Главная » Армирование

Способы очистки воды кратко. Старт в науке. Фильтры для очистки водопроводной воды

Вода из скважин и природных источников имеет ряд растворенных компонентов и взвесей. Чтобы получить жидкость, которую можно использовать в промышленности, для бытовых целей и для питья, ее следует качественно очистить. Современные способы очистки воды очень разнообразны. Они делятся на несколько групп по характеру происходящих процессов. С использованием методов создаются приборы, которые обеспечивают оптимальную очистку. Этот процесс требует комплексного подхода, поэтому применяется сразу несколько подходящих методов.

Рис. 1 Некоторые методы водоочистки

Физические способы основаны на соответствующих физических процессах, воздействующих на воду и присутствующие загрязнения. Обычно такие методы используют для устранения нерастворимых, крупных включений. Иногда они воздействуют и на растворенные вещества и биологические объекты. Основными физическими способами очистки являются кипячение, отстаивание, фильтрование и обработка ультрафиолетом.

Кипячение

В процессе кипячения на воду воздействует высокая температура. В результате такого воздействия устраняются микроорганизмы, некоторые растворенные соли выпадают в осадок, образуя накипь. При длительном кипячении могут распадаться более устойчивые вещества, например, соединения хлора. Метод простой и оптимальный для использования в быту, но очищающий только относительно небольшие объемы воды.

Отстаивание

В этом случае используется воздействие естественной силы тяжести на относительно большие механические включения. Под воздействием собственной тяжести они опускаются на дно емкости, образуя слой осадка. Выполняют отстаивание воды в специальных отстойниках. Эти емкости снабжаются устройствами для сбора и удаления получающегося осадка.

Фильтрование

При прохождении воды материал с порами или другими отверстиями, часть загрязнений задерживается. Остаются на поверхности частицы, которые крупнее пор или ячеек. По степени очищения выделяют фильтрацию грубую и тонкую. При грубой очистке задерживаются только крупные частицы. В процессе тонкой удерживаются включения, размер которых составляет всего несколько микрон.


 Рис. 2 Уровни фильтрования

Обработка ультрафиолетом

Использование ультрафиолетового излучения позволяет устранить биологические загрязнения. Свет этого спектра воздействует на основные молекулы, что приводит к гибели микроорганизмов. Стоит учитывать, что обрабатывают ультрафиолетом воду, которая очищена от взвеси, т.е. произведена предварительная . Твердые включения создают тень, которая защищает бактерии от ультрафиолетового света.

Химические методы водоочистки

Химические способы очистки воды основаны на реакциях окисления-восстановления и нейтрализации. В результате взаимодействия специальных реагентов с загрязняющими веществами происходит реакция, итогом которой становится нерастворимый осадок, разложение на газообразные составляющие или появление безвредных компонентов.

Нейтрализация

Применение этого метода обеспечивает устранение кислой или щелочной среды и приближение ее показателей к нейтральным. В воду с определенным показателем кислотности добавляют реагенты, обеспечивающие создание кислой или щелочной среды. Чтобы нейтрализовать кислую среду, применяют щелочные составы: кальцинированную соду, гидроксид натрия и некоторые другие. Для устранения щелочной среды выбирают растворы некоторых кислот или оксиды углерода, серы и азота. Последние при растворении в воде образуют слабые кислоты. Реакции нейтрализации обычно представляют собой . При подготовке питьевой воды из природных источников изменение реакции не требуется, она изначально близка к нейтральной.

Процессы окисления и восстановления

При очистке воды чаще всего используется окисление. В процессе реакции с окислителями загрязняющие соединения превращаются в безвредные компоненты. Они могут быть твердыми, газообразными или растворимыми. В качестве сильных окислителей выступают соединения хлора, озон и некоторые другие вещества.


 Рис. 3 Установка для окисления озоном

Очистка воды физико-химическими методами

Методы очистки воды, относящиеся к этой группе, включают одновременно физические и химические способы воздействия. Они весьма разнообразны и помогают удалить значительную часть загрязнений.

Флотация

В процессе очистки воды методом флотации через жидкость пропускают газ, например, воздух. Создаются пузырьки, на поверхность которых прилипают гидрофобные частицы загрязнений. Пузырьки поднимаются на поверхность и образуют пену. Этот слой пены с загрязнениями легко удаляется. Дополнительно могут использоваться реагенты повышающие гидрофобность или сцепляющие и укрупняющие частицы загрязнений.


