Обезжелезивание воды из скважины: выбираем фильтр

Автономная система водоснабжения дома из скважины или колодца – чрезвычайно удобна. Хозяева жилья полностью независимы от поставщиков этого жизненно важного ресурса, им не приходится платить за потреблённую воду. Правда, это накладывает и дополнительные обязанности. В частности – очистка воды и ее доведение до состояния, пригодного к употреблению, также полностью ложится на самих владельцев источника.

Многие, кстати, представляют, что вода из скважины или колодца – обязательно «кристально чистая», и не нуждается в каких-то подготовительных мероприятиях. Это – глубокое заблуждение! На деле, в зависимости от особенностей местности и самого источника, вода может быть очень далека от идеала. И главная проблема — это даже не взвешенные в ней нерастворимые частицы, они-то, как раз, проще всего удаляются обычным фильтрованием. Сложнее бороться с растворенными в воде химическими соединениями минеральной или органической природы, которые при высокой концентрации делают воду малопригодной, а порой – даже чрезвычайно опасной для употребления в не подготовленном виде.

Одной из распространенных проблем является высокое содержание железа. В этой статье как раз и разберемся, как производится обезжелезивание воды из скважины.

Железо в воде — насколько это серьезно?

Какое железо может присутствовать в воде из скважины?

Многие наверняка сталкивались с водой, явно отдающей ржавчиной и по своему цвету, и по вкусу. Нередко это воспринимается как последствия прохождения через старую, покрытую коррозией систему водопроводных труб. Да, случается и так, но это больше свойственно ситемам центрального водоснабжения. А вот если вода поступает непосредственно из скважины, и проходит при этом через ограниченный по длине участок трубопровода, да еще и выполненный или полимерных труб? На что грешить в таком случае?

Оказывается, повышенное содержание железа в воде из грунтовых водоносных слоев – довольно распространенное явление, обусловленное целым рядом естественных причин. А концентрация этого химического элемента в различных формах зависит от множества факторов как природного, так и техногенного свойства, и даже бывает нестабильной в течение года. На это оказывают влияние постоянно протекающие в породах грунта химические реакции – минералы с содержанием железа подвергаются растворению и разложению. За многие века человеческой деятельности земля на многих участках буквально «нафарширована» металлом, который, постепенно разлагаясь, растворяется и переносится подземными водоносными горизонтами. Добавьте сюда еще и характерные для нашего времени промышленные выбросы, далеко не всегда чистые атмосферные осадки, и многое другое.

Иногда слышны возражения – ну и что, что в воде содержится железо, оно, мол, даже полезно для организма человека… Да, полезно, но в разумных пределах, и, как правило, потребность в этом элементе полностью удовлетворяется продуктами питания. А вот избыточное его количество – ничего, кроме неприятностей, в жизнь человека не привносит.

Цены на фильтр для воды Honeywell

Санитарные правила и нормы устанавливают предельно допустимую концентрацию железа в воде (во всех его химических проявлениях) – не более 0,3 мг на литр. А как бывает на практике?

Картина, увы, безрадостная. Исследования показывают, что даже в сравнительно «чистых» по экологическим понятиям регионах Европейской части Российской Федерации встретить водоносные горизонты, в полной мере соответствующие санитарным нормам – очень непросто. Как правило, повсеместно наблюдается превышение – концентрация достигает 1÷2 мг/л. И это еще не самые худшие показатели – в некоторых регионах содержание зашкаливает за 3 и даже 5 мг/л! Более, чем в десять раз выше допустимого!

А между тем уже при концентрации 0,5 мг/л вода начинает явственно отдавать неопрятным ржавым привкусом. Дальше – больше: вода становится совершенно непригодная для питья, появляется запах, характерный «рыжий» оттенок, ржавые следы остаются на посуде, на сантехнике, на одежде и белье после проведения стирки.

И это еще, так сказать, очевидные причины необходимости очистки воды от железа. Намного опаснее скрытые – влияние повышенной концентрации этого элемента на здоровье человека. Здесь уже недалеко до расстройств, отравлений или даже до появления более тяжёлых хронических системных заболеваний.

