Основные способы фильтрации воды

При описании процессов обратного осмоса/ нанофильтрации обычно используются следующие термины.

Выход пермеата — процент получаемой очищенной воды (пермеата) от исходной воды, поступающей на мембранную очистку. Определенное значение выхода достигается регулированием расхода концентрата с помощью вентиля на концентрате. Выход пермеата фиксируется на максимальном уровне, при котором расход по пермеату является максимальным, но при этом исключается осаждение солей на поверхности мембран.

Степень очистки — процент растворённых веществ, удалённых на мембране из исходной воды

При обратном осмосе важно, чтобы степень удаления общего растворённого вещества была высокой, в то время как при нанофильтрации степень очистки от разных веществ может быть различной, например, возможна низкая степень удаления жёсткости и высокая степень удаления органического вещества

Проскок — термин, противоположный термину «степень задержания», т. е. процентная доля растворенных (загрязняющих) веществ, содержащихся в — исходной воде, пропускаемых мембраной.

Пермеат — очищенная вода, полученная в результате мембранной очистки.

Расход (производительность) — расходом по исходной воде называется скорость потока исходной воды в м3/ч, подаваемой в мембранный элемент или систему мембран. Производительность по концентрату — скорость концентрированного потока в м3/ч на выходе из мембранного элемента или мембранной системы. Производительность по пермеату — скорость потока по фильтрату (пермеату) в м3/ч на выходе из мембранного элемента или мембранной системы.

Удельная производительность — скорость потока пермеата, проходящего через единицу мембранной площади, обычно измеряется в литрах на квадратный метр (л/м2×ч).

Физико-химические способы очистки воды

Физико-химические способы объединяют в себе очистку реагентами и механическое удаление примесей. К наиболее распространенным способам данной группы относятся:

• адсорбация;
• коагуляция;
• флотация.

Адсорбация

Под адсорбации понимают процесс поглощения молекул загрязнения поверхностью адсорбента – твердого тела с пористой поверхностью. Одним их самым популярных адсорбентов является активированный уголь, который способен очистить воду от углеводорода, нефтепродуктов, хлора и фосфора, а также стимулировать разложение озона и фосфора.

Часто фильтры на основе активированного угля используются для итоговой очистки воды. Являются незаменимым элементом практически любой системы фильтрации. К недостаткам угольных фильтров относят быстрое засорение картриджа, что требует его частой замены.

Разновидностью адсорбации является ионный обмен. Фильтры на основе ионного обмена имеют в своем составе картридж со смолой, которая содержит ионы натрия. Проходя через такой фильтр, вода с повышенным содержанием солей умягчается. Соли вода замещают готовые к обмену ионы натрия, благодаря чему вода после прохождения через такой фильтр получается мягкой и насыщенной натрием.

К сожалению, ионообменные фильтры быстро засоряются и требуют частой замены картриджей.

Коагуляция

Метод коагуляции основывается на том, что специальные вещества – коагулянты, притягивают к себе загрязнения – соли металлов, песок, глину, а затем в виде хлопьев выпадают в осадок. После отстаивания такая вода либо подвергается дальнейшей очистке посредством фильтрации, либо сливается. Метод получил широкое распространение в очистке сточных вод на промышленных предприятиях

В роли коагулянтов могут быть сернокислый алюминий, сернокислое и хлорное железо, алюмокалиевые квасцы, алюминат натрия.

Разновидностью коагуляции является флокуляция. В отличие от коагуляции, слипание частиц происходит не только в момент их непосредственного соприкосновения, но и в процессе опосредованного соприкосновения молекул.

Флотация

Метод флотации активно используют для очистки сточных вод в промышленности. Эффективен при удалении нефтепродуктов. Принцип действия основывается на добавлении в воду диспергированного воздуха, под воздействием которого молекулы загрязнений скапливаются на поверхности воды в виде белой пены, после чего удаляются специальным оборудованием. После флотации вода подвергается дополнительной очистке посредством сорбции.

К достоинствам флотации относят:

1. Экономичность метода.
2. Простоту конструкции.
3. Быстроту очистки сточных вод.
4. Возможность удаления нефтепродуктов.

Химические способы (методы) очистки воды

Принцип действия химических методов заключается в добавлении в воду специальных реагентов, которые способствуют ее очистке.

Хлорирование

Обеззараживающее воздействие хлора было обнаружено еще в 19 веке. В 1846 врачи одного из госпиталей Вены стали ополаскивать руки водой с хлором. Так было положено начало применения хлора в качестве дезинфектора.