 Рис. 4 Принцип флотации

Сорбция

Очищение воды методом сорбции основывается на избирательном удерживании веществ. Чаще всего используют адсорбцию, когда удержание происходит на поверхности сорбента. Сорбция бывает физической и химической. В первом случае используются силы межмолекулярного взаимодействия, а во втором – химических связей. В качестве сорбентов обычно выступают активированный уголь, силикагель, цеолит и прочие. Некоторые виды адсорбентов могут восстанавливаться, а другие утилизируются после загрязнения.

Экстракция

Процесс экстрации выполняется с использованием растворителя, который плохо смешивается с водой, но лучше растворяет загрязняющие вещества. При контакте с очищаемой жидкостью загрязнители переходят в растворитель и концентрируются в нем. Таким способом из воды устраняют органические кислоты, и фенолы.

Метод ионного обмена применяется в основном для удаления из воды солей жесткости. В некоторых случаях его используют для устранения растворенного железа. Процесс заключается в обмене ионами меду водой и специальным материалом. В качестве такого материала выступают специальные синтетические ионообменные смолы. Этот способ очистки воды получил распространение не только в промышленности, но и в быту. Сейчас не затруднит приобрести фильтр, имеющий ионообменный картридж.


 Рис. 5 Ионный обмен

Еще один способ, с помощью которого выполняется , это обратный осмос. Для очистки требуется специальная мембрана с очень мелкими порами. Через поры проходят только небольшие молекулы. Загрязняющие вещества отличаются большим размером, чем молекулы воды, поэтому не проходят сквозь мембрану. Такая фильтрация выполняется под давлением. Получающийся раствор из загрязняющих веществ утилизируется.


 Рис. 6 Обратный осмос

Методы, используемые в бытовых фильтрах

Все эти методы используются для очищения жидкостей, в том числе и сточных вод. Но в большинстве случаев людей интересует, как очистить воду дома для употребления в пищу и бытовых целей. Очистка воды в домашних условиях не предполагает использования всех названных способов. Только часть из них реализуется в современных приборах. Есть возможность очистить воду из-под крана и без фильтра. Этот метод – кипячение. Однако гораздо чаще воду чистят специализированными фильтрующими устройствами.

В фильтрах задействованы такие методы очистки питьевой воды как механическая фильтрация, ионный обмен, сорбция, обратный осмос. Иногда применяются и некоторые другие, но гораздо реже.

Все эти современные методы очистки воды реализуются в картриджных проточных фильтрах. В таких приборах очищают водопроводную воду в несколько этапов. На первом этапе осуществляется механическая фильтрация, затем устраняются растворенные вещества методами сорбции и ионного обмена, а в завершении вода может пропускаться через обратноосмотическую мембрану.

19.02.2014

Способы очистки воды

Почти все авторы считают одним из обстоятельств старения организма - снижение способности клеток связывать обязательное для обмена веществ количество воды, т.е. возрастную дегидратацию. Вода является главной средой, в которой идут бессчетные химические реакции и физико-химические процессы обмена веществ. Организм точно регулирует содержание воды в каждом органе, каждой ткани. Постоянство внутренней среды организма, в том числе и определенное количество воды, - одно из главных требований полноценной жизнедеятельности. Человек может пить большое количество воды, но не в силах замедлить возрастной процесс уменьшения воды в организме.

Вода, используемая организмом, существенно отличается от Обычной. Обычная вода загрязнена в процессе техногенной деятельности человека разнообразными веществами, а именно: ионами неорганических соединений, мельчайшими частицами твердых примесей, органическими веществами природного и искусственного происхождения, микроорганизмами и продуктами их жизнедеятельности, растворенными газами. Обнаружена взаимосвязь между разнообразными заболеваниями живого организма и размером "нагрузки" вредных примесей в питьевой воде. Загрязнение же на клеточном уровне приводит к необратимым процессам, утрате иммунитета.

Методы очистки воды в бытовых условиях

Для очистки воды в домашних условиях люди применяют разнообразные способы. Но далеко не все знают, как правильно их нужно осуществлять и какой может при этом возникнуть побочный результат.

Все методы очистки воды можно условно разделить на две группы: очистка без применения фильтров и очистка с применением фильтров.

