Железо в воде

Железо составляет около 5% всей массы минералов земной коры. Несмотря на то, что оно находится в связанном состоянии в твердых минералах, благодаря довольно высокой химической активности, оно склонно к взаимодействиям с кислотными компонентами вод. Поэтому соединения этого элемента часто встречаются в скважинной воде и реже в поверхностных водах.

Клинические симптомы

Сколько железа содержится в воде?

Для воды нормируется показатель “Железо общее”, который включает в себе железо, связанное во всех формах. Содержание железа в воде измеряется в миллиграммах на литр (мг/л).

Максимально допустимое содержание железа для питьевой воды - 0,2 мг/л, для приготовления напитков — это 0,1 - 0,2 мг/л. Концентрация выше 0,2 мг/л и более приводит к появлению металлического привкуса и желтоватого оттенка.

Вода может содержать несколько типов железа (несколько форм). Суммарное железо – это сумма концентраций всех типов железа, содержащихся в воде.

Влияние железа на организм человека

Железо является важным микроэлементом, который участвует в процессе кроветворения. В костном мозге при участии железа синтезируется особенный белок крови — гемоглобин, который важен для насыщения мозга и других органов кислородом. Также железо играет серьезную роль в работе щитовидной железы и принимает участие в формировании многих белковых структур, в частности ферментов. Поэтому недостаток железа в организме вреден, но вода не может быть его источником, поскольку из нее усваивается очень маленькое его количество.

Повышенное содержание железа в организме имеет побочные и эффекты. При постоянном применении воды с аномальным количеством железа проявляется его токсическое действие. Первыми последствиями регулярного применения такой воды являются нарушения в работе желудочно-кишечного тракта: метеоризм, вздутие, тошнота.

Также могут развиваться аллергические реакции, реже гемохроматоз, в результате которого системно повреждаются печень, сердечно-сосудистая и эндокринная системы.

Химические превращения железа в воде

В воде железо чаще всего встречается в виде ионов Fe²⁺ и Fe³⁺, которые образуют органические и неорганические соединения. Так, в поверхностных водах железо содержится в природных органических комплексах (гуматы), которые образуют коллоидные взвеси.

В подземных водах при отсутствии растворенного кислорода оно обычно находится в виде растворимых соединений с ионами Fe²⁺. Такие особенности связаны с тем, что Fe²⁺ нестабилен и при воздействии кислорода из воздуха быстро переходит в Fe³⁺:

4Fe²⁺+ O₂ + 2H₂O ⇨ 4Fe(OH)₂⁺.

Этот химический процесс можно наблюдать в скважинной воде с высоким содержанием железа: сразу после откачки она кристально-прозрачная (растворенный Fe²⁺) после отстаивания открытой емкости на воздухе или нагревания в зависимости от содержания, вода может замутняться и приобретать коричневый оттенок (Fe⁴⁺). На рисунке ниже наглядно показано, как происходят эти процессы.

Типы железистых соединений

Мы уже рассмотрели механизм основных химических превращений железа в воде. Теперь рассмотрим 4 основных формы, в которых вы можете его увидеть.

Двухвалентное железо

Двухвалентное железо (Fe²⁺) полностью растворяется в воде. Его можно обнаружить в скважинных водах, как мы писали выше. По мере окисления (на открытом воздухе) вода приобретает желтоватый оттенок.

Трёхвалентное железо

Оно формирует мелкодисперсный осадок, иногда хлопья (“ржавчину”), которые удаляют при помощи механических фильтров.

Но чаще в воде содержится смесь Fe²⁺ и Fe³⁺, поэтому применяют классические каталитические материалы.

Коллоидное железо

Это железо, частицы которого находятся во взвешенном состоянии. Это обусловлено тем, что они имеют очень маленькие размеры (от 1 до 100 мкм) и не способны оседать под силой гравитации.

Удаляется в процессе коагуляции, при котором в воду вводят вещества вызывающие слипание и оседание частиц. Потом они механически отфильтровываются.

Органическое железо

Железоорганические соединения представляют собой соединения железа с анионами органических соединений, такими как танины или гуминовая кислота.

Эти примеси могут быть бесцветными, желтоватыми или рыжими. Такое железо называют органическим, или сложным, оно является наиболее проблемным по причине своей органической природы, удаляется путем сорбции, окисления и микрофильтрации.

Бактериальное железо

Существует особенная разновидность бактерий, которые используют железо в метаболизме, проще говоря для питания. Бактериальное железо может быть студенистым или волокнистым. Часто оно образует пленку на внутренней поверхности трубопроводов. Встречается в природных водах, а также в некоторых трубопроводах.

Удаление железа из воды

Классическая технология удаления железа и марганца основана на аэрировании в основном кислородом воздуха и последующем фильтровании на механических фильтрах. Данный метод считается устаревшим, поскольку сильно уступает современным каталитическим технологиям, как по эффективности и энергоемкости, так и по аппаратурному оформлению, занимаемой площади.

