Насыщение воды кислородом: для чего это нужно делать и как

Насыщение воды кислородом – этот процесс применяется для принудительного повышения концентрации кислорода в воде. При этом двухвалентное железо, содержащееся в воде, окисляется до трехвалентного. Повышение валентности этого металла способствует увеличению размера его молекул, которые удерживаются фильтрами для обезжелезивания воды. Помимо увеличения молекул железа, повышение концентрации кислорода в воде вызывает связывание растворенных молекул газа сероводорода до состояния слабо концентрированной серной кислоты. Она обеззараживает воду, убивая живые микроорганизмы, бактерии и даже вирусы, не принося вреда здоровью человека.

Каким образом происходит насыщение воды кислородом

Аэрация – это процесс естественного или искусственного насыщения кислородом. Насыщение воды может производиться с помощью технических средств (подведение воздуха) или путем ликвидации преграды (льда, маслянистой пленки и т. д.).

Кислород – основной показатель качества воды. Он содержится в природной воде в виде молекул О₂. На его концентрацию в воде оказывают влияние две группы противоположно направленных процессов: одни поднимают концентрацию кислорода, другие ее уменьшают.

Первая группа включает в себя следующие процессы:

• абсорбция кислорода из атмосферы;

• выделение кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза;

• подпитка водоемов дождевыми и снеговыми потоками, в которых обычно содержится много кислорода.

Процесс окисления органических веществ (биологический, биохимический и химический), замедляет процесс насыщения воды кислородом.

В поверхностных водах концентрация растворенного кислорода находится в диапазоне от 0 до 14 мг/л и подвергается сезонным и суточным колебаниям. Последние зависят от того, насколько интенсивны процессы его продуцирования и потребления и могут составлять до 2,5 мг/л растворенного кислорода.

Зимой и летом распределение кислорода происходит в процессе стратификации. Нехватка кислорода чаще встречается в водных объектах с большой концентрацией загрязняющих органических веществ и в вырождающихся (перерождающихся) водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ.

Окислительно-восстановительный потенциал, направление, а также скорость химического и биохимического окисления органических и неорганических соединений – все это определяется концентрацией кислорода. Содержание в воде О₂ обуславливает способность микроорганизмов противостоять изменениям различных компонентов окружающей среды, особенно ее неблагоприятным факторам (маленькая разница парциального давления кислорода в воде и крови снижает уровень окислительных процессов в организмах).

Функциональная деятельность всего организма, стойкость его к неблагоприятным воздействиям, величина потребления и ассимиляции пищи – обусловлено влиянием уровня окислительных процессов.

Зачем необходимо насыщение воды кислородом

Вода, содержащая слишком много железа (при отсутствии кислорода) не пригодна для питья. Нормальное содержание железа в воде составляет менее 0,5 мг/л. При больших значениях необходимо пользоваться системами очистки.

Железо не только приносит вред организму, но и способно испортить водяное оборудование. Твердые частицы быстро приводят к его поломке. Также через некоторое время засоряется система водопровода.

Железо является основой чугуна и стальных сплавов и часто встречается в земной коре и практической жизни. От железа зависит само существование Вселенной, так как оно присутствует в цепочке ядерных реакций. Даже в биологии железо (гемоглобин) незаменимо и без него не может жить ни человек, ни теплокровные животные. Железо и его соединения получило широкое применение и в других областях деятельности человека.

Кроме полезных свойств, железо обладает и вредными. Помимо опасности холодного оружия, железо может навредить и в химическом плане. При большом содержании железа рост растений угнетается, водопроводное и сантехническое оборудование быстро выходит из строя, а при использовании такой воды для питья здоровью людей и животных угрожает опасность.

Для решения этой проблемы стоит сменить источник питьевого водоснабжения или снизить концентрацию железа с помощью специальных устройств. В скважинах, обустраиваемых около частных домов и поселков, часто содержится много железа. В таких случаях применяют очистку воды от железа для дома.

Как понять, что необходимо провести насыщение воды кислородом

Признаком избыточного содержания железа можно считать быстрое образование рыжих полос в местах, где протекают тонкие струйки воды. Окисление железа ускоряется при контакте с кислородом воздуха (железо переходит из двухвалентного в Fe₂O₃), при этом образуется малорастворимый оксид, оседающий на фаянсе, фарфоре или эмали и на других материалах.

Эти образования представляют собой обыкновенную ржавчину. Вкус такой воды довольно специфичен и создает вяжущие ощущения во рту (при концентрации, превышающей норму на 1–2 мг/л). Как упоминалось ранее, преобладание железа может навредить при определенных заболеваниях и даже вызвать их, то есть железо может быть токсичным.

Основные методы насыщения воды кислородом

Способы аэрации воды:

1. Напорный. Применяют при условии достаточного давления в водопроводе. Этот метод эффективен при небольшом содержании железа в воде – это единственный недостаток такого метода.

2. Безнапорный. Суть этого метода заключается в распылении воды через форсунки с минимальным диаметром сопла после поступления в аэрационную колонну. Применяется при большой концентрации железа в воде.

3. Упрощенный. Согласно этому способу вода с небольшой высоты сливается в канал системы фильтрации. Прохождение жидкости через зернистый фильтрационный слой сопровождается выделением ионов Fe²⁺ и Fe³⁺ на поверхность. Для применения такого способа требуется соблюдение двух условий: близкий к нейтральному щелочной баланс и минимальная концентрация железа.