Очистка воды без применения фильтров.

Данный вариант преимущественно популярен и доступен, так как в целях очистки воды нет необходимости в приобретении дополнительных устройств, кроме как обычной кухонной посуды. К наиболее распространенным приемам относятся:

· Кипячение

· Отстаивание

· Вымораживание

Кипячение

Все мы знаем, что сырую воду употреблять нельзя, только кипяченую. Кипячение используют для уничтожения органики (вирусов, бактерий, микроорганизмов и др.), устранения хлора и иных низкотемпературных газов (радон, аммиак и др.). Кипячение действительно помогает в определенной степени очистить воду, но данный метод имеетопределенный ряд побочных эффектов.

Первый - при кипячении меняется структура воды, т.е. она становится "мертвой", так как происходит испарение кислорода. Чем дольше мы кипятим воду, тем больше уничтожается в ней патогенов, но тем более она становится бесполезной для организма человека.

Второй - поскольку при кипячении осуществляется испарение воды, то концентрация солей в ней увеличивается. Они отлагаются на стенках чайника в виде накипи и извести и попадают в организм человека при последующем потреблении воды из чайника.

Как нам известно, соли обладают тенденцией накапливаться в организме, что приводит к многообразным болезням, начиная от заболеваний суставов, образованию камней в почках и окаменению (циррозу) печени, и заканчивая артериосклерозом, инфарктом и мн. др. Кроме этого, множество вирусов могут спокойно перенести кипячение воды, так как для их уничтожения требуются намного более высокие температуры. Также заметим, что при кипячении воды удаляется только газообразный хлор. В лабораторных исследованиях был подтвержден тот факт, что после кипячения водопроводной воды образуется дополнительный хлороформ (вызывает раковые заболевания), даже если перед кипячением воды была освобождена от хлороформа продувкой инертным газом.

Вывод. После кипячения мы пьем "мертвую" воду, в которой присутствуют мелкая взвесь и механические частицы, соли тяжелых металлов, хлор и хлорорганика (хлороформ), вирусы и др.

Отстаивание

Отстаивание применяют в целях удаления из воды хлора. Обычно, для этого водопроводную воду наливают в большое ведро и оставляют в нем на несколько часов. Без перемешивания воды в ведре устранение газообразного хлора происходит примерно с 1/3 глубины от поверхности воды, поэтому для получения сколь-либо заметного эффекта нужно следовать проработанным способам отстаивания.

Результативность этого способа очистки воды оставляет желать лучшего. После отстаивания требуется кипятить воду.

Вымораживание

Данный способ используют для результативной очистки воды с помощью ее перекристаллизации. Этот метод значительно эффективнее кипячения и даже перегонки, так как фенол, хлорфенолы и легкая хлорорганика (ряд хлорсодержащих соединений - страшнейший яд) перегоняются вместе с водяным паром (последнее дадим на заметку поклонникам дистиллированной воды).

Многие под этим методом подразумевают следующее: налить воду в тару и поставить ее в холодильник до образования льда, позже вынуть тару из холодильника и разморозить ее для питья. Сразу заметим, что эффект очистки воды вышеприведенным способом нулевой, так как вымораживание - очень сложный и затяжной процесс, результативность которого полностью зависит от точного следования разработанным методикам.

Этот метод основывается на химическом законе, согласно которому при замерзании жидкости сначала в наиболее холодном месте кристаллизуется основное вещество, а уж в в дальнейшем в наименее холодном месте затвердевает все, что было растворено в основном веществе. Данный процесс можно наблюдать на примере свечи. В затухшей свече подальше от фитиля возникает чистый прозрачный парафин, а посередине, где горел фитиль, накапливается сажа и воск получается грязным. Этому закону подчиняются все жидкие вещества. Важное здесь - обеспечить медленное замораживание воды и вести его так, чтобы в одном месте сосуда его было больше, чем в другом. Так как этот метод очень содержательный, то приводить его здесь не будем.Заметим лишь то, что обработка воды методом вымораживания может протекать несколько часов с постоянным отслеживанием процесса. Иначеэффективность резко снижается.

Очистка воды с применением фильтров

Для устранения вредных примесей из водопроводной воды применяют разнообразные фильтры. В домашних условиях часто применяются разнообразные кувшины и насадки на кран.

