Долгая дорога к дому: как вода очищается на пути из скважины в частный коттедж
О том, как очищается вода на пути в частные квартиры, на Хабре писали уже довольно много. Эта вода приходит в водопровод уже частично очищенной местным поставщиком. А потом дополнительно фильтруется системами фильтрации на вход, стоящими в квартире, — и становится питьевой.
В частном доме чистую воду получить сложнее — придя из скважины, она не очистится простым фильтром-кувшином или трехступенчатой конструкцией под раковиной. Подготовкой воды придется заниматься самостоятельно, иначе даже для бытовых нужд, вроде стирки, она будет непригодна.
Мы в БАРЬЕР много лет изучаем этот путь воды и стараемся его облегчить, совершенствуя собственные системы фильтрации для коттеджей. В этой статье мы проследим путь воды из скважины к потребителю в частном доме на примере нашей коттеджной системы очистки, покажем состав воды из скважины до и после фильтрации, и подробно расскажем про каждый этап.
Начало пути — скважина
Чтобы доставлять воду в частный дом, обычно бурят скважину до водоносного слоя. Вода из неё, вероятно, не будет чистой, поскольку течёт под землёй.
К примеру, подземная вода часто соприкасается с разными породами и минералами. Анаэробные бактерии, живущие под водой без доступа кислорода, получают энергию, «поедая» минералы горных пород. При этом они насыщают воду газами и солями. Например, превращают сульфиды в сульфаты, которые растворяются в воде.
В воде могут появиться и другие примеси: к ней примешиваются железо и марганец в разных пропорциях, органические частицы, песок и ржавчина. Подземные потоки могут получить и более экзотические примеси, питаясь от дождей, паводков, талого снега.
Знакомимся с водой: анализ воды на примеси
Когда вы открываете кран раковины на кухне, вода со множеством примесей начинает свой путь в частный дом. При этом состав примесей в воде может отличаться от региона к региону и даже между ближайшими скважинами. Часто он зависит от глубины — в одной местности может быть множество разных водоносных слоев.
Каждый из слоёв на картинке требует своей особой схемы очистки: панацеи не существует
Вода может быть мутной, с заметным запахом, полной мелких углеводородов и другой органики. Или жёсткой и жёлтой, вредной из-за избытка железа и марганца. В зависимости от того, какие именно примеси и в каком количестве вода собрала, её шаги на пути к чистоте будут отличаться, а с ними — и наша система очистки.
Чтобы поближе узнать воду и точно определить состав примесей в ней, мы берём пробы и проводим лабораторный анализ. Это часть работ сервисной службы, которая занимается проектированием и обслуживанием систем очистки для наших клиентов.
Вода проверяется на:
содержание железа;
перманганатную окисляемость;
содержание солей жесткости;
содержание аммония;
содержание нитратов.
Дополнительно оцениваются:
запах воды;
мутность;
цвет;
общая минерализация;
содержание сульфатов;
содержание хлоридов;
водородный показатель;
общая щелочность воды.
Так выглядит внутренний мир воды, забранной из скважины утром. Ночью водой в скважине не пользовались, поэтому она спокойная, но всё равно мутна и полна железа
Но на вечернем заборе воды картина другая.
После того, как вода весь день проходила путь в дом из скважин, содержание иное: вечерняя вода в полтора раза мутнее, железа в ней больше, у неё появляется заметный запах
А вот примерная карта, по которой вода проходит свой путь к чистоте:
Каждый уникальный модуль на пути вода использует, чтобы очиститься от различных комплексов примесей, собранных в грунтовом потоке. Состав примесей в воде напрямую влияет на содержимое модулей
Вода избавляется от песка и ржавчины: механическая очистка
Сейчас вода не просто мутная и жёсткая: она полна песчинок, мелкой ржавчины, камешков.
Когда воду нужно очистить от подобных механических примесей, проще всего поставить на её пути плотный барьер — прочную металлическую сетку с мелкими ячейками. Именно такая сетка ожидает воду на первом шаге к чистоте в фильтре механической очистки.
Чаще всего воде достаточно сетки с отверстиями в 100 мкм, чтобы пройти подобную очистку. Можно использовать сетку и помельче — 40 мкм. Она выполнит ту же работу более тщательно, но при этом создаст большее сопротивление потоку воды. Чтобы продавить воду через такой фильтр, насосу надо будет лучше поработать.
Вода очищается, но при этом на сетке остаются те самые механические примеси. Их в воде много: картридж с сеткой полезно вручную промывать хотя бы раз в месяц. Те, кто этого не делает, рискуют столкнуться с тем, что со временем вода будет литься из кранов с меньшим напором, чем раньше. Это означает, что она нанесла на механический фильтр достаточно песка и ржавчины и частично перегородила себе дорогу в дом.
Как известно, вода камень точит. Механические примеси в ней так же точат сетку из нержавеющей стали. День за днём, неделю за неделей, с переменным напором. В неделю из скважины в частный дом приходит в среднем 2,5 куб. м. воды. А где-то через 260 кубометров (или два года) вода неизбежно разрушает нержавеющий барьер: после двух лет службы сетку необходимо менять.
Результат первого шага налицо:
Вода с примесями до того, как прошла сетку, — в 18,5 раз мутнее, чем самая мутная вода из-под крана в многоквартирном доме
Избавление от самых крупных и заметных примесей идёт на пользу чистоте и прозрачности воды
Но избавление только от механических примесей не делает воду идеально чистой. Это даже не единственный фактор, влияющий на мутность воды, железо здесь участвует не меньше. Воду нельзя избавить от органических примесей или растворённых газов с помощью сетки, поэтому на её пути ещё будет не одна остановка. Пока вода движется дальше к крану в частном доме.
Вода обогащается кислородом: аэрация
Вода избавилась от крупных механических примесей, теперь настало время разделить её и газы.
В разрезе: так выглядит вода, когда проходит второй модуль на своем пути. Чтобы попасть ко входу в следующий фильтр, она должна опуститься ко дну, насытившись по пути кислородом
Вода соприкасается с кислородом, а тот вытесняет из воды сероводород и другие вредные газы.
Вода, полная сероводорода, имеет характерный запах , в том числе при нагреве
Кислород также присоединяется к растворимому гидрату закиси железа (Fe (OH)2) и превращает значительную его часть в нерастворимую коллоидную гидроокись железа (Fe (OH)3). Гидроокись и воду куда легче разделить на следующем этапе очистки.
Железо в водепостоянно окисляется и в естественной среде: например, когда воду наливают в стакан. Но площадь соприкосновения воды с воздухом в каком случае маленькая, поэтому процесс идет медленно. Во время аэрации вода бурлит и булькает, сквозь неё проходит поток пузырьков воздуха. Площадь соприкосновения воды и воздуха возрастает в разы, поэтому окисление железа в системе очистки идет значительно быстрее.
После аэрации вода пахнет слабее уже на выходе из крана, а после нагрева теряет запах полностью
От воды отделяется нерастворённое железо: фильтрация желез
Проаэрированная вода по-прежнему наполнена железом, просто в другой форме.
Почти 4 мг железа на литр воды — очень много. Такая вода способна навредить человеку: железо в организме может вызвать аллергию и сделать жёстче кожу, а может и устроить проблемы, осев в почках, если её по неосторожности выпить
Чтобы удалить железо из воды, необходимы две вещи. Во-первых, каталитическая среда. Она ускорит доокисление ещё существующего в форме Fe2+ растворенного железа. Во-вторых, соответствующая фильтрующая смесь. Она наконец-то выведет из воды почти всё железо.
Вода может вступать в подобное взаимодействие с несколькими катализаторами. Чаще всего в этой роли выступает марганец. Например, в основе каталитической смеси может быть алюмосиликат, покрытый оксидами марганца и железа, или пористый материал, в порах которого закреплён в том числе диоксид марганца.
Мы используем катализатор Ферромикс на основе горных осадочных и магматических пород. Он помогает воде очиститься и от железа, и от марганца. Потребуется 650 куб. м. воды, или около пяти лет, чтобы износить такую засыпку в фильтре.
Как только вода столкнётся с катализаторами в засыпке, нерастворённое железо начнёт взаимодействовать с ними и выпадет плотными хлопьями. Те, у кого на химии было много лабораторных работ, наверняка сейчас вспомнили, как именно выглядит этот неприятный осадок в очистившейся от железа жидкости.
После этого вода просто проходит сквозь фильтр и оставляет железо позади.
Теперь железа в воде совсем немного и оно не сможет никому навредить. После очистки вода избавилась и от марганца. В большой концентрации он ничуть не менее вреден: поражает ЦНС, мозг и кости человека
А ещё вода стала ближе к бесцветной
Вода, став ещё чище, продолжает путь в частный дом.
Вода очищается от солей жесткости: очистка от Ca2+, Mg2+
Вода из скважины почти подходит для наших бытовых нужд: в ней не осталось механических примесей, нет избытка железа и ненужных газов. Осталось лишь избавить её от ненужных солей — катионов Ca2+, Mg2+ и других, которые в ней по-прежнему содержатся.
Для этого нужно, чтобы вода взаимодействовала с ионообменной смолой, которая представляет собой гранулы с активными химическими группами, содержащими Na+, на поверхности. Когда вода проходит сквозь смолу, катионы кальция и магния в ней замещают Na+ в этих химических соединениях и «застревают» в фильтре.
В зависимости от результатов анализа воды, можно использовать для очистки разные типы смесей, содержащих ионообменную смолу. Мы применяем собственный Ультрамикс Р. В воде, путь которой мы описываем, было много железа, она была достаточно жёсткой. Но при этом она собрала под землёй относительно немного органических примесей.
На малое количество органики в воде указывает низкая перманганатная окисляемость: нужно всего 1,6 мг кислорода для окисления, то есть соединений углеводорода, которые могут окислиться, в воде совсем мало
Воду на этом этапе также можно очистить от органики. Органические частицы задерживаются пористым фильтрующим материалом, сквозь который проходит вода. Чаще всего этот материал — уголь или полимерный сорбент. Когда вода протекает сквозь них, молекулы крупной органики застревает в порах, а вода проходит сквозь них. В нашей засыпке роль такого фильтра исполняет компонент Oxisorb.
После этого этапа вода очищается от органических примесей окончательно — теперь для окисления на литр такой воды достаточно четверти миллиграмма кислорода
Поскольку ионообменная смола постепенно отдаёт воде содержащиеся в ней ионы натрия, её способность к обмену ослабевает. Точный период зависит от потребления воды и ее первоначального загрязнения.
Чтобы восстановить сорбционную ёмкость ионообменной смолы, нужно приостановить путь воды в дом. Вода не может попасть в фильтр, пока в нём насыщенный раствор соли промывает ионообменную смолу. Так смола возвращает себе все необходимые частицы Na+, а основной путь самой воды в дом останавливается. Вода не может попасть в фильтр, ведь он временно заполнен солевым раствором.
Регенерация смолы (её также называют промывкой, поскольку смола промывается рассолом) становится бутылочным горлышком на пути воды к чистоте. Если промывкой пренебрегать, вода будет недостаточно чистой. Но она же может просто помешать воде попасть к жителям дома, которые в ней нуждаются.
Чтобы расширить это бутылочное горлышко, логично проводить регенерацию в те часы, когда вода в доме не используется. В ручном режиме проводить регенерацию человеку, мягко говоря, неудобно. Поэтому в нашей системе этим занимается умный блок управления БАРЬЕР Smart Valve. Вы стабильно не включаете воду в доме в определённые часы? Smart Valve это запомнит, и именно в эти часы путь воды приостановится, чтобы регенерировать ионообменную смолу. А после вода продолжит свой путь из скважины.
Так выглядит сам Smart Valve
А так — приложение, в котором с умным блоком управления можно удобно взаимодействовать
Вода проходит контрольный барьер — угольный фильтр
Вода уже очистилась от всех примесей, которые могла получить в подземном потоке. Угольный фильтр — последний барьер на её пути в дом. Обычно он выступает в качестве контрольного барьера, который задерживает загрязнение, если вдруг оно проскочило очистку вместе с водой. Кроме того, вода, проходя сквозь этот фильтр очищается уже от тех примесей, которые могла получить из фильтрующей смеси.
После этой финальной очистки вода попадает в дом. Выглядит она на этом этапе вот так:
В воде уменьшилось количество всех вредных примесей: цвет и запах стали нейтральными, она стала прозрачной и не жёсткой.
Вода фильтруется для питья: фильтрация в доме
На этом работа коттеджной системы очистки завершается, вода прошла свой путь в дом. Её уже можно использовать для бытовых нужд — как воду из водопровода в квартире. Однако перед питьём её стоит очистить дополнительно, как и водопроводную воду. для этого лучше очищать воду с помощью фильтра с обратноосмотической мембраной, который компактно устанавливается под мойку.
Вода напрямую из скважины такому фильтру не по зубам: в ней слишком много различных примесей, многие из которых крупные. Зато уже очищенная вода благодаря повторной фильтрации избавляется даже от самых мелких примесей, проскочивших прошлые этапы: остаточных солей жёсткости, бактерий, вирусов, опасных химических соединений. На выходе мы получаем кристально чистую воду, избавленную от всех примесей и пригодную для питья. В ней не осталось песка, ржавчины, железа, вредных газов, солей и органических соединений
При этом на финальном этапе фильтрации из воды можно не только убрать вредные соединения, но и добавить вместо них что-то более полезное. Например, обогатить воду необходимым количеством магния, кальция и кремния, которые сделают её полезнее для питья. В естественной среде воды, богатые этими соединениями, называются минеральными. И такой процесс насыщения происходит с помощью установки последней ступени — фильтра обратного осмоса БАРЬЕР Компакт Осмо 100 М. Подробнее о том, как он работает и обогащает воду минералами, можно прочесть в нашем блоге.
***
На первый взгляд, знания о пути очистки воды полезны с практической точки зрения: они помогают глубже разобраться, какую воду вы используете каждый день и можно ли её улучшить. Однако, на наш взгляд, это не единственная причина знать больше о том, как мутная, жёсткая, полная песка и ржавчины вода из подземного потока превращается в прозрачную.
Для многих людей путь воды из скважины в дом или квартиру кажется мгновенным, поэтому она часто воспринимается как нечто обыкновенное: просто повернул кран, и вода потекла. Однако осознание сложности процесса очистки заставляет нас с новой стороны посмотреть на этот процесс. Понимание того, что вода проходит через длинную цепь сложных этапов очистки, превращает ее в нечто более ценное, чем просто обыденный ресурс. Мы стремимся поделиться этим осознанием и более глубоким уважением к воде, рассказывая о ее путешествии к чистоте и особенностях этого пути.
Готовые решения от БАРЬЕР для вашего дома
