Ученые нашли новый способ снизить уровень железа в питьевой воде

Повышенное содержание железа в питьевой воде может нанести значительный вред здоровью — оно нередко становится причиной развития дерматитов и других аллергических реакций, заболеваний печени и почек. Превышение предельно допустимой концентрации железа в воде способствует увеличению риска инфарктов и повреждения тканей при инсультах. Есть и более прозаичные, но не менее серьезные осложнения. Повышенное содержание железа в воде — одна из основных причин так называемого биообрастания водопроводных труб. Источником слизи, образующейся на соединительных и стыковых элементах трубопровода, являются железобактерии. С течением времени такой процесс приводит к коррозии и повреждению водопроводной системы.

Ученые из НИТУ «МИСиС», Университета Лимерика (Ирландия), ИОНХ НАН Беларуси и Белорусского национального технического университета представили инновационный, экологичный и малозатратный способ получения высокоэффективных фильтрующих материалов для снижения уровня железа в питьевой воде. В основе разработки — особая модификация угля, которая позволяет более чем в 3 раза эффективнее связывать железо в составе грунтовых вод, поступающих в систему водоснабжения.

Допустимое содержание железа в питьевой воде — 0,3 мг/л, согласно требованиям Всемирной организации здравоохранения. Однако в реальности его концентрация в подземных водах составляет в среднем 3 мг/л, но, к примеру, в Среднеамурском артезианском бассейне (Дальний Восток, ЕАО) достигает критических уровней 30–40 мг/л.

Коллектив исследователей НИТУ «МИСиС», Университета Лимерика (Ирландия), ИОНХ НАН Беларуси и Белорусского национального технического университета предложил инновационный способ получения каталитического наполнителя для снижения уровня железа на станциях водоснабжения. В основе изобретения — модифицированный активированный уголь. Он способствует быстрому окислению железа и последующему улавливанию оксидного осадка в процессе фильтрации подземных вод, обеспечивающий остаточное содержание железа общего уже в первых порциях отфильтрованной воды на уровне 0,1 мг/л.

«Для создания действующего вещества фильтра, гранулы активированного угля были предварительно пропитаны раствором, содержащим нитрат железа и органический восстановитель, — рассказывает один из разработчиков ведущий эксперт НИТУ „МИСиС“, к.т.н. Валентин Романовский. — Затем их поместили в муфельную печь для запуска экзотермической реакции, в результате которой на поверхности гранул в течение пару минут образовалась каталитическая пленка. Дифракционный и спектроскопический анализ полученных образцов показали, что на поверхности гранул образовалась наноструктурированная кристаллическая структура, которая дополнительно на 15–20% увеличила удельную поверхность угольных гранул. Эффективность полученных материалов была испытана в опытно-промышленных условиях на действующей станции обезжелезивания в Полесском регионе юга Белоруссии».

Полученная структура фильтра позволила увеличить эффективность процесса окисления железа более, чем в 3 раза относительно обычного активированного угля. Как показали исследования, предложенный метод позволил повысить экологичность процесса получения материала, поскольку энергопотребление снизилось в сравнении с аналогом почти в 100 раз, и в 8 раз сократился расход необходимых реагентов.

Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Environmental Research.