Способ очистки воды от тяжелых металлов

Обновлено: 17.05.2024

Повышенная концентрации растворенного железа (Fe 2+ влияет не только на бытовую сферу нашей жизни, но и на здоровье. Чтобы от него избавиться, используют разные фильтры и станции обезжелезивания.

Не так давно мы писали о том, как очистить воду от тяжелых металлов. Сегодня мы разберем способы очистки воды от присутствующего в ней железа. Иногда ответ на данный вопрос лежит на поверхности, иногда найти решение очень сложно.

Если речь идет лишь об улучшении вкусовых качеств небольшого объема питьевой воды, тогда подойдет простой удобный фильтр кувшин Brita. Серьезных проблем он не решит, но на вкус, цвет и запах повлияет положительно. Так же как насадки на кран, настольные фильтры, фильтры-диспенсеры и пр. Если же нужно более высокое качество очистки, нужно обратить внимание на обратный осмос. А как быть, если проблема еще более масштабная?

Железистая вода

Конечно, железо присутствует в воде не в виде кусков или обломков: оно растворено, однако и невооруженным взглядом иногда можно увидеть, что вода мутная. Какие именно виды железа мы можем обнаружить, открыв свой водопроводный кран?

железо двухвалентное или ионы Fe 2+ , растворенные в воде, присутствуют, в основном, в подземных водах;
железо трехвалентное: сульфаты и хлориды Fe 3+ отлично растворяются в воде, ионы Fe 3+ превращаются в нерастворимый гидроксид Fe(OH)₃, который и содержится в воде в виде осадка или взвеси. Трехвалентное железо появляется в воде при контакте с окислителем, например, воздухом;
железо органическое – это всевозможные растворимые комплексы, содержащие органические кислоты и имеющие зачастую коллоидную структуру;
железо бактериальное – это железо, которое содержится в оболочке железобактерий и является продуктом их жизнедеятельности.

Органическое и бактериальное железо в больших количествах содержится в поверхностных водах. А вот в воде, добываемой из подземных источников, кроме трехвалентного железа довольно часто содержится марганец. Поэтому наряду с обезжелезиванием воды, зачастую удаляется и марганец. Процесс этот называется деманганацией.

Как определить количество растворенного железа в воде?

Способ №1. Наблюдение

Явными признаками железистой воды является:

ее едва уловимый красноватый оттенок,
красно-бурые разводы на ванне, раковине, унитазе,
ржавые отложения в трубах.

Способ №2. Анализ

С помощью анализа воды вы узнаете, какие примеси, и в каком количестве содержатся в жидкости. Для этого вам нужно собрать образцы воды согласно определенным правилам, отвезти ее в одну из государственных либо частных организаций, подождать несколько дней. Анализ, конечно, стоит денег. Но информация, которую вы получите благодаря нему, бесценна. Она поможет вам организовать в квартире, в частном доме эффективную систему очистки воды от самых разных загрязнений, в том числе, от растворенного железа.

Чем опасно превышение ПДК?

Fe 2+ попадает в воду из-за геологических особенностей местности. Способно нанести вред человеку и его быту. Если говорить о людях, то железо в определенной форме и в определенном количестве им необходимо. Его недостаток способен привести к анемии, прочим недугам. Но в жидкости его бывает слишком много. Оно не способно усвоиться, принести человеческому организму пользу. Накапливается в нем, через некоторое время становится причиной раковых заболеваний.

Теперь о том, что касается быта. Современный человек использует для организации своей жизнедеятельности большое количество жидкости. В некоторых случаях (полив растений, газонов, огорода) концентрация растворенного железа не очень важна. В других (система отопления, водопровод, бытовая техника и пр.) играет важную роль. Почему? Дело в том, что Fe 2+ окисляется воздухом и переходит в нерастворимую форму, в то, что мы называем ржавчиной. Она оседает везде, где только можно – в трубах, в бытовых приборах, в котлах и системе отопления. Засоряет их, постепенно разрушает.

Это еще не все. Не забывайте об эстетическом вреде, о ржавых разводах на любимой сантехнике – возле стока ванной, на стенках унитаза, на стенах, в местах соединения плитки и пр. Согласитесь, неприятно сделать ремонт, а потом наблюдать, как результат потраченных усилий портится день ото дня.

