот реагент окисляет железо, задерживает его, а потом удаляет при обратном осмосе. Диоксид марганца можно использовать при очистке воды аэрацией, хлорированием или озонированием. Он позволяет удалять вредные примеси даже с низкой концентрацией.
Самостоятельная очистка реагентами. Это наиболее распространенный метод, который может использовать любой домашний мастер. В основе метода заложен принцип окисления и задержание частиц железа в фильтре для очистки воды из скважины. В качестве реагентов применяют хлор, марганцовокислый калий или гипохлорит кальция. Все они восстанавливаются с помощью недорогой соли в таблетках.
Очистка электрическим полем. В ее основе заложены окислительные свойства магнитных крупиц меди и цинка. При взаимодействии с железом воды они остаются в корпусе фильтра, в то время как электрохимические процессы противодействуют окислению жидкости.

Очистка воды от песка

Промывку скважины от песка можно осуществить тремя основными методами:

В первую очередь следует прокачать воду. При включенном насосе нужно добиться ее большого оттока. Если оборудование скважины исправно, вместе с водой весь песок, который попал в трубу, будет удален. После этого возобновится подача чистой воды без примесей.
Если первый способ не оказывает нужного эффекта, можно выполнить промывку пробуренной скважины. Для этого в нее потребуется опустить колонну, состоящую из труб, и подать в эту систему воду под напором. В результате этой процедуры песок, который скопился внизу, вместе с водой поднимется вверх, проникая в пространство между трубами, и выплеснется из скважины.
Альтернативой промывке может служить продувка системы. Для ее осуществления в скважину нужно вставить трубу и подать в нее воздух. Давление должно составлять 10-15 атм. Все загрязнения со дна поднимутся при этом по полости между трубами на поверхность, и скважина очистится.

В крайнем случае, если все перечисленные методы для условий участка не подходят, загрязненную воду можно оставить для отстаивания. После выпадения песочного осадка чистую жидкость нужно аккуратно перелить.

Очистка воды от извести

Отстаивание. Для этого большую емкость нужно наполнить водой и ждать осаживания частиц. Спустя некоторое время чистую воду сверху надо аккуратно слить, а потом удалить осадок.
Фильтрация. Она позволяет удалить нерастворимые частицы извести. В процессе очистки можно использовать различные модели фильтров, вид каждого из которых обеспечивает соответствующее качество воды на выходе.
Кипячение. Оно используется при потребности в небольшом количестве чистой воды. Соли кальция в кипятке приобретают нерастворимую форму. Недостаток метода — образование накипи и определенная сложность ее удаления из емкости после кипячения воды.
Обратный осмос. Этот метод предусматривает применение специального фильтра с мембраной, которая задерживает все посторонние вещества, кроме молекул воды. Перекрестное течение в фильтре промывает его и предохраняет этим от засорения. Такая система очистки воды из скважины от извести наиболее эффективна по сравнению с предыдущими тремя способами.
Химический способ. Он позволяет при помощи различных реагентов, связывающих соли, удалять из артезианской воды коллоидные растворы. После протекания реакций образуются нерастворимые частицы, которые можно уловить с помощью обычных фильтров и удалить. Такой способ предназначен для очистки значительных объемов воды.

Примеси в воде: на что они влияют?

Водопроводная, речная и озерная, подземная вода не бывают идеально чистыми, это все-таки не дистиллят. Поэтому само наличие примесей в жидкости нормально, но вот их количество и состав – другое дело.

Стандартными «добавками» в Н₂О в количестве до 500 мг/л считаются:

органика. Это различные вещества растительного и животного происхождения, в том числе патогенные микроорганизмы. К счастью, практически любые из них уничтожаются кипячением воды;
неметаллы. Сюда относятся как относительно безобидные (при небольших концентрациях) фтор, йод, кальций и магний, так и значительно более вредные хлор, мышьяк. Очистка от некоторых неметаллических включений возможна отстаиванием, от некоторых – только многоступенчатой фильтрацией;
металлы – железо, свинец, марганец, алюминий, медь, ртуть и так далее. Необходима фильтрация и отстаивание;
сложные соединения, в том числе нефтепродукты, нитраты, пестициды. Многоступенчатая фильтрация убирает большинство таких примесей.

