Перед тем как покупать фильтры в загородный дом

Прежде, чем начать читать теорию, изучите пожалуйста ПРАКТИЧЕСКИЕ СОВЕТЫ о том, какие мероприятия должен предусмотреть застройщик до установки фильтров, ещё на начальных этапах строительства.

А теперь немного теории, начнём по порядку.

1. Анализ воды.
2. Цели водоочистки.
3. Выбор метода очистки воды.
4. Выбор насоса, или подбор типоразмера фильтра под имеющийся насос.
5. Куда девать промывочную воду?

              1. Анализ Воды

   1.1. Для того, чтобы успешно решить вопрос очистки воды в вашем коттедже, доме или на даче, в первую очередь необходимо узнать состав воды из источника, который вы будете использовать. Невозможно оценить качество воды, просто посмотрев на неё. Поэтому надо отобрать пробы воды и отправить их на анализ. Если источников воды несколько, то необходимо проанализировать каждый из них. Как отбирать пробы воды и по каким показателям анализировать воду для целей построения системы очистки воды, можно прочитать в разделе "Анализ воды".

   Очень важно, чтобы анализ воды был сделан по тем показателям, которые нужны для проектирования устройства очистки воды, иначе проектировщик не сможет правильно выбрать метод очистки или будет вынужден применить метод, использование которого гарантировано избавит вашу воду от загрязнений вне зависимости от наличия или отсутствия в воде этих загрязнений, что может существенно повлиять на состав оборудования и соответственно его цену.

   К сожалению, чаще всего "проектировщик", а скорее менеджер, который "подбирает" вам фильтры для очистки воды в загородном доме, не особо утруждает себя изучением показателей анализа воды. Многие известные компании просто специализируются на каком-либо одном методе очистки и предлагают его всем подряд. Или, как вариант, искушенный в методах маркетинга менеджер продаёт покупателю не то оборудование, которое необходимо для очистки воды согласно анализа воды, а то, которое хочет купить клиент, начитавшийся рекламы.

   Ещё раз повторю: анализ воды должен быть выполнен по определённому перечню показателей, а не по тому, который предлагает лаборатория, даже если у неё есть десяток "наград" и "сертификатов" или она вообще государственная "СЭС"!

   Иногда заказчики приносят "анализ воды", где указаны 6-8 показателей, или вообще приходят только со сведениями о показателях, норматив ПДК по которым превышен, считая "а зачем вам остальное - там ведь превышений нет". Поясню: например, для того, чтобы подобрать оптимальный метод очистки воды от железа, недостаточно знать только значение показателя "железо", а нужны ещё и другие катионы и анионы, в том числе сульфаты, хлориды, гидрокарбонаты, а так же водородный показатель - рН, перманганатная окисляемость, наличие сероводорода в воде и общая минерализация. Не имея частично или полностью результатов анализа по этим показателям, проектировщик не может правильно оценить возможность использования, например, "безреагентного метода" удаления железа из воды.

   Итак, первый важный вывод: игнорирование анализа воды по необходимому перечню показателей может привести весь ваш проект в тупик - к покупке ненужного или бесполезного оборудования и к потере времени и денег.

