Нужна ли система очистки воды? 

Вопрос об очистке воды возникает как бы сам собой, если вода, поступающая из водопровода или скважины, мутная, имеет желтовато-бурую окраску, посторонний запах. Гораздо сложней, когда вода по всем внешним признакам вполне "нормальная" - вроде бы и нет причин для беспокойства. Между тем, мировой опыт показывает, что затраты на водоподготовку составляют в среднем 5-7 % от стоимости дома. И это не случайно. Даже внешне благополучная вода может иметь такой "букет" растворенных и нерастворенных примесей, что пользоваться ею подчас просто небезопасно. Однозначно судить о качестве воды можно только после полного химического анализа. Проблемы же снимают системы очистки, или, правильнее сказать, подготовки воды.

Какие задачи способна решать такая система?

Надо четко представлять себе, что Вы хотите от системы. Одно дело, если воду предстоит использовать только в хозяйственно-бытовых целях. Другое дело - вода питьевая. Отдельно надо сказать о подготовке воды для водонагревательного оборудования. В этом случае особенное значение имеет жесткость воды, вернее, почти полное ее отсутствие. Даже вода для хозяйственно-бытовых нужд должна удовлетворять санитарным требованиям к питьевой воде. Здесь нет никакой кажущейся избыточности, так как именно такая вода является "нормальной". Она не вызывает образования ржавых подтеков, не приводит к выходу из строя сантехники. Ничего не случится, даже если выпить стакан-другой такой воды. Однако для питья и приготовления пищи лучше применять воду более высокой степени очистки.

Я хочу установить систему очистки воды. С чего начать?

Однозначно - с максимально полного химического анализа воды. А вот дальше, на основе этого анализа и с учетом параметров Вашего жилища, специалисты порекомендуют нужную систему. Не удивляйтесь, если Вам начнут задавать вопросы о числе кранов, ванн и унитазов в Вашем доме, а также интересоваться количеством проживающих в нем и их распорядком дня. Поверьте, это не от праздного любопытства. Все эти данные позволяют подобрать оптимальные параметры системы.

Как правильно набрать воду для анализа?

Для "среднего" химического анализа (по 20-25 параметрам) нужно не менее 3 л воды (точное количество воды лучше всегда предварительно уточнить). В качестве емкостей можно использовать стеклянную или, что даже более удобно, пластиковую тару. Например, использованные пластиковые бутылки из-под напитков. Единственное пожелание - использовать бутылки из-под "белой", т. е. не сладкой воды.

Порядок набора воды:

1.       Дать воде стечь - 5-10 минут. Делается это для того, чтобы слить из трубопровода застоявшуюся воду.

2.       Сполоснуть изнутри емкости той водой, которая будет сдаваться на анализ.

3.       Набирать воду небольшой спокойной струей, можно по стенке бутылки. Цель - минимальное "бурление" воды при ее наборе, т. к. в противном случае она насыщается кислородом и в ней возможны химические реакции, искажающие исходную картину.

4.       Воду в тару (независимо от ее емкости) набирать под самое горлышко или крышку "с переливом", чтобы не допустить образования воздушной пробки. Цель та же, что и в п. 3.

5.       Поместить набранные емкости с водой в непрозрачный пакет или сумку и "бегом" сдавать воду. "Бегом" - это, конечно, шутка, но чем скорее вода попадет в лабораторию, тем лучше. Если нет возможности воду доставить быстро, то лучше ее заморозить, что более реально, конечно, зимой.

От чего следует очищать воду?

Обычно считают, что достаточно очистить воду от песка, мути и прочих взвесей, то есть получить прозрачную бесцветную воду, - и "дело в шляпе". Некоторые понимают, что этого вроде бы недостаточно, но не могут себе представить, что же можно сделать еще, как поймать в воде то, что в ней не плавает? Поэтому люди подчас крайне удивляются, узнав, что из воды можно извлекать растворенные в ней невидимые вещества.

