Університет штату Північна Дакота

Публікації

Переглянуто Томом Шерером, доктором наук, інженером сільського господарства, розширення NDSU

публікації

Наявність: Лише Інтернет

Коли дощова вода проникає в грунт і гірські породи, вона розчиняє мінерали та незначну кількість заліза та марганцю. Ця дощова вода з часом стає підземною.

Грунтові води, що містять розчинене залізо і марганець, поширені в Північній Дакоті. Концентрація заліза та марганцю в підземних водах може сильно відрізнятися, залежно від місцевої геології та складу матеріалів, що переносяться льодовиками під час останнього льодовикового періоду.

Перевірте свою воду

Важливо пройти перевірку води перед установкою будь-якої системи очищення води. Тест дозволить виявити бактерії та рівень мінеральних речовин, які присутні. Інтерпретація результатів тесту допоможе визначити, чи потрібно лікування та який тип системи чи систем слід враховувати. Застосування води (лише для пиття, пиття та приготування їжі, прання або побутового використання) також допоможе визначити ступінь необхідного лікування та тип системи, яку слід вибрати.

Аналіз та інтерпретація випробувань води нададуть інформацію про речовини, що зустрічаються в природі, та речовини, що є результатом людської діяльності. Обробку забруднених запасів води слід розглядати лише як тимчасове рішення. Найкраще рішення - видалити джерело (и) забруднення та/або отримати нове водопостачання.

Випробування води на залізо та марганець

Приватні системи водопостачання не підпадають під державні або федеральні стандарти питної води, а також не перевіряються кимось, крім власника свердловини. Щорічне тестування домашньої води дасть вам інформацію, необхідну для прийняття правильних рішень щодо очищення води. Вторинний стандарт питної води, встановлений Агентством із охорони навколишнього середовища США (EPA) для заліза та марганцю, становить 0,3 мг/л та 0,05 мг/л відповідно.

Необхідність тестування на вміст заліза та марганцю у воді не така критична, як для інших видів забруднень, які можуть спричинити проблеми зі здоров’ям. Насправді низький рівень обох елементів важливий для збереження вашого здоров’я.

Залізо та марганець не є проблемою у побутовій воді, поки вони не стануть помітними органами чуття. Для кількісної оцінки проблеми необхідні лабораторні аналізи заліза та марганцю.

Перед відбором зразків на залізо та марганець слід проконсультуватися у сертифікованій лабораторії. Поточний список сертифікованих лабораторій доступний у публікації NDSU WQ1341, “Якість питної води: тестування та інтерпретація ваших результатів”.

Персонал лабораторії рекомендуватиме процедуру відбору проб, яка дасть точну оцінку розчиненого заліза та марганцю у вихідній воді.

Пробу води слід брати з крана, що знаходиться поблизу колодязя або безпосередньо з нього. Дайте воді пробігти протягом 15 хвилин перед відбором проб, щоб переконатися, що ви витягуєте воду з водоносного шару. Якщо у вашому будинку є металеві труби або оцинкований резервуар під тиском, слід подати додатковий зразок всередині будинку.

Проблеми, викликані залізом та марганцем у побутовій воді

Ні залізо, ні марганець у питній воді не становлять загрози здоров’ю для широких верств населення. Однак невеликий відсоток населення може постраждати, якщо вони страждають від надлишку заліза в організмі (гемохроматоз).

Залізо та марганець при дуже низьких рівнях можуть сприяти неприємному смаку, фарбуванню та накопиченню мінеральних речовин у домашніх водопровідних системах (Фото 1). Видимі проблеми можна побачити, коли кількість розчиненого заліза перевищує приблизно 0,2 міліграма на літр (те саме, що на мільйонні частини), а коли розчинений марганець перевищує приблизно 0,05 міліграма на літр.

Фото 1. Залізні плями в унітазі. (Томас Шерер, NDSU)

Зазвичай концентрація заліза та марганцю у воді у свердловині не перевищує 10 мг/л та 2 мг/л відповідно. Більш високі концентрації заліза та марганцю рідкісні.

Оскільки залізо та марганець хімічно схожі, вони викликають подібні проблеми. Залізо спричинить червонувато-коричневі плями білизни, раковин, унітазів, ванн, посуду, посуду і навіть посуду. Марганець діє подібним чином, але викликає коричнево-чорну пляму. Мило та миючі засоби не видаляють ці плями, а використання хлорного відбілювача та лужних будівельних речовин (таких як карбонат натрію) може посилити плями.