    1.2. Для выбора той или иной технологии очистки воды часто бывает необходимо провести дополнительные опыты с водой, не входящие в стандартный список химических лабораторий. В частности, для проверки времени осаждения взвесей после внесения в образцы различных окислителей, делается простой опыт, который может повторить каждый.
    В нашем опыте мы будем вносить в образцы кислород воздуха, гипохлорит натрия, перекись водорода. Для опыта берём четыре чистые прозрачные бутылки объёмом 1,5 - 2 л. и наполняем их исследуемой водой таким же способом, как при отборе проб.
    Бутылка №1 у нас будет с контрольной пробой.
   В бутылку №2 надо залить предварительно аэрированную воду, для этого потребуется ещё одна бутылка, в которой проведём аэрацию. Для этого наполним эту бутылку чуть больше, чем наполовину, закроем крышкой и интенсивно потрясём, чтобы аэрировать воду, затем сольём воду в бутылку №2 и повторим процедуру со второй половиной, и снова сольём в бутылку №2.
   В бутылку №3 перед наполнением её водой, добавим порцию гипохлорита натрия. Гипохлорит натрия можно купить товарный, а можно использовать отбеливатель "Белизна". Белизна должна быть жидкая (не гель), на этикетке должен быть написан состав: гипохлорит натрия, вода, стабилизатор. Иногда о наличии стабилизатора не пишут. (В качестве стабилизатора в белизне используется силикат натрия (канцелярский клей). Это нам не помешает при опыте, но в рабочей системе дозирования по ряду причин желательно применять гипохлорит натрия товарный.) Добавить окислитель надо примерно в таком количестве, которого с десятикратным запасом хватит, чтобы окислить железо, марганец и сероводород, которые имеются в воде. Белизна обычно содержит гипохлорит натрия в концентрации C = 40 - 70 - 90 g/кг, товарный раствор K = 150 - 180 g/кг. Для расчёта дозы реагента воспользуемся формулой  D _NaOCl [мг/l] = (0.64 [Fe²⁺] + 1.3 [Mn²⁺] + 2,1 [H₂S]) х 10 
   В бутылку №4 перед наполнением её водой, добавим порцию перекиси водорода аптечной, если нет другой. Концентрация аптечной перекиси водорода - 3%, то есть C = 30 г/кг. Для расчёта дозы воспользуемся формулой D _H2O2 [мг/l] = (0.3 [Fe²⁺] + 0.71 [Mn²⁺] + [H₂S]) х 10

Общие формулы для любого окислителя: Чтобы вычислить объём добавляемого не разбавленного реагента в каплях на 1 литр исследуемой воды, используем формулу:

K [капля = 1/20 мл] = 20 [1/мл] х (D [ мг/l ] / C [г/л]), где D - рассчитанная нами доза окислителя, C - концентрация используемого раствора окислителя, K - количество капель реагента, л - литры раствора реагента, l - литры испытуемой воды.

Теперь умножаем получившееся число капель на объём воды в бутылке.

(для упрощения считаем 1л = 1 кг, то есть не учитываем плотность раствора окислителя).

На практике это может быть 5 - 10 капель гипохлорита натрия и 15 - 30 капель аптечной перекиси водорода, рассчитайте точнее по формулам.

После заполнения бутылок на них надо навинтить крышки и поставить на белом фоне, чтобы сделать фотоснимок. Сделайте фотоснимок при хорошем освещении. Затем повторите съёмки через 3 часа, 6 часов, 12 часов и через сутки - двое. Сохраните эти фотографии.

Если через двое суток осадок в воде не сформируется и не выпадет на дно ни в одной из бутылок, при этом вода будет оставаться мутной и цветной, значит в анализе воды неправильно определён показатель "перманганатная окисляемость". Для очистки такой воды придётся применять метод коагуляции (описание см. ниже в статье).

              2. Цели водоочистки.

1. - вода для питья и приготовления пищи.
2. - вода для хозяйственно-бытовых нужд (умывальник, душ, унитаз, гараж (если собрались мыть машину));
3. - вода для системы полива;  

        Теперь, имея на руках анализ воды, мы должны определиться, как мы собираемся использовать воду, очищенную и не очищенную, и до какой степени нам необходимо её очищать. Для этого надо расписать, какие у нас будут потребители воды. Чаще всего потребителей воды группируют в три основные группы, в каждой из которых вода имеет одинаковое качество. Внутри каждой группы возможны подгруппы, в зависимости от глубины проработки проекта и от некоторых особенностей состава исходной воды в конкретных частных случаях.