Простейшим бытовым методом является механическая фильтрация на магистральных фильтрах с полипропиленовыми картриджами, они позволяют задерживать уже окисленное железо (рыжая муть) и несколько способствуют его окислению. Целью этого этапа является не удаление железа из воды, а лишь механическая ее очистка перед последующими фильтрами. Часто пригодятся также засыпные колонны с инертными химическими материалами. При очень высоких концентрациях железа мы рекомендуем установку баллонов с загрузкой Filter Ag+, которая предназначена для удаления взвешенных частиц размером более 30 мкм. Благодаря активации поверхности может несколько cнижать в воде содержание железа.

Каталитические материалы на основе диоксида марганца

Самым современным методом удаления всех форм железа из воды являются фильтры с каталитическими материалами. Это природные и искусственные материалы, которые содержат на поверхности или в пористой структуре гранул катализатор окисления. Обычно это диоксид марганца. Очистка происходит по принципу каталитического окисления. В колонах с такими материалами одновременно происходят три процесса:

• окисление (переход Fe²⁺ в Fe³⁺);
• осаждение;
• фильтрация осадка.

Самым простым вариантом такой загрузки является природный пиролюзит (минерал на основе MnO₂). Более активные свойства имеют искусственные загрузки. Многие из них вместе с железом, марганцем и сероводородом могут удалять мышьяк, уран, тяжелые металлы и радионуклиды. Такие фильтрующие материалы загружаются в баллонные системы фильтрации воды с автоматическим клапаном.

Механизм действия

На воздухе окисление Fe²⁺ начинает происходить через 1-2 часа, а выпадение осадка не менее чем через 10 - 20 часов.

Химически процесс окисления можно описать так:

1. 4Fe²⁺ + O₂ + 10H₂O ⇨ 4Fe(OH)₃↓ + 8H⁺.
2. 2Mn²⁺ + O₂ + 10H₂O ⇨ 4MnO₂↓ + 4H⁺.

За счет подкисления среды может происходить замедление или остановка процесса осаждения из-за растворения гидроокиси.

В каталитических процессах происходит интенсификация окисления за счет наличия на поверхности ионов 3-х или 4-х валентных оксидов марганца, которые проявляют сильные окислительные свойства и обеспечивают высокий уровень очистки воды. К перечню таких загрузок можно отнести: Birm, Greensand, Pyrolox. Для регенерации необходима регулярная прямая и обратная промывка, а также периодическая обработка 0,2 - 0,3% перманганата калия.

К недостаткам таких материалов можно отнести:

• большой расход воды на промывку из-за высокой насыпной плотности материалов;
• низкую эффективность при большой концентрации железа (10 - 15 мг/л);
• использование прекурсоров для регенерации;
• вероятность вторичного загрязнения воды марганцем;
• необходимость предварительной очистки от органических веществ;
• не работают на бактериальном железе и плохо удаляют органическое.

Каталитические картриджные фильтры от железа

Отдельное внимание следует уделить магистральным фильтрам для удаления железа. Две последовательно установленные колбы BB20 могут стать достаточно удобным решением для удаления железа в бытовых условиях. Фильтры линейки Ecosoft Aquapoint – это решение созданное таким образом, чтобы быть максимально удобным для использования в бытовых условиях.

Готовые комплекты картриджей для скважинной воды — это полипропиленовый механический и каталитический фильтры от железа, или набор из двух каталитических фильтроэлементов для задержания железосодержащих соединений и сероводорода.

Ресурс одного картриджа по железу 10 000 литров, менять его нужно раз в 3-6 месяцев, в зависимости от интенсивности эксплуатации.

Ecomix

Это уникальный материал, который разработан специалистами Ecosoft. В его составе содержится смесь из пяти компонентов.

1. FerroSorb - каталитический сорбент, который удаляет соединения железа и марганца.

2. HumiSorb - сорбент, который удаляет органические и железоорганические соединения.

3. Катионит — ионообменная смола, которая задерживает ионы кальция и магния, обменивая их на безопасный натрий, тем самым умягчая воду.

4. Инертный легкий материал для удаления окисленного железа и облегчения взрыхления перед обратной промывкой.

5. Кварцевый песок для равномерного распределения потока воды в слое загрузки.

Компоненты FerroSorb и HumiSorb являются уникальными ноу-хау Ecosoft.

Регенерация материала производится в три этапа:

✓ обратная промывка потоком исходной воды;
✓промывка рассолом для регенерации ионообменной смолы;
✓прямая промывка.

В процессе регенерации смесь укладывается по слоям.

Существует три типа загрузки, ниже приведены их характеристики.

Преимущества Ecomix:

• высокая эффективность по отношению к железу любого происхождения и марганцу;
• удаление органики и жесткости, что позволяет устанавливать один фильтр вместо 2-3;
• длительный срок работы материала - 5 - 10 лет без замены;
• полная автоматизация работы фильтров.
• решения для производства, дома и маленькой квартиры.