Поклади заліза та марганцю накопичуватимуться в трубопроводах, напірних баках, водонагрівачах та пом’якшувачах води. Це зменшує доступну кількість та тиск водопроводу. Накопичення заліза та марганцю стають економічною проблемою, коли потрібно замінити обладнання для водопостачання або пом’якшення. Ці накопичення також призводять до пов'язаних із цим підвищених енергетичних витрат, наприклад, для перекачування води через звужені труби або нагрівання води нагрівальними стрижнями, покритими мінералами заліза або марганцю.

Джерела заліза та марганцю

Залізо і марганець концентруються у воді при контакті з певними гірськими породами та мінералами, а іноді й із штучними матеріалами, такими як залізо та сталеві труби. Чим довший час контакту з гірськими породами та мінералами, тим вищий рівень концентрації. Запаси ґрунтової води, як правило, вимагають лікування високого рівня заліза та марганцю.

Під впливом повітря залізо та марганець дуже реактивні та швидко руйнуються. З цієї причини ви не знайдете їх у струмках чи річках; вони реагують з киснем, утворюючи частинки і падають (випадають в осад) на дно потоку.

Підземна вода реагує з киснем, коли потрапляє на поверхню свердловини, і в цей момент вона перетворюється на видимі червоні/коричневі/чорні частинки і рухається по трубах вашого будинку.

Часто сірководень (позначений запахом тухлого яйця) також присутній у воді, що містить залізо та марганець. Коли сірководень присутній у невеликих кількостях, він часто виявляється після хімічної зміни нагрівача гарячої води.

Залізні бактерії

Деякі види бактерій отримують свою енергію, харчуючись розчиненими у воді формами заліза та марганцю. Хоча ці бактерії не викликають проблем зі здоров’ям у людей, вони одержують коричневий (залізо) або чорно-коричневий (марганець) слизовий матеріал у резервуарах для води, туалетах або інших місцях, де стоїть вода. На додаток до неприємного запаху, желатиновий матеріал може засмічувати сантехнічне та водопідготовче обладнання, а фарбування більш виражене через свою концентрацію.

Якщо ви помітили бактерії заліза в будь-якій водяній арматурі в будинку, то вона, ймовірно, також присутня в криниці. Ударне хлорування свердловини та системи трубопроводів у будинку необхідне для її знищення та видалення з трубопроводів та водопровідних приладів. Основна процедура полягає у додаванні в свердловину кількості відбілювача, після чого закачують хлоровану воду в будинок, відкриваючи крани, поки хлор не відчує запах. Потім нехай хлорована вода сидить у трубах від восьми до 12 годин, щоб їй вистачило часу контакту, щоб знищити бактерії.

Трубопроводи водопровідної системи

Додатковим джерелом розчиненого заліза можуть бути трубопроводи, напірні баки та інші водопровідні прилади. У багатьох старих будинках є оцинковані залізні водопровідні труби та арматура. Вода з підвищеною кислотністю із розчиненого вуглекислого газу або інших кислот може бути їдкою для металевих труб та арматури. Для встановлення рівноваги залізо та інші метали будуть розчинені з трубопроводів. Кислотність води (рН менше 7) можна зменшити, вводячи лужний мінерал, такий як карбонат натрію, або пропускаючи воду через фільтр, просочений лужним матеріалом.

Оскільки різні метали більш-менш піддаються корозії, вирішенням проблеми може бути використання більш стійкої металевої або пластикової труби. Потрібно проконсультуватися з сантехніком щодо матеріалів, які найкраще відповідають місцевим умовам води.

Методи очищення води для видалення заліза та марганцю

Секвеструючі агенти: обробка поліфосфатами

Багато продуктів продаються як агенти, що секвеструють. У всіх цих продуктах використовується якась форма поліфосфату. Ці продукти є відносно недорогим способом очищення води від низького рівня заліза та марганцю.

Поліфосфати - це суміш фосфорної кислоти та інших сполук, які оточують залізо, утримуючи його в «секвестрі» або в пастці; тому він не може реагувати з киснем і стати проблемою. Ця обробка не усуне металевий смак, часто пов’язаний із надмірним вмістом заліза, оскільки залізо не видаляється. Не слід застосовувати для води, що містить концентрацію розчиненого заліза понад 2 мг/л або комбінацію заліза та марганцю понад 3 мг/л.