   Ясно, что вода для I группы должна быть самого высокого качества, и вероятно, должна оцениваться по более высокому стандарту качества. Вода из II группы должна быть прозрачной, без запаха, не раздражать кожу и быть безопасной в химическом и бактериологическом отношении. К таковой по качеству относит воду СанПиН 2.1.4.2652-10.

Таким образом, вероятнее всего, очищать придётся всю воду из I и II групп. Вначале необходимо подсчитать количество проживающих в доме и количество точек водоразбора. На основании этих данных и данных анализа воды мы будем подбирать оборудование и вычислять требуемую производительность.

Давайте разберёмся, как влияет количество проживающих и количество точек водоразбора на потребность в воде, а значит на производительность системы очистки воды. Вода в доме потребляется неравномерно: существуют пики потребления по утрам и по вечерам, когда возможна максимальная нагрузка на систему очистки воды. Очевидно, что пиковый расход воды в период пикового потребления определяется количеством одновременно открытых кранов и давлением в водопроводе в момент потребления. Поэтому, если количество проживающих больше, чем количество возможных одновременно открытых кранов, то нагрузка на систему определяется по количеству открытых кранов, исходя из загруженности каждого из санузлов, а так же дополнительных потребителей - стиральных и посудомоечных машинок. Просуммировав возможный расход на каждом открытом кране, подсчитываем суммарный мгновенный расход системы водоснабжения для хозяйственно-бытовых нужд.

Прежде всего надо уяснить, что любые фильтры имеют производительность, выражаемую в литрах в минуту. Именно от значений л/мин (а не от кубометров в сутки) надо отталкиваться при выборе конкретного фильтра. Поэтому, если система очистки воды напрямую, без применения усреднительно - накопительного резервуара встроена в линию подачи воды, то производительность каждого последовательно установленного фильтра должна равняться суммарному пиковому мгновенному расходу в системе водоснабжения.

             3. Выбор метода очистки воды.

    Теперь, зная данные анализа воды и какова потребность в очищенной воде, мы можем начать проектировать систему очистки воды.

Очевидно, что начинать надо с разбора анализа воды. Для начала возьмём самый простой, как кажется на первый взгляд, случай. Допустим, что у нас есть протокол анализа воды, в котором даже нет всех требуемых показателей, но есть данные о том, что нет превышений по железу и по марганцу. И даже нет превышений по жесткости воды. То есть жесткость в пределах ПДК по СанПиН 2.1.4.2652-10. Нужны ли какие-нибудь фильтры в этом случае, кроме патронного фильтра тонкой очистки - на всякий случай - для потребителей воды из категорий (I) и (II)? Нужен ли фильтр под мойку на кухне для потребителей воды категории (I)?

Казалось бы, можно ограничиться только указанными выше фильтрами, а то и вовсе не тратить деньги на фильтры. Часто так и бывает, но через некоторое время к нам приходят заказчики с такими анализами воды с жалобами на накипь в чайнике, а иногда и на неприятный запах горячей воды. 

Так в чём же дело? Почему анализ воды не показывает превышений ПДК по жесткости и по запаху, а проблема существует? Давайте разберёмся. Начнём с жесткости воды.
С точки зрения ПДК по СанПиН 2.1.4.2652-10, жесткость 7 мг-экв/л это верхняя граница, выше которой влияние жесткости на человека становится небезопасным. Но для сантехнических приборов, ТЭНов, чайника, бойлера и других водонагревателей  величина жесткости 7 мг-экв/л недопустимо высока. То есть воду надо умягчать.

