Odżelazianie Wody: Napowietrzanie i Schemat Działania

Szczegóły: Opublikowano: 01. December 2025

Związki żelaza i manganu powszechnie występują w wodach podziemnych, co często stanowi problem w systemach nawadniania i w domowych instalacjach wodociągowych.

Problem z Żelazem i Manganem w Wodzie

W Polsce większość wód używanych do podlewania pochodzi z odwiertów głębinowych, a co za tym idzie problem zapychania systemów nawadniających jest dość powszechny. W kontakcie z tlenem zawartym w powietrzu, związki te zmieniają swą formę i wytrącają się w postaci nierozpuszczalnych osadów, które mogą zapychać emitery systemu nawadniania, niekorzystnie barwić rośliny i zmieniać chemizm gleby.

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.

Żelazo w wodzie w 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.

Przeczytaj także: Rodzaje złóż do odżelaziania wody

Normy Żelaza w Wodzie

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.

Uciążliwości Związane z Żelazem w Wodzie

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.

Przeczytaj także: Jak wybrać skuteczne odżelazianie 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.

Proces Odżelaziania Wody

Zgodnie z tymi trzema etapami projektuje się stacje uzdatniania wody (SUW). Tyle mówi teoria; w praktyce każdy z tych etapów musi spełniać określone parametry, żeby eksploatacja stacji nie przysparzała problemów i zapewniała oczekiwany efekt. Trzeba pamiętać, że technologia uzdatniania wody zawsze musi być oparta o analizę fizykochemiczną.

Projektowanie SUW jedynie w oparciu o zawartość żelaza i manganu w wodzie obarczone jest dużym ryzykiem problemów eksploatacyjnych. Do poprawnego doboru niezbędne jest wzięcie pod uwagę takich parametrów jak: pH, zawartość amoniaku, utlenialność czy zasadowość - dodaje Grabowski. Dodatkowo stacja uzdatniania musi ulec tzw. wpracowaniu - pełną sprawność osiąga dopiero po jakimś czasie działania.

Przeczytaj także: Skuteczne odżelazianie wody: kompleksowy przegląd

Należy pamiętać też, że każda woda jest inna i nie ma prostych wzorów, które zapewniają 100% powodzenia. Okres wpracowania służy więc niezbędnym poprawkom i modyfikacjom tak, aby dopasować parametry SUW do parametrów uzdatnianej wody.

Etapy Odżelaziania Wody

Napowietrzanie
Utlenianie i wytrącanie osadów
Mechaniczne odcedzanie

Napowietrzanie Wody

W zależności od zawartości żelaza i manganu w wodzie należy do niej doprowadzić 20 - 100 l powietrza na każdy przepływający m3. W stacjach uzdatniania wody, na potrzeby nawadniania, stosuje się najczęściej aspiratory, czyli zwężki, które zasysają powietrze pod wpływem przepływającej wody. Sprawność aspiratora jest tym większa, im więcej przepływa przez nią wody i im większy jest spadek ciśnienia za zwężką.

Aby zrównoważyć niezbędny spadek ciśnienia, montuje się dodatkowe pompy podbijające. Montaż zwężki bezpośrednio na rurociągu tłocznym skutkuje najczęściej małą sprawnością napowietrzania lub znacznym spadkiem ciśnienia w dalszej części instalacji i ma sens, jeśli woda po filtracji trafia do zbiornika, skąd tłoczona jest do instalacji oddzielną pompą.

Najczęściej stosowane niewielkie pompy podbijające ciśnienie są w stanie napędzić nie więcej niż dwie zwężki ¾” jednoczenie. Jeśli powietrza jest zbyt mało, trzeba wymienić pompę na większą lub dołożyć kolejną.

Zbiornik Wodno-Powietrzny (Aerator/Hydrofor)

Po napowietrzeniu woda trafia do zbiornika wodnopowietrznego (aeratora/ hydroforu), gdzie następuje reakcja utleniania i wytrącania osadów żelaza. Skuteczność wytrącania jest tym większa, im dłuższy jest czas, jaki woda spędza w zbiorniku (zalecany 2 - 3 min). Oznacza to, że na każdy 1 m3 przepływającej wody potrzeba 35 - 50 l pojemności czynnej zbiornika.