Поліфосфат зазвичай вводиться у водну систему за допомогою хімічного інжекторного насоса. Закачування повинна відбуватися якомога ближче до точки скидання свердловини, а також перед напірним баком або водонагрівачем. Визначення кількості фосфату, необхідного для зниження рівня заліза та марганцю, може зайняти невеликі спроби та помилки. Вода матиме слизьке відчуття, якщо додати занадто багато.

Крім того, тепло від варіння виділить залізо і марганець і дозволить йому реагувати з киснем і утворювати частинки. Майте на увазі, що поліфосфати отримують з фосфору і можуть сприяти виснаженню доступного кисню
у сусідніх водоймах.

Іонний обмін

Розчинене у воді залізо та марганець можуть бути замінені на натрій на обмінній смолі або цеоліті. Цей процес видалення заліза та марганцю є тим самим процесом іонообміну, який усуває твердість або кальцій та магній, див. Публікацію NDSU WQ1031, “Пом'якшення води (Іонний обмін)”.

Залізо та марганець видаляються під час нормальної роботи пом’якшувача води. Вони разом з кальцієм і магнієм згодом видаляються з обмінного середовища під час регенерації та зворотного промивання.

Деякі пом’якшувачі води здатні адекватно обробляти воду із вмістом заліза до 5 мг/л. Однак інші обмежуються обробкою води залізом не більше 2 мг/л. Для більш високого рівня заліза у воді для деяких пом’якшувачів потрібна спеціальна суміш солі, яка містить добавки, щоб допомогти вивести залізо зі смоли. Якщо ви хочете видалити залізо та марганець крім твердості, перевірте рекомендації виробника.

Одним з недоліків залежності від іонного обміну для видалення заліза та марганцю є осадження киснем. Якщо присутні бактерії заліза, проблема ще гірша. Якщо у вас є проблеми з бактеріями заліза, їх можна контролювати, використовуючи хлор або інший окислювач.

Хлорування з наступною фільтрацією відбувається до того, як вода досягне пом’якшувача. Крім того, якщо суспендовані частинки нерозчинних форм заліза або марганцю знаходяться у воді до розм'якшення, вони будуть відфільтровані на смолі і спричинять закупорювання. Зверніться до виробника, щоб визначити рівень заліза та марганцю, яке буде видаляти ваше обладнання. Якщо рівень заліза та марганцю перевищує рекомендовані виробником, перед пом’якшенням потрібно буде видалити залізо та марганець попереднім фільтром.

Поки рівень заліза та марганцю у воді не перевищує рекомендацій виробника, засмічення смоли пом’якшувача не повинно становити значної проблеми. Засорений пом’якшувач води можна очистити за допомогою регенерації кислоти, якщо пристрій виконаний так, щоб протистояти кислотній корозії. Перш ніж робити це, проконсультуйтеся з виробником.

Грінсанд (адсорбційна/окислювальна) фільтрація

Одним із перших типів фільтрів, який застосовувався для очищення води, що містить залізо та марганець, був фільтр «зелений пісок» (Фігура 1). Активним матеріалом «зеленого піску» є глауконіт. Глауконіт - це мінерал із зеленої глини, який містить залізо та має іонообмінні властивості. Глауконіт часто зустрічається у поєднанні з іншим матеріалом у вигляді дрібних гранул, тому назва "зелений пісок". Глауконіт видобувають, промивають, просіюють та обробляють різними хімічними речовинами, отримуючи міцний зеленувато-чорний продукт із властивостями, що дозволяють адсорбувати розчинне залізо та марганець.

Рисунок 1. Фільтр Greensand.

(Адаптовано від Excel Water Technologies, Inc.)

Коли вода проходить крізь фільтр зеленого піску, розчинне залізо та марганець витягуються з розчину і згодом реагують з утворенням нерозчинного заліза та марганцю. Для видалення нерозчинних форм заліза та марганцю, як рекомендує виробник, потрібно регулярне промивання. Крім того, фільтр зеленого піску потрібно періодично регенерувати розчином перманганату калію. Дотримуйтесь рекомендацій виробника щодо цієї процедури.

