Главная > Статьи > Страница12
Как удалить железо из воды. Обзор доступных технологий.
Вода – универсальный растворитель, легко растворяющий железо из горных пород и минералов в составе земной коры. Общее содержание железа в земной коре оценивается на уровне 5%. Эти два момента (растворитель и растворимость) объясняют «популярность» примеси железа в подземной воде. Допустимый уровень содержания общего железа в водопроводной воде – 0,2 мг/л.
Начало.
Начало – это детальный лабораторный анализ. Вы делаете анализ в независимой лаборатории без привлечения организации, заинтересованной в продаже Вам оборудования. Просто делаете точный анализ воды. Крайне важно не только содержание железа в Вашей воде, но и наличие «конкурирующих» примесей. Оценка «конкурирующих» примесей — единственный способ выбрать технологию и оборудования, способные ГАРАНТИРОВАННО И ДОЛГОВРЕМЕННО РЕШИТЬ проблему избытка железа в Вашей воде.
P.S. Сероводород и марганец – сопутствующие примеси, удаление которых базируется на основе общего технологического решения, обеспечивающего удаление железа.
Системы удаления железа из воды.
Многие годы многие компании направлено совершенствуют многочисленные методы, технологические схемы и оборудование для удаления из воды железа. Ниже — краткий обзор наиболее популярных систем удаления железа в бытовой водоподготовке с оценкой основных преимуществ и недостатков. Однако, в любом случае: начало – это подробный анализ воды, высокое содержание железа — всегда индивидуальный подход к решению проблемы, ни одна из перечисленных ниже систем обезжелезивания не претендует на название «универсальной».
Специальные ионообменные умягчители.
Если содержание общего железа в Вашей воде составляет от 0,3 до 6 мг/л, жесткость воды выше средней, вода содержит сопутствующие примеси аммония и марганца, не содержит сероводород, система обезжелезивания воды на основе специального ионного обмена с регенерацией раствором хлорида натрия окажется эффективным и экономичным способом. Смолы в натриевой форме, защищенные слоями поглотителя органики и поглотителя окисленного железа, предпочитают в первую очередь удалять железо из воды прежде удаления солей жесткости — кальция и магния. Однако, существует, как минимум, два ограничения:
— наличие железобактерий и серобактерий в воде не приемлемо (срок службы смолы будет коротким, смола будет подвержена быстрому и необратимому биообрастанию);
— приемлемый рН в диапазоне от кислого до нейтрального ( рН ≤7,3).
P.S. Присутствие в воде железобактерий и серобактерий чаще всего обнаруживается при рН >7,4.
Если содержание железа в воде превышает 3 мг/л 1-й цикл регенерации (обратная промывка) должен быть способным извлечь все, наколенное в загрузке, окисленное железо. Несмотря на то, что применение специального ионообменного умягчителя при концентрации железа более 5 мг/л не рекомендуется, его применение при больших концентрациях, тем не менее, сохраняет приемлемую эффективность при рН ≤7.
Окисление железа и фильтрация.
Если вода содержит железо в количестве более 3 мг/л, скорее всего, Вам потребуется более агрессивная технология удаления железа – окисление и фильтрация. В качестве окислителя может применяться атмосферный кислород (аэрация), хлор (гипохлорит натрия), перекись водорода, перманганат калия, диоксид хлора или озон. Каждый из этих окислителей превращает растворенное железо в окисленную трехвалентную форму железа, которое теряет растворимость и легко улавливается фильтром. За исключением атмосферного кислорода все перечисленные химические окислители требуют применения дозирующего оборудования.
Системы обезжелезивания на основе дозирования хлора.
Хлор – мощный дезинфектор, но относительно слабый окислитель. Последнее положение определяет наличие в системе водоподготовки времени контакта или проще — наличия контактной емкости, обеспечивающей минимально приемлемое время контакта 20 минут до поступления воды в фильтр. Хлор окисляет железо, окисленное железо удаляет осадочный фильтр, остатки хлора и хлорпроизводные удаляет фильтр с гранулированным активированным углем, размер которого также обеспечивает достаточное время контакта (контакт воды с GAC – от 5 до10 минут) для извлечения из воды хлора и хлорированных углеводородов. Простой расчет типоразмера фильтра с GAC для удаления хлора осуществляется на основе правила: 1 кубический фут GAC (28,3л) на скорость потока 15 л/мин.
