Какие бывают фильтры для обезжелезивания воды из скважины

2.3 Обезжелезивание методом ионного обмена (железо до 20 мг/л и в сочетании с марганцем, жесткостью и органикой)

Технология ионного обмена для обезжелезивания обладает рядом существенных преимуществ, по сравнению с другими методами:

 – Простая конструкция обуславливает легкость эксплуатации, нет необходимости в трудоемком обслуживании, необходимо всего лишь регулярно производить смену картриджей с ионообменной смолой в установке.

 – Универсальность – применяется для обезжелезивания не только скважинной воды, но кроме того, успешно осуществляет очистку сточных вод в промышленных масштабах. Установки для обезжелезивания в бытовых условиях, а также для производственных объектов одинаковы по принципу действия и конструкционному устройству и рознятся только размерами рабочих баков и составом активных реагентов.

 – Высокая эффективность – максимальный уровень очистки воды от железа, а также других вредных примесей, обладающих способностью к обмену ионами.

Как правило, к методу ионного обмена прибегают в случае одновременной необходимости снизить жесткость и содержание железа в воде. Данная технология особенно эффективна при высоком показателе минеральных солей (100-200 мг/л).

В ионообменных фильтрах используется способность ионитов (ионообменных материалов) замещать отрицательно или положительно заряженные ионы в воде на такое же количество ионов ионита. Иониты – это почти нерастворимые в воде соединения органического либо неорганического происхождения, имеющие в составе активный анион или катион. Катионы замещают положительно заряженные частицы солей, а анионы – отрицательно заряженные. Для удаления железа и умягчения воды в качестве ионитов применяют синтетические ионообменные смолы.

Катиониты устраняют из воды почти все находящиеся в ней двухвалентные металлы, заменяя их анионами натрия.

Конструкция ионообменного фильтра для обезжелезивания воды из скважины состоит из:

– баллона с фильтрующей загрузкой (ионообменной смолой),

– клапана подачи воды с электронным управлением,

– емкости для регенерирующего раствора.

Схема работы ионообменного фильтра: вода поступает из источника и протекает сквозь ионообменную смолу, наполняющую фильтр, в процессе чего ионы тяжелых металлов и солей жесткости заменяются на ионы фильтрующего материала. После чего дегазатор устраняет из воды кислород и диоксид углерода. Очищенная вода уходит в потребительский канал.

Одним из преимуществ метода является то, что это обратимый процесс и предусмотрен механизм регенерации фильтрующей загрузки. Обычно это выполняется щелочными или кислотными растворами, продлевая таким образом срок эксплуатации установки.

Несмотря на высокую эффективность технологии ионного обмена для удаления железа, существует несколько моментов, ограничивающих ее применение:

– Нельзя использовать для очистки воды, содержащей железо в трехвалентной форме, так как фильтрующая смола быстро загрязняется и приходит в негодность.

– Наличие в воде кислорода и прочих окисляющих веществ также недопустимо, так как ведет к образованию железа в твердой форме.

– Показатель pH должен быть не более 6,5 в виду вышеуказанных моментов.

– Рекомендуется ионообменный фильтр использовать там, где повышенная концентрация железа наблюдается в совокупности с избыточной жесткостью, иначе это будет нерационально.

Рис. 4 Ионообменный фильтр

Ионообменные установки могут использоваться в любой сфере. Для бытового использования существую компактные фильтры, которые также работают на основе ионной смолы. Для промышленного производства оборудование более масштабно. Для увеличения производительности можно установить несколько ионных колонн. Чаще всего такое предусмотрено в промышленном производстве. Суть в том, что устанавливают две или три колонны с ионной загрузкой. Они могут работать как одновременно, так и по очереди. При переменной фильтрации устройств, регенерация также начинается по очереди. То есть сначала вырабатывается запас ионной смолы в первой колонне, она уходит на регенерацию и включается вторая. Когда у второй подходит время промывки, снова активируется первая. При монтаже трех и более ионных установок они могут также работать по несколько штук одновременно. Объединяются они блоком управления. Устанавливается на каждую колонну по отдельности или объединяет все сразу. Именно этот элемент следит за очередностью работы оборудования и начале режима регенерации.

Ионный метод позволяет не только удалять примеси железа, но и одновременно умягчать воду. Ионная смола позволяет удалять примеси железа без предварительного окисления. При этом расходы на эксплуатацию системы останутся прежними. Ионная смола требует только регенерации солевым раствором. И желательно автоматизировать систему.

Технологии обезжелезивания воды

Железо – это твердый металл. Поэтому оно не растворяется в воде. Железо окисляется, превращается в ржавчину и оседает. Существует несколько технологий, которые приводят к очистке воды. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки.

Технология аэрации воды

Самым простым и эффективным способом очистки воды от железа является отстаивание. В емкость наливают воду и создают условия для окисления железа, которое превращается в осадок и опускается на дно. Чистую воду забирают для дальнейшего использования. Чтобы превратить находящееся в воде железо в осадок используют метод аэрации. Для этого в воду, с помощью компрессора, подают воздух.

