Залізо у воді

Залізо становить близко 5% всієї маси мінералів земної кори. Не дивлячись на те, що воно знаходиться в зв'язаному стані у вигляді твердих мінералів, завдяки досить високій хімічній активності, схильне до взаємодій з кислотними компонентами вод. Тому сполуки цього елемента часто зустрічаються у воді зі свердловин, і рідше в поверхневих водах.

Як розпізнати, якщо у вміст заліза у воді перевищує норму?

Перевищення норми заліза у питній воді може спричинити низку неприємних ознак, які легко розпізнати в повсякденному житті:

Дотримання норми заліза у воді є важливим для запобігання різноманітних проблем, які можуть вплинути на якість життя та здоров’я. Виявлення будь-яких з цих ознак має спонукати до аналізу складу води, щоб вчасно вжити заходів для усунення надлишку заліза.

Скільки заліза міститься у воді?

Для води нормується показник "Залізо загальне", який охоплює залізо, зв'язане у всіх формах. Вміст заліза у воді вимірюється в міліграмах на літр (мг/л).

Максимально-допустимий вміст заліза для питної води - 0,2 мг/л, для приготування напоїв — це 0,1 - 0,2 мг/л. Концентрація понад 0,2 мг/л і більше призводить до появи металевого присмаку та жовтого відтінку.

Вода може містити кілька типів заліза (хімічних форм). Сумарне залізо – це сума концентрацій всіх типів заліза, які у воді.

Вплив заліза на організм людини

Залізо є важливим мікроелементом, який бере участь в процесі кровотворення. В кістковому мозку за участю заліза синтезується особливий білок крові - гемоглобін, який важливий для насичення мозку та інших органів киснем, проте з води засвоюється дуже маленька його кількість. Також, залізо відіграє серйозну роль в роботі щитовидної залози і бере участь у формуванні багатьох білків, зокрема ферментів. Тому його недостача шкідлива і може проявлятися у вигляді таких симптомів:

• Втома
• Запаморочення
• Блідість шкіри
• Слабкість
• Прискорене серцебиття
• Ламкість нігтів
• Задишка
• Випадіння волосся

Але надлишковий вміст заліза має і негативні наслідки. При постійному використання для пиття води з аномальною кількістю заліза проявляється його токсична дія. Першими наслідками регулярного застосування такої води є порушення в роботі шлунково-кишкового тракту: метеоризм, здуття, нудота. Також можуть розвиватися алергічні реакції, рідше гемохроматоз, внаслідок якого системно пошкоджуються печінка, серцево-судинна та ендокринна системи.

Хімічні перетворення заліза в воді

Залізо у воді найчастіше зустрічається у вигляді іонів Fe²⁺ и Fe³⁺, які утворюють органічні і неорганічні сполуки. Так в поверхневих водах залізо міститься головним чином в природних органічних комплексах (гумати), які утворюють колоїдні суспензії.

У підземних водах при відсутності розчиненого кисню воно зазвичай знаходиться у вигляді розчинних сполук з іонами Fe2 +.

Такі особливості пов'язані з тим, що Fe2 + нестабільний і при впливі кисню з повітря швидко переходить в Fe3+:

4Fe²⁺+ O₂ + 2H₂O ⇨ 4Fe(OH)₂+.

Цей хімічний процес можна спостерігати у свердловинній воді з високим вмістом заліза: відразу після викачування вона кристально-прозора (розчинений Fe2+) після відстоювання відкритої ємності на повітрі або нагрівання в залежності від вмісту, вода може заплямовувався і мати коричневий відтінок (Fe4 +). На малюнку нижче наочно показано, як відбуваються ці процеси.

Типи залізовмісних сполук

Ми вже розглянули механізм основних хімічних перетворень заліза в воді. Тепер розглянемо 4 основні форми, в яких ви можете його побачити.