Хлор – «медленный» окислитель. Еще один неприятный недостаток дозирования жидкого хлора (гипохлорита натрия) – способность кристаллизироваться в точке подачи. В целом, если содержание в воде железа не более 8 мг/л, инжекция хлора будет экономичным методом окисления железа и дезинфекции воды.
Системы обезжелезивания на основе аэрации воды.
Кислород О2 – компонент атмосферного воздуха. Кислород – отличный окислитель для железа, а при определенных условиях, также — для марганца и серы. На сегодняшний день системы обезжелезивания на основе предварительной аэрации воды остаются самыми популярными в мире. В составе фильтров применяются специальные каталитические среды – Birm, Katalox Light, Filox, Terramix, Greensand Plus, CGAC, сорбенты АС и МС. Установки на основе предварительной аэрации продают под общим названием «зеленых технологий» безреагентного удаления железа (т.е. технологий, не задействующих какие-либо искусственные окислители – применяется только атмосферный кислород). Однако, эта технология не может рассматриваться как лучшее и надежное решение, обладающее долгосрочной перспективой, если исходная концентрация железа в Вашей воде превышает 6 мг/л (!). Популярные бюджетные решения 2 в 1 (аэрация и фильтрация в одном баллоне) не должны применяться в условиях содержания железа в воде более 2 мг/л (!). Для бюджетного решения 2 в 1 Вы гарантированно должны обучиться профессиональному сервисному обслуживанию клапана управления — как минимум, очищать инжектор и проточные каналы клапана управления 1 раз в 3-6 месяцев. Это трудоемко и проблематично.
Системы предварительной аэрации на основе контактной емкости и компрессора, несмотря на приемлемую эффективность в задачах удаления железа и сероводорода, в свою очередь представляют комплект разрозненного оборудования, требующего постоянного внимания со стороны потребителя и большого количества услуг со стороны компании-инсталлятора. Часто ни инсталлятор, ни потребитель не в состоянии обеспечить приемлемый уровень обслуживания и эксплуатационный контроль.
В чем проблема функционирования таких систем? Для того, чтобы удалить железо из воды, его нужно окислить на 100%. В системах аэрации железо часто окисляется не полностью и образует большое количество железистого шлама, накапливающегося в проточных каналах, в верхней части корпуса фильтра и в фильтрующей среде. Регенерации противотоком только частично замедляют эту проблему, но в итоге, когда Вы обнаруживаете желтые пятна на сантехнике и пытаетесь что-либо предпринять для восстановления работоспособности фильтра, становится слишком поздно. Также, наличие в аэрируемой воде железобактерий неприемлемо и приводит к катастрофичным последствиям. Кислород – мощный «стероид» для размножения железобактерий и образования биопленок с огромным количеством железистого шлама.
Системы обезжелезивания на основе перманганата калия.
В недалеком прошлом системы обезжелезивания воды на основе регенерации перманганатом калия (KMnO4) были самым обычным и распространенным методом очистки воды из скважины от железа. Большинство «старых» фильтров-обезжелезивателей содержали Greensand — глауконитовый зеленый песок с активным диоксидом марганца, восстанавливаемым перманганатом калия в процессе периодической регенерации. Эта технология позволяла удалить до 10 мг/л железа и марганца при рН>7. Однако, перманганат калия — дорогостоящий, дефицитный в Украине и «очень грязный» окислитель, окрашивающий любые поверхности, с которыми он соприкасается. Кроме очень проблемного для потребителя обслуживания систем обезжелезивания на основе перманганата калия регенерационный раствор перманганата калия не совместим с биосептиком, а нарушение технологии способно повлечь за собой повышение в обработанной воде токсичного марганца, ПДК которого в воде — 0,05 мг/л.
Системы обезжелезивания на основе озона.
Озон (О3) более мощный окислитель в сравнении с хлором, не участвующий в реакциях замещения, характерных для хлора. Однако, оборудования для получения озона требует высоких начальных капиталовложений и эксплуатационных затрат на электроэнергию. Сырая вода из скважины контактирует с озоном на начальном этапе. Озон окисляет железо, сероводород и марганец. Продукты окисления удаляются фильтром с гранулированным активированным углем, обеспечивающим параллельную деструкцию остаточного озона в воде. Озонаторы на основе ультрафиолета позволяют получить только небольшое количество озона для окисления относительно низких уровней железа, сероводорода и марганца. В целом применение озона – отличная технология, но капиталовложения могут оказаться в несколько раз выше в сравнении с построением других систем обезжелезивания, а ошибки на этапе проектирования могут создать больше проблем, чем их было устранено (например, образование легко усваиваемого органического углерода с последующим повторным бактериальным заражением обработанной воды).