Основные неприятности c водой, с которыми приходится сталкиваться пользователям, следующие:

• Наличие в воде нерастворенных механических частиц, песка, взвесей, ржавчины, а также коллоидных веществ. Их присутствие в воде приводит к ускоренному абразивному износу сантехники и труб, а также к их засорению.
• Присутствие в воде растворенного железа и марганца. Такая вода первоначально прозрачна, но при отстаивании или нагреве приобретает желтовато-бурую окраску, что является причиной ржавых подтеков на сантехнике. При повышенном содержании железа вода также приобретает характерный "железистый" привкус.
• Жесткость, которая определяется количеством растворенных в воде солей кальция и магния. При их высоком содержании возможно выпадение осадка и появление белесых разводов на поверхности ванны, мойки и т. д. Соли кальция и магния, называемые также солями жесткости, являются причиной возникновения всем хорошо известной накипи.
• Наличие в воде неприятного привкуса, запаха и цветности. На эти три параметра, которые принято называть органолептическими показателями, могут оказывать влияние находящиеся в воде органические вещества, остаточный хлор, сероводород.
• Бактериологическая загрязненность. Вызвана наличием в воде различных микробов или бактерий. Некоторые из них могут представлять непосредственную угрозу здоровью и жизни человека, но даже сравнительно безопасные бактерии в процессе своей жизнедеятельности выделяют органические вещества, которые не только влияют на органолептические показатели воды, но и, вступая в химические реакции (например, с хлором), способны создавать ядовитые и канцерогенные соединения.

Естественно, что приведенный выше список не исчерпывает всего многообразия проблем, возникающих с водой, однако, он знакомит Вас с основными из них. Вопреки расхожему мнению, вероятность столкнуться с содержащимися в воде тяжелыми металлами, нитратами, пестицидами, радионуклидами и т. п. достаточно мала, хотя и не исключена.

В настоящее время существует множество устройств, позволяющих довести исходную воду практически любого качества до уровня, соответствующего самым строгим нормативам. Разные виды оборудования отличаются как по принципу действия, так и по конструктивному исполнению. Наибольшее распространение получили механические, химические, адсорбционные и мембранные методы очистки.

Каким образом попадает в воду железо и как с ним бороться?

Железо - один из самых распространенных природных элементов. Железо присутствует в большинстве вулканических пород, оно также входит в состав пород, цементирующих песчаники. Железо в значительных количествах содержится в различных глинах, а в осадочных карбонатных породах (например, известняк) встречается только в виде незначительных примесей. Неудивительно, что проблема присутствия в природной воде железа является одной из самых распространенных. C такой водой возникает целый ряд проблем как при бытовом, так и при коммерческо-промышленном использовании. Уже при концентрациях железа свыше 0,3 мг/л такая вода вызывает образование ржавых потеков, способна изменить цвет тканей при их стирке и т. п. При больших концентрациях у воды возникает характерный металлический привкус, что отрицательно сказывается на качестве напитков (чай, кофе и т. п.). В некоторых случаях может пострадать даже качество еды, приготовленной на воде с высоким содержанием железа. Все это делает задачу по очистке воды от железа очень актуальной как для питьевого и хозяйственно-бытового применения, так и для промышленного использования.

Железо существует в природе в различных формах (в зависимости от валентности): Fe°, Fe⁺², Fe⁺³, а также в виде различных сложных химических соединений.

1.       Элементарное железо (Fe°). Элементарное, или металлическое железо, безусловно, нерастворимо в воде. В присутствии влаги и кислорода воздуха окисляется до трехвалентного, образуя нерастворимый оксид Fe₂O₃ (процесс, известный в быту как "ржавление").

2.       Двухвалентное железо (Fe⁺²). Почти всегда находится в воде в растворенном состоянии, хотя возможны случаи (при определенных редко встречающихся в природной воде уровнях рН), когда гидроксид железа Fe(OH)₂ способен выпадать в осадок.

3.       Трехвалентное железо (Fe⁺³). Гидроксид железа Fe(OH)₃ нерастворим в воде (кроме случая очень низкого рН). Хлорид FeCl₃ и сульфат Fe₂(SO₄)₃ трехвалентного железа растворимы и могут образовываться даже в слабощелочных водах.

