Аэрация воды из скважины: принципы обезжелезивания

Вода, к которой мы привыкли, наблюдая ее в природе — ручьи, реки, моря — находится в системе биорегуляции. Бактерии и водные растения очищают воду от растворенных веществ, делают ее пригодной для жизни насекомых, рыб, птиц, животных и человека, конечно.

Когда мы берем воду из скважины, колодца, любого иного подземного источника — мы по привычке ожидаем получить чистую воду.

Однако, железо, марганец, органика, сероводород (это основные загрязнители, есть еще множество других) — делают нашу воду непригодной для питья и бытовых нужд.

Увы, вода подземных источников редко бывает чистой в нашем понимании.

Такая вода при высоком содержании загрязняющих веществ:

• имеет противный запах,
• противный вкус,
• оставляет несмываемые следы на сантехнике,
• разрушает стальные части водопровода,
• образует осадки, загрязняющие водопровод
• и приносит множество других неприятностей

Напорная аэрация — один из самых распространенных методов окисления растворенных металлов, удаления органических веществ, сероводорода и аммиака.

Что такое аэрация

Это процесс насыщения воды кислородом (реже – обычным воздухом) с целью ее очистки. Такое обогащение запускает естественные химические реакции, в результате которых растворенные примеси становятся оксидами и выпадают в осадок, а уже его затем можно сравнительно легко задержать фильтрами-уловителями и удалить. После чего выполняется отдувка летучих соединений, токсичных и неприятно пахнущих.

Пользуясь разновидностями способа, можно эффективно убирать из жидкости частицы металлов (например, железа или марганца), газов (сероводород, хлор, метан и другие), углекислот и органических соединений, а также бактерии с вирусами.

Для чего нужна аэрация

С помощью очистки воды можно:

• удалить из нее вредные соли;
• провести ее биологическую обработку;
• повысить кислородную концентрацию;
• убрать неприятные и любые посторонние запахи.

Обратите внимание, жидкость с чрезмерным содержанием железа непригодна для питья или приготовления пищи, ведь при регулярном ее употреблении этот избыток будет откладываться в организме и постепенно приведет не просто к плохому самочувствию, а к хроническим болезням, серьезнейшим образом подорвав здоровье. Для бытовых целей она тоже не подойдет, так как ее соли будут портить белье при стирке и в целом оседать на внутренних поверхностях ТЭНов, труб, сантехники, постепенно забивая все проходы.

Очистка воды аэрацией

Ее преимущество в том, что свой подход можно найти абсолютно в любом случае, ориентируясь как на конечную цель, так и на текущие условия: на обогащаемый объем рабочей среды, действующий напор потока и другие важные факторы.

Естественно, от выбранного метода напрямую зависит и используемое оборудование, и производительность, и уровень затрат. Поэтому необходимо сразу определиться, зачем вы решаете данный вопрос, для чего вам нужна жидкость – для обслуживания коттеджа, загородного дома в несколько этажей, приусадебного участка с теплицами или промышленного объекта.

Сегодня можно выделить 3 основных способа – рассмотрим каждый из них по порядку.

Биологическое аэрирование

Оно построено на природном явлении, которое заключается в том, что кислородный фон в воде зависит от количества в ней фитопланктона, непосредственно продуцирующего 80-90% всего воздуха в рабочей среде.

Отсюда простая зависимость: чем больше этих организмов, тем скорее произойдет обогащение, а значит их прирост необходимо всячески стимулировать. Для чего допустимо применять самые разные подходы:

• добавлять минеральные удобрения, активизирующие естественные обменные процессы;
• населять водоем (аквариум, емкость) рыбами, употребляющими в пищу растительность; например, белым амуром или толстолобиком, так как они поедают взрослых особей, заставляя молодняк плодиться и при этом генерировать кислород.

Второй вариант хорош еще и тем, что от него комплексный эффект. В первую очередь, потому что происходит поглощение не только фитопланктона, но и детрита, который обязательно забрал бы какую-то долю воздуха, если бы остался в воде. Таким образом оксиген не только появляется, но и экономится. Кроме того, попутно уничтожается и та растительность, которая мешала полезным нам организмам размножаться, причем она поедается, а не отмирает, и на процессы ее разложения газ тоже не расходуется. Тот случай, когда косвенное влияние играет крайне важную роль.