Системы обезжелезивания на основе тяжелых загрузок Pyrolox, Filox, Mang—Ox, Catalox.
Все фильтрующие среды с окончанием «оx» произведены на основе пиролюзита – природной кристаллической бета-модификации диоксида марганца. Диоксид марганца – мощный катализатор окисления растворенного железа растворенным кислородом. Окисленное железо фильтруется в слое загрузки. Это отличная технология…В ТЕОРИИ. Все эти среды обладают насыпным весом около 2 кг на литр. На практике это означает, что либо недостаточно гидравлической мощности насоса для взрыхления загрузки и удаления гидроокиси железа при обратной промывке, либо дебита скважины недостаточно, либо количество технологической воды сбрасываемой в дренаж при ежедневной (!) промывке просто огромно в сравнении с реальным объемом очищенной воды. Ежедневная промывка – требование производителей, направленное на предотвращение быстрой «конгломерации» (слеживания) тяжелой загрузки.
Исключение из правил — Katalox Light, фильтрующая среда на основе более агрессивного в сравнении с обычным пиролюзитом гамма диоксида марганца. Katalox Light легче других фильтрующих сред на основе диоксида марганца, весит 1,2 кг на 1 литр, содержит тяжелый гамма диоксид марганца (10 об.%) и только на поверхности ядра из легкого цеолита. Katalox Light сохраняет работоспособность при рН от 6 до 10,5 и удаляет до 15 мг/л железа при наличии окислителя.
Да, на сегодняшний день Pyrolox, Filox, Mang-Ox, Catalox применяются во многих системах обезжелезивания по всему миру с высокой эффективностью в отношении железа, марганца и сероводорода. Однако, мы считаем, что для бытового сектора применения эти загрузки чрезмерно тяжелы и расточительны с точки зрения поддержания частоты обратных промывок и объема промывочной воды, сбрасываемой в дренаж.
Системы обезжелезивания на основе перекиси водорода.
Перекись водорода – это окислитель «премиум-класса», обладающий биоцидным действием, меньшей зависимостью от рН и большей окислительной мощностью в сравнении с кислородом, хлором, диоксидом хлора и перманганатом калия. Перекись водорода не оставляет в фильтре, трубопроводах и проточных каналах клапана управления железосодержащий шлам и железосодержащие биопленки. В отличии от хлора перекись водорода не участвует в реакциях замещения и не создает побочные хлорорганические продукты. Дозирование Н2О2 осуществляется в трубопровод максимально просто. Дозирующий насос осуществляет подачу в трубопровод на входе в фильтр под управлением импульсного водосчетчика, контроллера потока или реле давления. Перекись водорода окисляет железо, марганец и сероводород практически в любых количествах, мощно и быстро, часто без применения контактной емкости. В отличии от хлора перекись водорода не ускоряет процесс старения компонентов дозирующего насоса и не кристаллизируется в точке подачи. Лучший способ дозирования – пропорциональный (пропорционально скорости потока). Система обезжелезивания выглядит максимально просто: насос-дозатор, опционально контактная емкость или миксер, фильтр-обезжелезиватель с каталитическим активированным углем CGAC или каталитической средой Katalox Light. Замена CGAC осуществляется в среднем каждые 5 лет (более точно необходимость замены определяется индивидуальной «химией» воды и реальным «профилем» нагрузки на систему водоподготовки). Замена Katalox Light – каждые 7-10 лет. Каталитическая способность фильтрующей среды ускоряет процесс трансформации H2O2 в Н2О + О с образованием промежуточного гидроксил-радикала (ОН) – самого мощного окислителя в природе после фтора, обладающего неизбирательным окислительным действием.
Раствор перекиси водорода справедливо сравнивать с другим популярным жидким окислителем — раствором гипохлорита натрия, повсеместно используемом в бытовой и промышленной водоподготовке. В отличии от водного раствора гипохлорита натрия, продаваемого в любом хозяйственном магазине («белизна») Вы не сможете так же легко, просто и в любом магазине бытовых товаров приобрести 7% раствор перекиси водорода. Цена 7% раствора перекиси водорода будет в несколько раз больше цены раствора гипохлорита натрия с учетом практически аналогичного расхода. Однако, в отличии от хлора перекись водорода не создает побочные продукты замещения, расщепляется на воду и кислород, действует быстрее и мощнее.
