Железо растворенное в воде

Повышенные концентрации железа в воде – главная причина появления желтых разводов на сантехнике и окрашивания воды в бурый цвет.

Основными источниками соединений железа в поверхностных водах являются процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их механическим разрушением и растворением. В процессе взаимодействия с содержащимися в природных водах минеральными и органическими веществами образуется сложный комплекс соединений железа, находящихся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками. Концентрация железа подвержена заметным сезонным колебаниям.

В результате химического и биохимического (при участии железобактерий) окисления (Fe+2) переходит в (Fe+3) , который, гидролизуясь, выпадает в осадок в виде Fe(OH)3.

Например, двухвалентное железо (Fe+2) почти всегда находится в воде в растворенном состоянии. Сначала мы видим, что вода чиста и прозрачна, но уже через некоторое время в процессе отстаивания образуется красно-бурый осадок, который не что иное, как трехвалентное железо (Fe+3) — гидрооксид железа Fe(OH)3, который практически нерастворим в воде.

Органическое железо

Бактериальное железо

В поверхностных водах железа в основном находится в виде его трехвалентных комплексных соединений с растворенными неорганическими и органическими гумусовыми соединениями. Повышенное содержание железа наблюдается в болотных водах, где концентрация гумусовых веществ достаточно велика. В подземных водах из-за низкого содержания растворенного кислорода железо присутствует в основном в растворенном двухвалентном виде.

Вода, в которой содержится железо (особенно подземная) изначально прозрачна и чиста на вид. При контакте с кислородом воздуха железо окисляется, воде окрашивается в желтовато-бурый цвет. Уже при концентрациях в воде железа выше нормы (а это 0,3 мг/л) возможно появление ржавых потеков на сантехнике и пятен на белье при стирке. А уже при содержании железа выше 1 мг/л вода становится мутной, желто-бурого цвета, особенно после нагревания, у нее ощущается характерный металлический привкус. Такая вода практически непригодна для хозяйственно-бытового и особенно для питьевого применения, так как железо – это тяжелый металл, и наряду с марганцем, никелем, хромом, мышьяком, кадмием, свинцом и медью относится к высокотоксичным веществам. Очень часто содержание железа в водопроводе, да и в колодцах, скважинах, превышает норму в несколько раз, поэтому проблема обезжелезивания воды стоит особенно остро.

Так что же нужно для того, чтобы очистить воду от соединений железа? На первый взгляд, очень немного: перевести железо в нерастворимую трехвалентную форму и отфильтровать его. На деле же проблема не так проста, как кажется и обусловлена значительным разнообразием природных условий, в том числе разнообразием состава подземных вод, а также форм соединений железа в них.

Основными методами обезжелезивания воды являются окислительный и ионообменный способы.

Окислительные методы обезжелезивания воды основываются на окислении двухвалентного железа кислородом воздуха (аэрация) и сильными окислителями (хлор, перманганат калия, перекись водорода, озон) до трехвалентного состояния, с образованием нерастворимого гидроксида железа (III), который впоследствии удаляется отстаиванием, отстаиванием с добавлением коагулянтов и флоккулянтов (А-Т 9.303) и (или) фильтрацией.

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.

Подведя итоги нужно отметить, что прежде чем принять решение о способе очистки данной конкретной воды от железа необходимо в комплексе рассмотреть такие параметры как: анализ воды, характеристики скважины ( колодца), рабочие характеристики насосного оборудования (если уже установлено), планируемое потребление воды, а так же режим потребления воды – сезонный или круглогодичный. На основе этих данных специалисты помогут подобрать именно то оборудование для водоочистки, которое необходимо в каждом конкретном случае. И только так можно добиться оптимизации расходов на водоочистку и получения воды, требуемого качества.

На даче или в загородном доме для подачи воды обычно используется скважина или колодец. Жидкость поступает из подземных рек и содержит самые разные примеси, от песка и глины до тяжелых металлов и газов. Наиболее распространенная проблема — избыточное железо в воде из скважины. Большое содержание этого металла негативно сказывается на здоровье человека, состоянии труб и нагревательных приборов. Высокое содержание железа корректируется путем установки фильтров.

Норма железа в воде из скважин

Согласно нормам, утвержденным СанПин, безопасная и комфортная концентрация железа — 0,3 мг/л. В случае превышения этого значения вода желтеет, приобретает характерный запах и привкус.

