У водопользователей Витебской области – две основные напасти: жёсткость воды и повышенное содержание железа в ней. А в некоторых регионах территории проблема усугубляется тем, что вода и жёсткая и железосодержащая одновременно.

НЕМНОГО ТЕОРИИ

Жесткость - совокупность физико-химических свойств воды, связанных с повышенным содержанием в ней растворенных солей кальция (Са) и магния (Mg). Повышенное железосодержание определяется высокой концентрацией в воде нерастворимого (элементарного или металлического) железа с нулевой валентностью, растворимого двухвалентного железа, трехвалентного железа в форме нерастворимого гидроксида, а также в виде сложных растворимых или коллоидных соединений т.н. органического железа. Полагаю, нет особой необходимости объяснять, чем чреваты обе напасти. Перейдём к методам борьбы с ними.

Конструктивно основная масса бытовых установок для комплексной водоподготовки (т.е. когда нужно бороться и с повышенной жёсткостью и с превышением по железу) состоит из двух модулей: группы обезжелезивания и группы умягчения. Дополнительно в установке также может присутствовать фильтр грубой очистки на входе и картриджный фильтр тонкой очистки на выходе.

ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЕ

Процесс обезжелезивания заключается в переводе максимально возможного количества Fe в нерастворимую форму с последующим осаждением, механической фильтрацией и удалением. Для связывания свободного железа в воде может применяться воздушная аэрация или воздействие окислителями (хлор, озон, перекись водорода, проч.).

В бытовых системах водоподготовки наибольшее распространение получил каталитический метод, в основе которого лежит процесс катализа — избирательного ускорения химической реакции в присутствии катализатора, который, согласно теории промежуточных соединений, многократно вступает в промежуточное химическое взаимодействие с участниками реакции и восстанавливает свой химический состав после каждого цикла химических взаимодействий.

Одной из форм данного метода является безреагентное обезжелезивание. Физико-химические процессы по этой технологии происходят на поверхности гранул фильтрующей засыпки, состоящей из диоксида марганца, специальных фильтрующих материалов типа BIRM, Pyrolox, AMDX и т.п. и являющейся автокатализатором реакции. Содержащееся в воде железо окисляется до гидроксида и в нерастворимой форме оседает на поверхности засыпки. При осуществлении цикла обратной промывки осадок смывается в дренаж. Однако окисление плохо справляется с железом в органической форме. Также этот способ обезжелезивания воды не слишком эффективен при содержании железа в воде свыше 10 мг/л.

Установка для безреагентного каталитического обезжелезивания, как правило, представляет собой связку из аэрационной и фильтрующей колонн. В аэрационной колонне, куда компрессором нагнетается воздух, поступившая из скважины вода насыщается кислородом, что приводит к переходу растворенного железа в 3-валентную форму с образованием нерастворимого осадка. Затем вода поступает в колонну фильтрации, где в ходе рабочего цикла происходит осаждение солей железа на гранулах фильтрующей засыпки. Очищенная вода, пройдя на финишной операции картридж угольного фильтра, поступает к потребителю. Регенерация фильтрующих материалов осуществляется путём периодической обратной промывки, в ходе которой осадки смываются с гранулята и утилизируются в дренаж.

Встречается и универсальна установка для безреагентного каталитического обезжелезивания, где процессы аэрации, фильтрации и обратной промывки осуществляются в одной колонне. Стоит также отметить, что для аэрации в таком случае применяется не кислород воздуха, а озон, производимый специальным генератором.

В ряде случаев при каталитическом методе очистки воды целесообразно применять технологию реагентного обезжелезивания, особенностью которой является периодическая регенерация фильтрующей засыпки путём промывки его раствором перманганата калия. Для удаления связанного железа в форме гидроксида с поверхности гранул засыпки применяется обратная промывка. Конструктивно установка представляет собой колонну фильтрации, связанную трубопроводом с ёмкостью для раствора перманганата калия.

В основе метода обезжелезивания по технологии ионного обмена лежит способность ионообменных смол (катионитов) удалять из воды практически все двухвалентные металлы (в том числе растворенное железо, марганец, соли жесткости), выделяя взамен ионы натрия. Периодическая промывка катионитов раствором поваренной соли (NaCl) восстанавливает реакционную способность ионообменных смол, а связанные ионы железа в нерастворимой форме вымываются в дренаж. Теоретически, методом ионного обмена можно удалять из воды очень высокие концентрации железа, но на практике возможности применения данного метода существенно ограничены рядом факторов:

• трехвалентное (окисленное) железо, присутствующее в воде, «забивает» смолу, резко снижает её реакционные способности и плохо из неё вымывается;
• наличие в воде различных органических веществ, в первую очередь – органического железа, приводит к быстрому зарастанию ионообменной смолы органической пленкой, служащей питательной средой для различных бактерий, рост которых ещё более снижает эффективность;
• кислород или другие окислители, присутствующие в воде, способствуют активному окислению двухвалентного железа с последующим образованием нерастворимых комплексов (см. выше);
• высокий водородный показатель (более 6 pH) т.к. чем выше это значение, тем скорее железо окисляется и переходит в нерастворимую форму);

В ряде случаев использование ионообменных смол для обезжелезивания нецелесообразно, т. к., обладая более высоким сродством к катионитам, железо значительно снижает эффективность взаимодействия смол с ионами кальция и марганца (солями жесткости). Поэтому ионообменная технология применяются для обезжелезивания обычно лишь в тех случаях, когда требуется доочистка воды по этому параметру до самых низких концентраций.

БОРЬБА С СОЛЯМИ ЖЕСТКОСТИ

Для борьбы с повышенной жёсткостью воды применяются также такие способы как:

• обратный осмос – метод основанный на прохождении воды через полупроницаемые мембраны;
• электродиализ – удаление солей из воды под действием электрического поля;
• термический способ, основанный на нагреве воды, который к сожалению устраняет только временную (карбонатную) жесткость;
• реагентное умягчение – метод основанный на добавлении в воду соды или гашеной извести;
• катионирование – метод основанный на использовании ионнообменной гранулированной загрузки (ионнообменные смолы).

В бытовом сегменте наибольшую популярность приобрела очистка воды от солей жёсткости с помощью ионообменных смол, что объясняется простотой и высокой эффективностью метода, а так же относительной дешевизной реагентов. Установка представляет собой заполненную ионообменной смолой колонну (фильтр-умягчитель), связанную трубопроводом с солевым баком – ёмкостью для NaCl.

В заключении хотелось бы уделить внимание такому устройству как универсальная установка водоподготовки «два в одном». С одной стороны, подобные решения безусловно имеют право на жизнь, и в ряде случаев их применение уместно и целесообразно. В то же время на использование таких устройств существенные ограничения накладывает соотношение общего железа и солей жёсткости в воде в каждом конкретном случае. Не редко доведение железа до приемлемых концентраций приводит к параллельному уменьшению содержания в воде растворенных солей кальция (Са) и магния (Mg) ниже рекомендуемых СанПиН-ом. Поневоле приходится повышать жёсткость до нормативной за счёт добавок «сырой» воды, увеличивая тем самым содержание железа, за снижение концентрации которого боролись изначально.