Как подобрать оборудование для удаления железа, марганца, сероводорода?

Для того, что бы ответить на этот вопрос нужно так или иначе иметь представление о составе воды. Хорошо если это будет анализ из лаборатории, но если его нет, то наличие железа можно определить по явным визуальным и вкусовым признакам.

Признаки повышенного содержания железа в воде

Мутность — вода бывает мутной от окислившегося железа. Обычно эта мутность довольно стабильна и не осаждается;
Цвет — красноватые, рыжеватые оттенки — признак окисления железа в воде.
Осадок — когда реакция окисления железа завершится — железо выпадет в осадок на дно емкости, вода снова становится прозрачной.
Вкус — вкус железа трудно спутать с чем-то еще. Попробуйте воду и вы поймете есть в ней железо или нет.
Запах — запах железа очень специфичен, часто такой можно уловить вблизи природных источников (родники, бьющие ключи). Аналогичный запах можно почувствовать если подержать в руках железную не окрашенную болванку, покрытую слоем ржавчины.
Рыжие несмываемые следы на сантехнике — самый верный признак необходимости удаления железа из воды. В случае марганца, следы будут багровыми или темно розовыми.

Примерно так выглядит вода с превышением железа на уровне 5-7 мг/л после непродолжительного контакта с кислородом:

Железо как и другие металлы, в том числе марганец в домашней водоподготовке возможно удалить различными методами, например:

Окисление и последующая фильтрация твердых фракций (колонна обезжелезивания)
Окисление и фильтрация пиролюзитом (MnO₂ - засыпки типа Birm, SuperFerox)
Ионный обмен (умягчение)
Обратный осмос

Выбор метода обезжелезивания зависит от множества факторов, таких, например как:

требуемый объем чистой воды в час и в сутки,
содержание железа, марганца, сероводорода в исходной воде
pH (водородный показатель)
перманганатная окисляемость (ПМО)
другие сопутствующие загрязнения воды

Железо успешно удаляется при pH ниже 6. Марганец удаляется при pH не менее 7.5, лучше 8-8.5 для его окисления.

Так же немаловажный фактор в процессе выбора метода очисти, это экономическая целесообразность и последующие затраты на эксплуатацию, что еще важно квалификация необходимая для обслуживания системы в дальнейшем.

Окисление и последующая фильтрация железа

Основная задача в этом методе это перевести железо из растворенного (двухвалентного Fe(OH)₂) состояния в «твердое» нерастворенное трехвалентное Fe(OH)₃ за счет присоединения к молекуле железа еще одного иона OH. В этом случае железо, а так же многие другие вещества (марганец, сероводород, органика) не может больше оставаться в растворенном виде и образует относительно крупные образования молекул — коллоиды и более крупные частицы, которые могут быть удалены механически — отфильтрованы.
Поскольку в глубинных скважинах кислорода в воде практически нет, то вода, содержащая большую концентрацию растворенных металлов выходит на поверхность абсолютно прозрачная и после контакта с воздухом мутнеет, либо окрашивается в оттенки рыжего через некоторое время (от получаса до суток). А еще через какое-то время (1-3 суток) может снова стать прозрачной и безвкусной, на дне образуется осадок.
Вот так может выглядеть вода исходная и через несколько часов после отстаивания, явный признак высокого содержания двух-валентного железа, которое окислилось за это время:

Методы окисления растворенного железа в быту

Открытая емкость — суть метода в том, что бы через распылитель разбрызгивать воду по стенкам емкости, для того что бы она максимально насытилась кислородом и отстоялась в емкости для окисления в ней металлов и выхода из воды содержащихся в ней газов, например сероводорода или радона. Часто такой метод можно встретить в старых СНТ, когда большую емкость ставили на подпорках и в ней накапливалась и отстаивалась вода. Недостаток такого метода, в том что требуется очень большая емкость и длительное время контакта с окружающим воздухом, ещё лучше если вода в ёмкости будет еще периодически перемешиваться.
Напорная аэрация — наиболее распространенный в настоящий момент метод. В этом случае не требуется большой емкости, в большинстве случаев хватит баллона размера 1044. При таком методе, на баллон устанавливается специальный оголовок к которому подключается безмасляный компрессор, что бы частички масла не попадали и не загрязняли исходную воду. Суть в том, что бы под давлением на входе, максимально насытить воду поступающим воздухом - для этого в оголовке предусмотрен специальный рассекатель на который и подается воздух с компрессора, после чего вода поступает внутрь баллона и методом душевания сбрасывается с верхней точки. Уровень воды в колонне регулируется специальным поплавком, так, что на расстоянии 20-30 см от верхней точки всегда присутствует обновляемый воздушный пузырь. Излишки воздуха отводятся в специальный дренажный шланг. Основной недостаток такого метода, это шум от компрессора, т.е потребуется изолированное помещение для его установки.
Дозация гипохлорита — гипохлорит NaClO — активное вещество, охотно отдающее кислород для окисления всего, что может быть окислено. Рабочий раствор подается в водопровод с помощью насоса-дозации. Далее возможно наличие контактной (пустой) емкости, в которой жидкость задерживается для продления реакции окисления. В любом случае затем вода подается на фильтр (обезжелезиватель).
Озонирование воды — озон очень активный окислитель. Он производится генератором озона и подается в водопровод. Реакции окисления с озоном происходят быстрее, но стоимость оборудования делает не актуальной установку такого оборудования для бытовой водоочистки.