Главный минус этой технологии в низкой скорости очистки. Простую аэрацию используют при содержании железа до 10 мг на литр.

На производствах используют более усовершенствованную технологию аэрации. Для этого используют специальные вентиляторы, через которые пускают потоки воды. Участвующий в процессе аэрации кислород создает трехвалентное железо и удаляет из воды углекислоту. Очищенная жидкость через насос подается в водопроводную систему.

Безреагентная технология обезжелезивания воды

Особенность данной методики в том, что обезжелезивание проходит с использованием химических процессов. Но использующееся в фильтрах вещество не расходуется. То есть, не вступает в реакцию с жидкостью, поэтому не портит состав воды.

Чтобы воспользоваться безреагентным способом очистки воды, применяют специальные мембраны. Они пропускают воду, но реагируют на железо, превращая его в осадок. Процесс такой очистки проходит в специальных колоннах, мембрана из оксида марганца создает необходимые условия для осаждения железа. Нерастворенные частицы, опускающиеся на дно колонны, легко удаляются из жидкости и перемещаются в канализацию.

Недостатками такой технологии является необходимость обслуживания мембраны. Со временем она будет загрязняться и требовать очищение. Стоит отметить и стоимость таких систем, они на порядок выше, чем те, которые используют аэрацию.

Ионообменная технология очистки

Самым эффективным на сегодня способом очистки воды от железа и различных солей является ионный обмен. Для проведения такой чистки применяются специальные засыпные фильтры. Используемый материал содержит большое количество ионитов, которые благодаря простой реакции удаляют железо из воды. Химическая структура жидкости становится более комфортной и безопасной для использования. При таком способе железо не превращается в осадок, а значит не требуются дополнительные фильтры.

Наиболее популярным материалом, который используется при ионообменной очистке воды, является специальная смола. Она обладает большой плотностью и пористой структурой. Гранулированный материал засыпается в специальные фильтры, через которые пропускают воду.

Главным недостатком ионообменной технологии является необходимость периодически менять засыпной материал. Смола в процессе работы утрачивает свои первоначальные свойства, поэтому подлежит замене.

Домашние способы обезжелезивания при очистке питьевой воды

Вода, требующая очистки

Фильтрацию воды из скважины, водопровода можно также эффективно произвести при помощи таких домашних способов, как:

Отстаивание – вода заливается в большую ёмкость, где под действием растворённого в ней воздуха происходит окисление двухвалентного железа и выпадение его в виде осадка на дне отстойника. Чистую воду сливают, оставляя придонную часть с осадком.

Отстаивание – «до и «после»

Кипячение – при закипании воды железо, как и известь, кристаллизуется в виде накипи на стенках ёмкости. Чистую воду сливают после остывания и кратковременного отстаивания. Для очистки таким способом достаточного количества жидкости следует использовать дистиллятор воды промышленный или самодельные аналоги.

Ржавая накипь на стенках чайника

Вымораживание – воду подвергают медленному замораживанию. Суть данного способа заключается в том, что чистая вода замерзает быстрее, чем загрязнённая различными примесями – поэтому в процессе заморозки, когда половина или немного больше воды кристаллизовалась, а другая её часть нет, жидкую воду сливают. Лёд, содержащий наиболее чистую воду, растапливают и используют для пищевых целей.

Лёд – чистая вода!!!

Очистка кремнием и шунгитом, кварцем – данные минералы помещают в ёмкость с водой и оставляют её на несколько суток в тёмном месте. Чистую воду после завершения процесс фильтрации сливают в другую ёмкость, оставляя нижний слой в 2−3 см., и используют для бытовых нужд.

Сила трёх минералов

1. Очистка активированным углём – несколько таблеток активированного угля (из расчёта 1 таблетка на 1 л жидкости) помещают в ёмкость с водой и дают отстояться в течение нескольких дней, после чего сливают и используют для бытовых нужд.

Активированный уголь

Статья по теме:

Как определить наличие железа в воде

Помимо внешнего различия – характерный рыжеватый или оранжевый цвет, мутность – имеются и другие признаки, позволяющие выявить содержание металла в жидкости и даже примерно прикинуть его количество:

• выраженный металлический вкус и кислый запах. Проявляется при наличии более 1…2 мг/л. При употреблении такой воды может появиться изжога;
• быстрое выпадение осадка в визуально чистой и прозрачной воде. Это связано с окислением чистого и двухвалентного железа атмосферным кислородом, которого недостаточно в кислых подземных водах;
• явный рыжеватый, бурый или оранжевый тон воды – наличие трехвалентного железа;
• появление ржавых потеков на сантехнике, налет того же цвета внутри стиральных и посудомоечных машин, накопительных баков, нагревательных баков, рыжие и бурые пятна на постиранных вещах – двух- или трехвалентное железо в количестве, превышающем 0,3 мг/л;
• наличие в трубах слизи и радужная пленка на поверхности воды – органические железистые соединения.

Для определения конкретной разновидности металла необходимо проводить лабораторные анализы, а для уточнения способа фильтрации – пробную очистку.