Хлор является сильным окислителем, взаимодействуя с водой, образует хлорноватистую кислоту, которая и уничтожает бактерии. Для достижения эффекта необходимо обеспечить контакт воды с хлором минимум на 30 мин. Эффект от воздействия хлорноватистой кислоты может сохраняться еще долгое время после непосредственной обработки, для этого необходимо ввести хлор в избытке. Доза реагента в каждом случае рассчитывается индивидуально

Важно не переборщить с избытком, поскольку в большом количестве хлор способен привести к проблемам в работе организма, особенно опасны соединения, образуемые данным веществом. Например, тригалометаны вызывают симптомы астмы

Различают несколько видов хлорирования:

• предварительное;
• финишное

Предварительное хлорирование осуществляется на этапе водозабора. Цель реагента на этом этапе не только уничтожить бактерии, но и вывести металлы из воды путем их окисления, также хлор дезинфицирует очистное оборудование.

Финишное хлорирование применяется на последней стадии подготовки в целях обеззараживания.

В зависимости от дозы вводимого реагенты хлорирование бывает:

• нормальное;
• перехлорирование;
• комбинированное.

Нормальное хлорирование используется для очищения воды при хороших санитарных и химико-физических подателей.

Перехлорирование применяют в случае сильной зараженности источников водозабора, когда нормальное хлорирование бессильно перед патогенной микрофлорой. Дозу реагента вводят в избытке, который может привести к изменению органолептических показателей воды. Остаточный хлор удаляют путем дехлорирования. Для этого используют методы безнапорной аэрации, коагуляции или фильтрации воды через активированный уголь.

Комбинированные методы подразумевают обработку воды хлором в сочетании с другими реагентами: серебром, медью, магнием и т.д. Применяются для повышения воздействия хлора, а также обеспечения пролонгирующего эффекта.

К достоинствам хлорирования относятся:

• эффективность;
• простота в использовании;
• экономичность способа;
• комплексное в очищении воды.

Среди недостатков можно выделить:

• серьезные требования к хранению и перевозке хлорсодержащих соединений;
• образование посторонних соединений, которые в случае попадания в человеческий организм представляют серьезную угрозу;
• устойчивость ряда микроорганизмов к воздействию хлора.

Озонирование

Озонирование является одним из современных методов водоподготовки и очистки сточных свод. Применяется в пищевой, химический и медицинской промышленности.

Озон является сильным окислителем, разрушающе воздействует на бактерии, вирусы, грибки, металлы и различные химические соединения, благодаря чему способствует обесцвечиванию, дезодорации и обезвреживанию воды. Доказано, что большинство известных микроорганизмов не устойчивы к влиянию газа.

Обладая коротким периодом распада, озон не выпадает в осадок, а преобразуется в кислород, что делает воду полезной. Почти мгновенный распад молекул газа в то же время является и серьезным недостатком озонирования, поскольку уже через 15-20 минут после обработки возможно повторное заражение воды. Некоторые источники свидетельствуют о том, что озон способствует «пробуждению» спящих микроорганизмов.

К существенным недостаткам метода относятся:

1. Коррозионная активность воды, обработанной озоном.
2. Опасность в случае передозировки реагентом и серьезная техника безопасности в процессе очистки.
3. Высокая стоимость специальной установки – озонатора.

Обезжелезивание

Отдельного внимание заслуживает оборудование для обезжелезивания, поскольку железо в растворенном состоянии засоряет промышленное оборудование, в результате чего оно быстро ломается. В основе фильтров обезжелезивания используется специальный материал «Greensand», который представляет собой мелкозернистый песок, покрытый сверху диоксидом марганца

Именно диоксид магния и окисляет молекулы железа, которые затем выпадают в осадок. Фильтр обезжелезивания является неотъемлемой частью современных установок фильтрации воды.

Нормы

Качественные характеристики питьевой воды регламентированы нормативно-правовыми актами Министерства здравоохранения РФ

Соблюдению норм уделяется особенное внимание на правительственном уровне, поскольку в нашей стране проблема подачи чистой воды стоит особенно остро — ощущается дефицит ресурса. Кроме того, негативно на качестве сказывается экологическая ситуация — она остается неблагоприятной во многих регионах РФ

Обратите внимание! В зависимости предназначения жидкости к ней предъявляются различные требования. Техническая вода имеет более жесткие стандарты минерализации в сравнении с той, что предназначена для употребления в пищу

Базовые критерии безопасности жидкости, по которым дают оценку ее качеству:

• цвет — чем темнее жидкость, тем больше в ней содержится нерастворимых примесей. Вода, которая находится в глубинных слоях грунта, более прозрачна, сильнее обогащена кислородом, практически лишена нехарактерных запахов;
• вкус — меняется с привязкой к температуре измеряется в баллах. Заявленная норма для питьевой — ноль, для технической — 3. Данный показатель говорит от том, что в жидкости не выявлено грибковых микроорганизмов, газов, металлических примесей. Именно они делают жидкость неприятной на вкус;
• запах — имеет естественную и химическую природу происхождения. При незначительном ухудшении качества жидкости о наличии запаха можно судить только после лабораторных исследований проб жидкости — человек его может не почувствовать;
• количество металлов — концентрация железосодержащих элементов зависит от конкретного источника. Дозировка 0,3 мг на кубометр является недопустимой — жидкость нельзя использовать даже на технические нужды.