Вне зависимости от того каким именно методом были окислены металлы и сероводород, растворенные в воде, следующей ступенью водоочистки идет фильтрация. Отфильтровать частицы можно и с помощью очень мелкой сетки (мембраны) и с помощью нетканых полипропиленовых картриджей. Но эти методы не эффективны, потому что частицы окисленных металлов слишком малы — 0,5 мкм, в том время, как сетка самого мелкого полипропиленового фильтра имеет ячейку 1 мкм.

В современной бытовой водоочистке фильтрация происходит с помощью напольных засыпных фильтров колонного типа с механизмом промывки загрузки (клапаном), установленном сверху на баллоне.

Колонна может быть разных типоразмеров, подробнее о том, что означает нумерация в названии колонн, можно прочитать в статье: объем загрузки колонн с указанием кол-ва засыпки

Схематически это выглядит так:

Сверху на фильтре устанавливают клапан управления (1). Клапан управления представляет собой систему каналов, по которым движется вода, запорный механизм, направляющий воду по нужному на данном этапе цикла каналу и блок управления с электроприводом для автоматического клапана, либо ручку для ручного переключения режимов для ручного клапана управления.

Загрузкой (4) называют все зернистые компоненты, которые засыпаются в колонну фильтра. Загрузка имеет свой срок службы, который может быть от 3-х до 10 и более лет в зависимости от исходной воды.

Механизм промывки может быть автоматическим, либо ручным. Загрузка (кварцевый песок, сорбент АС+МС, различные гранулы) промывается периодически, раз в несколько дней. На промывку загрузки в среднем уходит 200-300 л воды (для бытовой системы на дом). Все стоки с обезжелезивателя вне зависимости от метода окисления воды могут быть направлены в септик или станцию биологической очистки. Это совершенно безопасно для септиков и станций, в отличие от колонн умягчения в которых вода сильно засоленная.

Фильтрация воды в колонных фильтрах обезжелезивания происходит при прохождении воды сквозь загрузку сверху вниз. Основные загрязнения (крупные частицы) осаждаются на поверхности фильтрующего слоя, более мелкие фракции, в том числе коллоиды сорбируются в средних и нижних слоях. Кроме того многие загрузки обладают каталитическими свойствами, то есть ускоряют и усиливают реакцию окисления и выпадения в осадок загрязнений воды, в таком случае все, что было выделено из раствора в твердую фракцию задерживается в толще загрузки. Есть еще более продвинутые загрузки, обладающие автокаталитическими свойствами, т.е. они самостоятельно без участия внешнего окислителя удаляют растворенные вещества, но тут конечно есть нюансы, при определенных условиях (нарушение условий эксплуатации по нормативным параметрам воды), такие загрузки могут выделить в исходную воду не менее опасные вещества, например повысить содержание марганца.

Окисление и фильтрация железа пиролюзитом (MnO2)

Метод прекрасно подходит для удаления небольшого количества двухвалентного железа Fe(OH)₂ в простых условиях и для небольшого расхода воды. Высокий pH, отсутствие органики и сероводорода в воде — обязательные условия. Суть метода в том, что железо окисляется с помощью компонента загрузки фильтра без аэрации, без дозации, без озона, без реагентов — только обезжелезиватель с загрузкой: сорбент + пиролюзит.

Пиролюзит — это природный минерал. Диоксид марганца. Его применяют для производства батареек. Из него делают марганцовку (KMnO₄) и вообще он довольно широко применяется в химической промышленности. В водоподготовке пиролюзит MnO₂ используется, как каталитический материал удаления железа, марганца, органический соединений, сероводорода, потому что пиролюзит является неплохим окислителем.

Пиролюзит в водоподготовке — материал уникальный. Почти все каталитические материалы сделаны с использованием пиролюзита:

BIRM — это легкий сложнопористый алюмосиликат с нанесением пиролюзита в качестве наружного каталитического слоя. На практике живет не долго и боится органики.

Greensand Plus — кварцевый песок с нанесением пиролюзита на поверхность крупиц. Работает только при постоянной дозации гипохлорита или промывке марганцовкой.

МЖФ, МСК, Pyrolox, Ferolox и множество других материалов — все это сделано с применением пиролюзита.

Пиролюзит — это минерал, содержащий 75-95% MnO₂, он поставляется гранулированным, подходящей фракции. Дешевый, но очень тяжелый. Для его промывки требуется быстрый поток воды. Чем больше диаметр колонны, тем больше требуется давление в системе для создания потока нужной скорости для ожижения загрузки

Условия использования ПИРОЛЮЗИТА в качестве окислителя железа:

Железо Fe(OH)₂ <3мг/л
Марганец Mn₂+ <0,2мг/л
pH >6,8
Перманганатная окисляемость <2
Сероводород < 0,005

Фильтрация железа методом ионного обмена

Для удаления различных примесей из воды, в том числе растворенных металлов и органических соединений уже более 50 лет используют ионообменные смолы — катиониты и аниониты в различных комбинациях, требующие регенерации поваренной солью NaCl в таблетках.