MBFT-75 Мембрана на 75GPD

SF-mix Clack до 0,8 м3/ч

SF-mix Runxin до 0,8 м3/ч

Химическая аэрация

Это искусственный метод с очень простым принципом: добавить в рабочую среду реагенты, повышающие активность выделения кислорода. Подходящих веществ достаточно много, и в качестве примеров можно привести:

• перекись водорода – H2O2;
• марганцовокислый калий – KMnO4;
• перекись кальция – Ca2O;
• ряд других, менее применяемых.

Здесь нужно учитывать, что у каждого такого катализатора не только своя степень эффективности, но и определенные побочные эффекты. Так, в результате взаимодействия с Ca2O образуется еще и гашеная известь, которая ускоряет столь нужную реакцию обогащения.

Чтобы решить вопрос химическим путем, следует добавить в жидкость расчетное количество вещества. Так, чтобы высвободить 1 л оксигена, следует всыпать 4,6 кг перекиси кальция.

Нюанс состоит в том, что пропорции следует точно выдерживать: если не соблюсти концентрацию, воздух просто не выделится в нужном объеме, если же ее превысить, можно нанести серьезный ущерб как локальной системе водоснабжения, так и экологии вообще. Поэтому важно помнить, что у каждого катализатора свои пропорции, и придерживаться их.

Механическая аэрация

Самый используемый вариант – потому что осуществляется практически в пассивном режиме, почти без участия человека, и протекает сравнительно быстро. Кроме того, не несет даже теоретической угрозы для окружающей среды, а это ключевое преимущество в промышленных масштабах.

Реализуется довольно просто – следующим образом:

• в емкости устанавливается столик;
• на него подается рабочая среда из трубы;
• падая, жидкость разбивается, часть ее капель вылетает на поверхность, получает воздушный заряд и возвращается в резервуар.

Сейчас мы привели простейшую схему насыщения, на базе которой совершенствуются и внедряются другие решения, более сложные. Примерами могут быть всем известные дождевальные установки, повсеместно используемые для полива сельхозугодий и таким образом помогающие выращивать различные культуры. В рыбных хозяйствах специальные приборы тоже востребованы, но только в тех случаях, когда обитателей рек, озер и прудов больше, чем 2,5 т/га (согласно расчетным данным).

Необходимость обезжелезивания воды. Виды очистки аэрацией

Системы аэрации широко используются для очистки воды от железа в производственных и бытовых целях. Жидкость, богатая соединениями железа, органическими загрязнителями и летучими веществами, требует обязательного проведения предварительной очистки, которая заключается в окислении посторонних включений. Способы окисления существуют разные, но одним из наиболее популярных является именно аэрация. Почему? Потому что она производится без использования химических реагентов и является максимально безопасной. Вместо опасной химии используется кислород.

Основные цели использования аэрации воды из скважин:

• удаление солей железа;
• устранение посторонних ароматов;
• биологическая обработка;
• повышение концентрации кислорода.

Как получается аэрированная вода

В общем случае процесс ее обогащения кислородом проходит в 3 этапа – по следующей схеме:

1. Стимулируется выработка оксигена (выбранным способом – химическим, биологическим или механическим), запускающего реакции, в результате которых растворенные примеси окисляются до двух- и трехвалентного состояния.

2. Посторонние вещества выпадают в осадок и улавливаются фильтрами (чтобы не скапливались на дне и стенках емкости).

3. Оставшиеся и выделившиеся в результате взаимодействия газы (аммиак, сероводород, хлор) отдуваются.

Виды аэрации воды

Помимо способов увеличения концентрации воздуха, есть разделение еще по целому ряду параметров. Это и уровень сложности используемого оборудования, и характер применяемых реагентов. Но есть один фактор, который стоит особняком. Это метод подачи кислорода, и, в соответствии с ним, выделяют две схемы – перейдем к рассмотрению первой.

АМЕТИСТ — 02 М Жилой дом до 10 человек или до 2 куб.м./сут.

Аэрационная установка AS-1054 VO-90

Диспенсер магистральный настольный AquaPro 919H/RO (горячая и холодная вода)

Безнапорная

Краткая суть следующая:

• Жидкость поступает в бак через форсунки (специальные насадки), то есть с рассеиванием.
• Падая, капли перемешиваются с содержащимся в атмосфере воздухом.
• В то же время мембранный компрессор нагнетает кислород еще и на дне.
• Взаимодействуя, молекулы окисляются, и содержащиеся в воде растворенные формы выпадают в осадок и удаляются фильтрами.
• Рабочая среда откачивается при помощи насоса и поступает к конечным точкам потребления.

