Обезжелезивание подземной воды

Белковский, канд. биол. наук, ЦЛИС Минрыбхоза РСФСР, Г.Асс, канд. техн. наук, ВНИИ ВОДГЕО

.

В последние годы в связи с ростом водопотребления в промышленности и сельском хозяйстве, широким применением удобрений, пестицидов стали нередкими случаи ухудшения качества воды в рыбоводных прудах, приводящие к снижению продуктивности водоёмов и даже к гибели рыбы.

Важный резерв для водоснабжения прудов — подземные источники. в отличие от поверхностной воды подземная, как правило, не содержит ядохимикатов, стерильна в отношении инфекционных и инвазионных заболеваний. Температура её в течение всего года составляет в центральных районах нашей страны в среднем 8-10 °C, что позволяет летом использовать артезианскую воду для охлаждения, а зимой для повышения температуры поверхностной воды, поступающей в рыбоводные сооружения.

Применение подземной воды в рыбоводстве — не такая уж простая задача, как кажется на первый взгляд. Поступающая из под земли вода может содержать ионы закисного железа и других металлов, фтор, сероводород, в ней нет кислорода, однако много двуокиси углерода и иных газов. При подъёме её на поверхность из-за понижения давления и повышения температуры снижается растворимость газов и они выделяются из воды в виде пузырьков. Подача такой воды в рыбоводные пруды и бассейны без предварительной обработки может вызвать гибель рыб от газопузырькового заболевания.

Одна из главных трудностей, возникающих при использовании подземной воды в рыбоводстве, вызвана присутствием в ней закисного железа. Ввиду того, что не менее 1/4 артезианских скважин в центральных районах и более 1/3 в Сибири и на Дальнем Востоке дают воду с содержанием железа 1 мг/л и выше, обезжелезивание подземной воды является первостепенной задачей при подготовке её для выращивания рыбы. в нашей стране уже накоплен опыт использования артезианской воды в рыбоводстве. Например, в подмосковном форелевом хозяйстве «Сходня» уже 7 лет успешно эксплуатируется система оборотного водоснабжения, работающая на такой воде. При этом одной из основных проблем была очистка её от железа.

В настоящее время в литературе приводятся противоречивые сведения о допустимом содержании железа в воде рыбохозяйственных водоемов. Например, в работе В. Метелева и др. (1971) имеются данные о том, что сульфат двухвалентного железа в концентрации 5 мг/л не оказывает воздействия на форель в течение 50 дней. В то же время, по мнению В. Лавровского (1976), закисное железо представляет опасность для форели в концентрации уже 0,1 мг/л. Имеются данные о гибели карасей, вьюнов, меченосцев при концентрации железа 0,2 мг/л (Минкина, 1949). В других работах токсическое действие железа на леща и карпа отмечалось при концентрации 6,4 мг/л.

Считается установленным, что вредное действие железа связано с осаждением его гидроокиси на жаберных лепестках, на икре рыб, при этом нарушается газообмен, и они гибнут от удушья. На наш взгляд, основную роль в развитии патологического процесса играет то, в какой форме присутствует в воде железо. Многое здесь зависит от того, каковы активная реакция воды, её температура, жёсткость, содержание в ней органических веществ. Например, в хозяйстве «Сходня» в зимнее время наблюдалось отложение железа на жабрах сеголетков форели. Это происходило, когда концентрация общего железа в поступающей артезианской воде была 0,9—0,13 мг/л, а закисного — 0,23 мг/л. При прохождении воды через бассейны с рыбой концентрации общего железа в воде снижалась на 23 %. отложение железа на жабрах форели приводило к повышенному их ослизнению, некрозу лепестков. Снижение закисного железа до уровня 0,1—0,5 мг/л позволило прекратить начавшееся заболевание.

Отложение железа на жабрах у зимующего карпа отмечалось при сравнительно низких концентрациях данного элемента (0,1—0,2 мг/лFe⁺⁺) в бассейнах зимовальных комплексов рыбхоз «Cускан» (Куйбышевская область) и «Гжелка» (Московская область), где подземные воды широко используются для водоснабжения прудов и бассейнов.

Окисление закисного железа представляет собой автокаталитический гетерогенный процесс, в котором роль катализатора играют ранее образовавшиеся продукты окисления данного металла. Даже если вначале процесс идет медленно, то впоследствии под действием появившихся окислов он ускоряется на порядок.

Присутствие закисного железа создает благоприятные условия для развития железобактерий — перекисьобразующих бактерий, которые используют это железо для детоксикации выделяемой ими перекиси водорода. Как показали микробиологические исследования, даже при низком содержании закисного железа около 0,05—0,1 мг/л и при наличии других благоприятных для бактерий факторов, численность их может достигать более 90 млн. единицу массы жабр карпа. В настоящее время было бы преждевременным делать вывод о том, что железобактерии могут являться ведущим фактором, обусловливающим в ряде случаев массовую гибель рыб во время зимовки, однако в рыбхозе «Сускан», например, была выявлена зависимость между численностью железобактерий на жабрах и отходом рыб, зимующих в бассейнах.

