В статье рассмотрены методы очистки воды из скважины от желаза, а также способы ее умягчения на фильтрах колонного типа

Умягчение и очистка от железа воды из скважины

Как правило, планируя пробурить скважину для воды на своем участке, не всегда предполагают то, что полученную из нее воду надо будет чистить. И хотя решение о бурении скважины и является следствием таких причин, как отсутствие поблизости нормальной воды, либо ее плохое качество, вода из скважины совершенно не гарантирует того, что ее можно будет сразу пить без вреда для здоровья.

Однако, пробурив скважину на своем участке и получив воду ненадлежащего качества, сильно расстраиваться не стоит – современные технологии и методы очистки воды позволяют получить питьевую воду практически из любого природного источника, не подвергшегося загрязнениям сточных вод предприятий промышленности или иными, в самом деле опасными химикатами.

Наиболее характерными примесями для воды из скважины, которые портят ее вкусовые, органолептические и физико-химические показатели, являются высокие концентрации растворенного двухвалентного железа и марганца, кальциевые и магниевые соединения, обуславливающие ее жёсткость, реже сероводород, песок и глина, или в совокупности все вместе, что также встречается не так уж и редко.

И так, как понять и проверить, хорошая ли у вас вода и удовлетворяет ли она санитарно-гигиеническим требованиям, предъявляемым к питьевой воде? Для этого необходимо отобрать пробу воды и сдать ее на анализ на следующие показатели, прописанные в СанПиН 2.1.4. 1175-02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного источника водоснабжения»:

Показатели Единицы измерения Норматив
Органолептические показатели
Запах баллы не более 2-3
Привкус баллы не более 2-3
Цветность градусы не более 30
Мутность ЕМФ (единицы мутности по формазину) / мг/л по коалину 2,6-3,5 / 1,5-2,0
Химические показатели
Водородный показатель единицы рН в пределах 6-9
Жесткость общая мг-экв/л в пределах 7-10
Щелочность общая мг-экв/л -
Аммоний ион мг/л 1,5 (по N)
Нитраты (NO3) мг/л не более 45
Общая минерализация (сухой остаток) мг/л в пределах 1000-1500
Окисляемость перманганатная мг/л в пределах 5-7
Сульфаты (SO42-) мг/л не более 500
Хлориды (Cl-) мг/л не более 350
Железо 2+ мг/л 0,3
Железо общее мг/л 0,3
Марганец мг/л 0,1
Химические вещества неорганической и органической природы мг/л не более ПДК
Микробиологические показатели
Общие колиформные бактерии* число бактерий в 100 мл Отсутствие
Общее микробное число Число образующих колонии микробов в 1 мл не более 100
Термотолерантные колиформные бактерии Число бактерий в 100 мл Отсутствие
Колифаги Число бляшкообразующих единиц (БОЕ) в 100 мл Отсутствие

* - при отсутствии общих колиформных бактерий проводится определение глюкозоположительных колиформных бактерий (БГКП) с постановкой оксидазного теста;

** - дополнительные показатели в соответствии с п. 4.2 СанПиН

Железо:

Главной отличительной особенностью воды из скважины является то, что в ней отсутствует растворенный кислород. Поэтому присутствующее в ней железо преобладает в форме растворенных ионов железа два (FeII). Если такую воду налить в стакан, то первое время она будет кристально чистой, но спустя несколько часов станет мутно-желтой, а на дне выпадет буроватый осадок. Муть и осадок как раз и есть ни что иное, как окислившееся кислородом воздуха железо.

Химическая реакция такого процесса будет следующей:

4Fe2 + 02 + 8НСО3- + 2Н2О = 4Fe(ОН)3 + 8С02

Из формулы видно, что растворенное двухвалентное железо Fe2+ в присутствии гидрокарбонатных ионов НСО3- и воды Н2О, взаимодействуя с кислородом воздуха, наличие которого обусловлено тем, что вода из скважины была поставлена в стакан на открытый воздух, перешло в трехвалентное железо Fe3+ и выпало в виде нерастворимого осадка Fe(ОН)3. Именно соединение Fe(ОН)3 и придает воде буро-желтый цвет и выпадает на дно в виде осадка.

Для очистки воды из скважины от растворенного железа II потребуется вначале железо окислить, затем осадить. Все это можно сделать применив специальную модифицированную фильтрующую загрузку в совокупности с окислителем, в роли которого может выступить кислород воздуха или гипохлорит натрия.

(Проблема железосодержащих вод является довольно распространенной и касается не только скважин. Наиболее полную информацию по очистке воды от железа можно прочитать в соответствующей статье.)

В качестве модифицированных загрузок для удаления из воды железа можно использовать МЖФ, каталитический сорбент МСК, сорбенты АС и МС, а также их импортные аналоги. Данные загрузки катализируют (ускоряют) процесс перевода железа II в нерастворимую форму, но только в присутствии окислителей. Нерастворимая форма окисленного железа задерживается в слое фильтрующего материала и удаляется обратным током воды. На практике это выглядит следующим образом:

фильтр-обезжелезиватель

Вода поступает из скважины по трубе, в которую перед фильтром дозируется окислитель (гипохлорит натрия). Проходя через модифицированную загрузку, скважинная вода очищается от железа. Регенерируется фильтр обратным током, в течение 8-10 минут. Замену фильтрующей загрузки требуется производить не реже чем 1 раз в год-полтора.