Двововалентне залізо

Двовалентне залізо (Fe²⁺) повністю розчиняється у воді. Його можна виявити в свердловинних водах, як ми писали вище. По мірі окиснення (на відкритому повітрі) вода набуває жовтуватий або рудуватий відтінок.

Тривалентне залізо

Тривалентне залізо (Fe³⁺) – в цю форму перетворюється двовалентне залізо після окислення. Воно формує дрібнодисперсний осад, іноді пластівці ("іржу"), які видаляють на механічних фільтрах. Але частіше в воді міститься суміш Fe²⁺ и Fe³⁺,тому застосовуються класичні каталітичні матеріали.

Колоїдне залізо

Це залізо, частинки якого знаходяться в завислому стані. Це обумовлено тим, що вони мають дуже маленькі розміри (від 1 до 100 мкм) і не здатні осідати під силою гравітації.

Видаляються в процесі коагуляції, при якому в воду з залізом вводять речовини, що викликають злипання та осідання частинок. Потім вони механічно фільтруються.

Органічне залізо

Залізоорганічні сполуки являють собою сполуки заліза з органічними аніонами, такими як таніни або гумінові кислоти.

Ці домішки можуть бути безбарвними, жовтуватими або рудими. Таке залізо називають органічним, або складним. Воно найскладніше видаляється через свою органічної природу. Застосовувані методи - сорбція, окиснення і мембранна фільтрація.

Бактеріальне залізо

Існує особливий різновид бактерій, які використовують залізо в метаболізмі, простіше кажучи для харчування. Бактеріальне залізо може бути студенистим або волокнистим. Часто воно утворює поверхневу плівку на поверхні трубопроводів. Зустрічається в природних водах, а також у деяких трубопроводах.

Видалення заліза з води

Найпростішим методом знезалізнення води є механічне фільтрування на магістральних фільтрах з поліпропіленовими картриджами, що дозволяють затримувати вже окиснене залізо (саме ота руда муть) та дещо сприяють його окисненню. Метою цього етапу є насправді не видалення заліза з води, а лише механічне її очищення перед наступними фільтрами. Часто в нагоді також стають засипні колони з інертними хімічними матеріалами. За дуже високих концентрацій заліза ми рекомендуємо встановлення балонів з завантаженням Filter Ag+, яке призначене для видалення завислих часточок розміром понад 30 мкм. Завдяки активації поверхні може дещо знижувати у воді вміст заліза.

Найсучаснішим методом видалення всіх форм заліза з води є фільтри з каталітичними матеріалами. Це природні та штучні матеріали, які містять на поверхні або в пористій структурі гранул каталізатор окислення. Зазвичай це діоксид мангану. Очищення відбувається за принципом каталітичного окислення. У колонах з такими матеріалами одночасно відбуваються три процеси:

- окиснення (перехід Fe²⁺ в Fe³⁺);

- осадження;

- фільтрування осаду.

Як ефективно очистити воду від заліза?

Каталітичні технології очищення води від заліза є сучасним рішенням, яке значно перевершує традиційні методи, такі як відстоювання, коагуляція чи фільтрація. Основна перевага каталітичних технологій полягає в тому, що вони використовують спеціальні каталізатори, які прискорюють процес окислення розчиненого заліза до неорганічної форми. Це дозволяє швидше і ефективніше видаляти залізо з води, зменшуючи кількість залишкових домішок. Також ці технології можуть працювати при нижчих концентраціях заліза, що робить їх більш універсальними.

На відміну від традиційних методів, каталітичні технології часто не потребують використання хімічних реагентів, що значно зменшує викиди та експлуатаційні витрати. Вони можуть бути інтегровані в існуючі системи водоочищення, не вимагаючи значних капіталовкладень. Завдяки своїй екологічній безпеці та економічній вигідності каталітичні технології стають дедалі популярнішими в різних галузях, від промисловості до приватних домогосподарств. Таким чином, каталітичні технології є надійним і ефективним способом забезпечення чистоти води, що є ключовим фактором для здоров’я та благополуччя людини.