Почему в воде из скважины много железа

Подземные реки, из которых берется вода в скважине, текут среди земли, горных пород, залежей металлов и всевозможных веществ. В связи с этим скважинные воды могут содержать практически всю таблицу Менделеева. Что интересно, на соседних участках из скважин, пробуренных на расстоянии нескольких метров, может быть совершенно разный состав воды. Это объясняется разным залеганием по глубине и разными течениями, в которые “попала” скважина.

Почему вода из скважины пахнет железом

Подземные реки характерны отсутствием доступа кислорода, вследствие чего скважинные воды часто прозрачны, но содержат растворенное железо. Если вода желтеет после отстаивания на воздухе, это означает наличие растворенного, или двухвалентного железа.

Какой может быть вред

В случае превышения норм СанПин в воде, организм человека также начинает получать избыточное железо — в питьевой воде, через кожу, поливаемые такой водой фрукты и овощи с огорода. Нужную нам норму — 15-22 мг этого металла, человек ежедневно получает из пищи — мяса, круп, овощей. Все сверх этого наш организм не может вывести естественным путем и начинает болеть. Распространенные симптомы переизбытка железа в воде:

• болезни внутренних органов — почек, печени, сердца,
• нарушения внимания и памяти,
• аллергические реакции и сухость кожи.

Сантехника и бытовая техника также “не любит” лишнее железо и покрывается ржавым налетом, сокращающим в итоге сроки эксплуатации.

Двухвалентное железо

Железо встречается в воде в двух формах: двухвалентной и трехвалентной. Первая характерна полным растворением в воде. Железо в таком виде никак не проявляет свой цвет до отстаивания на открытом воздухе. Реакция с кислородом заставит его окислиться и выпасть в ржавый осадок. Кроме этого, растворенное железо можно определить по металлическому привкусу и запаху прозрачной на вид воды.

Трехвалентное железо

Вторая форма — окисленная, это знакомая нам ржавчина, придающая воде рыжий цвет, тот самый осадок, в который выпадает двухвалентная форма по мере окисления.

Пленка на воде из скважины

Еще один признак железа — если из скважины поступает вода с пленкой. Обычно вода покрывается пленкой после отстоя и реакции с кислородом. Часть металла окисляется и оседает на дне емкости, а на поверхности воды образуется пленка с характерным запахом.

Как окислить железо

Для фильтрации окисленного железа существует много фильтров. Но если в воде есть оба вида железа, растворенное нужно сначала окислить, чтобы фильтр мог его задержать.

Способы борьбы с железом в воде:

• Ионообменные смолы фильтруют непосредственно двухвалентную форму железа, но не справятся с ржавчиной. Если в воде содержится железо сразу в обоих видах, такой фильтр не подойдет.
• Обратный осмос справится с двух- и трехвалентным железом, но потребует существенных финансовых и временных вложений. Кроме того, вода, поступающая через него, является дистиллятом, непригодным для употребления внутрь и требует искусственной минерализации.
• Новинка рынка — титановые фильтры TITANOF, не требующие замены картриджа. Титановый порошок спекается по специальной технологии и имеет микропоры, задерживающие ржавчину. Диоксид титана — тонкая пленка, образующаяся на фильтроэлементе при контакте с кислородом, эффективно окисляет двухвалентное железо, катализируя выпадение в осадок. Вода в титановом фильтре не меняет свой минеральный состав, в отличие от обратного осмоса.

Благодаря исключительным свойствам титана, он не изнашивается в процессе фильтрации и потому не требует замены фильтроэлементов. По мере загрязнения картриджа он вынимается и чистится в растворе обычной лимонной кислоты. Процедура регенерации, то есть возвращения фильтра в 100% исходное состояние с момента приобретения, проста и доступна любой домохозяйке.

Титановые фильтры компактны и поместятся как традиционно — на магистраль, так и под мойку в маленькую квартиру.

Введение

Железо является характерным элементом природных вод зоны избыточного увлажнения. На территории этой природной зоны расположены города Центральной части России, Сибири и Дальнего Востока. В подземных водах Москвы и Московской области содержание железа превышает значение ПДК практически повсеместно.

Железо – один из самых распространенных элементов в при­роде. Его содержание в земной коре составляет около 4,7 % по массе, поэтому железо, с точки зрения его распространенности в природе, принято называть макроэлементом. Известно свыше 300 минералов, содержащих соединения железа. Среди них – магнит­ный железняк альфа FеО(ОН), бурый железняк Fе₃О₄*Н₂О, гематит (красный железняк) и другие. Главными источниками соединений железа в поверхностных водах являются процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их механическим разрушением и растворением. В процессе взаимодействия с содержащимися в природных водах минеральными и органическими веществами образуется сложный комплекс соединений железа, находящихся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состояниях. Значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и сельскохозяйственными стоками.