Словом, железо – не та примесь, которую вы можете оставить без внимания. Со временем оно накапливается в организме и может вызывать не самые приятные заболевания. Хозяйство от него страдает, что приводит все к новым и новым тратам. Непонятно, что делать, кроме как искать какие-либо варианты обезжелезивания воды.

Как очистить воду от железа?

Одной из наиболее сложных задач водоочистки является удаление из воды примесей железа – этот процесс и называется обезжелезиванием. Есть множество способов обезжелезивания воды, а вот универсального метода, экономически оправданного и применимого в любом случае пока не придумано. Тот или иной способ, о них мы расскажем далее, применяется лишь в конкретных случаях, поскольку у каждого – свои достоинства и недостатки. Оптимальный можно выбрать только после определения количества и качества железа в воде.

Перечислим основные варианты очистки воды от железа и дадим их краткое описание.

С помощью бытовых питьевых фильтров

₂

Ультрафильтрация. Использование мембраны с более крупными порами, чем в случае с обратным осмосом. Эффективно понижает концентрацию растворенного железа.
Цеолит. Некоторые производители изготавливают из данного материала картриджи для проточных фильтров. Материал окисляет Fe 2+ , переводит его в нерастворимую форму, и задерживает получившийся осадок.
Арагон. Данный материал используется российским производителем «Гейзер». Предназначен для очистки влаги от многих примесей, в том числе, уменьшает концентрацию железа.

Отметим, что проточные фильтры и обратный осмос лучше всего использовать для очистки воды, которая уже прошла либо очистку на муниципальной станции водоподготовки, либо была обработана на станции полупромышленного типа для коттеджей.

Не все проточные фильтры готовы очистить воду именно от железа. Есть, к примеру, варианты для умягчения воды, для улучшения ее вкуса и устранения запахов, для нейтрализации бактерий и вирусов. Среди всего многообразия устройств вам нужно отыскать те, в которых предусмотрены специальные обезжелезивающие картриджи.

Производители предлагают разные варианты обезжелезивающих картриджей. Некоторые делают фильтрующие элементы на основе синтетического цеолита. Он выступает в качестве катализатора окисления железа. Оно становится нерастворимым в воде и задерживается другими составляющими картриджа. Другие производители предлагают элементы очистки на основе кальцита. Очистка воды от железа в таком случае производится методом щелочного высаживания.

Отметим, что вы можете купить картридж для обезжелезивания воды для своего фильтра, даже если он изначально не предусмотрен. Главное - предварительно проконсультируйтесь у специалистов.

С помощью станций водоочистки

Первое, что мы вам предлагаем, - фильтр кабинетного типа от компании «Гейзер». Небольшой, привлекательный, он готов неустанно работать вам на пользу, очищая за час до 0,3 кубометра воды. То, что нужно для небольшого домика. Очищает воду специальными обезжелезивающими засыпками.

Если у вас достаточно большой дом и количество растворенного железа велико – более 15 мг на 1 литр, тогда лучше обратить внимание на более солидный вариант обезжелезивания жидкости – полупромышленные станции водоподготовки. Это баллоны из стекловолокна, в которых находится, опять же, специальная засыпка. Такая установка справится с любым количеством растворенного железа. Ваш дом с его отопительным котлом, бытовой техникой, сантехникой будет в полной безопасности.

Мы уже говорили о то, что есть множество способов очистить воду от разных видов железа. Для этого в современных фильтрах и системах очистки воды используются специальные наполнители: антрацит, песок, пиролюзит, сульфоуголь и другие фильтрующие материалы. В последнее время все большую популярность приобретают наполнители с каталитическими свойствами. Но давайте подробнее остановимся на методах обезжелезивания:

Аэрация – это процесс насыщения воды воздухом. Контактируя с кислородом растворенное двухвалентное железо принимает форму нерастворимого трехвалентного;
«Сухое» фильтрование: для задержки трехвалентного железа применяются зернистые загрузки с ролью, которых в фильтрах для очистки воды прекрасно справляются мелкодисперсный кварцевый песок, filter Ag, керамзит, винипласт.
Осветление: коагулирование, флокулирование. Эти методы позволяют удалить из воды коллоидно-дисперсные вещества и взвеси. Так реагенты-коагулянты способствуют образованию в воде хлопьев, адсорбирующих на своей поверхности частицы загрязнений и выпадающих в осадок. Флокулянты же способствуют значительному укрупнению этого осадка и ускорению процесса в целом.
Введение реагентов окислителей: хлорирование, обработка перманганатом калия. Под воздействием хлора гуматы и иные органические соединения железа переходят в форму неорганических солей трехвалентного железа, а те, в свою очередь легко гидролизуются. Несмотря на свою дороговизну, хлорирование воды позволяет добиться лишь незначительного улучшения качества воды, и способствует появлению в ней токсических веществ. Обработка перманганатом калия обходится значительно дешевле и используется, как правило, для обработки сложных вод с целью окисления двухвалентного железа.
Озонирование. Этот процесс считается наиболее безопасным и довольно эффективным. Озон является одним из самых сильных окислителей: он обеззараживает воду, окисляет двухвалентное железо и марганец, обесцвечивает воду, улучшает ее органолептические свойства. Однако качество такой обработки должно быть подтверждено экспериментально в каждом конкретном случае.
Использование каталитических загрузок является наиболее распространенным методом удаления различных видов железа и марганца в проточных системах очистки воды. Все фильтрующие материалы этого класса различаются не только физическими свойствами, но и уровнем содержания диоксида марганца. Это позволяет им работать в разных диапазонах значений, присущих воде параметров. Но принцип действия всех загрузок одинаков: он основан на возможности соединений марганца изменять валентность, окисляя двухвалентное железо.

Все перечисленные методы хороши и эффективны лишь в том случае, если их применяют к воде, с подходящим химическим составом. Поэтому, для того, чтобы подобрать наиболее экономичный и действенный фильтр для обезжелезивания воды и оптимальный фильтрующий материал, лучше всего предварительно сделать химический анализ вашей водопроводной воды.

Очистка сточных вод от
тяжелых металлов

В загрязненных стоках ртуть находится в металлической форме, а также в виде оксидов, сульфатов, сульфидов, нитратов, цианидов, тиоцианатов, ционатов. Стоки, которые содержат ионы ртути, являются наиболее токсичными.

Металлическую форму ртути очищают из загрязненных стоков методом отстаивания или фильтрования. Взвешенные частицы осаждают хлором или гипохлоритом натрия до хлорида ртути, затем восстанавливают. Далее следуют процессы осаждения с помощью сульфида Na с образованием сульфида Hg и последующей коагуляцией хлоридом Fe.

Соединения ртути из стоков можно извлечь несколькими способами:

осадить сульфидом железа или его смесью с сульфатом бария;
восстановить до металлической формы;
использовать реагентный или сорбционный метод или метод ионного обмена.

Очистка стоков от цинка, меди, никеля, свинца, кадмия

Для извлечения из загрязненных стоков ионов цинка Zn, меди Cu, никеля Ni, свинца Pb, кадмия Cd наиболее рациональным методом является реагентный. Регенты переводят растворимые соединения в нерастворимые осадки. Для этого используют оксид кальция, гидроксид натрия, соду и едкий натр.

Загрязненные воды, которые содержат соли цинка, обрабатывают гидроксидом натрия. При этом необходимо контролировать величину рН.

Соли меди образуют гидроксид Cu или гидроксикарбонат Cu, но так как гидроксикарбонат слабо растворим, то наиболее правильно будет осаждать медь в виде основного карбоната. Для этих целей используют известь третьего сорта.

Очистка загрязненных стоков от кадмия осуществляется добавлением диоксида S или сульфитов и металла в виде порошка (Fe или Zn). Металлы способствуют восстановлению сульфитов до труднорастворимых сульфидов.

Для осаждения никеля также подходит известь третьего сорта.

Удаление свинца из загрязненных стоков происходит с превращением его в карбонат свинца с помощью известняка, мела, мрамора. Как правило, эти минералы являются загрузкой фильтров.

Использование Na₂S позволяет добиться высоких результатов очистки.

Очистка стоков от мышьяка

Для очистки мышьяка из загрязненных стоков следует учитывать форму металла и его концентрацию, кислотность раствора, компоненты и некоторые другие показатели раствора. Чаще всего вещество переводят в малорастворимое и осаждают. Получаются арсенаты и арсениты металлов, сульфиды и триоксид мышьяка.