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)₃ или 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

Потребление воды из скважины

Прежде чем применять воду из скважины, рекомендуется выполнить мероприятия, которые позволят обезопасить потребителя от опасных последствий потребления железистой воды. Анализ воды позволит убедиться в ее безопасности.

Повышенная насыщенность железом — одна из главных проблем, возникающих при пользовании скважиной. Присутствие этого компонента приведет к тому, что жидкость станет непрозрачной, приобретет характерный металлический привкус.

Вода плохо сказывается на работе бытовой техники, состоянии инженерных коммуникаций, портит вкус пищи:

1. Бытовая техника может выйти из строя, т.к. из-за наличия железа на металлических и пластиковых трубах скапливается забивающий просвет налет.
2. На любых предметах, которые контактируют с водой, в том числе на одежде, появляются ржавые разводы, от которых сложно избавиться.
3. Ухудшается вкус приготовленных напитков и блюд.

Проведение анализа

Различают несколько методик определения содержания в воде данного элемента:

• роданидный;
• сульфосалициловый;
• фотоколориметрический;
• хемилюминесцентный.

Суть данных анализов состоит в том, что в пробу воды добавляют определённый реактив (специфический для каждого из метода), после чего раствор при наличии соединений железа приобретает характерную окраску. По интенсивности окрашивания при помощи специальных приборов (фотоколориметров), эталонных образцов и калибровочных графиков с малой погрешностью определяют содержание железа. Данные виды анализов производятся в специальных аккредитованных лабораториях или исследовательских центрах. Для определения содержания железа необходима проба воды объёмом не менее 1,5 л.

Фотоколориметр – оптический прибор для определения содержания примесей в воде

2 Нормы железа в воде

Наличие железа в воде вовсе не является смертельно опасной проблемой – поскольку этот элемент является жизненно важным для организма человека.

В первую очередь оно необходимо крови – в ней его содержится около 4 грамм. Однако попадание в желудочно-кишечный тракт его все-таки не слишком полезно – поскольку оно медленно удаляется.

Установленной суточной максимальной нормой железа для взрослого мужчины является отметка в 10 мг, для женщины – 18 мг.

Современные нормативы, устанавливаемые ВОЗ (Всемирной Организацией Здравоохранения) не предусматривают строгого предела содержания примесей железа в питьевой воде – ввиду того, что на данном этапе не существует точного подтверждения тому, что они несут явный вред организму.

Фильтр трехступенчатой очистки

Однако определенные ограничения все-таки существуют – санитарная норма содержания железа составляет 0.3 мг в 1 литре. Следует отметить, что этот параметр не является опасным – он устанавливается исходя из вкусовых свойств.

То есть при содержании примесей, превышающих 0.3 мг/л, Вы будете ощущать неприятный металлический привкус. При превышении концентрации свыше 1 мг/л – этот привкус будет ощущаться даже в чае или кофе.

При этом вышеупомянутый ВОЗ устанавливает пределы суточного потребления железа, которые равняются 0.8 мг на 1 килограмм веса. То есть, скажем, для человека с весом в 80 кг – пределом будет 64 мг железа. При этом следует учитывать, что из воды человеческий организм получает всего около 10% (остальные 90 – из продуктов питания), а за сутки в среднем выпивает около 2 литров воды.

Выполнив несложный расчет, можно понять, что безопасной концентрацией будет отметка в 2-3 мг/л. При этом следует отметить, что такое количество примесей будет очень сильно отражаться на вкусе – пить воду будет практически невозможно, так что человек легко поймет, что с ее качеством точно что-то не так, и жидкости необходима очистка.

Примерная схема подключения нескольких фильтров.

Вывод можно сделать следующий: при концентрации примесей железа ниже 2-3 мг/л – очистка не обязательна, и необходима в первую очередь для улучшения вкуса воды. Однако помимо неприятного привкуса примеси еще и оказывают негативное воздействие на оборудование – ухудшая его работоспособность.

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.

Лучшие производители

Гейзер

Установки компании «Гейзер» одновременно с обезжелезиванием производят умягчение жидкости. Первый этап – механическая очистка взвесей. На втором этапе в колонне с засыпкой из катионообменной смолы происходит удаление органического растворенного железа, марганца, гуминовых кислот. Финишная подготовка происходит в колбе с сорбентом. Цена такой установки от 40 000 рублей.

Аквафор

Система Аквафор WaterBoss 700 выполняет фильтрацию по трем параметрам: механическая очистка осадка, обезжелезивание и умягчение. В колонне устройства используется засыпка ионообменной смолы, восстанавливающая свойства после промывки. Производительность установки 1.5 кубических литров в час. Фильтр рассчитан на концентрацию железа до 10 мг/л. Средняя стоимость изделия 70 000 рублей.

Atoll

Популярный производитель систем обратного осмоса предлагает фильтры с 4 или 5 ступенями очистки. Комплекты различаются производительностью и размерами накопительного бака. Общим фактом для всех моделей является высокая степень удаления загрязнения. Использование угольного постфильтра улучшает вкус воды. Система проста в обслуживании, достаточно 2 раза в год менять картриджи.