Я неоднократно сталкивался с мнением, что в этом случае экономически выгоднее раз в N лет поменять бойлер, котёл, чайник, смесители... и т. п. Возможно, для кого-то это так и есть, ведь всё зависит от стоимости бойлера, котла , смесителей и.т.п., а уж мыться в жесткой воде - вообще дело привычки. Итак, если жесткость не превышает 7 мг-экв/л, ни холодная, ни горячая вода не пахнут, бактериологический анализ воды не показывает превышений, и органолептически лично вас вода устраивает, закрывайте этот сайт - вам не нужно ничего ставить.
Если нет, читаем дальше. Вы понимаете, что жесткость надо снижать, даже если она в пределах ПДК по СанПиН 2.1.4.2652-10. Но до какой величины? Практика показывает, что для человека комфортная величина жесткости та, к которой вы привыкли. Поэтому если ставить умягчитель, то для повышения жесткости до комфортного уровня к воде после умягчителя подмешивают исходную воду настолько, чтобы было комфортно смывать мыло. А для техники чем ниже жесткость - тем лучше. Поэтому компромисс находят обычно в диапазоне жесткости 1-2 мг.экв/л.
А для принятия решения об отказе от установки умягчителя "пороговым" чаще всего становится значение показателя "Жесткость" из анализа воды не более 4 мг-экв/л. Здесь речь идёт о карбонатной жесткости.

Метод удаления жесткости из воды в дачном и коттеджном строительстве принят и наиболее распространён один - ионообменный. Хочу сразу отметить, что ионообменным методом можно также удалять двухвалентные ионы металлов - железа и марганца, но об этом поговорим позже. Читать об ионообменном методе можно в разделе "Фильтры умягчители".

Что же с запахом? Вода из скважины, по анализу воды - запах в пределах ПДК. Анализ на запах сероводорода ... опа, а это что ещё за зверь? Вы смотрите на перечень показателей, который рекомендуем мы, но там нет никакого сероводорода. Как же так? А вот так - у нас нет возможности сделать количественный анализ воды на сероводород. Вернее возможность такая у лаборатории есть, но делать так никто не будет: надо выезжать на объект с оборудованием, а это слишком дорого. Поэтому обычно в лаборатории дают бутылочку с консервантом сероводорода, чтобы пока вы привезёте воду на анализ, хоть часть его сохранилась в пробе. Но, скажу я вам, это почти бессмысленно, поскольку большая часть сероводорода всё равно уйдёт, пока вы набираете пробу воды. Считая, что это пустая трата денег, и к тому же это вводит в заблуждение заказчика, мы рекомендуем своим заказчикам проводить свой собственный тест на запах сероводорода. Мы знаем, что 99% скважин на известняк в Москве и области содержат сероводород в большей или меньшей степени, но в любом случае сероводород надо удалять, что рано или поздно вам придётся делать. О методах удаления сероводорода подробно поговорим в разделе "Аэрация и дозирование". Здесь я коротко отмечу, что в рассматриваемом случае, независимо от того, стоит ли  вопрос об удалении солей жесткости, то есть об установке умягчителя, или не стоит, при этом необходимо удалять запах, и изучать подробно раздел "Аэрация и дозирование" всё равно придётся. Утомились читать? Отдохните здесь.

Изучать этот раздел придется и в том случае, если анализ воды показал нам превышения ПДК по железу. Вообще, тема удаления железа самая сложная для восприятия неискушенным читателем, поэтому будьте внимательны и не торопясь вникайте в смысл написанного ниже.