Теперь давайте разберемся, в каком же виде железо может содержаться в воде из скважины или колодца:

• Чаще всего встречается полностью растворенное в воде свободное двухвалентное железо (Fe⁺²). Надо сказать, что оно практически незаметно глазу (вода мало теряет в своей прозрачности), чего не скажешь о запахе и вкусе. Но, пробыв на свету какое-то время, вода приобретает характерный для окисла железа оттенок, доходя постепенно бурого цвета, и этот осадок остается и на стенках сосуда.

Такая форма содержания железа в воде не поддается никакой механической фильтрации. Но, как видно, и сама не обладает устойчивостью – подвергается быстрому окислению при взаимодействии с кислородом.

• Трёхвалентное железо (Fe⁺³) – это уже нерастворимая форма, которая присутствует в воде в виде мелкодисперсной взвеси. Как раз она-то чаще всего и придает жидкости характерный рыжеватый цвет, оставляет налет на стенках сосудов. Форма стабильная, и является одним из продуктов взаимодействия двухвалентного железа с кислородом.

Из-за внешнего сходства взвесь трехвалентного железа зачастую принимают за попавшие в воду глиняные загрязнения. Правда, по мере осаждения на дно разница становится заметной – железистую природу осадка выдает образование характерных темно-бурых хлопьев.

Удаляется такая форма из воды длительным отстаиванием и фильтрацией, так как является нерастворимым веществом.

•  Еще один продукт окисления свободного железа – это его гидроокись (Fe(OH)₃). Это тоже твердое вещество, и проявляет себя плотным ржавым осадком.

• В воде может содержаться немало солей железа с разными основаниями. Так, в зависимости от источника, могут присутствовать бикарбонат или карбонат железа (Fe(HCO₃)₂ или FeCO₃), сульфат или сульфид железа (FeSO₄ или FeS). Вычслить их присутствие, и тем более – концентрацию визуально или полагаясь только на органы чувств – невозможно, то есть никак не обойтись без проведения лабораторного анализа взятой из источника пробы воды.
• Немало проблем может доставить коллоидное органическое железо, находящееся во взвешенном состоянии. Проблема в том, что такая форма практически не поддается отстаиванию, сколь бы долго оно не длилось.
• Еще одна форма – это бактериальное железо. По сути, она представляет собой колонии особых бактерий, которые для своего развития и размножения используют энергию преобразования растворенного двухвалентного железа в твёрдые формы. Или же это продукты жизнедеятельности подобных колоний.

Для такой формы железа характерны слизистые отложения с вязкой структурой, а также довольно потная радужная пленка на поверхности воды. Не исключен и довольно неприятный запах, делающий неподготовленную воду полностью непригодной для пищевого применения.

Чем опасна высокая концентрация железа в воде?

А теперь — несколько слов о том, почему же проблема обезжелезивания должна решаться в обязательном порядке. То есть предупреждение о возможных последствиях использования воды с превышенным содержанием железа.

• На первое место необходимо поставить наносимый вред здоровью людей. Полезный, так сказать, в гомеопатических дозах, этот химический элемент при большой концентрации напрямую приводит к разбалансированию обменных процессов в организме человека. А по уровню токсичности железо занимает пятое место после таких элементов, как ртуть, свинец, мышьяк и кадмий.

Неусвоенное железо имеет свойство накапливаться в организме, что влечет нарушение нормального функционирования основных, жизненно важных систем. В первую очередь страдают печень, почки, эндокринный аппарат. От этого вскорости негативно изменяется состав крови, нарастает уязвимость человека к аллергическим реакциям на, казалось бы, безобидные для него ранее раздражители. Железистые бактерии способны нарушить нормальную микрофлору желудочно-кишечного тракта, вызвать стойкие расстройства системы пищеварения или даже привести к острым отравлениям. Одним словом – дело нешуточное!

• Вода с превышенным содержанием железа банально неприятна для питья, резко снижается качество приготовленной с ее использованием пищи.
• Немаловажной является и эстетическая составляющая вопроса – такой водой даже руки помыть не особо приятно. Не говоря уже о более масштабных водных процедурах и стирке, качество которой всегда будет под вопросом. Кроме того, кому понравятся вечные желтые разводы на стенках ванны, в раковине, в унитазе и т.п.?
• Вода с большой концентрацией взвешенных частиц обладает выраженным абразивным действием – быстро приводит в негодность уплотнители на сантехнических приборах и в бытовой технике. Кроме того, нерастворимые осадки и слизь частенько становится причиной сужения или даже полных засоров труб, особенно на фитингах, отводах, кранах и другой сантехнической арматуре. В результате снижается напор, некорректно работает подключённая к водопроводу бытовая техника.