Справка! Кроме основных критериев оценки воду тестируют на десятки примесей, влияющих на органолептику, присутствие химических компонентов.

Метод обратного осмоса

Эффективный метод отделения органических и минеральных примесей, включая ионы самых маленьких размеров, обратное осмотическое фильтрование.

Процесс производится на мембранах с частичной проницаемостью.

Технология получила широкое распространение в промышленных и бытовых водоочистителях, позволяет не только избавить воду от загрязнений любого происхождения, но и умягчить ее.

Суть процесса сводится к продавливанию воды через полупроницаемое мембранное полотно. В результате грязевые частицы концентрируются и выводятся с дренажными стоками, а очищенный поток подается к потребителям. Обратный осмос позволяет очистить воду почти на 100 %.

Внимание! Полностью обессоленная вода не очень полезна при постоянном употреблении, поэтому в дополнение к таким комплексам желательно приобретать минерализаторы

Виды примесей и польза фильтрованной воды

Фильтрация воды — это процесс удаления взвешенных примесей, химических соединений, биогенных компонентов, растворенных газов из природных водных растворов. Основными показателями, нуждающимися в корректировке, в воде водопроводной, добытой из колодцев или скважин, являются:

• высокое содержание солей металлов — железа и марганца,
• механические примеси,
• сероводород,
• повышенная жесткость,
• коллоидные органические соединения,
• бактерии и микроорганизмы.

Системы фильтрации воды подбирают после анализа источника поступления, а качество всегда оценивают по следующим параметрам:

1. Физические: температура, прозрачность и цветность, запах и вкус, присутствие осадка.
2. Химические: водородный показатель рН, окисляемость, солесодержание, состав растворенных газов, концентрация ионов металлов и неметаллов, органических коллоидных примесей.
3. Биогенные: отсутствие патогенных микроорганизмов, бактерий, вирусов.

Тщательная водоочистка необходима в случае получения воды из скважины или вырытого колодца, как и фильтрация питьевой воды из общественного водопровода — ведь они проходят долгий путь по трубам до вашей квартиры. Жидкость, фильтрованная через комплексные системы доочистки, прозрачна на вид, имеет приятный вкус. Она насыщена полезными для организма соединениями в нормированном количестве. Благодаря устранению из неё избыточного содержания ионов, солей жесткости, соединений железа, на нагревательных элементах гидротехники отсутствует накипь и отложения. Посуда, сантехника и белье остаются чистым. Умягченная вода благоприятно влияет на кожу, на волосы, уменьшает расход мыло-моющих составов. Система фильтрации воды в доме подбирается исходя из химического анализа.

Замораживание

Есть много разных способов очистки воды

Очистить водопроводную воду в домашних условиях можно с помощью ее частичного замораживания. Суть этого метода очищения заключается в следующем: более чистая и пресная замерзает быстрее, затем кристаллизуется вода, содержащая примеси и соли.  Для очистки данным способом необходимо воду налить в емкость, например, в пластиковую бутылку, и поставить в морозильную камеру. Когда на поверхности образуется первый тонкий слой льда, его следует удалить, так как это замерзла быстрозамерзающая тяжелая вода.

После того, как вода замерзнет примерно на половину, емкость достать из морозильной камеры. Именно замерзшую воду следует использовать для питья и приготовления пищи. Незамерзшую воду использовать не стоит. В зимнее время очищать воду гораздо проще. В морозную погоду емкости с водой можно ставить на открытый воздух.

Кстати, еще с древних времен известно, что талая вода обладает рядом целебных свойств. Таким образом, очищение путем замораживания позволяет получить не только чистую, но и целебную воду.

Все о фильтрации воды

Что такое фильтрация воды? Под эти термином понимаются все способы очистки, при которых водные растворы под напором разной силы пропускаются через пористую структуру фильтровального вещества, приспособления или материалы, способные задержать взвешенные и растворенные частицы определенной структуры и размера.

Подбор сорбентов и методов очистки воды при фильтрации в первую очередь определяется исходным составом воды.

1. Системы механической очистки, которые позволяют удалять крупные загрязнения: ил, песок, крупицы земли, окалину — все твердые включения, размеры которых составляют несколько микрон. Это начальный этап любой системы фильтрации воды.
2. Фильтры на основе сорбентов, где загрязняющие составы поглощаются избирательно и осаждаются в поверхностных слоях сорбирующего материала: активированного угля, цеолита, силикагеля.
3. Многокомпонентные загрузки в ионообменных фильтрах, где каждая прослойка смол связывает определенного вида загрязнения.
4. Мембраны обратного осмоса, фильтрация через элементы которых производится при чрезмерном гидростатическом давлении разной силы, приложенной к очищаемому водному раствору.