Железо в воде из глубоких скважин находится чаще всего в ионной форме в виде двухвалентного иона, то есть растворено в воде. А то, что растворено в воде - невидимо для глаза. Данное утверждение справедливо на 100%, если в анализе воды показатель "перманганатная окисляемость" находится на низком уровне, во всяком случае ниже 5 мг/л, и в воде отсутствует кислород воздуха на момент излива воды из скважины. Как только проба отобрана, и произошёл контакт воды с атмосферным воздухом, двухвалентное железо начинает вступать в реакцию с кислородом воздуха и переходить в трёхвалентную форму. В результате проба приобретает рыжеватый цвет, и по прошествии небольшого промежутка времени на дно сосуда выпадают хлопья. Как правило, в пробах с таким поведением воды оказывается, что количество гидрокарбонатов велико относительно количества сульфатов и хлоридов. Возможно, это вам знакомо - это те самые "Условия работы фильтрующей засыпки "BIRM":  pH воды - не менее 6,8; содержание свободного кислорода на 15% больше содержания железа; содержание HCO3- анионов в 2 раза больше суммы (SO4 2- + Cl-); окисляемость < 4 мг/л; отсутствие сероводорода и нефтепродуктов." Именно эти условия в основном лимитируют применение аэрации, напорной или безнапорной для удаления железа из воды. По мере роста содержания анионов SO4 2- и Cl-; роста окисляемости; увеличении количества сероводорода, - эффективность методов, где применяется только аэрация, падает. И не думайте, что будет другой эффект, если вместо фильтрующей засыпки "BIRM" вы примените другую засыпку, например российские АС и его аналоги, МС, МЖФ, и т.п., и будете предварительно пытаться окислить воздухом железо в сопровождении вышеописанных условий анализа воды.
При увеличении содержания хлоридов  и сульфатов время, затрачиваемое на окисление железа увеличивается, и одной аэрации становится недостаточно. И тогда надо подыскивать другой метод окисления (иногда лучше добавить к аэрации дозирование реагента - сильного окислителя, иногда полностью заменить аэрацию на дозирование сильного окислителя), и соответственно выбирать засыпку для фильтра, устойчивую к воздействию сильного окислителя.

Повышенное значение такого показателя как "перманганатная окисляемость" в совокупности с высоким содержанием железа в воде говорит нам о том, что вероятнее всего железо находится в составе органических комплексов (таниновые и лигниновые комплексы), и как правило это "трёхвалентное" железо, и эти комплексные соединения находятся в воде виде коллоидного раствора. В этом случае надо кардинально менять подход. Теперь возникает необходимость разрушить коллоиды, а для этого применяют коагуляцию. То есть в воду дозируем коагулянт, при правильно подобранной дозе коллоидный раствор разрушается, и формируется хлопьевидный осадок, который легко отфильтровывается фильтрами засыпного типа. Существуют другие трудноудаляемые формы железа в воде - "бактериальное" трёхвалентное железо (образуется как продукт жизнедеятельности некоторых видов бактерий и характеризуется наличием опалесцирующей плёнки на поверхности воды), "органическое" растворённое железо - в составе хелатных органических комплексов на основе гуминовых кислот. В одной и той же пробе воды с повышенной окисляемостью, вероятнее всего сочетается несколько видов железа, а то и все вместе. Поэтому на практике приходится сочетать несколько методов для удаления таких видов железа. Пробы воды с высокой перманганатной окисляемостью, в которых содержится железо, имеют зеленоватый оттенок, мутноваты, и сохраняются в таком виде даже после аэрации, визуально не изменяясь в течение недель и месяцев.

О том, как и из чего собрать фильтр засыпного типа, читаем здесь.

              5. Куда девать промывочную воду?

Часто для индивидуального застройщика становится неожиданным вопрос о необходимости утилизации достаточно большого объема дренажной воды от промывки фильтров. Вопрос, куда девать промывочную воду - в септик/ЛОС (локальное очистное сооружение для очистки сточных вод), или мимо - в дренажную канаву или "поглощающую траншею", ставит в тупик многих специалистов по очистке воды, не только застройщиков / хозяев домовладения. Неожиданно это может стать очень чувствительно с финансовой стороны, если не заняться вопросом заблаговременно.

5.1. Принимая решение о сливе промывочной воды в септик /ЛОС, необходимо руководствоваться рядом лимитирующих факторов.

