Процес аерації води. Як це працює.

Аерація води – це комбінований процес хімічної та фізичної дії повітря на небажані домішки, розчинені у воді. Розчинені домішки хімічно окислюються, леткі органічні речовини та сірководень фізично «вивітрюються» з води. Для хімічного видалення з води небажані домішки повинні пройти послідовно через  три етапи: окислення, коагуляцію (утворення осаду) і фільтрацію.

Хімічний процес окислення.

Згідно з визначенням WQA (Асоціація Якості Води, США) «окислення – це процес втрати електронів речовиною. Електрони мають відємний заряд тому результат процесу окислення – збільшення позитивної валентності окисленої речовини». Окислення зменшує число електронів в орбіталях хімічного елемента і утворює зв’язок окисленого елементу з киснем, який приймає втрачені електрони.

Розчинене залізо найчастіше присутнє у підземній воді у вигляді гідрокарбонату заліза з хімічною формулою Fe(HCO₃)₂. Залізо в складі цієї сполуки двовалентне (Fe²⁺). В процесі окислення залізо втрачає електрон, набуває валентності III (Fe³⁺) і утворює нову сполуку – гідроксид заліза з хімічною формулою Fe(ОH)₃. Для повного окислення (повноцінної аерації) вміст розчиненого кисню у воді повинен складати не менше 15% від концентрації заліза. Якщо кисню достатньо залізо з киснем утворюють сполуку. Розчинний гідрокарбонат заліза повністю окислюється і утворює нерозчинний гідроксид заліза  Fe(ОH)₃, що випадає в осад з колоїдного стану. Виняток – вода з кислою реакцією (pH<7). Вода з нерозчинним гідроксидом заліза набуває червонуватого кольору і характеризується загальною назвою «червона вода». Якщо окислення відбувається у воді з лужною реакцією (pH˃7) залізо дуже швидко випадає в осад.

Коагуляція (утворення осаду).

Одна з головних вимог для успішної коагуляції полягає в забезпечення достатнього часу контакту кисню і окислюваної речовини. Для видалення заліза найкраще використовувати окрему аераційну (контактну) ємність, що забезпечує час контакту і скидання надлишку повітря. Зазвичай типорозмір корпусу такої ємності може дорівнювати типорозміру корпуса фільтра. У правильно спроектованій аераційній ємності повітряний мішок  повинензаймати від 1/3 до 1/2 висоти корпуса. Вхідний дифузор розпилює воду в повітряному мішку. В залежності від хімічних властивостей води корпуса 1054 цілком достатньо для задачі видалення заліза та сірководню в більшості випадків побутового застосування. Високий вміст сірководню моде потребувати збільшення аераційної ємності.

Фільтрація.

Нерозчинне залізо легко видаляється чисельними фільтрувальними завантаженнями. Деякі задачі потребують пілотних випробування для визначення того, яке з фільтрувальних середовищ буде працювати краще  в конкретно взятих умовах. Правильний вибір типорозміру фільтра дозволить в майбутньому уникнути багатьох неприємностей. Зазвичай можна замінити або додати до вже існуючої системи додатковий модуль, але набагато простіше вирішити задачу з першої спроби.

Швидкість потоку подачі води потрібно виміряти точно, так як для більшості фільтрувальних завантажень швидкість потоку зворотного промивання, як мінімум, вдвічі більша за швидкість фільтрації. Така ситуація можливо буде потребувати встановлення двох фільтрів меншого типорозміру паралельно для того, щоб забезпечити однакову швидкість фільтрації і швидкість зворотного промивання (кожен з паралельних фільтрів промивається послідовно). Паралельно встановлені фільтри можуть мати в вихідних лініях обмежувачі потоку, щоб не допустити форсований потік в момент промивання одного з фільтрів.

Який спосіб аерації води краще вибрати?

Розглянемо три загально відомі методи подачі повітря: інжектором, повітряним компрессором і протиточною вентиляцією під атмосферним тиском (безнапірна аерація).

Інжектор.

Це найпростіший та найдешевший метод подачі повітря в водогінну систему під тиском. Тим не менше цей метод може створити більше проблем ніж вирішити. Інжектор встановлюється в магістральну лінію подачі води (звичайно між насосом і гідроакумулятором). Відповідно  уся вода в будівлі буде мати вміст повітря. Інжектор відбирає повітря з атмосфери тільки тоді, коли досягається висока швидкість потоку. Інжектор різко обмежує переріз магістрального трубопроводу, зменшуючи його до діаметру олівця. Це обмеження створює високий протитиск на насос і зменшує потік води, що необхідний для адекватного зворотного промивання фільтра. Відповідно встановлення інжектора між насосом і гідроакумулятором (найбільш коректний варіант встановлення в лінію зі стабільно високою швидкістю потоку) призводить до аерації усієї води, що надходить в будівлю (відсутність гнучкості і ліній води без повітря). Також таке розміщення інжектора призводить до відкладень і накопичення окисленого заліза в самому інжекторі, в трубопроводах і в мембрані гідроакумулятора. Інша потенційна проблема – поверхневі самовсмоктувальні насоси, які не можуть створити достатню швидкість потоку через інжектор для надходження повітря у воду.

Повітряний компресор.

Простий, ефективний і відносно недорогий метод подачі повітря в водогінну систему під тиском. Повітряні компресори здатні подавати необхідну кількість повітря і не обмежують швидкість потоку води, що є критичним фактором для систем знезалізнення на основі аерації. Компресор не впливає на працездатність фільтра, забезпечує більш високий обсяг подачі повітря у порівнянні з інжектором.Точка подачі повітря зберігає локаційну гнучкість – відсутня необхідності встановлювати точку подачі повітря в трубопровід між насосом і гідроакумулятором.  Точка подачі повітря безпосередньо перед аераційною ємність забезпечує відмінну функціональність. В побутових і комерційних задачах знезалізнення та помякшення інсталятори можуть встановлювати системи помякшення на основі іонного обміну, видялати нерозчинне залізо та солі жорсткості, встановлювати систему ареації і фільтр з активованим вугіллям для видалення сірководню і залишків заліза, які не були видалені помякшувачем.

Безнапіріна протиточна аерація.

Системи безнапірної протиточної аерації видаляють леткі органічні речовини та сірководень в три стадії. На першій стадії вода і повітря змішуються в умовах атмосферного тиску, на другій – леткі речовини залишають воду і переносяться у повітря, на третьому – відбувається повторне підвищення тиску води в атмосферній ємності насосною системою «другого підйому».

Безнапірна аерація – найкраща з доступних технологій видалення летких речовин без застосування активованого вугілля. Фільтрація через активоване вугілля теж забезпечує видалення летких органічних речовини і потребує менших початкових капіталовкладень, але подальше обслуговування (заміна і утилізація завантаження) віддають загальну перевагу безнапіріним аераційним системам. Конструкція безнапірного варіанта аерації – найбільш затратна серед усіх варіантів аераційних систем, однак, цей варіант найбільш ефективний для задач видалення летких органічних речовин, включаючт радон.