Процесс удаления солей и металлов на ионообменных смолах называется умягчением. Изначально этот метод применялся и сейчас применяется в основном для удаления солей жесткости (соли кальция, магния). Однако, сейчас есть большой выбор ионообменных смол и для удаления железа, а так же органики.

Что же представляет из себя смола? Это синтетические шарики, изготовленные из полимерных материалов. Они очень мелкие, их много, они похожи на мелкую икру рыбы:

Суть процесса умягчения принципиально отличается от обезжелезивания. Смолы не окисляют и не переводят растворенные вещества в твердую форму для последующего фильтрования, а замещают («впитывают») растворенные вещества в воде на катионы натрия, который не придает воде такого свойства, как жесткость. Общая солевая насыщенность воды при этом остается неизменной или даже возрастает. Это зависит от типа растворенных веществ, которые забирает смола.

Исходя из вышесказанного возникает важный параметр ионообменных смол — ионообменная емкость смолы. Емкость смолы подобна емкости электрической батарейки. Есть запас натрия, который в процессе ионного обмена постепенно расходуется, тем самым снижается способность смолы забирать из воды растворенные вещества. Когда заканчивается натрий — заканчивается и очистка — вода проходит через толщу смолы не изменяя своих свойств.

Такие мультикомпонентные загрузки, как Экотар, Экомикс, FeroSoft, АПТ-2, Ionofer c различными индексами А, В, С и т.д. предназначены для удаления ионным путем растворенных солей, металлов, органических соединений, а также широкого спектра других веществ: тяжелые металлы, ионы аммония, железоорганические соединения, фосфор, кальций, кремний и многие другие.

Важный момент в использовании умягчителя: вода в умягчитель должна прийти прозрачной, как слеза - залогом ее долгой работы будет своевременная регенерация и чистая вода на входе — без взвешенных частиц.

Удаление железа методом обратно осмотической фильтрации

Системы обратного осмоса — это принципиально иной метод очистки воды. Здесь мы имеем дело с фильтрованием воды сквозь мембрану. Грубо говоря это сетка, через которую проходят молекулы воды, но не проходят молекулы солей жесткости и растворенных металлов. При этом задержанные молекулы не образуют осадка на поверхности мембраны, а сразу же сливаются в дренаж (канализацию). В процессе фильтрации в обратном осмосе вода разделяется на два потока — пермеат (очищенная)
и концентрат (грязная вода). В среднем на 1 куб.м. очищенной воды мы получаем полтора куба концентрата, который надо куда-то сливать.

Системы обратного осмоса эффективны при удалении растворенных металлов и солей жесткости. Они не замещают одни вещества другими, как ионообменные смолы, а реально очищают воду от примесей, в этом огромное преимущество обратного осмоса. Но это, пожалуй, самый дорогой процесс очистки воды и по причинам целесообразности его реже всего используют для удаления растворенного железа и марганца.

Однако, при высоких содержаниях растворенного двухвалентного Fe2+ железа и низком pH<7 осмос может быть весьма эффективен для удаления 20 и выше мг, потому что молекулы железа гораздо крупнее пор мембраны — их легко фильтровать.

Резюмируя вышесказанное

Если требуется очистка воды от железа в частном доме с небольшим водозабором, с достаточно стандартными условиями эксплуатации: 4-5 человек, парой-тройкой точек водозабора, есть отдельное изолированное место под установку оборудования, то рекомендации могут быть следующие:

Если железа 2-2.5 мг — автокаталитические загрузки очень хорошо себя показывают

Если железа 2-7 мг — напорная аэрация

Если железа 7-12 мг — дозация или открытая аэрация

Если железа больше 12 мг — открытая аэрация, либо открытая емкость + дозация

Окисление воздухом разумно применять, когда железа больше 2 мг/литр и до бесконечности, либо pH низковат для автокаталитической загрузки, либо ПМО средняя 2-6. Количество сероводорода при использовании аэрации не так важно— будет удаляться полностью в 90% случаев.

Всю информацию тут не следует воспринимать как истину, всегда лучше основываться на полном анализе воды сделанном в проверенной лаборатории. И основываясь на количественных данных результата анализа, принимать решение о покупке оборудования — не имея точных данных, очень легко купить, что то не то и получить результат, который может вас не устроить. Конечно всегда можно, всё исправить и доставить какие то компоненты очистки, заменить неверно выбранную засыпку, но это так же дополнительные затраты и ваше время.

Ознакомиться с готовыми комплектами для системы водоочистки в частном и загородном доме, можно в нашем каталоге с доставкой по всей России с использованием сервисов наших партнеров, компаний cdek | boxberry

Всегда можете связаться с нами, любым удобным способом и мы поможем
с разбором анализа воды или просто проконсультируем по вопросам подбора оборудования для водоочистки.
Для заказа и уточнения вопросов позвоните по номеру +7 901 715 77 32
или свяжитесь в TELEGRAM / WHATSAPP