Установки, функционирующие по данному принципу, используются тогда, когда в жидкости присутствуют избытки солей, сероводород и метан, а также в случаях чрезмерной цветности и мутности или присутствия неприятного аромата.

Построенные на базе метода безнапорные системы отличаются между собой габаритами и производительностью, и если одни из них ориентированы на коттеджи и загородные дома, то другие удовлетворят нужды даже крупных промышленных предприятий. Они достаточно экологичны и безопасны, поэтому допустимо дополнять их возможности еще и реагентной очисткой – при наличии серьезного избытка органических соединений и/или низком уровне pH.

Переходим ко второй схеме.

Напорная

Самая распространенная технология – в силу своей экономической выгодности, быстроты реализации и полного отсутствия вреда для окружающей среды. Воплощается в жизнь следующим способом:

1. Вода забирается из источника, после чего подается на вход очистительной колонны через датчик потока.

2. Получив соответствующий сигнал, реле расхода запускает компрессор, который начинает нагнетать воздух в емкость через трубку.

3. Жидкость смешивается с газом и таким образом насыщается кислородом и льется в резервуар, находящийся под значительным давлением.

4. На протяжении 30 минут (или дольше) данная смесь отстаивается – для проведения окислительных реакций и выпадения осадка, – после чего пропускается через фильтры, поглощающие твердые частицы, и направляется к точкам потребления.

Или возможна другая схема:

• Рабочую среду набирают в объемную емкость, допустим, в специальную колонну.
• На уровне середины резервуара подают оксиген, который начинает подниматься.
• Доходя до верха, газ не только естественным путем запускает процесс аэрации, но и планомерно ускоряет его.

Конструкция стандартной установки для безнапорной аэрации

Аэратор

Это устройство для подачи воздуха в систему. Для выполнения данной процедуры, в зависимости от конструкционных особенностей аппарата, используется эжектор, компрессор или система душирования.

Контактная емкость

Основная часть устройства безнапорной аэрации. Это закрытый корпус, где происходит процесс обогащения воды кислородом и ее отстаивание. В верхней части резервуара расположен дыхательный клапан, через который удаляются вредные газы и излишки O2.

Центробежный насос

Выкачивает из контактной емкости отстоявшуюся воду и подает ее в систему для дальнейшего использования.

Автоматика

Главным элементом автоматики чаще всего является реле контроля уровня. Датчик, расположенный в резервуаре, передает ему сигнал об уровне воды в емкости. Если этот показатель достиг предельно допустимой границы, реле посылает на электромагнитный клапан команду перекрыть подачу воды в резервуар, а насос получает команду начать ее откачку.

Что из себя представляют системы очистки воды аэрацией

Каждая из них – это совокупность оборудования, отличающаяся от аналогов и конкурентов степенью сложности, производительностью, надежностью, но обязательно обладающая следующими преимуществами:

• автономное функционирование (или с минимальным участием человека;
• простота обслуживания – неприхотливость в уходе и небольшие затраты времени и средств на поддержание всех модулей и составляющих в работоспособном состоянии;
• компактные размеры – для беспроблемной установки не только на производстве, но и на приусадебном участке или даже в доме;
• экономическая эффективность.

Преимущества и недостатки безнапорной аэрации

Преимущества безнапорной аэрации по сравнению с другими способами водоочистки:

Очистка производится без помощи химических веществ

Экологическая безопасность

Простота и низкая стоимость обслуживания

Не требуется постоянный напор воды

Возможность применения систем автоматизации

Работа с большими объемами жидкости

К недостаткам можно отнести большие габариты оборудования и его относительно высокую стоимость. Но даже несмотря на цену аппарата, благодаря низкой себестоимости эксплуатации, общая экономическая эффективность выше, чем у большинства других способов очистки воды.

Аэрация воды из скважины

Да, в ней тоже могут содержаться примеси, и если их не было вчера, согласно заключению экспертов, то это вовсе не значит, что вредных веществ в ней не появится завтра, после изменения состава почвы. Так что лучше перестраховываться и фильтровать ее, особенно в случае применения в пищу, да и для других бытовых целей тоже, ведь иначе трубы канализация или полива рассады в теплице рано или поздно забьются из-за отложений.

Правильно подобранное оборудование позволит быстро удалять избыток марганца и других металлов, сероводорода. При этом важно использовать такой фильтр, который сможет улавливать даже сравнительно мелкие частицы осадка и не будет забиваться в течение длительного времени.

Диспенсер магистральный настольный AquaPro 929CH/RO (охлаждение/нагрев)

Диспенсер напольный AquaPro 311 (пустой, без охлаждения)

Диспенсер напольный AquaPro 6207CH (охлаждение/нагрев/комн.темп)

Как обезжелезить воду своими руками

В домашних условиях воду можно очищать с помощью специальных фильтров. Такие устройства выпускает из Тюмени. Они имеют сменный картридж, который состоит из пористого активного материала, способного задерживать различные взвеси, в т. ч. и соли железа. Их не рекомендуют устанавливать на водопроводных сетях, в которых имеется остаточный хлор, т. к. это приводит к быстрому выходу их строя фильтрующего элемента.

В системах индивидуального водоснабжения используют установки безнапорной очистки с компрессором и без него. В связи с тем, что, кроме погружного насоса, нужна насосная станция для обеспечения дома пригодной для употребления водой, такие установки требуют много места для монтажа и не могут использоваться в квартирах. При небольшой концентрации металлов в скважине применяют эжекторный метод аэрации.

Как и где используется упрощенная аэрация воды

Ее можно применять при любом из подходов, если жидкость в процессе обогащения оксигеном и выпадения осадка способна создать каталитическую пленку. Этого не произойдет, если концентрация того же железа окажется ниже 70% от всех примесей. Текущее содержание кислорода тоже важно: он должно быть на уровне 6 мг/л. И не следует забывать о высоте излива – 0,5 м над уровнем падения капель.

Есть факторы, снижающие эффективность процедуры, или сводящие результат к нулю, и это:

• низкий pH-уровень;
• чересчур сильная окисляемость;
• наличие углекислоты или сероводорода.

Схема метода максимально проста: рабочая среда проходит через форсунки, попутно насыщаясь воздухом, падает в бак и сразу сливается в магистральный канал. Накопительная емкость в данном случае отсутствует, что значительно сокращает затраты, но и не позволяет обеспечить максимальную степень очистки.

Как наладить процесс аэрации воды из скважины своими руками

Можно самостоятельно организовать эффективную систему – для этого нужно:

• установить насос, осуществляющий забор из источника;
• подключить к нему оборудование для насыщения, размещенное в подвале дома или другом подходящем теплом месте со стабильным микроклиматом и уровнем влажности;
• подсоединить к нему фильтр с производительностью от 250 л/день (лучше взять с запасом, для всех бытовых нужд);
• следом подставить резервуар-отстойник соответствующей емкости;
• соединить все это при помощи труб, которые следует вывести к сантехнике, нагревателю и другим точкам потребления.

А можно поступить проще и купить готовую систему, доказавшую свою надежность на практике. Определиться с выбором, исходя из ваших целей и возможностей, вам могут помочь специалисты организации «Вода Отечества».

Применение аэрации для обезжелезивания и очистки от органических веществ

Реализуется одна из следующих схем:

• Напорная – рабочая среда подается с нагнетанием и проходит через катализатор, что значительно ускоряет реакции окисления. Количество и силу воздействия воздуха регулирует компрессор, выпадение примесей в осадок осуществляется при прохождении потока через фильтр с сорбционными гранулами, которые затем вымываются в дренаж.
• Безнапорная – в емкости уже не поддерживается постоянно высокое давление, в результате чего вода проходит через систему несколько медленнее, чем в предыдущем случае, ведь ей требуется некоторое время на обогащение кислородом и отстаивание. После чего она откачивается в обезжелезиватель, частично заполненный веществом, вызывающим преобразование растворенных элементов в твердые.
• Реагенты + напор – с помощью дозатора в жидкость вводят гипохлорит натрия, который тут же вступает в реакцию благодаря нагнетанию. Затем направляют рабочую среду в резервуар с фильтрующими гранулами, на которых и осаждаются примеси. Остаточные взвеси вымываются обратным потоком, а избыток NaOCl устраняется сорбционными материалами.
• Реагенты без напора – схема сходна с предыдущей, отличие только в том, что вода с добавленным в нее катализатором сначала около 30-60 минут отстаивается в специальном баке – для запуска и проведения реакций окисления – и только потом идет дальше по системе.

Как раз последние два метода и помогают убирать еще и органику.

Способы очистки воды от железа с помощью фильтра и аэратора

Выбор типа установки обезжелезивания воды с аэрацией зависит от вида содержащихся металлов. Железо может присутствовать в водопроводной воде в таких формах:

1. Fe(II) — растворенное двухвалентное. Оно не меняет цвет жидкости, визуально не заметно.
2. Fe(III) — нерастворимое трехвалентное. Образует осадок, дает «ржавый» цвет.
3. Коллоидное — мельчайшие твердые частицы, создающие мутность воды.
4. Органическое — входит в состав органических загрязнителей.
5. Бактериальное — образует радужную пленку на поверхности жидкости, а также илистый осадок на дне.