В сильнокислом растворе используют известковое молоко, сульфид натрия, сероводород. Мышьяк As (V) легко связывается и более способен к осаждению, чем As (III). Поэтому перед очисткой из стоков мышьяка As (V) необходимо его перевести в форму As (III). Для этого используют хлорную известь, гипохлоритную пульпу, пероксид водорода, азотную кислоту, озон, пиролюзит.

Очистка стоков от хрома (VI)

Удаление из загрязненных стоков хрома (VI) происходит в два этапа:

восстановление хрома (VI) до хрома (III);
осаждение хрома (III) в виде гидроксида.

Реагентами выступают натрия сульфит, натрия гидросульфит, натрия тиосульфат. Восстановление осуществляется в кислой среде. Если в качестве восстановителя применить сульфат железа, то подкисление стоков не требуется.

Очистка стоков от железа

Для удаления железа из загрязненных стоков используют аэрацию, реагентные методы, электродиализ, адсорбцию, обратный осмос.

Во время воздействия кислородом воздуха железо окисляется и переходит из Fe (II) в Fe (III), которое затем отделяется после осаждения. Для перевода железа в форму трехвалентного используют также хлор, хлорную известь, перманганат калия, озон, известь, соду.

Методы очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов

На выбор определенного метода очистки влияют концентрация и компоненты стоков с содержанием тяжелых металлов, вид производства, возможность применения той или иной технологии очистки. На разных этапах извлечения ионов применяется тот метод, который является наиболее эффективным и экономически менее затратным. Такими являются:

реагентный;
сорбционный;
ионообменный;
электрохимический;
обратный осмос и нанофильтрация.

Реагентные методы

Реагентный метод очистки сточных вод от тяжелых металлов предполагает химическое превращение высокотоксичных растворов в нетоксичные соединения. Реагентами могут выступать гидроксиды K и Na, карбонат Na, сульфиды Na.

Если в растворе содержатся вещества, которые способны легко восстанавливаться, тогда прибегают к методу восстановительной очистки. Для этих целей используют сульфат железа, диоксид серы, гидросульфит натрия.

Осаждение ионов тяжелых металлов осуществляют с помощью известкового молока, раствора едкого натра и соды. При применении NaOH необходимо строго контролировать величину рН и подбирать оптимальную дозировку. Использование соды в случае, когда стоки загрязнены такими металлами, как Zn, Pb, Cu и Cd, приводит к образованию основных карбонатов, состав которых зависит от условий реакции: температуры, концентрации раствора, рН и пр.

ZnCl₂ + 2Na₂CO₃ = 2ZnCO₃ + 4NaCl
2ZnCO₃ + H₂O = (ZnOH)₂CO₃ + CO₂
2ZnCl₂ + 2Na₂CO3 + H₂O = 4NaCl + CO₃+ (ZnOH)₂CO₃

Для повышения результатов очистки металлосодержащих стоков целесообразно использовать коагулянты и флокулянты. Коагулянтами могут выступать соли Fe, Al или их смеси.

Наибольшее распространение среди солей Al получили Al₂(SO₄)₃ и NaAlO₂. Сульфат алюминия экономически выгоден, кроме того легко растворяется в воде и дает хороший результат при рН 5 - 7,5. Алюминат натрия при рН 9,3 - 9,8 образует хлопья, способные к быстрому осаждению. Чаще всего применяют смесь солей алюминия, что позволяет расширить диапазон значений рН, повысить скорость образования хлопьев и увеличить их плотность.

Из солей железа чаще всего применяют сульфат железа, хлорное железо, соли трехвалентного железа. Но из-за высокой коррозионной способности и меньшего эффекта хлопьеобразования, соли железа имеют не такое широкое распространение или их используют в смеси с солями алюминия.

Применение титанового коагулянта позволяет довести степень очистки стоков от тяжелых металлов до 50 - 67%.

Флокулянтами могут выступать природные (крахмал, декстрин, эфиры), неорганические (диоксид кремния), синтетические (полиакриламид) вещества.

Недостатками реагентного метода являются:

высокая стоимость реагентов при их большом расходе;
повторное загрязнение очищенных вод, что исключает ее возврат в цикл оборотного водопользования;
утрата ценных веществ и затруднение их переработки;
образование большого количества осадков.