4. Электрохимический. Эффективный способ насыщения воды кислородом с точки зрения энергетических и экономических параметров, метод аэрации, основанный на преобразовании электрической и химической энергии. Используется для очищения воды в промышленных объемах.

Отстаивание воды позволяет производить очистку от железа естественным способом (безнапорная аэрация). Кислород окисляет соединения железа, в том числе и комплексы, неорганические и органические. Это хороший способ, но требуется емкость большого объема, а также возникает проблема с размножением водорослей и других микроорганизмов.

Такой способ очистки воды от железа рекомендуется применять для водонапорных башен при условии небольшого расхода воды, это будет оптимальным вариантом. Для воды, сильно загрязненной железом, потребуется принудительная продувка воздухом (аэрация). Для этого потребуется специальная колонка и воздушный насос. Большие емкости не потребуются.

Природа предлагает еще более простой способ искусственной аэрации. Ниспадающий поток позволяет воде насытиться воздухом (а значит, кислородом). В подтверждение этому можно провести дома небольшой эксперимент – наливайте в кастрюлю воду с некоторой высоты и увидите, как образовываются пузырьки воздуха. Тот же принцип лежит в основе любой системы искусственной аэрации. Насыщение воды кислородом из воздуха происходит в водопадах, каскадах, перепадах (в особенности, в фонтанах).

Чтобы провести обезжелезивание воды в домашних условиях, потребуются специальные вещества. Широко применяется средство Birm. Его основу составляет пористая структура, которая легче воды. Эти свойства данного вещества позволяют производить аэрацию быстро, при этом происходит удаление всех загрязнений, в том числе и железа.

Стоит иметь в виду, что это вещество плохо взаимодействует с хлором, по этой причине не стоит применять хлорку для дезинфекции. Применение воздушного компрессора может не понадобиться.

Для каталитического очищения могут применяться порошковые природные средства доломит и цеолит. Использование специальной системы при этом не требуется. Магнофилт применяется в тех случаях, когда в жидкости нет сероводорода. Greensand чувствителен к микроорганизмам, по этой причине дальнейшая фильтрация и другие способы очистки не используются.

Насыщение воды кислородом своими руками

И последнее условие – это производительность фильтра. Его недельная пропускная способность должна быть не менее 250 литров; возможность отстаивания воды, для выполнения обезжелезивания.

В домашних условиях вы можете своими силами обустроить воздушный накопительный резервуар. Это удобно при наличии готовой системы водоснабжения или колодца на территории.

Помните! Использование накопительного очистителя для насыщения воды кислородом своими руками недопустимо, если на участке трубопровод состоит из металлических конструкций: сгонов, фитингов и муфт.

Основой для системы будет служить дюралюминиевый резервуар вместимостью не менее 100 л. При включении компрессора (он должен быть смонтирован) жидкость подается через распылитель А4, откуда она распыляется внутрь емкости.

Система включает в себя специальный элемент, который контролирует содержание озона в баке. После этого вода поступает на фильтрацию. Для подачи кислорода и воздуха в резервуар потребуется установить специальный патрубок. С помощью двух выходных патрубков контролируется уровень воды в системе. Снаружи на трубки натягивается силиконовый материал. Для выкачивания жидкости на выходную трубку устанавливается обратный клапан и компрессор.

Устройство насыщения воды кислородом

Устройство электрохимического аэратора:

• Аэрационная колонна. Представляет собой сосуд, в котором протекает процесс насыщения воды кислородом. Внутри резервуара идет непрерывная реакция окисления: кислород выделяется в процессе электролиза (после подачи тока на анод и катод вода начинает «разлагаться» на О₂ и Н₂).

• Воздушный компрессор. Служит для нагнетания газов в резервуары и магистрали, поддерживая давление 6 атмосфер в системе.

• Электродвигатель. Смонтирован в корпусе и запускается с помощью конденсатора. Питается от сети 220 вольт. Для охлаждения электродвигателя используются два расположенных по бокам вентилятора.

• Электронное реле. Служит для включения и выключения системы. Кабель от реле ведет к компрессору.

• Расходомер (счетчик воды). Применяется для диагностики функционирования системы аэрации в режиме реального времени и обеспечения оператора данными о проведенной работе.

Эжектор для насыщения воды кислородом

Эжектор предназначен для смешивания воды с воздухом, а значит, и насыщения воды кислородом.

Принцип действия эжектора основан на использовании кинетической энергии потока воды, направленного в трубку меньшего диаметра. При смене сечения трубки скорость воды увеличивается, что позволяет снизить давление. В результате внутри эжектора образуется вакуум, который служит движущей силой, обеспечивающей всасывание воздуха через боковой всасывающий патрубок эжектора и их перемешивание с основным потоком воды.

На российском рынке присутствует немало компаний, которые занимаются разработкой систем водоочистки. Самостоятельно, без помощи профессионала, выбрать тот или иной вид фильтра для воды довольно сложно. И уж тем более не стоит пытаться смонтировать систему водоочистки самостоятельно, даже если вы прочитали несколько статей в Интернете и вам кажется, что вы во всем разобрались.

Надежнее обратиться в компанию по установке фильтров, которая предоставляет полный спектр услуг – консультацию специалиста, анализ воды из скважины или колодца, подбор подходящего оборудования, доставку и подключение системы. Кроме того, важно, чтобы компания предоставляла и сервисное обслуживание фильтров.