Одним словом – очистка воды от железа является обязательной процедурой для тех, кто заботится о своем здоровье и комфорте проживания в доме. И не стоит полагаться только на внешнюю оценку воды — мол, вроде бы по ощущениям чистая, и можно обойтись без обезжелезивания. Впечатления бывают весьма обманчивыми, может иметь особенности и острота восприятия внешних признаков конкретным человеком. Как мы видели, отдельные формы железа в воде на первых порах частенько являются практически незаметными. А содержание некоторых солей — и вовсе ничем внешне не выдается. Вопрос о чистоте воды должен решаться исключительно на основании лабораторного анализа. И только на основе сделанного профессионального заключения можно принимать решение о необходимости очистки от железа или об отсутствии таковой.

Кстати, некоторые полагают, что все можно решить банальным отстаиванием, механической фильтрацией и последующим кипячением воды. Не обольщайтесь – этого обычно явно недостаточно. Процесс освобождения воды от железа – довольно сложная процедура, в которой могут применяться несколько различных технологий. И, кстати, ни одну из них нельзя назвать абсолютно универсальной и безупречной.

Технологии обезжелезивания воды

Итак, в зависимости от преобладающей формы содержащегося в воде железа применяется та или иная технология его удаления. А если точнее, то в большинстве случаев применяются комплексные установки, сочетающие в своей работе несколько методов обезжелезивания.

Технология аэрации воды

Эта технология в основном направлена на очистку воды от растворенного в ней двухвалентного железа – самого распространенного «бича» автономных источников. А в ее основу положено уже упомянутое выше в статье свойство этой формы железа активно окисляться при контакте с кислородом, с переходом в нерастворимую трёхвалентную.

Понятно, что чем больше будет, так сказать, площадь контакта воды с воздухом, тем активнее и быстрее станет идти процесс перехода железа из растворенной формы в твердую фракцию, которую впоследствии можно отделить обычной механической фильтрацией.

Решается эта проблема несколькими методами.

• Простейший способ – это отстаивание воды в открытых и желательно — максимально больших по площади зеркала резервуарах. Наверное, понятно, что быстрых результатов подобным методом достичь невозможно – слишком уж ограничена площадь контакта. Но зато такой подход практически не требует никаких дополненных затрат. Достаточно установить большую ёмкость, скажем, на чердаке, чтобы вода самотеком после отстаивания и фильтрации попадала на точки потребления. Правда,  качество такого обезжелезивания, признаемся, не самое высокое. Хотя в качестве первой ступени очистки отстаивание воды применяют даже в промышленных масштабах.

• Для повышения объемов контакта воды с кислородом воздуха активно применяется принудительная аэрация. Она также может выполняться по-разному.

— Например, вода может подаваться в емкость для отстаивания с разбрызгиванием. Простейший пример – это сознание многочисленных струй особыми головками, наподобие обычного душа. Во встречном направлении подаётся поток воздуха. Чем мельче разбрызгивание воды (а некоторые насадки способны довести ее до состояния «водяной пыли»), тем активнее процесс окисления, и тем быстрее выполняется очистка необходимого объема.

— Другой вариант – так называемая барботация, когда компрессор под давлением прокачивает воздух через ёмкость с водой.

Многие выпускаемые аэрационные установки (их обычно называют колоннами) совмещают оба принципа принудительного контакта воды с воздухом. То есть вода подаётся через разбрызгивающую головку, а снизу компрессор нагнетает воздух, пузырьками поднимающийс вверх и затем отводимый через специальный клапан. После аэрационной обработки вода перекачивается далше на очередные модули очистки и фильтрации. Пример показан на схеме ниже:

— Отличные результаты дает и использование эжекторного узла. Сам по себе эжектор – это устройство, в котором происходит перемешивания жидкости и воздуха до практически дисперсного состояния. То есть тем самым достигается, пожалуй, максимальный контакт воды и кислорода, необходимый для быстрого и полноценного окисления свободного растворенного железа.