Хотя исходный состав металлосодержащих стоков не играет существенной роли для качества их очистки реагентным методом, все же требуется доочистка на электродиализаторах или ионообменных фильтрах перед сбросом в водоемы хозяйственно-бытового назначения.

Ионный обмен

При использовании метода ионного обмена получаемое качество очистки позволяет использовать очищенные воды от тяжелых металлов в оборотном цикле водопользования. Метод предполагает обмен между ионами в растворе и ионами на поверхности твердой фазы - ионита. В качестве ионитов чаще всего используют синтетические ионообменные смолы.

С помощью ионного обмена производится глубокая очистка загрязненных стоков от ионов тяжелых металлов: Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd и цианидов.

Основным недостатком метода ионного обмена является вторичное загрязнение сточных вод после восстановления, когда возникает необходимость их обезвреживания.

Нанофильтрация

При нанофильтрации используются мембраны с отверстиями в несколько нм. Для таких мембран используют пористые материалы: ароматические полиамиды, ацетат целлюлозы, керамику.

Способ очистки металлосодержащих сточных вод на нанофильтрационных мембранах заключается в движении воды вдоль мембранной поверхности и смывании загрязнений. Такие мембраны имеют сниженную селективность и большую проницаемость.

Нанофильтрация дает хороший результат на заключительном этапе очистки стоков от загрязнений ионами тяжелых металлов.

Характеристики и свойства сточных вод с содержанием тяжелых металлов, которые поступают на очистные сооружения, могут значительно отличаться, что, в результате, приводит к образованию смешанного состава металлосодержащих загрязненных стоков. На очистных сооружениях предприятий не всегда существует возможность получать очищенную воду, которая соответствует высоким требованиям ПДК по тяжелым металлам. Поэтому для соблюдения нормативов технологическая схема очистки сточных вод должна состоять из последовательных процессов:

Концентрирования загрязняющих веществ. При очистке тяжелых металлов из стоков этот процесс хорош тем, что выделенные загрязняющие вещества могут повторно применяться в основном производстве.
Обезвреживание.
Переход примесей в новое фазово-дисперсное состояние.
Разделение фаз.

В технологических схемах очистки стоков установки подразделяют по гидродинамическому режиму их работы:

проточные - включают в себя все процессы очистки сточных вод, практически полностью очищают сточные воды до необходимых нормативов;
не проточные - сточные воды подаются дозированно, после завершения цикла - освобождаются, подходят для предварительной очистки.

Таблица 3. Рекомендации при разработке технологических схем очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов

Показатели	Технологический прием
Высокое содержание ионов тяжелых металлов	Использование непроточных очистных сооружений (отстойников, накопителей); прямой выпуск сточных вод после подщелачивания для обезвоживания осадка
Большая амплитуда колебаний рН и загрязняющих веществ	Использование непроточных реакторов-накопителей; растворов с различной концентрацией реагентов; последовательное регулирование рН
Присутствие металлов с разными значениями рН гидратообразования	Применение многоступенчатого разделения фаз (двухступенчатых флотаторов, отстойников и фильтров); регулирование рН на каждой ступени разделения фаз
Присутствие комплексообразователей	Применение непроточных очистных сооружений в виде реакторов-накопителей для разрушения комплексов: хрома шестивалентного, цианидов и др.; использование Na2S натрия и других необходимых реагентов
Глубокая очистка от ионов тяжелых металлов	Использование Na2S, коагулянтов, сорбентов и других необходимых реагентов; многоступенчатое разделение фаз с последующим добавлением реагентов-осадителей
Деминерализация очищенной воды	Применение методов ионного обмена, обратного осмоса или электродиализа с последующим ионным обменом

При разработке технологии очистки сточных вод от тяжелых металлов следует обратить внимание на составление схем повторного и многократного применения очищенных стоков и возвращение их в оборотные системы водоснабжения промышленных предприятий. Такие технологии должны осуществлять экономичные и экологичные способы очистки и соответствовать нормативам ПДК.

Очистка воды от тяжелых металлов

В воде может присутствовать множество вредных для человека примесей. Чаще всего это хлор, пестициды, нитраты, органические соединения, бактерии, а также тяжелые металлы. Раньше люди не знали, что делать с некачественной жидкостью, как ее улучшить. Сегодня для этого активно используются фильтры для очистки воды.