Трехвалентное железо удалить проще всего. Оно выпадает в осадок и легко поддается фильтрации. Остальные формы железа нужно вначале преобразовать в фильтруемую форму Fe(III). В этом случае применяют аэрацию для обезжелезивания воды. Марганец содержится в сырой воде из подземных источников в форме Mn(II). Его концентрация в неочищенной воде может достигать 0,1%. Двухвалентная форма элемента частично растворяется и может образовывать осадок при очень сильном нагревании жидкости. Для очистки воды от марганца его переводят в трех или четырехвалентную форму — он преобразуется в нерастворимые соединения (оксиды металла, гидроксиды, соли кислот). При этом также образуется осадок, который можно уловить при фильтрации.

Фильтры обезжелезивания

Фильтрационные установки для удаления из воды железа и марганца разделяют на промышленные и бытовые. Они отличаются по степени очистки, производительности, типу действия, стоимости, сложности обслуживания.

По конструкции существует три категории установок обезжелезивания:

1. Реагентные фильтры. Здесь очищаемая вода проходит через зернистый наполнитель, имеющий высокую сорбционную способность. При этом происходит перевод растворенных солей металлов в нерастворимую форму, которая оседает на фильтрующих гранулах. Для катализации процесса используют перманганат калия, диоксид хлора, гипохлорит натрия.
2. Безреагентные фильтры. Корпус такого фильтра заполняет активный каталитический поглотитель. Предварительно при проходе через аэратор происходит окисление двухвалентного железа до трехвалентного, с последующим выпадением твердых частиц ржавчины непосредственно на фильтре обезжелезивания. Нерастворимые хлопья оседают на сорбент и смываются потоком воды при промывке фильтра. Для работы установки удаления железа таким способом обязательно требуется аэрация.
3. Фильтры комплексной очистки воды от железа и жесткости. Это составные установки, включающие несколько этапов очистки. Они удаляют из воды железо, марганец, аммоний, вредные органические соединения. Также в них выполняется смягчение и осветление воды. Многофункциональные установки компактны, экономичны, у них простая система регенерации.

Реагентное обезжелезивание применяется для очистки воды с низким показателем pH при высокой концентрации железа, марганца, сероводорода. Для регенерации фильтрующего материала выполняют обратную промывку наполнителя специальным раствором, процесс восстановления занимает примерно 1,5 часа.

Безреагентные установки с аэрацией отличаются долгим сроком службы, а для их регенерации не требуется расход реагентов. Эти фильтры улавливают железо, марганец, растворенные агрессивные газы. Это высокоэффективные установки, широко применяемые в различных отраслях.

Обезжелезивание воды аэрацией

Аэрация воды для очистки от железа — это процесс интенсивного насыщения воды кислородом, в результате которого происходит окисление содержащегося в ней железа до нерастворимой формы. По способу аэрации воды от железа установки бывают:

1. Напорные. Воздух принудительно нагнетается воздушным компрессором высокого давления в поток воды на входе в аэрационную колонну или трубу. Излишки воздуха отводятся в сепаратор или воздухоотводчик, а обогащенная кислородом вода поступает в колонну фильтра с каталитическим заполнителем. Здесь происходит окончательное окисление железа, а также осаждение не растворенного металла и взвешенных частиц. Напорные аэраторы для обезжелезивания используются даже при больших расходах воды и высоком содержании железа.
2. Безнапорные. Такие станции аэрации и обезжелезивания воды работают при невысоких давлениях среды. Из-за этого, обычно безнапорная аэрация с обезжелезиванием применяется для небольших расходов воды и при небольших концентрациях железа. Жидкость с помощью водяного насоса поступает через разбрызгивающие форсунки в специальную открытую емкость. Взаимодействие железа и кислорода обеспечивается за счет эжекции и душирования воды. Избыток воздуха сбрасывается через воздушный клапан, а окисленное нерастворимое железо осаждается в фильтрующем наполнителе установки.
3. Электрохимическое окисление железа аэрацией. Аэрация происходит за счет использования электрохимической реакции, преобразующей разные виды энергии. Это современные производительные установки для обезжелезивания воды аэрацией, характеризующиеся небольшими габаритами, низким уровнем шума и простотой эксплуатации. Подходят для очистки воды с высоким содержанием железа.