4.       Органическое железо. Органическое железо встречается в воде в разных формах и в составе различных комплексов. Органические соединения железа, как правило, растворимы или имеют коллоидную структуру и очень трудно поддаются удалению.

Различают следующие виды органического железа:

• Бактериальное железо. Некоторые виды бактерий способны использовать энергию растворенного железа в процессе своей жизнедеятельности. При этом происходит преобразование двухвалентного железа в трехвалентное, которое сохраняется в желеобразной оболочке вокруг бактерии.
• Коллоидное железо. Коллоиды - это нерастворимые частицы очень малого размера (менее 1 микрона), в силу чего они трудно поддаются фильтрации на гранулированных фильтрующих материалах. Крупные органические молекулы (такие, как танины и лигнины) также попадают в эту категорию. Коллоидные частицы из-за своего малого размера и высокого поверхностного заряда (отталкивающего частицы друг от друга, препятствуя их укрупнению) создают в воде суспензии и не осаждаются, находясь во взвешенном состоянии.
• Растворимое органическое железо. Так же, как, например, полифосфаты, способны связывать и удерживать в растворе кальций и другие металлы, некоторые органические молекулы способны связывать железо в сложные растворимые комплексы, называемые хелатами. Примером такого связывания может служить удерживающая железо порфириновая группа гемоглобина крови или удерживающий магний хлорофилл растений. Так, прекрасным хелатообразующим агентом является гуминовая кислота, играющая важную роль в почвенном ионообмене. Все вышеперечисленные виды железа "ведут" себя в воде по-разному. Основные отличительные признаки приведены в таблице.

Необходимо только отметить, что "беда никогда не ходит одна" и на практике почти всегда встречается сочетание нескольких или даже всех видов железа. Учитывая, что нет единых утвержденных методик определения органического, коллоидного и бактериального железа, то в деле подбора эффективного метода (скорее, комплекса методов) очистки воды от железа очень много зависит от практического опыта специалиста, занимающегося водоочисткой.

Удаление из воды железа - без преувеличения одна из самых сложных задач в водоочистке. Даже беглый обзор существующих способов борьбы с железом позволяет сделать обоснованный вывод о том, что на данный момент не существует универсального экономически оправданного метода, применимого во всех случаях жизни. Каждый из существующих методов применим только в определенных пределах и имеет как достоинства, так и существенные недостатки.

Итак, к существующим методам удаления железа можно отнести:

• Окисление (кислородом воздуха или аэрацией, хлором, перманганатом калия, перекисью водорода, озоном) с последующим осаждением (с коагуляцией или без нее) и фильтрацией.

Традиционный метод, применяемый уже много десятилетий. Так как реакция окисления железа требует довольно длительного времени, то использование для окисления только воздуха требует больших резервуаров, в которых можно обеспечить нужное время контакта. Это наиболее старый способ и используется только на крупных муниципальных системах. Добавление же специальных окислителей ускоряет процесс. Наиболее широко применяется хлорирование, так как параллельно позволяет решать проблему с дезинфекцией. Наиболее передовым и сильным окислителем на сегодняшний день является озон. Однако установки для его производства довольно сложны, дороги и требуют значительных затрат электроэнергии, что ограничивает его применение. Необходимо отметить также, что в концентрированном виде (например, на точке ввода в воду) озон является ядом (как, собственно говоря, и многие другие окислители) и требует очень внимательного к себе отношения.

Частицы окисленного железа имеют достаточно малый размер (1-3 мкм) и поэтому осаждаются достаточно долго, поэтому применяют специальные химические вещества-коагулянты, способствующие укрупнению частиц и их ускоренному осаждению. Применение коагулянтов необходимо также потому, что фильтрация на муниципальных очистных сооружениях осуществляется в основном на устаревших песчаных или антрацитовых осветлительных фильтрах (не способных задерживать мелкие частицы). Однако даже применение более современных фильтрующих засыпок (например, алюмосиликатов) не позволяет фильтровать частицы размером менее 20 микрон. Проблему могло бы решить применение специальной керамики, но она достаточно дорого стоит (так как не производится в России).

У всех перечисленных способов окисления есть ряд недостатков.