На схеме показано устройство эжектора. Стрелка 1 – это подача воды насосом из скважины. Стрелка 2 – подаваемый компрессором воздух. За счет особой формы сопел в смесительном узле происходит образование водо-воздушной дисперсии, которая перекачивается дальше для последующей сепарации воздуха и очистки воды.

На схеме ниже показан вариант установки для очистки воды с использованием эжектора:

На схеме цифрами и стрелками обозначены:

1 — труба, по которой вода подается на очистку от скважины.

2 — магистраль подачи воздуха компрессором, оснащенная воздушным фильтром.

3 — эжекторный узел, обеспечивающий создание водо-воздушной дисперсии.

4 — сепараторный участок – за счет резкого увеличения сечения трубы скорость потока замедляется, что обеспечивает отделение воздушный пузырьков.

5 — автоматический воздушный клапан, обеспечивающий отвод отделенного воздуха.

6 — модуль последующей очистки воды, механической, каталитической, безреагентной и т.п. — один или несколько, в зависимости от необходимой оснащенности системы по результатам лабораторного анализа воды.

7 — резервуар для накопления прошедшей очистку воды.

8 — подача воды из накопительного гидранта к точкам потребления.

Аэрация показывает весьма высокие показатели очистки. И если основная проблема поступающей из скважины воды заключается именно в превышенном содержании двухвалентного железа, то иногда можно этой стадией и ограничиться (естественно, с последующей механической фильтрацией образующегося нерастворимого осадка). Вода получится вполне пригодной для любого потребления.

Кстати, как можно заметить, в таких случаях создать аэрационную установку – вполне по силам умелому домашнему мастеру. Он может применить хоть все три перечисленных выше принципа смешения воды с воздухом – распыление, барботацию и эжекторный узел (сам эжектор несложно приобрести в магазине). После этого останется лишь установить фильтр механической очистки – и установка будет вполне работоспособной.

Можно, кроме того, акцентировать внимание, что насыщение воды кислородом помогает бороться с еще одной напастью, свойственной воде из автономных подземных источников – с запахом сероводорода. Так что аэрационная ступень не помешает, наверное, в любом случае.

Но все же чаще одной аэрацией не ограничивается – как мы видели, железо может присутствовать воде и в иных формах. В частности, против солей железа аэрация практически бессильна. И для полноценного обезжелезивания воды приходится применять и другие технологии.

Реагентный способ обезжелезивания воды

Значительно ускорить процесс перехода растворенного железа в твёрдую фракцию, которая уже поддается фильтрации, способны некоторые реагенты – химические соединения с мощными окислительными способностями. В частности, для очистки воды в ряде случаев используется перманганат калия КMnO₄ (в просторечье именуемый марганцовкой) или гипохлорит натрия NaOCl. Содержащихся в молекулах этих веществ атомов кислорода достаточно для окисления железа даже без процесса аэрации. То есть, казалось бы, гарантированный результат будет получен в любом случае.

Тем не менее, подобные способы очистки воды для бытового применения в настоящее время используются крайне редко. А причина кроется в том, что недостатков у подобной технологии – значительно больше чем достоинств. В принципе, достоинство-то только одно – гарантированно получаемый результат, а вот «минусы» придется перечислять:

• Упомянутые окислители никак нельзя назвать полностью безвредными для человеческого организма. А это означает, что очистка воды с их применением требует тщательнейшей дозировки. Обеспечить это в бытовых условиях – вряд ли возможно.
• Из первого пункта вытекает второй — дозировка должна в точности соответствовать реальному содержанию растворенного железа в воде. А эта величина, как уже отмечалось выше – непостоянная, подверженная значительным колебаниям по целому ряду причин. Значит, должна быть какая-то оперативно реагирующая «обратная связь» — система автоматизированного контроля концентрации железа и подаваемого для его окисления реагента. Понятно, что априори такая система дешевой быть не может, то есть стоимость очистки резко возрастает.

Если же упрощать систему, и пытаться регулировать подачу окислителей, как говорится, на глаз, то велика вероятность получить два противоположных, но одинаково неприемлемых результата: или вода останется неочищенной, или на выходе в воде будет превышена допустимая концентрация оставшихся незадействованными реагентов, что весьма опасно для здоровья людей, да и для окружающей среды – тоже.

