Odżelaziacz wody – co warto wiedzieć?

Żelazo w wodzie jest jedną z najczęstszych uciążliwości spotykanych przy użytkowaniu własnej studni głębinowej. Wysoka zawartość żelaza w wodzie negatywnie wpływa na instalację wodociągową, urządzenia techniczne budynku, jak również użytkowe właściwości wody. W efekcie tego korzystanie z wody z wysoką zawartością żelaza do celów bytowych jest utrudnione, a czasem nawet niemożliwe.

Jakie są skuteczne i sprawdzone sposoby usuwania żelaza z wody? Jakie mają wady i zalety? Odpowiedź w niniejszym poradniku.

Skąd żelazo w wodzie?

Żelazo w wodzie ze studni głębinowej

Zawartość żelaza w wodach podziemnych jest powszechna i ma pochodzenie geologiczne. Żelazo w wodzie warunkach beztlenowych lub niedotlenionych (a takie panują głównie w wodach podziemnych) najczęściej występuje w formie rozpuszczonej jako wodorowęglan żelaza, siarczan żelaza lub chlorek żelaza. W okolicach torfowisk, terenów bagnistych lub zalesionych żelazo bardzo często występuje w połączeniu ze związkami organicznymi np. z kwasami humusowymi, które są bardzo trudne do usunięcia z wody.

Zawartość żelaza w wodzie podziemnej może dochodzić do kilkudziesięciu mg w litrze. Na terenach Warmii i Mazur z reguły wartość ta jest mniejsza niż 10 mg/l, większe wartości występują sporadycznie.

Przekroczone żelazo w wodzie wodociągowej

Zdarzają się przypadki zbyt dużej zawartości żelaza w wodzie dostarczanej z sieci wodociągowej. Są dwie przyczyny takiego zjawiska. Pierwszą przyczyną jest przenikanie żelaza do wody w wyniku korozji elementów systemów jej dystrybucji (zbiorniki, rurociągi, kształtki itp.) wykonanych ze stali i żeliwa. Drugą przyczyną jest uwalnianie żelaza ze zmagazynowanych osadów sieci i instalacji wodociągowej, które wcześniej przez wiele lat odkładały się na wewnętrznej powierzchni rur w wyniku niedostatecznego procesu uzdatniania wody. Proces uwalniania żelaza do wody z osadów rurowych wyraźnie przybiera na sile w przypadku pogorszenia się warunków tlenowych (spadek zawartości tlenu w wodzie).

Normy żelaza w wodzie wg obowiązujących przepisów

Zgodnie z obowiązującymi przepisami (Rozporządzenie Ministra Zdrowia z 7 grudnia 2017 r w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi – Dz.U. 2017 poz. 2294) zawartość żelaza w wodzie w kranie konsumenta nie powinna przekraczać 200 µg/l (mikrogramów na litr), czyli 0,2 mg/l. Powyżej tego stężenia zawartość żelaza w wodzie przybiera niekorzystny wpływ na stan techniczny instalacji wodociągowej, jak również na wskaźniki organoleptyczne wody, czyli wzrost jej mętności, pojawienie się rdzawo-brunatnej barwy, powstanie metalicznego smaku oraz zapachu wody. Wszystkie te czynniki są uciążliwe dla odbiorców oraz wywołują nieufność konsumenta do spożywania takiej wody.

Żelazo w wodzie – uciążliwości z tym związane.

Żelazo w warunkach beztlenowych (a takie panują głównie w wodach podziemnych) występuje w formie rozpuszczonej (bezbarwnej). W kontakcie z utleniaczem (np. z tlenem z powietrza atmosferycznego) żelazo zawarte w wodzie utlenia się i wytrąca właśnie w postaci zawiesiny tworzącej osad. Wytrącające się osady z żelaza (w kolorze rdzawo-brązowym) pogarszają barwę wody oraz jej mętność budząc nieufność konsumenta.

Przy stężeniu już 0,3 mg/litr (300 ug/l) żelazo barwi tkaniny podczas prania, pozostawia barwne smugi przy zmywaniu powierzchni, zostawia ciemne osady na sanitariatach, bateriach i wylewkach, natomiast wzrost mętności wody bywa zauważalny już przy stężeniu zaledwie 0,1 mg/l (100 ug/l).

Innym aspektem związanym ze zwiększoną zawartością żelaza w wodzie jest tendencja do wytrącania się nierozpuszczalnych związków żelaza w formie osadów na wewnętrznych ścianach rurociągów oraz zbiorników instalacji wodociągowej. W dłuższym okresie czasu warstwa odkładających się osadów doprowadza do zwężenia światła przewodów instalacji wodociągowej, co prowadzi do spadku ciśnienia na instalacji (zmniejszenie przepływu).

Dodatkowy, negatywnym aspektem zalegających osadów z żelaza jest rozwój mikroorganizmów, głównie bakterii żelazistych, które czerpią energię z procesu utleniania żelaza. Duża ilość nagromadzonych mikroorganizmów w osadach z żelaza jest źródłem wysokiej ilości ich wydzielin, które mogą prowadzić do pogorszenia m.in. zapachu i smaku wody oraz budzą wątpliwości sanitarne.

Czy żelazo w wodzie jest szkodliwe dla zdrowia?

Główny Inspektorat Sanitarny (GIS) powołując się na ekspertów Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) podaje, że stężenie żelaza w wodzie do picia poniżej 2 mg/litr jest wolne od ryzyka niepożądanych skutków dla zdrowia.

Warto zaznaczyć, że nieświadome spożywanie wody z tak wysoką zawartością żelaza jest mało prawdopodobne, ponieważ zdecydowanie mniejsza zawartość żelaza (na poziomie 0,1- 0,3 mg/l) budzi nieufność konsumenta ze względu na większą mętność, rdzawo-brunatną barwę oraz żelazisty zapach i smak wody.

Jak sprawdzić zawartość żelaza w wodzie?

Zawartość żelaza w wodzie można zbadać na dwa sposoby:

• Przy pomocy ogólnodostępnych testów kropelkowych, które umożliwiają szybkie otrzymanie wyniku oraz są tanie. Jednak ze względu na niewielką dokładność tego typu testy dają wyłącznie ogólny pogląd na zawartość żelaza w wodzie.
• Wykonać laboratoryjne badania wody. Ta opcja jest zalecana, jeśli podejrzewamy wysoką zawartość żelaza w wodzie na podstawie pogorszonej jej jakości (brązowa barwa, metaliczny zapach lub smak) i spodziewamy się, że wymagane będzie zamontowanie filtrów do uzdatniania wody poprawiających jej jakość. W takim przypadku badanie wody w laboratorium wykaże dokładną zawartość żelaza w wodzie, ale również umożliwi zbadanie pozostałych wskaźników, które mogą być w wodzie przekroczone i wymagają usunięcia. Badania laboratoryjne wody można wykonać w laboratoriach przedsiębiorstw wodociągowych (tych większych), wojewódzkich/powiatowych stacjach sanitarno-epidemiologicznych, prywatnych laboratoriach, firmach zajmujących się uzdatnianiem wody.

Poprawny dobór technologii usuwania żelaza z wody wymaga uwzględnienia kilku istotnych wskaźników fizykochemicznych zawartych w wodzie, które mają bezpośredni wpływ na skuteczne usuwanie żelaza. Do najważniejszych należą zawartość związków organicznych (wskaźnik określany jako utlenialność wody lub indeks nadmanganianowy), odczyn pH wody, jon amonu, a także kilka pobocznych wskaźników ułatwiających dobór odpowiedniej technologii tj. zawartość manganu w wodzie, twardość wody, barwa, zasadowość, mętność i zapach wody.

Wykonanie odpowiedniej analizy fizykochemicznej wody jest pierwszym krokiem umożliwiającym poprawny dobór technologii usuwania z wody żelaza, który przełoży się na niskie koszty eksploatacyjne filtrów do wody, oraz zapewni skuteczne działanie systemu uzdatniania wody przez wiele lat.

Jak pozbyć się żelaza z wody?

Przekroczone żelazo w wodzie oddziałuje w szerokim zakresie na całą instalację, dlatego urządzenia do jego usuwania montowane są na wejściu instalacji do budynku. Na poprawny wybór technologii usuwania żelaza z wody ma wpływ bardzo wiele czynników m.in. wysokość przekroczenia żelaza w wodzie, zawartość innych zanieczyszczeń obecnych w wodzie (m.in. utlenialność, jon amonu, siarkowodór), wyposażenie techniczne budynku. Dlatego dobór odżelaziacza dokonywany jest indywidualnie z uwzględnieniem m.in. powyższych czynników.

Należy wspomnieć, że stosowane obecnie metody odżelaziania wody mają również pełną lub ograniczoną zdolność usuwania z wody manganu, który bardzo często występuje w wodzie równocześnie z żelazem.

Usuwanie żelaza z wody, czyli odżelazianie wody.

W przypadku usuwania żelaza z wody pochodzącej z własnej studni dla budownictwa jednorodzinnego stosuje się obecnie dwie podstawowe technologie odżelaziania wody.

Pierwszą z nich jest zatrzymywanie utlenionych związków żelaza (wytrąconych w postaci zawiesiny) w objętości złoża filtra wody i okresowe odprowadzenie zawiesiny z żelaza do kanalizacji wraz z tzw. popłuczynami, które powstają podczas płukania filtra. W zależności od zastosowanego złoża filtrującego płukanie odżelaziacza wody może być wspomagane środkami chemicznymi w tzw. procesie regeneracji złoża (w budownictwie jednorodzinnym jest to najczęściej nadmanganian potasu).

Druga podstawowa technologia odżelaziania wody wykorzystuje proces wymiany jonowej i jest realizowana na złożach jonowymiennych, gdzie jony żelaza są zamieniane na jony sodu, po czym wypłukane do kanalizacji podczas procesu regeneracji filtra.

Biorąc pod uwagę powyższy podział technologiczny można wyodrębnić trzy podstawowe typy odżelaziaczy stosowane w budownictwie jednorodzinnym. Będą to:

• odżelaziacz płukany wodą,
• odżelaziacz wody regenerowany chemicznie,
• filtr wielofunkcyjny – odżelaziacz wody ze złożem jonowymiennym

Wszystkie mają wady i zalety. Ponadto zastosowania każdego rozwiązania wymaga uwzględnienia wielu współzależnych czynników.

Odżelaziacz płukany wodą

Odżelaziacz płukany wodą wykorzystuje proces filtrowania zawiesiny wytrąconych związków żelaza w objętości złoża filtrującego. Usuwanie związków żelaza z wody odbywa się na złożach mineralnych np. piasek kwarcowy (wymaga wpracowania, które może trwać nawet do kilku miesięcy) lub na tzw. złożach katalitycznych posiadających zdolność przyspieszania procesu utleniania związków żelaza (nie wymagają wpracowania i działają natychmiast po rozpoczęciu procesu odżelaziania wody). Cechą charakterystyczną tego typu odżelaziaczy wody jest brak konieczności przeprowadzenia regeneracji złoża filtrującego środkami chemicznymi – w celu przywrócenia zdolności usuwania żelaza odbywa się jedynie płukanie wodą).

Odżelazianie na złożach płukanych wodą wymaga wstępnego doprowadzenie utleniacza i zapewnienia odpowiednio długiego czasu kontaktu utleniacza ze związkami żelaza. Jest to konieczne, aby rozpocząć proces wytrącania żelaza z wody w postaci zawiesiny, co umożliwia odfiltrowanie żelaza z wody. W budownictwie jednorodzinnym najczęściej realizowane jest to poprzez wykorzystanie zbiornika hydroforowego bez przepony o pojemności optymalnej 300 l oraz doprowadzenie powietrza (utleniaczem jest tlen) przez aspirator powietrza (zwężka napowietrzająca wykorzystująca efekt Venturiego) lub w przypadku dużych zawartości żelaza – kompresora bezolejowego. Tego typu urządzenia wymagają dodatkowego miejsca do ich montażu. Pewną alternatywą są odżelaziacze z komorą sprężonego powietrza w butli, ale ten system stosowany jest do małych ilości żelaza i/lub niewielkich przepływów roboczych ze względu na mniejszą wydajność napowietrzania i krótszy czas kontaktu wody z powietrzem.

Napowietrzanie wody przy wykorzystaniu zbiornika hydroforowego bez przepony „przy okazji” pozwala usunąć z wody gazy złowonne np. siarkowodór, co jest zaletą tej technologii usuwania żelaza z wody.

Jak każdy filtr butlowy, również odżelaziacz pukany wodą wymaga zapewnienia odpowiedniego przepływu wody umożliwiającego odpowiednią ekspansję zboża podczas jego płukania (bez spełnienia tego warunku płukanie będzie nieskuteczne). Ponieważ złoża mineralne stosowane w tej technologii są złożami o wysokiej gęstości, wymagany przepływ wody podczas płukania jest zdecydowanie większy niż dla pozostałych technologii odżelaziania wody. W związku z powyższym odżelaziacz płukany wodą wymaga do poprawnej pracy pompy głębinowej o dużej wydajności. Dla wielkości butli ciśnieniowych stosowanych w budownictwie jednorodzinnym są to wydajności od 3 m3/h i więcej. Należy podkreślić, że nie chodzi tu o przepływ nominalny (odczytany z tabliczki znamionowej pompy lub kartonu), a o RZECZYWISTY przepływ, czyli po uwzględnieniu wysokości podnoszenia, strat hydraulicznych i ciśnienia panującego w instalacji – więc pompa musi być naprawdę wydajna. Przy tego typu odżelaziaczach wody ze względu na wymagane wysokie wydajności płukania należy uwzględnić również wydajność roboczą ujęcia wody (wydajność „produkcji” wody) i w miarę konieczności wprowadzić płukanie przerwane, dające czas na regenerację ujęcia wody.

Ponieważ popłuczyny z odżelaziacza płukanego wodą nie posiadają w swoim składzie bakteriobójczych związków chemicznych w zasadzie mogą być odprowadzane do wszystkich rozwiązań zagospodarowania ścieków (kanalizacja miejska, przydomowa oczyszczalnia ścieków, zbiornik bezodpływowy tzw. szambo).  Z uwagi na fakt, że płukanie tego typu odżelaziacza wody wymaga dużych wydajności przepływającej wody oraz częstszych procesów płukania, automatycznie przekłada się to na większą ilość popłuczyn, co jest istotne w przypadku odprowadzania popłuczyn do szamba (koszty wywozu). Z tego samego powodu w przypadku eksploatacji przydomowych oczyszczalni ścieków powinno się również uwzględnić zapas wydajności hydraulicznej oczyszczalni, aby nie przekroczyć maksymalnego przepływ dobowego/godzinowego oczyszczalni (ilość popłuczyn w budynku jednorodzinnym generowana przez odżelaziacz wody w tej technologii zazwyczaj wynosi kilkaset litrów w ciągu ok. 15 minut, co odpowiada zużyciu wody przez kilka osób w ciągu całego dnia!!!).

Przykłady złóż katalitycznych stosowanych w tej technologii uzdatniania wody: Pyrolox, G1, mDox, Katalox,

Odżelaziacz wody regenerowany chemicznie

Odżelaziacz wody ze złożem katalitycznym regenerowany chemicznie również wykorzystuje proces filtracji żelaza z wody w objętości złoża. W odróżnieniu od odżelaziaczy płukanych tylko wodą wykorzystuje złoża katalityczne wymagające regeneracji utleniaczem chemicznym, który przywraca zdolność katalityczną złoża.

W budownictwie jednorodzinnym najczęściej stosowanym utleniaczem regenerującym złoże w tej technologii jest nadmanganianem potasu (KMnO₄), który w postaci drobnych kryształów umieszczony jest w specjalnym zasobniku obok butli usuwającej żelazo z wody.

Złoża katalityczne regenerowane nadmanganianem potasu nie wymagają wcześniejszego natlenienia wody. Z tego względu ten typ odżelaziacza wody z powodzeniem będzie działał w instalacji z  dowolnym typem zbiornika hydroforowego (również z hydroforem przeponowym). Warto dodać, że tego typu złoża katalityczne mają zdolność usuwania z niej siarkowodoru (utleniają go do nieszkodliwych siarczanów).

Gęstość właściwa złóż katalitycznych regenerowanych nadmanganianem potasu jest mniejsza niż gęstość ciężkich złóż katalitycznych płukanych wodą, więc z tego powodu wymagają zdecydowanie mniejszych wydajności płukania (możliwa praca z pompą lub/i ujęciem o mniejszej wydajności).

Ponadto dezynfekujące działanie czynnika regenerującego umożliwia rzadszą częstotliwość regeneracji w przypadku tego typu odżelaziaczy wody. Powyższe cechy realnie przekładają się na mniejszą ilość popłuczyn.

Ponieważ popłuczyny odprowadzane z tego typu odżelaziacza wody zawierają utleniacz o działaniu bakteriobójczym, nie powinno się stosować tego typu odżelaziacza przy biologicznych przydomowych oczyszczalniach ścieków pracujących w trybie przepływowym lub bez osadnika wstępnego, który pełni rolę bufora.

Przykłady złóż stosowanych w tej technologii uzdatniania wody: Greensand, Greensad plus, MTM

Odżelaziacz wody ze złożem wielofunkcyjnym

Odżelazianie wody w tej metodzie polega głównie na wykorzystaniu procesu wymiany jonowej, podczas której jony żelaza wymieniane są na jony sodu, po czym zanieczyszczenia zatrzymane przez odżelaziacz wody odprowadzane są do kanalizacji wraz z popłuczynami podczas regeneracji złoża.

Usuwanie żelaza z wody przy wykorzystaniu wielofunkcyjnych złóż jonowymiennych z reguły stosowane jest do mniejszych przekroczeń żelaza niż w pozostałych metodach ze względu na wzrost ryzyka oblepiania żywic jonowymiennych związkami żelaza, co istotnie zmniejsza skuteczność uzdatniania wody tą metodą.

Cechą charakterystyczną technologii odżelaziania wody z wykorzystaniem złóż wielofunkcyjnych, jest zdolność równoczesnego usuwania innych zanieczyszczeń zawartych w wodzie. Poza usuwaniem żelaza i manganu z wody ten typ złóż zmiękcza wodę, oraz w zależności od rodzaju złoża usuwa związki organiczne, jon amonu lub koryguje odczyn pH wody.

W tym miejscu warto wspomnieć, iż usuwanie żelaza z wody na złożach wielofunkcyjnych z reguły wymusza całkowite zmiękczanie wody, co jest niezalecane przy miedzianej instalacji wodociągowej ze względu na ryzyko wypłukiwania miedzi (im odczyn pH wody jest niższy, tym proces wypłukiwania miedzi przez całkowicie zmiękczoną wodę jest intensywniejszy).

W tej technologii odżelaziania napowietrzanie wody nie jest wymagane, a wręcz należy uważać, aby zbyt duża zawartość tlenu przy równoczesnej wysokiej zawartości żelaza w wodzie nie doprowadziła do oblepiania złoża jonowymiennego związkami żelaza. W tym miejscu należy zaznaczyć, że złoża jonowymienne nie usuwają z wody gazów złowonnych (w tym siarkowodoru), a w niektórych przypadkach mogą nawet intensyfikować zapachy występujące w wodzie surowej.

Usuwanie żelaza z wody z wykorzystaniem złóż wielofunkcyjnych nie wymaga wysokiej wydajności przepływu podczas płukania złoża, więc nie jest wymagana pompa o dużej wydajności. Ponadto ilość wody zużywanej do regeneracji jest najmniejsza ze wszystkich opisywanych technologi usuwania żelaza z wody.

Złoża wielofunkcyjne stosowane do odżelaziania wody wymagają cyklicznej regeneracji roztworem chlorku sodu (solanka), który wytwarzany jest z tabletek solnych zmagazynowanych w umieszczonym obok filtra zasobniku na sól. Czynnością obsługową w tym przypadku jest cykliczne uzupełniania zasobnika tabletkowaną solą.

Popłuczyny z regeneracji odżelaziaczy wykorzystujących złoża wielofunkcyjne zawierają solankę, która może zakłócić proces oczyszczania ścieków w biologicznych przydomowych oczyszczalniach ścieków bez osadnika wstępnego, jak również pracujących w trybie przepływowym.

Przykłady złóż stosowanych w tej technologii uzdatniania wody: Crystal Right, AquaMulti, Ecomix,

Usuwanie żelaza z wody dostarczanej z sieci wodociągowej.

Przekroczona zawartość żelaza w wodzie dostarczanej z miejskiego wodociągu wynika głównie z wtórnego jej zanieczyszczenia osadami żelaza zalegającymi w sieci i instalacji wodociągowej. W zdecydowanej większości przypadków nadmierna zawartość żelaza w wodzie wodociągowej występuje w postaci nierozpuszczonych osadów tworzących drobną zawiesinę. Tego typu zanieczyszczenia bardzo skutecznie zostają usunięte poprzez filtrację mechaniczną działającą na zasadzie cedzenia.

W budownictwie jednorodzinnym filtracja mechaniczna realizowana jest poprzez zamontowanie na wejściu instalacji do budynku narurowego filtra z wymiennymi wkładami piankowymi (włókninowymi), sznurkowymi,  harmonijkowymi lub siatkowymi o dokładności filtracji (tzw. mikronaż) w przedziale od 1 do 100 mikrometrów.

Alternatywą dla filtrów z wymiennymi wkładami są tzw. samopłuczące filtry narurowe, których wkłady są wielorazowego użytku i wymagają jedynie cyklicznego płukania (bez konieczności rozkręcania obudowy). Płukanie może odbywać się półautomatycznie (poprzez  ręczne otwarcie zaworu spustowego) lub w pełni automatycznie dzięki wyposażeniu filtra w sterownik (czasowy lub z pomiarem ciśnienia) uruchamiający elektrozawór spustowy. Bardziej zaawansowane filtry samopłuczące posiadają płukanie wkładu filtrującego przeciwprądowe (w kierunku przeciwnym do filtracji roboczej), które jest zdecydowanie skuteczniejsze niż płukanie współprądowe.

Jeśli stosowanie ochronnych filtrów narurowych nie spełnia oczekiwań konsumenta w zakresie jakości wody wodociągowej przeznaczonej do spożycia, dodatkowym i bardzo skutecznym rozwiązaniem jest zastosowanie podzlewowego filtra wody pitnej.

Przykładem skutecznego, kompaktowego filtra wody pitnej z ultrafiltracją jest Aquaphor Kryształ B EKO, który skutecznie zatrzymuje szereg zanieczyszczeń w tym związki żelaza oraz mikroorganizmy, pozostawiając przy tym związki mineralne zawarte w wodzie. Dzięki niewielkim wymiarom filtr wody tego typu zmieści się nawet w najmniejsze wnęki kuchenne.

AQUAPHOR Kryształ B ECO

Jednak największą skuteczność w oczyszczaniu wody pitnej posiadają tzw. filtry odwróconej osmozy z mineralizacją. Ten filtr poza zatrzymywaniem zanieczyszczeń ze związków żelaza usuwa z wody metale ciężkie, zanieczyszczenia organiczne (w tym pestycydy,  antybiotyki, związki hormonalne) jak również zanieczyszczenia mikrobiologiczne (grzyby, bakterie i wirusy). Ponadto woda po procesie oczyszczania jest nasycana minerałami korzystnymi z punktu widzenia organizmu (wapń, magnez). Przykładem nowoczesnego filtra odwróconej osmozy z mineralizacją jest Aquaphor DWM-101S Morion.

Filtr wody AQUAPHOR RO-101S Morion

Optymalne usuwanie żelaza z wody

Jak widać sposobów na usuwanie żelaza z wody jest wiele i poza składem wody są one uzależnione między innymi od wyposażenia technicznego budynku. Warto zaznaczyć, że właściwy dobór technologii oraz wielkości odżelaziacza przełoży się na minimalne koszty eksploatacyjne, wydłuży żywotność urządzeń, oraz zapewni oczekiwany stopień uzdatniania wody przez wiele lat. W związku z powyższym warto zlecić dobór, montaż oraz uruchomienie odżelaziacza wody lokalnej firmy specjalizujące się w uzdatnianiu wody, ponieważ tego typu firma zapewni również serwis gwarancyjny oraz pogwarancyjny w przyszłości.

W przypadku zainteresowania lub jakichkolwiek pytań zapraszamy do kontaktu.