Очистка воды от железа

Железо в воде может существовать в разных состояниях, а именно :

  • Двухвалентное железо — это могут быть любые соединения с участием железа в двухвалентной форме. Например, в открытых источниках это могут быть гуминокислые железистые соединения, органо-минеральные комплексы, сульфат железа FeSO4, сульфид железа FeS, взвесь гидроксида железа Fe(OH)2 . В подземных источниках бикарбонат железа Fe(HCO3)2.
  • Трехвалентное железо — чаще всего это гидроксид железа Fe(OH)3.

Многие соединения двухвалентного железа растворимы в воде. Они не задерживаются механическими фильтрами и не влияют на окраску воды. Часто вода из скважины (скажем глубиной 30 метров) в первый момент после отбора идеально чистая, и не имеет ни каких признаков помутнений, но через время, от нескольких минут до нескольких часов вода мутнеет. Через несколько часов муть оседает, образуя бурый рыхлый осадок. Трехвалентный гидроксид железа, который чаще всего встречается из всех соединений трехвалентного железа нерастворим в воде.

Концентрация железа в грунтовых источниках может лежать в пределах 0,5-50мг/л. Начиная с концентрации 1,0-1,5мг/л, вода имеет неприятный металлический привкус. А когда в воде более 0,3мг/л, то вода оставляет пятна на белье и сантехнике.
СанПин 2.2.4-171-10 регламентирует для питьевой воды содержание железа не более 0,2мг/л.

Методы обезжелезивания воды

Из методов обезжелезивания можно выделить два основных направления:

  • Удаление железа из воды в нерастворенной форме.
  • Удаление железа из воды в растворенной форме.

Удаление железа в нерастворенной форме сводится к механическому фильтрованию воды песчаными засыпными фильтрами, или  другими фильтрами, задерживающими частицы до 1мкм.
Удаление железа в растворенной форме – сложный технологический процесс, который состоит из нескольких стадий и регламентирующийся по-разному для разных видов и концентраций растворенного железа в воде. Однако в любом случае сущность процесса состоит в том, чтобы из растворенной формы перевести железо в нерастворимую с последующей фильтрацией на механических фильтрах.
Существует несколько способов обезжелезивания воды:

  • Безреагентная безнапорная аэрация с последующей фильтрацией.
  • Безреагентная напорная аэрация с последующей фильтрацией.
  • Реагентная безнапорная обработка с последующей фильтрацией.
  • Реагентная напорная обработка с последующей фильтрацией.
  • Фильтрование с применением каталитических загрузок.

Первые два метода применяются при следующих условиях:

  • Содержание железа не более 10мг/л.
  • Ph не менее 6,8.
  • Содержание сероводорода не более 2мг/л.
  • Содержание аммонийных солей не более 1мг/л.
  • Содержание сульфидов не более 0,2 мг/л.
  • Щелочность общая не более 28 ммоль/л.
  • Перманганатная окисляемость не более 3 мгО/л.

Сущность первого метода заключается в том, что вода посредством душирующей установки 1, распыляется в безнапорной емкости и падает сквозь слой воздуха на дно емкости. С нижней части емкости вода засасывается насосом P1 и подается на фильтр механической очистки засыпного типа Ф1. Объем емкости подбирается таким образом, что бы емкость заполнялась не более чем на 30%, а время контакта составляло не менее 30 мин. Часть воды из напорной магистрали фильтра возвращается обратно в емкость через барбатер 2, расположенный в нижней части емкости, он необходим для предотвращения образования толстого слоя осадка гидроксида железа на дне емкости.

Гидроксид железа отфильтровывается из воды на загрузке фильтра Ф1 и периодически удаляется из загрузки путем обратной промывки, осуществляемой автоматическим устройством распределения потоков 3.
Второй метод отличается от первого тем, что воздух вводится в воду посредством эжектора 2. Воздушно водяная смесь подается в контактную емкость  КК1, для обеспечения времени окисления и удаления воздуха из смеси. После удаления воздуха деаэраторным клапаном 1, вода аналогично первому методу подвергается механической фильтрации.

Третий метод – реагентная безнапорная обработка с последующей фильтрацией применяется в случае, если железо в воде содержится в виде сульфата железа FeSO4. В таком случае метод аэрации неприемлем, так как в процессе гидролиза растворенной соли Ph падает менее 6,8 и процесс практически прекращается.  Для удаления сульфата железа применяется известкование воды с последующей фильтрацией продуктов реакции, а именно гидроксида железа и гипса.

FeSO4+Ca(OH)2 = Fe(ON)2+CaSO4

Промышленное обезжелезивание воды: эта методика часто применяется в промышленности при очистке поверхностных вод от железа.
Реагентная напорная обработка применяется  тогда, когда применение безреагентной аэрации невозможно по причинам не допускающим применение безреагентной аэрации. Обработка воды реагентами напоминает второй метод, только вместо воздуха в воду вводится химическое вещество окисляющее соединения железа до трехвалентного гидроксида.

В качестве окислителя, часто используется озон, вырабатываемый специальным генератором озона 4, который вводится эжектором 2 в воду. Далее происходит процесс отделения озона в контактной колонне КК1, клапаном 1 и дальнейшая обработка на механическом фильтре. Так же в качестве окислителя может применятся перманганат калия, гипохлорит натрия, хлор и его производные. Отличие состоит в разных устройствах дозирования и приборах контроля  концентрации реагента в воде.
Последний метод – фильтрование с применением каталитических загрузок принципиально отличается от всех предыдущих методов. Каталитические загрузки, это природные материалы, содержащие диоксид марганца или материалы в которые диоксид марганца введен посредством обработки. К таким загрузкам относится Pyrolox, Aquamandix, «черный песок», сульфоуголь, МЖФ, Birm, Green Sand, MTM.
Механизм действия основан на том, что диоксид марганца способен довольно легко менять валентное состояние. Окисленное на поверхности гранул засыпки и задержанное железо, впоследствии смывается потоком обратной промывки. Прореагировавший материал загрузки либо регенерируется, либо заменяется новым.
Недостатки данного метода:

  • Засыпки неэффективны по отношению к органическому железу.
  • Гранулы блокируются органикой и теряют свои свойства.
  • Часто пределом применения является содержание железа более 15мг/л.
  • Повышенное содержание в воде марганца снижает эффективность обезжелезивания.

Часто применяются смешанные методы включающие в себя, например, напорную аэрацию и фильтрацию на каталитической загрузке. При этом в песчаный фильтр засыпается смесь состоящая из 20% катализатора и 80% песка. Катализатор доокисливает то железо, которое в результате каких либо причин не окислилось в контактной колонне.
В любом случае, как для каталитических загрузок, принимается скорость фильтрации не более 10м/ч, а скорость обратной промывки 25-30 м/ч.

В данной статье мы дали ответы на вопросы: «Как удалить железо из воды». Обезжелезивание воды на даче, в домашних условиях — технология идентичная.