• Упомянутые реагенты расходуются довольно быстро, что потребует от пользователей постоянного пополнения. А это связано с немалыми затратами, в том числе – и времени. Кроме того, необходимо предусматривать и определенный обязательный резерв.

Одним словом, в условиях автономной системы водоснабжения этот метод выглядит слишком сложным, небезопасным, и вряд ли рентабельным.

В качестве активного окислителя может использоваться и озон. Мало того, озонирование воды помогает справиться и со многими небезопасными для человека микроорганизмами.

Да, такие установки доказали свою действенность. Однако, широкого применения среди владельцев домов они все же не находят. Причина – высокая стоимость как самого оборудования, так и очистки, сложность в монтаже, регулировке, повседневной эксплуатации.

К реагентной технологии можно отнести еще и очистку по принципу коагуляции. Заключается она во внесении в обрабатываемую воду специальных активных веществ, связывающих имеющиеся загрязнения с образованием труднорастворимого осадка, выпадающего на дно емкости в виде хлопьев. В качестве активных добавок используются сернокислый алюминий, оксид или хлорид алюминия, хлорное железо, сернокислое железо.

Правда, такая обработка актуальная для промышленной водоподготовки. В бытовых условиях она применения не находит.

Ознакомьтесь с полезными советами, как выбрать фильтр для воды, из нашей новой статьи на нашем портале.

Безреагентная технология обезжелезивания воды

Эта технология позволила в значительной степени уйти от недостатков обработки воды окислителями. Применяемые для нее засыпки не влияют негативным образом на химический состав воды. Это – всего лишь катализаторы, активизирующие процесс окисления железа растворенным в воде кислородом. Кроме того, они одновременно становится и сорбционным фильтром, задерживающим образовавшиеся твердые фракции железа.

Каталитическая засыпка может быть разной. Так, используют материалы чисто минерального происхождения – например, глауконит, доломит, цеолит.

В продаже представлено немало каталитических засыпок синтетического происхождения или являющийся комплексом нескольких материалов. К наиболее популярным, проверенным эксплуатацией можно отнести «ВIRM», «Pyrolox», «МФО-47», «МGS», «МЖФ» и некоторые другие.

В любом случае, сами по себе засыпки ни в какие реакции не вступают – они лишь выступают в роли инициатора активного процесса окисления двухвалентного железа. А образовавшаяся нерастворимая взвесь задерживается в слое самой засыпки. Кроме того, часто в таких обезжелезивающих колоннах практикуется прокладка слоя чистого мелкого гравия, тоже становящегося отличным фильтрующим барьером для загрязнений.

Устройство обезжелезивающей колонны показано на схеме ниже:

1 – корпус колонны;

2 – труба подачи воды;

3 – труба выхода очищенной воды;

4 – управлявший клапан с контроллером – «головка» колонны;

5 – трубка сброса дренажа;

6 – каталитическая засыпка (например, «ВIRM»);

7 – фильтрующая засыпка – слой гравия;

8 — нижний распределительный фильтр на заборе воды из колонны.

Собравшийся осадок время от времени удаляется обычной обратной промывкой колонны и сбрасывается в дренаж. А вот сам катализатор, по сути, и не расходуется и не теряет своих качеств очень долго.

Есть, правда, у этого способа обезжелезивания и свои недостатки:

• Если применять его «в чистом виде», то растворенного в воде кислорода может оказаться недостаточно для полноценного окисления двухвалентного железа. То есть каталитическая очистка, как правило, не избавляет от необходимости установки аэрационной колонны.
• Если вода имеет примеси сероводорода, то до попадания в каталитическую колонну она уже должна быть очищена от него.
• Не для всякой воды такая технология подходит – имеются ограничения по щелочной и кислотной концентрации.
• Фильтр такого типа требует довольно частного вмешательства – регулярной промывки. В противном случае упадет производительность или колонна вообще выйдет из строя.
• Каталитическую засыпку никак не назовешь дешевым материалом. И когда, рано или поздно, приходит срок ее замены, потребуются немалые затраты.