Woda dopływająca do aeratora zawiera nierozpuszczone powietrze, które zbiera się w górnej jego części. Aby uniknąć nadmiaru powietrza i zmniejszenia pojemności czynnej aeratora, niezbędne są niezawodne odpowietrzniki, które mają za zadanie utrzymać stałą wysokość poduszki powietrznej w zbiorniku. Są to elementy, na których nie warto oszczędzać! „Zawieszenie” odpowietrznika może doprowadzić do całkowitego wypełnienia się zbiornika powietrzem, a nawet zapowietrzenia filtrów, co jest zjawiskiem skrajnie niekorzystnym.

Filtry też muszą być wyposażone w wydajne odpowietrzniki radzi Wiktor Grabowski.

Filtry Ciśnieniowe

Po napowietrzeniu wody i wytrąceniu osadów żelaza następuje ich mechaniczne odcedzenie w filtrze ciśnieniowym. Żelazo, które nie zdążyło przereagować w aeratorze, utleniane jest w złożu filtra i zatrzymywane w jego masie. Po całkowitym usunięciu żelaza następuje utlenianie i zatrzymywanie manganu. Warunkiem utleniania żelaza i manganu w złożu filtracyjnym jest jego pokrycie warstwą ich związków (z tego wynika wspomniany czas wpracowania SUW).

Dobierając filtry, trzeba wziąć pod uwagę dwa parametry: wysokość złoża i prędkość filtracji. Im większa prędkość filtracji - mówi Wiktor Grabowski - tym większa niezbędna wysokość złoża. W teorii projektowej najczęściej przyjmuje się graniczne wartości Vmax. = 10 m/h dla prędkości filtracji i Hmin. = 1 m wysokości złoża. W praktyce, o ile prędkość filtracji może nieznacznie przekraczać tę wartość, to wysokości złoża mniejsza niż 1m jest błędem przy projektowaniu procesu odżelaziania.

Dobór filtrów należy przeprowadzić tak, aby ilość filtrów wynosiła minimum 2, a przy niskich prędkościach filtracji - 3 lub więcej. Konieczność taka wynika z niezbędnej intensywności płukania - wyjaśnia Wiktor Grabowski. Niedopuszczalny jest jeden filtr, o ile nie stosujemy dodatkowej pompy do płukania, np.

W trakcie płukania woda powinna wzburzyć całe złoże tak, aby jego cząsteczki - uderzając o siebie - ścierały nagromadzoną warstwę osadu. Intensywność płukania należy dobrać tak, aby złoże podniosło się o ok. 30% - należy przewidzieć zapas wysokości zabezpieczający przed jego wypłukaniem.

Aby osiągnąć oczekiwany efekt płukania, musi się ono odbywać z intensywnością 2 - 5 razy większą niż filtracja. W filtrach wielowarstwowych, odżelaziająco - odmanganiających, zbyt mała wysokość pierwszej warstwy lub pogorszenie się parametrów pracy w czasie, powoduje odkładanie żelaza i dezaktywację warstwy odmanganiającej.

Wysokość zbiornika do odżelaziania musi przewidywać niezbędną minimalną wysokość złoża, przestrzeń dla podniesienia złoża w trakcie płukania oraz dla elementów doprowadzenia i odprowadzenia wody. Duża zawartość żelaza wymaga zwykle obniżenia prędkości filtracji.

Metody Usuwania 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.

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:

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. 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.

Zalety Odżelaziacza Płukanego Wodą

Wygodny w eksploatacji ze względu na brak konieczności uzupełniania środka chemicznego stosowanego do regeneracji.
Ze względu na konieczność napowietrzania wody usuwa gazy złowonne np. siarkowodór.
Nieszkodliwe dla przydomowych oczyszczalni ścieków popłuczyny zawierające głównie zawiesinę mineralną.

Wady Odżelaziacza Płukanego Wodą

Do płukania wymagana pompa o większej wydajności niż dla innych technologii odżelaziania wody przy tym samym rozmiarze butli.
Konieczność napowietrzenia wody - wymaga zbiornika hydroforowego o odpowiedniej objętości bez przepony wraz z aspiratorem powietrza/kompresorem bezolejowym lub układu z komorą sprężonego powietrza.
Częstsza konieczność płukania oraz większa jednorazowa ilość popłuczyn, co ma znaczenie np. podczas odprowadzania popłuczyn do szamba (sumaryczna ilość popłuczyn) lub przydomowej oczyszczalni ścieków bez zapasu przepływu hydraulicznego.

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). 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 ...

tags: #odzelazianie #wody #napowietrzanie #schemat