Во-первых, если не применять коагулянты, то процесс осаждения окисленного железа занимает долгое время, в противном же случае фильтрация некоагулированных частиц сильно затрудняется из-за их малого размера.

Во-вторых, эти методы окисления (в меньшей степени это относится к озону) слабо помогают в борьбе с органическим железом.

В-третьих, наличие в воде железа часто (практически всегда) сопровождается наличием марганца. Марганец окисляется гораздо труднее, чем железо, и, кроме того, при значительно более высоких уровнях рН.

Все вышеперечисленные недостатки сделали невозможным применение этого метода в сравнительно небольших бытовых и коммерческо-промышленных системах, работающих на больших скоростях.

• Каталитическое окисление с последующей фильтрацией - наиболее распространенный на сегодняшний день метод удаления железа, применяемый в высокопроизводительных компактных системах. Суть метода заключается в том, что реакция окисления железа происходит на поверхности гранул специальной фильтрующей среды, обладающей свойствами катализатора (ускорителя химической реакции окисления). Наибольшее распространение в современной водоподготовке нашли фильтрующие среды на основе диоксида марганца MnO₂: Birm, Greensand, Filox, Pyrolox и др. Эти фильтрующие "засыпки" отличаются между собой как своими физическими характеристиками, так и содержанием диоксида марганца, и поэтому эффективно работают в разных диапазонах значений параметров, характеризующих воду. Однако принцип их работы одинаков. Железо (и в меньшей степени марганец) в присутствии диоксида марганца быстро окисляется и оседает на поверхности гранул фильтрующей среды. Впоследствии большая часть окисленного железа вымывается в дренаж при обратной промывке. Таким образом, слой гранулированного катализатора является одновременно и фильтрующей средой. Для улучшения процесса окисления в воду могут добавляться дополнительные химические окислители. Наиболее распространенным является перманганат калия KMnO₄ ("марганцовка"), так как его применение не только активизирует реакцию окисления, но и компенсирует "вымывание" марганца с поверхности гранул фильтрующей среды, то есть регенерирует ее. Используют как периодическую, так и непрерывную регенерацию.

Все системы на основе каталитического окисления с помощью диоксида марганца кроме специфических (не все из них работают по марганцу, почти все они имеют большой удельный вес и требуют больших расходов воды при обратной промывке) имеют и ряд общих недостатков.

Во-первых, они неэффективны в отношении органического железа. Более того, при наличии в воде любой из форм органического железа на поверхности гранул фильтрующего материала со временем образуется органическая пленка, изолирующая катализатор - диоксид марганца от воды. Таким образом, вся каталитическая способность фильтрующей засыпки сводится к нулю. Практически "на нет" сводится и способность фильтрующей среды удалять железо, так как в фильтрах этого типа просто не хватает времени для естественного протекания реакции окисления.

Во-вторых, системы этого типа все равно не могут справиться со случаями, когда содержание железа в воде превышает 10-15 мг/л, что совсем не редкость. Присутствие в воде марганца только усугубляет ситуацию.

• Ионный обмен как метод обработки воды известен довольно давно и применялся (да и теперь применяется) в основном для умягчения воды. Раньше для реализации этого метода использовались природные иониты (сульфоугли, цеолиты). Однако с появлением синтетических ионообменных смол эффективность использования ионного обмена для целей водоочистки резко возросла.

С точки зрения удаления из воды железа важен тот факт, что катиониты способны удалять из воды не только ионы кальция и магния, но и другие двухвалентные металлы, а значит и растворенное двухвалентное железо. Причем теоретически концентрации железа, с которыми могут справиться ионообменные смолы, очень велики. Достоинством ионного обмена является также и то, что он "не боится" верного спутника железа - марганца, сильно осложняющего работу систем, основанных на использовании методов окисления. Главное же преимущество ионного обмена то, что из воды могут быть удалены железо и марганец, находящиеся в растворенном состоянии. То есть совсем отпадает необходимость в такой капризной и "грязной" (из-за необходимости вымывать ржавчину) стадии, как окисление.

По материалам сайта www.water.ru