В этой статье мы рассмотрим подробнее тяжелые металлы как один из загрязнителей живительной влаги, которая предназначается для человека. Что это такое? Как определить их в жидкости? Как очистить от них воду для бытового применения? На эти и многие другие вопросы вы найдете здесь ответы.

Как определить, если ли в воде тяжелые металлы

Есть только один надежный способ, благодаря которому вы выясните, есть в жидкости данный вид примесей или нет. Это анализ воды. Как правильно собрать воду для химического анализа мы уже писали здесь. Далее нужно собрать влагу в чистую емкость согласно правилам забора, и отвезти в один из частных или государственных центров, оказывающих данную услугу. К примеру, в территориальные центры гигиены и эпидемиологии. Или в магазин по продаже очистительного оборудования (некоторые предлагают оказать услугу бесплатно).

В течение нескольких дней результаты анализа будут готовы. Они расскажут, какие именно примеси присутствовали в исследуемом образце, подскажут специалистам, как улучшить качество воды.

Какие тяжелые металлы могут быть обнаружены?

В жидкости может быть обнаружено множество тяжелых металлов, которые нужно удалить. Мы приведем основные, чаще всего встречающиеся.

1. Свинец

Не имеет запаха, вкуса. Способен вызвать у человека острое, хроническое отравление, даже привести к смерти. Имеет свойство накапливаться в тканях организма, в волосах, ногтях. Негативно воздействует на периферическую нервную систему, печень, почки. Блокирует ферменты, участвующие в формировании гемоглобина.

2. Ртуть

Особенно вредна для почек, нервной системы. При попадании вместе с водой в организм способна вызвать нарушение психического состояния, зрения, слуха, потерю чувствительности кожи. Источник ртути чаще всего – промышленные предприятия.

3. Медь

Превышенная концентрация меди в употребляемой жидкости сказывается, прежде всего, на работе ЖКТ – появляется тошнота, рвота, расстройство желудка. Особенно опасна медь для лиц с больной, чувствительной печенью, а также для грудных младенцев.

4. Железо

Распространено на территории Беларуси. Откладывается в органах, тканях человека. Провоцирует серьезные заболевания, в том числе, гемохроматоз. Попадает в воду в природе, из-за геологических особенностей местности. Кроме того, источником железа могут становиться старые железные трубы.

5. Марганец

Негативно влияет на плод во время беременности, становится причиной мутаций. Источником чаще всего являются промышленные предприятия.

Как очищают воду от тяжелых металлов?

Выделяют 4 основных метода, а именно:

сорбция (поглощение сорбентами примесей из воды), например, в фильтре Гейзер Стандарт за это отвечает картридж БАФ,
ионный обмен (обмен ионами с примесями и образование безвредных соединений),
электролиз (распад химических соединений под воздействием электрического тока),
обратный осмос (влага пропускается сквозь полупроницаемую мембрану).

Какой метод очистки чаще всего используется в быту?

Обратный осмос

Удаление тяжелых металлов из жидкости, предназначенной для пищевых целей, в домах белорусов часто осуществляется фильтрами на основе обратного осмоса. Это достаточно сложные многоступенчатые системы, которые довольно быстро, поэтапно избавляют влагу от вредоносных примесей.

Плюс фильтра – он эффективно справляется практически со всеми загрязнениями. После такой системы можно быть уверенным в качестве используемой жидкости.

Сорбция

В бытовых фильтрах сорбционную очистку осуществляют картриджи на основе активированного угля. Помимо тяжелых металлов, они удаляют хлор, хлористые соединения, органику, а также неприятные привкусы и запахи. Угольные картриджи являются основой проточных фильтров, их устанавливают на стадии предварительной очистки перед мембраной обратного осмоса.

Активированный уголь с его сорбционными свойствами используется при создании картриджей для большинства видов питьевых фильтров – кувшинов, настольных, проточных, осмотических и пр.

Если вы хотите обезопасить себя от вредоносного воздействия тяжелых металлов, очистить от них воду, рекомендуем вам использовать обратноосмотическую или проточную систему от надежного производителя.

Читайте также: