Як видалити залізо із води. Огляд доступних технологій.
Вода – універсальний розчинник, що легко розчиняє залізо з гірських порід і мінералів зі складу земної кори. Загальний вміст заліза у земній корі оцінюється приблизно на рівні 5%. Ці два моменти (розчинник та розчинність) пояснюють «популярність» домішки заліза у підземній воді. Допустимий рівень вмісту загального заліза у водопровідній воді – 0,2 мг/л.
Початок.
Початок – це детальний лабораторний аналіз. Ви робите аналіз у незалежній лабораторії без залучення організації, зацікавленої у продажу Вам обладнання. Просто робите точний аналіз води. Вкрай важливим є не тільки вміст заліза у Вашій воді, а й наявність “конкуруючих” домішок. Оцінка “конкуруючих” домішок – єдиний спосіб вибрати технологію та обладнання, здатні ГАРАНТОВАНО І ДОВГОТРИВАЛО ВИРІШИТИ проблему надлишку заліза у Вашій воді.
P.S. Сірководень та марганець – супутні домішки, видалення яких базується на основі загального технологічного рішення, що забезпечує видалення заліза.
Системи видалення заліза із води.
Багато років багато компаній спрямовано вдосконалюють численні методи, технологічні схеми та обладнання для видалення із води заліза. Нижче – короткий огляд найпопулярніших систем видалення заліза у побутовій водопідготовці з оцінкою основних переваг та недоліків. Однак, у будь-якому випадку: початок – це докладний аналіз води, високий вміст заліза – завжди індивідуальний підхід до вирішення проблеми, жодна з наведених нижче систем знезалізнення не претендує на назву «універсальної».
Спеціальні іонообмінні пом’якшувачі.
Якщо вміст загального заліза у Вашій воді становить від 0,3 до 6 мг/л, жорсткість води вище середньої, вода містить супутні домішки амонію і марганцю, не містить сірководень, система знезалізнення води на основі спеціального “іонного обміну” з регенерацією розчином хлориду натрію виявиться ефективним та економічним способом. Смоли в натрієвій формі, захищені шарами поглинача органіки і поглинача окисленого заліза, в першу чергу видаляють залізо з води перед видаленням солей жорсткості – кальцію і магнію. Однак, існує, як мінімум, два обмеження:
– наявність залізобактерій і сіркобактерій у воді не прийнятна (термін служби смоли буде коротким, смола буде схильна до швидкого і незворотного біообростання);
– прийнятний рН в діапазоні від кислого до нейтрального (рН ≤7,3).
P.S. Присутність у воді залізобактерій та сіркобактерій найчастіше виявляється при рН >7,4.
Якщо вміст заліза у воді перевищує 3 мг/л 1-й цикл регенерації (зворотне промивання) повинен бути здатним вимити все окислене залізо. Незважаючи на те, що застосування спеціального іонообмінного пом’якшувача при концентрації заліза більше 5 мг/л не рекомендується, його застосування при великих концентраціях зберігає прийнятну ефективність при рН ≤7.
Окислення заліза та фільтрація.
Якщо вода містить залізо в кількості більше 3 мг/л, швидше за все, Вам знадобиться більш агресивна технологія видалення заліза та його супутників – технологія окислення та фільтрації. Як окислювач може застосовуватися атмосферний кисень (аерація), хлор (гіпохлорит натрію), перекис водню, перманганат калію, діоксид хлору або озон. Кожен із цих окислювачів перетворює розчинене залізо на окислену тривалентну форму заліза, яке втрачає розчинність і легко вловлюється фільтром. За винятком атмосферного кисню, всі перераховані хімічні окислювачі вимагають застосування дозуючого обладнання.
Системи знезалізнення на основі дозування хлору.
Хлор – потужний дезінфектор, але відносно слабкий окислювач. Останнє положення визначає наявність у системі водопідготовки часу контакту або простіше – наявності контактної ємності, що забезпечує мінімально прийнятний час контакту 20 хвилин до надходження води у фільтр. Хлор окислює залізо, окислене залізо видаляє осадовий фільтр, залишки хлору та хлорпохідні видаляє фільтр з гранульованим активованим вугіллям, розмір якого також забезпечує достатній час контакту (контакт води з GAC – від 5 до 10 хвилин) для вилучення з води хлору та хлорованих вуглеводнів. Простий розрахунок типорозміру фільтра з GAC для видалення хлору здійснюється на основі правила: 1 кубічний фут GAC (28,3л) підтримує швидкість потоку 15 л/хв.