Выполненные гидрохимические и микробиологические исследования позволили установить, что в зимовальных бассейнах могут создаваться условия, способствующие накоплению железа в придонном слое воды. Так, концентрация общего железа в этом слое в бассейнах зимовального комплекса в рыбхозе в «Сускан» уже в начале зимовки в 1980 г. составляла 0,67 мг/л, тогда как в поступающей в воде железа содержалось 0,35 мг/л. В придонном слое происходило также увеличение численности перекисьобразующих бактерий с 92,8 тыс/мл на втоке до 341 тыс/мл то есть в 3,7 раза. В то же время в прудах, где вода фильтруется, проходя через ложе, концентрация железа и перекисьобразующих железобактерий резко возрастала в верхнем слое грунта (более 50 мг/л железа и 2190 тыс. бактерий/мл), но не в самой воде, в которой содержание данного элемента и количество бактерий увеличивалась незначительно.

Эксплуатация зимовальных бассейновых комплексов требует более серьезной подготовки и прежде всего очистки подземных вод от записных соединений железа.

Железо подземных вод представляет опасность не только при выращивании и зимовке рыб, но и при инкубации икры. Так, инкубация икры омуля, проводившаяся на Селенгинском рыборазводном заводе при благоприятном кислородном режиме, сопровождалась повышенным отходом икры. Оказалось, что это было вызвано отложением на её оболочке гидроокиси железа, причём содержание в воде общего железа составляло 0,35—0,5 мг/л. Отход игры в нескольких аппаратах удалось снизить тогда, когда в них стали подавать воду, очищенную от железа на модели стандартного скорого фильтра, загруженного мелким кварцевым песком диаметр песчинок 0,3-0,8 мм. На испытанной модели при температуре около 0 °C эффективно удалялось закисное железо, содержание общего железа сокращалось до 0,05 мг/л.

При эксплуатации подземных источников, помимо очистки от железа большое внимание надо уделять формированию оптимального газового состава воды, обогащению кислородом, снижению концентрации двуокиси углерода, очистке от сероводорода.

Чтобы обеспечить рыбоводные пруды и бассейны водой необходимого качества, требуются специальные сооружения и установки.

В отечественной практике промышленного и коммунального водоснабжения широкое распространение получили установки обезжелезивания воды методом упрощенной аэрации и фильтрования. Мощность этих установок может составлять от 50 до 40000 м³сут. Сущность их действия основана аэрации воды при свободном изливе с высоты 0,5 м с последующим пропусканием через стандартные скорые фильтры, заполненные кварцевым песком (диаметр песчинок 0,5—2 мм). Установки размещают в капитальном здании, для их обслуживания необходим постоянный персонал. Промывка фильтров осуществляется 1 раз в 1—2 сут. Расход промывной воды обычно составляет около 3 % от производительности станции. Для очистки промывной воды от гидроокиси железа надо предусматривать дополнительные специальные мероприятия, так как залповые сбросы промывных вод в канализацию или естественные водоемы недопустимы.

ВНИИ ВОДГЕО для целей рыбоводства разработал установку обезжелезивания воды методом фильтрации (авторское свидетельство № 590262). Успешные производственные испытания этой установки были проведены в 1981-1982 годах в рыбколхозе «Банга» Латвийской ССР. Установка обеспечивает стабильное снижение концентрации общего железа в воде с 3 мг/л до 0,1 мг/л, при этом закисное железо присутствовало в очищенной воде лишь в виде следов. Одновременно с обезжелезиванием в установке происходит интенсивная аэрация воды, и содержание растворённого кислорода возрастает от 0 до 10 мг/л и более. Обеспечивается также снижение на одну треть концентрации двуокиси углерода.

Установка (см. рисунок) представляет собой металлическую трубу диаметром 1,4 м и длиной около 5 м, установленную вертикально и заполненную гравием. Вода из артезианских скважин подаётся в трубу, равномерно разбрызгивается по всей площади её сечения истекает тонкой пленкой по крупному а затем мелкому гравию.

Железо выделяется на зернах гравия в виде ферригидрата (2,5 Fe₂O₃ 4,5 H₂O) — мелкокристаллического осадка влажностью около 80 %, в то время как в типовых установках образуется аморфный осадок влажностью 98 %. Таким образом, объем осадка в аэрофильтрационных установках значительно меньше. Для обслуживания установки не требуется постоянного присутствия персонала. Эксплуатация заключается в ежемесячной промывке водой при одновременной продувке её воздухом. Для подачи воздуха используется передвижной компрессор марки ЗИФ 1-55 а. Установка может располагаться в неутепленном помещении. По сравнению с типовыми системами предложенная установка имеет следующие преимущества.

Не требуется постоянно присутствующего персонала.

Не нужно капитального здания, его утепления, освещения.

Расход промывной воды снижен в 10 раз.

Значительно увеличена продолжительность фильтроцикла.

Конструктивные параметры установки и возможность её применения определяются на основании физико-химических показателей качества воды и результатов модельных испытаний.

Выбор метода обезжелезивания воды для рыбоводных хозяйств — важная задача. В соответствии с действующими нормативными документами (СНиП-11-31-74) выбор метода очистки воды от железа должен проводиться на основании технологических исследований непосредственно на воде конкретных источников. Так как исчерпывающая характеристика физико-химических свойств воды обычно отсутствует и требования к ней при использовании для рыбоводства так же нельзя считать окончательно установленными, по нашему мнению, качество её очистки при технологическом анализе должно контролироваться не только химическими методами, но и обязательной постановкой биопробы.

Первоисточник в формате PDF:
Н. Белковский, канд. биол. наук, ЦЛИС Минрыбхоза РСФСР, Г.Асс, канд. техн. наук, ВНИИ ВОДГЕО. Обезжелезивание подземной воды. — 1983, стр. 9-10.