Методы, оборудование и ограничения.
При выборе метода и оборудования для удаления железа из воды Вам следует придерживаться только одного правила – ПРАВИЛ НЕТ. Все успешные решения, как и в других проблемных областях – это решения, основанные на сочетании теории и опыта в различных пропорциях.
Технологии и оборудование.
Те «рецепты», которые работают с одной водой, окажутся совершенно бесполезными с другой водой, даже если содержание общего железа окажется полностью идентичным. Фактические результаты применения той или иной технологии и оборудования напрямую зависят от температуры воды, значения рН, щелочности, общей жесткости, содержания кислорода, углекислоты и сероводорода в воде, окисляемости и ряда других «факторов влияния». Большинство неудач объясняется неправильным выбором технологии и оборудования без учета реальных свойств и состава воды. Важно следовать рекомендациям производителя в отношении скорости потока, скорости обратной промывки, уровня рН, максимального содержания железа и массы других ограничений, установленных производителем, насколько бы они не казались Вам малозначимыми. Дьявол всегда скрывается в мелочах.
Окисление и фильтрация.
Большинство систем обезжелезивания воды основано на принципе окисления растворенного железа и преобразования его из растворенной двухвалентной в нерастворимую трехвалентную форму. Окисленное железо уже можно фильтровать. По этой причине самое популярное, широко применяемое и универсальное оборудование для обезжелезивания воды – фильтры с противоточной промывкой загрузки. Отсутствие промывки с достаточной скоростью потока и недостаточная частота регенераций – основные ошибки выбора и причины выхода из строя таких фильтров в течении нескольких месяцев. Еще одна причина неудовлетворительного результата работы таких фильтров – низкий рН обрабатываемой воды и его игнорирование при проектировании системы обезжелезивания.
Ионообменные умягчители.
Ионообменные умягчители удаляют из воды двухвалентное железо ионным обменом без предварительного окисления. Катионообменная смола обменивает ионы железа совместно с ионами кальция и магния на ионы натрия в процессе, известном как умягчение воды. Умягчители преимущественно используют для удаления относительно низких концентраций железа до 5 мг/л.
То, что неприемлемо для работы ионообменного умягчителя – окисленное железо. По этой причине рН воды играет ключевую роль и определяет то, как быстро происходит преобразование двухвалентного железа в трехвалентное. Важно понимать, что ионообменные умягчители работают лучше и с большим сроком службы при рН<7 и напротив, окисленное железо необратимо загрязнят смолу, блокируя ионообменные центры.
Высокая концентрация солевого рассола для регенерации, большая длина противоточной промывки, частые регенерации и периодическое применение специальных реагентов для удаления окисленного железа из смолы – шаги, направленные на продление жизненного цикла умягчителя. Однако, в любом случае ионообменная смола в конечном счете «проиграет битву» железу и потребует замены.
Выбор фильтрующей загрузки.
Каждый метод обработки будет иметь как слабые, так и сильные стороны. Как и при выборе оборудования выбор фильтрующей среды основывается на прямых рекомендациях производителя для получения лучшего результата. Получение лучшего результата будет основываться на понимании существующих ограничений фильтрующей среды и возможностей оборудования.
Фильтрация железа с предварительным дозированием различных окислителей железа относится к наиболее распространенному методу удаления железа. В зависимости от выбранной фильтрующей среды для окисления железа может применяться атмосферный кислород (аэрация), озон, хлорсодержащие окислители, перекись водорода.
Pyrolox (пиролюзит, бета-диоксид марганца).
Pyrolox – это природный рудный материал, способный удалять железо, марганец и сероводород в очень больших количествах и не требующий химических реагентов для регенерации (только противоточная промывка). Однако, его эффективность зависит от наличия растворенного кислорода в воде, что в подавляющем большинстве случаев предполагает стадию предварительного окисления.
Birm.
Birm способен удалять железо и марганец из воды, не содержащей сероводород. Birm эффективно функционирует в присутствии кислорода в воде, что подразумевает наличие стадии предварительной аэрации воды.
REDOX (KDF-85)
KDF-85 – среда из двух разнородных металлов – меди (85%) и цинка (15%). Железо удаляется в присутствии кислорода. Небольшое электрическое поле предотвращает бактериальное размножение в среде и делает KDF-85 практически единственно эффективной загрузкой в отношении бактериального железа и водорослей, самостоятельно обеспечивающей полноценный бактериостатический эффект. Эффективно удаляя железо и сероводород, хлор и тяжелые металлы, KDF-85 не эффективен в отношении марганца в воде.
Среди множества преимуществ у KDF-85 есть один «тяжелый» недостаток – его вес. KDF-85 тяжелее Pyrolox и требует для обратной промывки скорости потока не менее 140 м/ч(!). Поэтому для применения KDF-85 типоразмер фильтра будет иметь решающее значение.
Katalox Light (рамсделлит, гамма-диоксид марганца).