Хлор – “повільний” окислювач. Ще один неприємний недолік дозування рідкого хлору (гіпохлориту натрію) – здатність кристалізуватись у точці подачі. Загалом, якщо вміст у воді заліза не більше 8 мг/л, інжекція хлору буде економічним методом окислення заліза та дезінфекції води.
Системи знезалізнення на основі аерації води.
Кисень О2 – компонент атмосферного повітря. Кисень – відмінний окислювач для заліза, а за певних умов, також для марганцю і сірки. На сьогоднішній день системи знезалізнення на основі попередньої аерації води залишаються найпопулярнішими у світі. У складі фільтрів застосовуються спеціальні каталітичні середовища – Birm, Katalox Light, Filox, Terramix, Greensand Plus, CGAC, сорбенти АС та МС. Установки на основі попередньої аерації продають під загальною назвою «зелених технологій» безреагентного видалення заліза (тобто технологій, які не задіюють будь-які штучні окислювачі – застосовується лише атмосферний кисень). Однак, ця технологія не може розглядатися як найкраще та надійне рішення, що має довгострокову перспективу, якщо вихідна концентрація заліза у Вашій воді не перевищує 6 мг/л (!). Популярні бюджетні рішення 2 в 1 (аерація та фільтрація в одному балоні) не повинні застосовуватися в умовах вмісту заліза у воді понад 2 мг/л (!). Для бюджетного рішення 2 в 1 Ви гарантовано повинні навчитися професійному сервісному обслуговуванню клапана управління – як мінімум, очищати інжектор та проточні канали клапана управління 1 раз на 3-6 місяців. Це трудомістко та проблематично.
Системи попередньої аерації на основі контактної ємності та компресора, незважаючи на прийнятну ефективність у завданнях видалення заліза та сірководню, у свою чергу представляють комплект розрізненого обладнання, що потребує постійної уваги з боку споживача та великої кількості послуг з боку компанії-інсталятора. Найчастіше ні інсталятор, ні споживач не в змозі забезпечити прийнятний рівень обслуговування та експлуатаційний контроль.
У чому проблема функціонування таких систем? Щоб видалити залізо з води, його потрібно окислити на 100%. У системах аерації залізо часто окислюється не повністю і утворює велику кількість шламу, що накопичується в проточних каналах, у верхній частині корпусу фільтра і в середовищі, що фільтрує. Регенерації протитечією тільки частково уповільнюють цю проблему, але в результаті, коли Ви виявляєте жовті плями на сантехніці і щось намагаєтеся зробити для відновлення працездатності фільтра, стає занадто пізно. Також, наявність в воді залізобактерій неприйнятна і призводить до катастрофічних наслідків. Кисень – потужний “стероїд” для розмноження залізобактерій та утворення біоплівок з величезною кількістю залізовмісного шламу.
Системи знезалізнення на основі перманганату калію.
У недалекому минулому системи знезалізнення води на основі регенерації перманганатом калію (KMnO4) були найпростішим і найпоширенішим методом очищення води зі свердловини від заліза. Більшість «старих» фільтрів-знезалізнювачів містили Greensand – глауконітовий зелений пісок з активним діоксидом марганцю, що відновлюється перманганатом калію в процесі періодичної регенерації. Ця технологія дозволяла видалити до 10 мг/л заліза та марганцю при рН>7. Однак перманганат калію – дорогий, дефіцитний в Україні та «дуже брудний» окислювач, що фарбує будь-які поверхні, з якими він стикається. Крім дуже проблемного для споживача обслуговування систем знезалізнення на основі перманганату калію регенераційний розчин перманганату калію не сумісний з біосептиком, а порушення технології здатне спричинити підвищення в обробленій воді токсичного марганцю, ГДК якого у воді – 0,05 мг/л.
Системи знезалізнення на основі озону.
Озон (О3) – більш потужний окислювач в порівнянні з хлором, який не бере участь у реакціях заміщення, притаманних хлору. Однак обладнання для отримання озону вимагає високих початкових капіталовкладень і експлуатаційних витрат на електроенергію. Сира вода зі свердловини контактує з озоном на початковому етапі. Озон окислює залізо, сірководень та марганець. Продукти окислення видаляються фільтром з гранульованим активованим вугіллям, що також забезпечує паралельну деструкцію залишкового озону у воді. Озонатори на основі ультрафіолету дозволяють отримати лише невелику кількість озону для окислення відносно низьких рівнів заліза, сірководню і марганцю. Загалом застосування озону – відмінна технологія, але капіталовкладення можуть виявитися в кілька разів вищими в порівнянні з побудовою інших систем знезалізнення, а помилки на етапі проектування можуть створити більше проблем, ніж їх було усунуто (наприклад, утворення органічного вуглецю, що легко засвоюється, з подальшим повторним бактеріальним зараженням обробленої води).
Системи знезалізнення на основі важких завантажень Pyrolox, Filox, Mang-Ox, Catalox.
Усі фільтруючі середовища із закінченням «оx» виготовлені на основі піролюзиту – природної кристалічної бета-модифікації діоксиду марганцю. Діоксид марганцю – потужний каталізатор окиснення розчиненого заліза розчиненим киснем. Окислене залізо фільтрується у шарі завантаження. Це чудова технологія … В ТЕОРІЇ. Всі ці середовища мають насипну вагу близько 2 кг на літр. Насправді це означає, що або недостатньо гідравлічної потужності насоса для розпушування завантаження і видалення гідроксиду заліза при зворотному промиванні, або дебіту свердловини недостатньо, або кількість технологічної води скидається в дренаж при щоденному (!) промиванні просто величезна в порівнянні з реальним обсягом очищення. Щоденне промивання – вимога виробників, спрямована на запобігання швидкій “конгломерації” (цементування) важкого завантаження.
Виняток із правил – Katalox Light, фільтруюче середовище на основі більш агресивного порівняно із звичайним піролюзитом гамма діоксиду марганцю. Katalox Light легший за інші фільтруючі середовища на основі діоксиду марганцю, важить 1,1 кг на 1 літр, містить важкий гамма діоксид марганцю (10 об.%) тільки на поверхні ядра з легкого цеоліту. Katalox Light зберігає працездатність при рН від 6 до 10,5 і видаляє до 15 мг/л заліза за наявності окислювача.
Так, на сьогоднішній день Pyrolox, Filox, Mang-Ox, Catalox застосовуються в багатьох системах знезалізнення по всьому світу з високою ефективністю щодо заліза, марганцю та сірководню. Однак, ми вважаємо, що для побутового сектора застосування ці завантаження надмірно важкі і марнотратні з точки зору підтримки частоти зворотних промивань та об’єму води, що скидається в дренаж.
Системи знезалізнення на основі перекису водню.
Перекис водню – це окислювач «преміум-класу», що має біоцидну дію, меншу залежність від рН і більшу окисну потужність порівняно з киснем, хлором, діоксидом хлору і перманганатом калію. Перекис водню не залишає у фільтрі, трубопроводах та проточних каналах клапана управління залізовмісний шлам та залізовмісні біоплівки. На відміну від хлору, перекис водню не бере участі в реакціях заміщення і не створює побічні хлорорганічні продукти. Дозування Н2О2 здійснюється у трубопровід максимально просто. Дозуючий насос здійснює подачу в трубопровід на вході у фільтр під керуванням імпульсного водолічильника, контролера потоку або реле тиску. Перекис водню окислює залізо, марганець та сірководень практично у будь-яких кількостях, потужно та швидко, часто без застосування контактної ємності. На відміну від хлору, перекис водню не прискорює процес старіння компонентів дозуючого насоса і не кристалізується в точці подачі. Найкращий спосіб дозування – пропорційний (пропорційно швидкості потоку). Система знезалізнення виглядає максимально просто: насос-дозатор, опціонально контактна ємність або міксер, фільтр-знезалізнювач з каталітичним активованим вугіллям CGAC або каталітичним середовищем Katalox Light. Заміна CGAC здійснюється в середньому кожні 4..5 років (точніше необхідність заміни визначається індивідуальною «хімією» води та реальним “профілем” навантаження на систему водопідготовки). Заміна Katalox Light – кожні 7-10 років. Каталітична здатність фільтруючого середовища прискорює процес трансформації H2O2 в Н2О +О з утворенням проміжного гідроксил-радикалу (ОН) – найпотужнішого окислювача в природі після фтору, що має невибіркову окислювальну дію.
Розчин перекису водню справедливо порівнювати з іншим популярним рідким окислювачем – розчином гіпохлориту натрію, що повсюдно використовується в побутовій та промисловій водопідготовці. На відміну від водного розчину гіпохлориту натрію, що продається в будь-якому господарському магазині (звичайна “білизна”) Ви не зможете так само легко, просто і в будь-якому магазині побутових товарів придбати 7% розчин перекису водню. Ціна 7% розчину перекису водню буде в кілька разів більша за ціну розчину гіпохлориту натрію з урахуванням практично аналогічної витрати. Однак, на відміну від хлору перекис водню не створює побічні продукти заміщення, розщеплюється на воду та кисень, діє швидше і потужніше.