Воздействие на организм

Железо является жизненно важным микро­элементом для животных и растений, то есть элементом, необходимым для жизнедеятельности живых организмов в малых количествах. В организме человека железо входит в состав важнейших в биологическом отношении органических соединений – гемоглобина крови и ряда ферментов. Около 70% железа, содержащегося в организме человека, входит в состав гемоглобина. Основным физиологическим назначением железа является участие в процессе кроветворения.

Железо в воде

В природных водах вода может содержать железо в разных формах. Чаще всего встречается двух- и трех- валентное железо. Чистая, прозрачная вода, изливающаяся из скважины, постояв некоторое время на воздухе, буквально на глазах начинает мутнеть, приобретая характерную рыжевато-бурую окраску. Это происходит потому, что соединения двухвалентного железа, вступив в контакт с кислородом воздуха, окисляются и переходят в нерастворимую форму трехвалентного железа – осадок, называемый ржавчиной. Содержание железа в воде выше 1-2 мг Fe /дм 3 значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду малопригодной для использования даже в технических целях. ПДК железа составляет 0,3 мг Fe /дм 3 (лимитирующий показатель вредности – органолептический).

Ржавчина очень часто встречается в водопроводной воде. Одна из основных причин – устаревшие системы водоснабжения. Пройдя очистку на муниципальных водопроводных очистных сооружениях, вода обычно содержит небольшое количество железа, укладывающиеся в медицинские нормы, но проходя до конечного потребителя через многие километры труб распределительной водопроводной сети, она подвергается вторичному загрязнению, растворяя продукты коррозии стальных труб.

В результате на выходе мы вновь имеем «железистую» воду с желтоватым оттенком. Насыщенная соединениями железа вода имеет не только неприятный вид. Она портит запорную арматуру, оставляет ржавые подтеки на керамических поверхностях сантехники. Кроме того, медиками доказано, что вода с повышенным содержанием железа (свыше 0,3 мг/л) приводит к заболеваниям печени, увеличивает риск инфарктов, негативно влияет на репродуктивную функцию организма, а также служит причиной появления аллергических реакций.

Повышенное содержание железа в воде создает благоприятные условия для развития железобактерий, особенно в подогретой воде. Эти микроорганизмы образуют ветвящиеся колонии, которые осложняют работу гидротехнических сооружений. Продукты жизнедеятельности железобактерий являются канцерогенами. Железообрастания внутри труб – идеальная среда для развития кишечной палочки, гнилостных бактерий, различных других микроорганизмов. Все это ухудшает химические и бактериологические показатели воды.

Очистка воды от железа

В природных водах может присутствовать двухвалентное (за­кисное) или трехвалентное (окисное) железо. Наиболее часто в воде подземных источников железо встречается в виде бикарбона­та закиси железа Fe(HCO₃)₂, то есть двууглекислого железа. Из подземных вод двухвалентное железо может быть устране­но при помощи аэрации воды. Надо отметить, что двууглекислое железо в воде частично гидролизуется, теряя углекислоту. Гидрат закиси железа Fe(OH)₂, соединяясь с кислородом, превращается в коллоидную гидроокись железа Fe(OH)₃, которая при коагулировании переходит в окись железа Fe₂O₃3H₂O, выпадающую в виде бурых хлопьев. Поэтому после аэрации нужно пропускать воду через контактные резервуары и фильтры.

Если в воде содержится сернокислое железо FeSO₄, то при аэра­ции такой воды ее обезжелезивание не достигается, так как при гидролизе растворенной соли железа образуется угольная кисло­та, понижающая рН воды до величины, меньшей 6,8, при которой гидролиз почти прекращается. Поэтому из воды СО₂ удаляется путем ее предварительного известкования, после которого необходимы отстаивание и фильтрова­ние воды.

Чтобы установить наиболее экономичный для данной воды спо­соб обезжелезивания, надо произвести пробное удаление железа. Обезжелезивание воды для хозяйственно-питьевых нужд произ­водят при содержании в исходной воде железа в количестве более 0,3 мг/л, при этом специальные установки предусматриваются только в тех случаях, когда железо не может быть удалено попут­но при обработке воды на других очистных сооружениях.

Для того, чтобы решить, какой именно способ обезжелезнивания воды необходим именно вам, нужно понять, в каких формах железо представлено в вашей воде. Для этого рекомендуется обратиться к специалистам-аналитикам, а также профессионалам водоподготовки. Все эти вопросы находятся в компетенции лаборатории MSU LAB.