Среди всех типов загрузок, заканчивающихся на — OX (окислительная среда), выделяется Katalox Light. Выделяется исключительной окислительной способностью и относительно легким весом. Его совместное применение в комбинации с перекисью водорода позволяет окислять наиболее трудные примеси в массивных концентрациях. Гамма-диоксид марганца в составе поверхностного слоя Katalox Light активирует распад H2O2 до воды с промежуточным образованием исключительно химически активного гидроксил-радикала, более мощного в сравнении с традиционным действием хлора и даже озона. Katalox Light отлично сочетается с любыми другими типами окислителей — атмосферным кислородом, озоном, гипохлоритом натрия, диоксидом хлора. Pyrolox и Birm «не работают» с перекисью водорода (инактивация и разрушение), Katalox Light, напротив, активирует и усиливает окислительное действие перекиси водорода, создавая «комбинацию» для быстрого и мощного разрушения окисляемых примесей.
Катализаторы процесса.
После того, как Вы выбрали фильтр, удовлетворяющий условиям обратной промывки и скорости обработки, следующий шаг – анализ свойств самой воды. Нужно определить содержание кислорода и рН, определиться с предварительной стадией подготовки воды для обеспечения эффективности выбранного фильтра-обезжелезивателя.
Роль рН.
Водородный показатель рН определяет скорость, с которой растворенное железо способно преобразовываться в нерастворимую окисленную форму. Чем выше рН, тем выше скорость окисления и, соответственно, выше скорость удаления железа из воды. Высокий рН – решающий фактор при выборе фильтра-обезжелезивателя, за исключением оборудования, работающего на принципах «ионного обмена». Для применения фильтра-обезжелезивателя рН≥7 обязателен для корректного окисления железа, а рН 8-8,5 делает вероятность успеха обезжелезивания максимальной. Если для обезжелезивания необходимо повышать рН в воду дозируют карбонат натрия (кальцинированную соду) или гидрооксид натрия (каустическую соду). Принудительное дозирование, как метод повышения рН, предпочтительнее пассивного метода растворения карбоната кальция или оксида магния, как наполнителей фильтра-нейтрализатора рН.
Предварительное окисление.
Для работы большинства безреагентных фильтров-обезжелезивателей достаточно содержания в воде небольшого количества кислорода для поддержания каталитической активности фильтрующей загрузки. Стадия предварительного окисления применяется тогда, когда кислорода в воде нет или его содержание в воде слишком низкое. Стадия предварительного окисления включает аэрацию, озонирование, хлорирование, дозирование перекиси водорода.
Дозирование химических реагентов.
Дозирование в трубопровод с водой карбоната натрия или гидроксида натрия для повышения рН, а также 5-10% раствора гипохлорита или 7% раствора перекиси водорода для окисления и дезинфекции воды – стандартная практика. При одновременном использовании различных химических реагентов важно понимать их совместимость. Для лучшего результата важно следовать рекомендациям по объему дозирования и конструктивным особенностям систем дозирования.
Аэрация.
Подачу атмосферного кислорода в воду при напорной аэрации осуществляют активно – с помощью безмаслянного компрессора или пассивно – с помощью инжектора (системы Вентури). Инжектор требует точности настройки (скорость потока, перепад давления), инсталлируется в линию со стабильной скоростью потока (между насосом и гидроаккумулятором) и требует планового обслуживания (зарастает окисленным железом, на что указывает рост дифференциала давления). Компрессор позволяет подавать в воду большие объемы воздуха. В напорном варианте аэрации применяют контактную емкость для экспозиции и статический миксер для улучшенного массопереноса.
Озон.
Озон — мощный окислитель, способный эффективно окислять очень большие концентрации железа. В напорном варианте озонирования применяют пассивный инжектор Mazzei и ультрафиолетовый озонатор VIQUA S2Q или S8Q в контуре рециркуляции с контактной емкостью, клапаном-воздухоотделителем и циркуляционным насосом повышения давления, в безнапорном варианте – воздушный низконапорный компрессор с ультрафиолетовым озонатором, силиконовые трубки и камень-распылитель, установленные в атмосферной контактной емкости. Для озонирования или хлорирования важно понимать все тонкости организации процесса.
Перекись водорода.
Перекись водорода – один из самых сильных окислителей в природе. Окислительный потенциал перекиси водорода в 28 раз выше чем у хлора. В отличии от хлор-реагентов перекись водорода содержит только атомы водорода и кислорода, расщепляясь на воду и активный атом кислорода. Предварительная стадия окисления перекисью водорода состоит из дозирующего насоса, резервуара для хранения водного раствора пероксида и статического миксера для интенсификации массопереноса. Фильтр — обезжелезиватель с противоточным способом промывки должен содержать загрузку, совместимую с перекисью водорода. Pyrolox или Birm не подходят. Для окисления железа, сероводорода, марганца и инактивации железо-бактерий применяют 7% водный раствор перекиси водорода, безопасный в бытовом варианте использования. В качестве фильтрующей среды — Katalox Light или специальные каталитические активированные угли (Centaur, GAC PLUS, CX-MCA).