Допустимое количество примесей нормируется СанПиН 2.1.4.1074-01, таблица 2.

При этом один из самых частых и при этом легко определяемых компонентов – железо, его должно содержаться не более 3 мг/л.

При избыточном количестве Fe возникают такие проблемы:

со здоровьем. Избыток железа грозит проблемами с сердечно-сосудистой системой, почками и выводящей системой в целом, усилением или развитием аллергий. За счет влияния на печень возможно проявление сахарного диабета и гемохромотоза (нарушение обмена железа в организме), как следствие – болезней печени и суставов;
с растениями и домашними животными. У растений нарушается цикл развития, животные болеют, как и люди;
с техникой – быстрое сужение просвета водопроводных труб (особенно металлических) и узких мест в водопротребляющей технике за счет осаживания железа на стенках. Ускорение естественной коррозии металлических элементов. Также возникает рыжеватый налет на рабочих поверхностях стиральных и посудомоечных машин, сантехники, ваннах, раковинах и унитазах;
посуде и белью – на них могут оставаться «ржавые» пятна, налет, меняется цвет изделий в целом.

Влияние металла на здоровье, технику и вещи зависит от концентрации и вида.

1 Определение железа в воде

Само собой, что самым надежным и самым эффективным способом понять, есть ли железо в скважине – это произвести специальный анализ, который точно установит наличие и количество примесей. Однако понять, что качество воды далеко от идеального – можно и самостоятельно.

Самый явный признак отклонения – это вкус самой воды. Жидкость с повышенным содержанием железа будет иметь явственный «металлический» привкус, который рецепторы ощущают очень быстро и очень точно. Конечно, о точной концентрации в этом случае судить нельзя никак, однако же если у Вас возникли такие ощущения – значит, превышение точно имеется.

Причем при существенном увеличении содержания привкус будет ощущаться не только в воде из-под крана, но и в напитках – в чае или кофе.

Фильтры для очистки воды различного объема

Внимание может привлечь еще и появление ржавых потеков. Они могут возникнуть на раковине, унитазе, в ванной, душевой кабине

Если не фильтрованная вода применяется для приготовления пищи – то ржавый налет может появляться в чайнике и в кастрюлях. Еще одним признаком является также потеря цвета белья после стирки.

Ну и еще одним признаком того, что требуется очистка воды – это изменение ее цвета. Этот нюанс, кстати, проявляется далеко не всегда – это зависит от формы примесей.

1.1 Формы примесей железа и их отличия

Примеси железа в скважинной воде могут иметь различную форму, и в зависимости от этого – само собой, отличающиеся характеристики и признаки. Вариации следующие:

Бактериальная форма – характеризуется появлением разноцветной пленки на поверхности жидкости. Со временем наличие таких примесей приводит к появлению отложений на внутренних стенках водопровода.
Органические соединения – в этом случае вода, текущая из-под крана, будет иметь легко заметный желтоватый (чем выше концентрация – тем, соответственно, темнее оттенок) цвет. При этом осадка на дне емкостей образовываться не будет.
Примеси двухвалентного железа – такая «добавка» не вызывает изменения цвета самой воды (ввиду того, что она в ней растворяется). Заметить это можно по появлению осадка (рыжего оттенка) на дне емкости с водой, которая простоит хотя бы полчаса-час.
Примеси трехвалентного железа – приводят к окрашиванию жидкости в бурый цвет (опять-таки – чем выше концентрация – тем темнее оттенок) и к появлению вышеупомянутого осадка.

Пример расположения оборудования для очистки воды

Как устроены и работают фильтры для обезжелезивания воды

Способы обезжелезивания воды