Каталітичні матеріали на основі діоксиду мангану

Найпростішим варіантом такого завантаження є природний пиролюзит (мінерал на основі MnO₂). Більш активні властивості мають штучні завантаження. Більшість з них паралельно з залізом, манганом і сірководнем можуть видаляти миш'як, уран, важкі метали та радіонукліди. Такі фільтрувальні матеріали завантажуться у балонні системи фільтрації води з автоматичним клапаном.

Механізм дії

На повітрі окислення Fe²⁺ починає відбуватися через 1-2 години, а випадання осаду не менш ніж через 10 - 20 годин.

Хімічно процес окислення можна описати так:

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

2. 2Mn²⁺ + O₂ + 10H₂O ⇨ 4MnO₂↓ +4H⁺.

Внаслідок підкислення середовища може відбуватися уповільнення або зупинка процесу осадження шляхом розчинності гідроксиду.

В каталітичних процесах відбувається інтенсифікація окислення шляхом наявності на поверхні іонів 3-х або 4-х валентних оксидів мангану. Вони проявляють сильні окислювальні властивості і забезпечують високий рівень очищення води. До переліку таких завантажень можна віднести: Birm, Greensand, Pyrolox. Для регенерації необхідна регулярна пряма і зворотна промивка, а також періодична обробка 0,2 - 0,3% перманганату калію.

До недоліків таких матеріалів можна віднести:

• високу насипну щільність матеріалів і як наслідок - велика витрата води на промивку;
• низьку ефективність при великій концентрації заліза (10 - 15 мг / л);
• використання прекурсорів для регенерації;
• ймовірність вторинного забруднення води манганом;
• необхідність попереднього очищення від органічних речовин;
• не працюють на бактеріальному залізі і погано видаляють органічне.

Каталітичні картриджні фільтри від заліза

Окрему увагу варто приділити магістральним фільтрам для видалення заліза. Дві послідовно встановлені колби BB20 можуть стати досить зручним рішенням для видалення заліза в побутових умовах. Фільтри лінійки Ecosoft Aquapoint - це рішення створене таким чином, щоб бути максимально зручним для використання у побутових умовах.

Готові комплекти картриджів для сверловинної води - це поліпропіленовий механічний та каталітичний фільтри від заліза, або ж набір з двох каталітичних фільтроелементів для затримання залізовмісних сполук та сірководню.

Ресурс одного картриджа за залізом 10 000 літрів, міняти його потрібно раз на 3-6 місяців, залежно від інтенсивності експтуатації.

Ecomix

Це унікальний матеріал, який розроблений фахівцями Ecosoft. У його складі міститься суміш з п'яти компонентів.

1. FerroSorb - каталітичний сорбент, який видаляє сполуки заліза і мангану.
2. HumiSorb - сорбент, який видаляє органічні та залізоорганічні сполуки.
3. Катіоніт — іонообмінна смола, яка затримує іони кальцію і магнію, обмінюючи їх на безпечний натрій, і цим пом'якшує воду.
4. Інертний легкий матеріал для видалення окисленого заліза та полегшення розпушування при зворотній промивці.
5. Кварцовий пісок для рівномірного розподілу потоку води в шарі завантаження.

Компоненти FerroSorb і HumiSorb є унікальними ноу-хау Ecosoft.

Регенерація матеріалу проводиться в три етапи:

- зворотна промивка потоком вихідної води;
- промивка розсолом для регенерації іонообмінної смоли;
- пряма промивка.

У процесі регенерації суміш укладається по шарам.

Існує три типи завантаження, нижче наведені їх характеристики.

Переваги Ecomix:

• висока ефективність по відношенню до заліза будь-якого походження та мангану;
• видалення органіки і твердості, що дозволяє встановлювати один фільтр замість 2-3;
• тривалий термін роботи матеріалу - 5 - 10 років без заміни;
• повна автоматизація роботи фільтрів;
• рішення для виробництва, дачі, будинку і маленької квартири.