И еще одно. Каталитическая очистка очень эффективно избавляет воду от растворенного железа. Но вот обеззараживание ей не под силу. Не справляется она в полной мере и с повышенным содержанием солей железа. То есть, помимо обязательного фильтра тонкой очистки, при необходимости приходится предусматривать дополнительные ступени водоподготовки. Например, сорбционный фильтр, ультрафиолетовый облучатель, применение специальных асептических реагентов. Возможен, например, вот такой вариант:

1 – подача воды из скважины;

2 – аэрационная колонна;

3 – компрессор, обеспечивающий подачу воздуха для аэрации воды;

4 – колонна каталитического обезжелезивания воды;

5 – дренажный сброс;

6 – фильтр тонкой механической очистки воды;

7 – ультрафиолетовая лампа для обеззараживания воды;

8 – подача очищенной воды к точкам потребления.

Ионообменная технология очистки

По правде говоря, такая технология напрямую не связана с обезжелезиванием воды. Скорее, здесь поставлена задача смягчения, то есть удаления так называемых солей жесткости. Правда, и с солями железа, если их концентрация требует корректировки, вопрос тоже решается.

Поэтому – лишь вкратце. Технология заключается в использовании специальных катионовых смол, которые при прохождении через них воды заменяют атомы других металлов на натрий. Тем самым удаляются труднорастворимые соли жесткости, способные создавать накипь, вызывать наросты и т.п.  Смола постепенно утрачивает свои качества, но обладает способностью к регенерации – для этого практикуется дозированная подачи соли (хлорида натрия).

Использовать ионообменную колонну исключительно для обезжелезивания – расточительно и непродуктивно. В контексте данной статьи такая ступень очистки играет, скорее, вспомогательную роль — у нее иные, но не менее важные цели. И чтобы колонна быстро не забивалась железистой плёнкой и взвесью трёхвалентным железа, в обязательном порядке в системе фильтрации перед ней должны быть установлены модули аэрации и каталитической очистки.

Например, распространен вот такой вариант:

1 – подача воды из скважины;

2 – фильтр-грязевик, не допускающий попадания в систему очистки крупный минеральных или органических включений;

3 – компрессор, подающий воздух дл аэрации;

4 – эжектор, создающий водо-воздушную дисперсию;

5 – аэрационая колонна;

6 – колонна каталитического обезжелезивания воды;

7 – сорбционная колонна;

8 – ионообменная колонна для умягчения воды;

9 – солевой бак для регенерации ионообменных смол;

10 – фильтр тонкой механической очистки воды;

11 – подача воды на точки потребления.

Как видно, система очистки обычно делается многоступенчатой, и обезжелезивание – это лишь одна из ступеней приведения воды из скважины в пригодное для бытового применения состояние. Все модули системы связываются общей системой управления и контроля.

Видео: Комплексная система очистки воды из скважины «АкваЩит»

*  *  *  *  *  *  *

В публикации были рассмотрены основные способы очистки воды от железа на бытовом уровне. Надо сказать, что существует и несколько иных технологий. Например, это биологическая очистка, но она обычно применяется для водоподготовки в больших, промышленных масштабах, потому уделять ей внимание – особого смысла не видно.

Ознакомьтесь с разновидностями фильтров грубой и тонкой очистки воды, из нашей новой статьи на нашем портале.

Цены на популярные фильтры для воды

Опущена и очистка по технологии обратного осмоса. Дело в том, что такая фильтрация не направлена напрямую на обезжелезивание – она удаляет из воды вообще практически все сторонние компоненты, делая обессоленной, близкой к дистиллированной. Задача – довольно затратная, так как много воды попросту уходит при такой обработке в дренаж. Получать по подобной технологии минимально необходимые объемы для пищевых надобностей – да, дело полезное. Но для гигиенических и тем более – технических нужд использовать такую воду – никому не нужное «барство».

А для получения небольших объемов – можно просто установить компактную фильтрующую установку с модулем обратного осмоса, например, на кухне под мойкой.

Финишная очистка воды – бытовые фильтры под мойку

Шкафчик под кухонной мойкой так и напрашивается на то, чтобы в нем разместилась последняя ступень очистки воды, доводящей ее до «идеального» состояния. Какие бывают фильтры для воды под мойку, и с какими критериями оценки походить к их выбору – читайте в специальной публикации нашего портала.