Більшість зелених і піщаних фільтрів оцінені як ефективні для очищення води з концентрацією заліза до 10 мг/л. Якщо рН води нижче 6,8, зелений пісок, мабуть, не буде адекватно фільтрувати залізо та марганець. РН можна підвищити вище 7,0, пропустивши воду через попередню обробку кальциту.

Автоматизований процес очищення, який називається зворотним промиванням, використовується для видалення частинок, зібраних у фільтрі. Регулярне зворотне промивання має важливе значення для ефективної роботи фільтрів і вимагає швидкості потоку, яка часто втричі-чотири рази перевищує норму домашнього використання. Рекомендується швидкість зворотного промивання приблизно 8 галонів на хвилину/квадратний фут фільтруючого шару. Якщо побутова система не може підтримувати необхідну швидкість потоку для адекватного зворотного промивання, ймовірно низька продуктивність фільтра та несправність.

Хлорування (окислення) плюс фільтрація

Хімічне окислення з подальшим фільтруванням є прийнятим способом видалення заліза та марганцю, коли концентрації перевищують 10 мг/л. Для домашнього водопостачання високого рівня заліза часто використовується хлор або інший окислювач, такий як перекис водню.

Розчин хлору впорскують у насос для подачі хімічної речовини перед піщаним фільтром. Розчинні заліза та марганець починають осідати майже відразу після контакту з розчином хлору. Однак для утворення частинок, які можна фільтрувати, потрібно приблизно 20 хвилин часу контакту.

Часто стандартний 42-галонний напірний резервуар, що використовується в багатьох побутових системах, забезпечує необхідний час контакту, якщо вода протікає через бак. Просте Т-з'єднання від трубопроводу до напірного бака не буде працювати, оскільки значна частина води обходить бак. Додатковий час контакту можна забезпечити шляхом послідовного підключення іншого резервуару або використання пластикової котушки для труб.

Цей тип системи видалить розчинні та зважені частинки нерозчинного заліза та марганцю з вихідної води. Повторна промивка піщаного фільтра для видалення осаду заліза та марганцю є важливою частиною подальшої фільтрації. Як і у випадку з фільтром greensand, слід перевірити витрату системи, щоб переконатися, що вона може забезпечити необхідні норми зворотного промивання.

Додатковою перевагою використання системи хлорування є її бактерицидна дія. Бактерії заліза та марганцю разом з іншими бактеріями знищуються. Усуваються потенційні проблеми засмічення піщаного фільтра.

Хлорування дійсно утворює тригалометани (ТГМ), коли органічні речовини присутні у воді. ТГМ вважаються канцерогенними (максимально допустимий рівень забруднення в системах загального водопостачання становить 0,1 частини на мільйон) і, при необхідності, можуть бути відфільтровані фільтром з активованим вугіллям (див. Публікацію NDSU WQ1029, Фільтрація, доступна на www.ag. ndsu.edu/publications/environment-natural-resources/filration-sediment-activated-carbon-and-mixed-media).

Оптимальна швидкість окислення заліза та марганцю хлоруванням знаходиться при рН приблизно 8,0 та 8,5 відповідно. Сода кальцинована (карбонат натрію), що вводиться з хлором, збільшить рН до оптимальних рівнів. Регулювання рН до лужних рівнів також зменшує їдкість води до труб та водопроводу.

Додаткова інформація

Для отримання додаткової інформації зверніться до місцевого фахівця з водопідготовки або компанії з водопідготовки.

Список літератури

Hem, J.D. 1967. Хімія рівноваги заліза в підземних водах. У С.Д. Фауст та Дж. В. Хантер (ред.) С. 625-643, Принципи та застосування хімії води. John Wiley and Sons Inc., Нью-Йорк.

О’Коннор, Дж. 1971. Залізо і марганець. У M.E.Flentje та R.J. Фауст (ред.) С. 380-396, Якість води та її очищення - довідник громадського водопостачання, 3-е видання. Підготовлено Американською асоціацією водних заводів, Inc. McGraw-Hill Book Co., Нью-Йорк.

Снойінк, В.Л. та Д.Дженкінс. 1980. Хімія води. John Wiley and Sons Inc., Нью-Йорк.

Для отримання додаткової інформації відвідайте:

Вартість друку та розробки цієї публікації була частково оплачена Регіональною програмою водних ресурсів Північних рівнин і гір у партнерстві з USDA-NIFA.

• Розширення NDSU несе повну відповідальність за зміст цієї публікації.