 Если речь идёт о стоке при регенерации фильтров, то вопросы надо задавать и поставщикам фильтров, и поставщикам системы биологической очистки стоков.
Обычно к сбросу воды в септик или в станцию биологической очистки предъявляются определённые требования, лимитирующие объём и состав сбрасываемой воды.
К ним относятся:
1. Минимальный недельный/месячный объём сброса.
2. Максимальный часовой или залповый объём сброса.
3. Предельные концентрации нежелательных химических веществ в составе сброса.
Если ваш септик / станция биологической очистки - изделие заводского изготовления, то величины должны быть указаны в Паспорте изделия.
Сравните их с паспортными данными рассчитываемой системы очистки воды по требуемым показателям, и всё станет ясно.
Для этого задайте поставщику фильтров (или себе, если вы самостоятельно решили проектировать свои фильтры) вопросы:
   1. Какой залповый объём стока от промывки фильтров?
   2. Какие химические вещества и в каком количестве содержатся в стоке от промывки фильтров?

  Залповый объём стока от промывки фильтра рассчитывается исходя из размеров корпуса фильтра, характеристик фильтрующей засыпки, настроек потоков клапана управления при осуществлении промывки, программных настроек автоматического клапана управления фильтра.
Содержание химических веществ в составе сбрасываемой фильтром в дренаж воды, определяется применяемой технологией регенерации фильтрующей засыпки. Чаще всего в промывочной воде фильтра могут содержаться такие вещества, как хлорид натрия (поваренная соль), перманганат калия (марганцовка), гипохлорит натрия (активный хлор). Поваренная соль, как известно, всегда применяется для регенерации ионообменных смол, применяемых для умягчения воды. Марганцовка применяется для регенерации фильтров очистки от железа, в которых использованы такие импортные засыпки, как MGS или MTM.  На сегодняшний день засыпка MTM редко встречается, а MGS и вовсе отсутствует на рынке, так как снята с производства много лет назад. Современные фильтры очистки от железа проектируются таким образом, что реагентная промывка марганцовкой не применяется. Современные импортные каталитические загрузки "Greensand+" и "Quantum DMI-65" в процессе первичной наладки замачиваются в растворе гипохлорита натрия, а иногда и промываются с небольшой дозой гипохлорита натрия, которые сливаются в дренаж. Обычно эти дозы не критичны для очистных сооружений сточных вод.

Производители сооружений для очистки сточных вод, обычно лимитируют сброс солевых растворов, растворов, содержащих окислители, поверхностно - активные вещества. 

 Если речь идёт о стоке при использовании (потреблении) воды, то никаких вопросов, связанных с химическими веществами, содержащимися в воде после фильтрации быть не должно, ведь вода после фильтрации должна соответствовать требованиям СанПин, а любое сооружение для очистки стоков должно без проблем принимать воду, прошедшую подготовку до требований СанПин. Поэтому, если в процессе очистки воды (не в процессе регенерации фильтров) заходит речь о применении химических реагентов, таких как Гипохлорит натрия, Перекись водорода, Марганцовка, дозируемых в воду в процессе очистки воды (а не регенерации фильтров), превышений ПДК этих веществ в воде после очистки не должно быть, таким образом и вопроса о сбросе этих веществ куда-либо, в том числе в ЛОС или септик, тоже не возникает.

5.2. Если в результате сравнения технических данных о стоке воды при промывке фильтров и лимитов на сток в септик / ЛОС выясняется, что недопустимо утилизировать промывочную воду фильтров в септик / ЛОС, приходится искать иное направление для слива промывной воды.

Самое простое решение, если всё делать вовремя, это направить промывочную воду в поселковую канализацию, если таковая имеется. Второй вариант - сливать в ливнёвую канаву, опять же, если таковая имеется. Ни в коем случае нельзя сливать в дренаж, под фундамент, так как назначение дренажа понизить уровень грунтовых вод под фундаментом дома, а не заводнить его, чтобы дом перекосило и он рухнул. На рисунке показано, как правильно проходить через стену дома напорной трубой дренажной линии фильтров. Показаны варианты при размещении оборудования в подвале и на первом этаже.