Для чего применяется такая очистка?

Во время механической очистки задерживаются грубые включения (песок, шлак, камни, растительные отходы), тонкодисперсные примеси (нефтепродукты, масла, жиры), снижаются показатели ХПК и БПК.

Многие выделенные примеси обладают практической ценностью и могут использоваться в различных сферах промышленности. Повторное использование очищенной технической воды позволяет сохранять запасы рек и морей.

Кроме того, при механической обработке из воды удаляются крупные примеси, способные повредить арматуру, фильтры, не рассчитанные на такие загрязнения, и другое оборудование.

Метод предупреждает зарастание и забивание трубопроводов, создает равномерное движение (усреднение) СВ, снижая нагрузку на аппаратуру за счет сокращения колебаний объемов стоков.

Советы по выбору

Для любого способа очистки характерно поэтапное фильтрование. В быту чаще используется физический метод очищения: фильтрация через решётку с последующим оседанием мусора. Выбор устройства для жёсткой воды в доме осуществляется путём применения физических и химических способов.

Для очистки используются механические фильтры, которые задерживают крупные частички, ржавчину, глину. Осадочная либо механическая методика повышает эффективность, продлевает срок службы системы, предотвращая её быстрое загрязнение. Типы механических устройств:

1. Сетчатые. В корпусе предусмотрена мелкоячеистая сменная сетка.
2. Многослойные либо картриджные. В конструкцию входят несколько защитных слоёв, которые эффективно задерживают песок, керамзит.

После выработки ресурса теряется способность к обмену веществ, проводится регенерация с целью восстановления работоспособности фильтра. Выбор фильтра зависит от результатов исследования воды. При избытке железа разрабатывается оптимальная схема обезжелезивания:

1. Реагентная. В воду вводится перманганат калия. Вступая в реакцию с железом, образуется осадок. Его задерживает фильтр.
2. Безреагентная. Методика основана на окислении железа. Максимальный контакт с окислителем, который содержится в воздухе, обеспечивается за счёт распыления жидкости и её аэрации.

Определение

У гидрофильных веществ энергия притяжения к молекулам воды больше энергии притяжения между собой водных молекул, поэтому многие гидрофильные компоненты интенсивно с ними взаимодействуют и хорошо растворяются.

У гидрофобных веществ энергия притяжения молекул к молекулам воды меньше энергии водородных связей молекул воды.

К ним относятся:

• жиры;
• часть углеводов (крахмал, гликоген, клетчатка);
• нуклеиновые кислоты;
• АТФ;
• большинство белков, нерастворимых в воде.

Абсолютно гидрофобных («водоотталкивающих») компонентов не существует, поэтому гидрофобность рассматривают как малую степень гидрофильности.

На этапе физико-химической очистки из сточных вод удаляются коллоидные и мелкодисперсные частицы – нерастворимые примеси размером 1-1000 нм, трудноудаляемые минеральные и органические вещества.

Способ также эффективен для удаления некоторых щелочей, кислот, ионов, для разрушения слабоокисляемых соединений.

Преимущества физико-химических методов:

1. Позволяют очистным сооружениям стабильно работать даже при низкой температуре жидкости, колебаниях рН, гидравлических и органических нагрузках.
2. Невысокая продолжительность обработки.
3. Можно быстро запустить оборудование после первичной установки или профилактического обслуживания, ремонта.
4. Стабильная обработка стоков, особенно в сравнении с этапом биоочистки.
5. Процесс максимально автоматизирован – участие человека в контроле оборудования минимально.
6. Уровень очистки от примесей, которые не улавливаются при механической фильтрации, составляет, в зависимости от способа, 85-99%.
7. Возможность рекуперации большинства отходов для вторичного использования.

Недостатки физико-химических методов:

1. Высокоэффективные технологии (обратный осмос, абсорбция, ионный обмен) являются дорогостоящими.
2. При реализации недорогих способов (коагуляция, флокуляция) образуется большая масса побочных продуктов, требуется доочистка стоков.
3. Некоторые виды, основанные на использовании тока (электрофлотация, электрокоагуляция), требуют больших энергозатрат.

Заключение

Способы получить воду, соответствующую заявленным нормативам, с каждым годом эволюционируют. К сожалению, степень загрязнения водных ресурсов растет в геометрической прогрессии. Очистка воды — насущная проблема мирового масштаба, над которой работают ученые всех стран.

В данной статье были рассмотрены популярные способы фильтрации, способные качественно отделить примеси, вредные соединения, которые являются противоестественными как для питьевой, так и технической воды. Каждый имеет плюсы и минусы. Какой метод выбрать, зависит от конкретной ситуации и концентрации примесей.