Марганец:

Зачастую вместе с железом в воде из скважины наблюдается повышенное содержание марганца. Марганец удаляется по той же схеме, что и железо, но хуже. Так, при одновременном осаждении с железом на каталитической загрузке наблюдается его проскок. Для предотвращения этого явления на финале системы очистки ставят барьерный фильтр со специальным картриджем, предотвращающим проскоки катионов растворенного в воде марганца.

Жесткость:

Наряду с повышенным содержанием железа скважинная вода зачастую характеризуется повышенной жесткостью. И хотя норматив по общей жесткости в санитарных правилах для питьевой воды из нецентрализованных источников водоснабжения и лежит в пределах 7-10 мг-экв/л, накипь на нагревательных элементах образуется уже при 5 мг-экв/л. В то же время слишком мягкая вода при постоянном употреблении может вызывать недостаток кальция в организме. Оптимум жесткости питьевой воды лежит в пределах 1-2 мг-экв/л.

Жёсткость воды есть ни что иное, как совокупность содержащихся в воде катионов кальция и магния, при нагреве в воде которые образуют твердый белый налет на нагревающих элементах. Со временем налет увеличивается, образуется плотный слой плохо передающей тепло поверхности. В конечном итоге это приводит к поломке термоэлектрических нагревателей, сокращенно ТЭНов, которые установлены в стиральных машинках, бойлерах, чайниках. При высокой жесткости воды образование налета, способного вывести из строя ТЭН, возможно уже через 2-3 месяца эксплуатации оборудования.

Умягчение воды из скважины достигается фильтрацией через катионообменную смолу на фильтре-умягчителе. Процесс умягчение жесткой воды обязательно должен проходить этапом, следующим после обезжелезивания, для исключения засорения ионооменной смолы окислами железа. Если же в воде железа мало, до перед фильтром умягчителем будет достаточно поставить картриджный фильтр на 5 мкм.

Процесс умягчения воды из скважины для загородного дома выглядит следующим образом:

фильтр-умягчитель

Поступающая вода умягчается, проходя через ионообменную смолу, загруженную в фильтр. Ресурс смолы ограничен, и через некоторое время ее необходимо регенерировать. Регенерация проходит автоматически с использованием рассола таблетированной соли. Длительность регенерации и расход соли зависит от условий работы фильтра и рассчитывается на основании данных об объеме смолы, жесткости воды и потребляемого ее количества. В среднем по времени занимает от 40 минут до 2 часов. Расход соли на одну регенерацию от 1 кг до 5 для частных домов, и от 5 до 50 кг для промышленных производств. Замена загрузки - через 2-3 года эксплуатации.

Система очистки воды на практике

Какой бы простой не была система очистки воды из скважины, она всегда складывается из нескольких ступеней фильтрации, каждая из которых направлена на удаление определенных примесей. Важно, что бы все этапы очистки воды шли в определенной последовательности, а реагенты и фильтрующие загрузки в своей совокупности подобраны таким образом, что бы работа системы в целом была как можно более эффективной и в то же время экономичной. Что под этим подразумевается? Для наибольшей ясности приведем пример из практики:

В одном коттедже поселка N хозяином дома самостоятельно была установлена система очистки воды из скважины. Основным загрязняющим веществом в воде было железо. По совету «специалистов» из магазина сантехники клиент купил и поставил для очистки воды два картриджных фильтра и одну колонну с катионообменной смолой. Вода по некоторым параметрам стала чище, по некоторым нет, а ресурс ионообменной смолы при работе в данных условиях составил не более года.

    Нашими специалистами было предложено модернизировать систему очистки воды, а именно:
  • Ионообменную смолу заменить обезжелезивающей загрузкой;
  • На выходе поставить угольный фильтр;
  • Установить станцию дозации гипохлорита натрия для окисления растворенного железа и обеззараживания воды.

В итоге качество воды поменялось следующим образом:

Показатели Вода из скважины До модернизации После модернизации Норматив
Запах, баллы 1 0 0 2-3
рН, ед. 6,7 6,3 7,0 6-9
Окисляемость перманганатная, мг/л 3,2 1,4 1,0 5-7
Жесткость общая, мг-экв/л 2,8 0,2 2,2 7-10
Железо общее, мг/л 16 0,045 0,041 0,3
Марганец, мг/л 2,3 0,08 0,016 0,1

По результатам анализа воды видно, что до модернизации pH был близок к минимуму, после модернизации он остался практически без изменений. Запах, окисляемость перманганатная и железо практически не изменились, а вот жесткость и марганец возросли. Марганец остался в пределах нормы, что же касается жесткости воды, то она осталась исходной, а это говорит о том, что качество воды на выходе улучшилось – до модернизации жесткость была равна 0,2 мг-экв/л, что соответствует довольно малому содержанию катионов кальция и магния, которые организму необходимы. Жесткость 2,2 является практически оптимальной по рекомендациям ВОЗ (1-2 мг-экв/л).

Затраты на замену засыпки также сократились. Срок службы загрузки для обезжелезивания – 1 год, угля – 2 года. Стоимость ионообменной смолы превышает стоимость угля и загрузки обезжелезивания вместе взятых практически в два раза. Затраты на гипохлорит натрия являются ничтожными. Для регенерации фильтра-умягчителя требовалась таблетированная соль, регенерация фильтров после модернизации проходит обратным током исходной воды без применения реагентов.