Методов водоподготовки и способов очистки воды придумано уже много. Причин загрязнений питьевой воды существует много. В основном все они, так или иначе, связаны с источниками воды. Каждый тип источника имеет свои характерные причины, вызывающие загрязнение воды.

Решением проблем, связанных с загрязнениями воды, является ее очистка. В наше время имеется ряд методов водоподготовки и способов очистки воды, позволяющих добиться высокого качества питьевой воды практически из любого источника.

Существуют следующие способы получения гарантированного высокого качества питьевой воды из разных источников:

· Способ осаждения

· Осветление воды

· Мембранные способы

· Химические реагенты для окисления

· Адсорбция

· Обезжелезивание воды

· Умягчение воды

· Обессоливание воды

· Кондиционирование воды

· Обеззараживание воды

· Удаление органических загрязнений

· Дехлорирование воды

· Удаление нитратов

Классические методы очистки питьевой воды

Озонирование

Проблема снабжения людей питьевой водой, отвечающей требованиям стандарта, является одной из важнейших проблем, решение которых стоит перед предприятиями и организациями водообеспечения России.

В процессе зарегулирования рек и строительства на них водохранилищ возникли условия для появления планктона, что влияет на увеличение цветности и появлению в воде привкусов и запахов. Органические примеси и химические загрязнения выносятся в водоёмы с неочищенными сточными водами населённых пунктов и промышленных предприятий. В итоге во многих водоёмах, особенно вблизи крупных населенных пунктов, природная вода содержит фенолы (до 2 - 7 ПДК), хлорорганические пестициды, аммонийный и нитритный азот (до 10 - 16 ПДК), нефтепродукты и многие другие загрязнения.

Периодически появляющиеся аварийные ситуации приводят к значительному ухудшению качества воды природных источников и соответственно качества питьевой воды. В подземных водах нередко выявляются марганец, амины, нефтепродукты.

Барьерная значимость имеющихся водопроводных очистных построек незначительна, и в питьевой воде, употребляемой людьми, содержатся практически те же загрязнения, что и в природной воде. Одним из наиболее значимых и высокоэффективных методов очистки воды от указанных загрязнений считается озонирование. Озонирование воды позволяет значительно улучшить качество питьевой и очищенной сточной воды и разрешить трудности: здравоохранения и экологии.

Озонирование воды дает возможность кроме решения важных задач по улучшению качества очищенных сточных вод, упростить технологию подготовки естесственных вод. Преимущественно широкое использование технология озонирования приобрела в области производства питьевой воды. В существующем разнообразии методов и способов решения задач качественной очистки и обеззараживания воды озонирование является предпочтительным, что связано:

· проблемами решения задач, связанных с возникновением в очищенной воде в результате её хлорирования токсичных хлорорганических образований;

· недостающим количеством хлорреагентов, производимых российской промышленностью;

· возможностью производства озона на месте использования;

· повышенной активностью озона в отношении обеззараживания воды от бактерий и вирусов.

Озонирование возможно применять как дополнительный способ очистки воды взамен классического хлорирования, в сочетании с хлором, перекисью водорода и иными окислителями, вместе с УФ-облучением, обработкой ультразвуком, фильтрацией с применением песка, активированного угля, ионообменных смол.

Преимущество озонирования заключается в том, что под воздействием озона одновременно с обеззараживанием проиходит обесцвечивание воды, а также удаляются запахи и привкусы воды и вообще улучшаются её вкусовые качества. Озон не изменяет природные свойства воды, так как его излишек (не прореагировавший озон) через несколько минут преобразуется в кислород.

Озонная проработка устраняет земляной привкус воды в результате уменьшения концентрации геосмина в 5-10 раз. Несмотря на возникновение у воды после переработки озоном нового вкусового компонента, суммарные вкусовые качества озонированной воды улучшаются.

Озон начали использовать для дезинфекции питьевых вод раньше, чем хлор. Но несмотря на это озон ещё не нашёл необходимого применения в методике водоподготовки, особенно в России. Основными причинами этого являлась, по видимому, нехватка электроэнергии, а также то, что химические и физические свойства водного раствора озона ещё мало исследованы. В текущее время на ряде водоподготовительных установок в теплоэнергетике произошла также проблема интенсивного зарастания ионообменных фильтров биомассой. Не изменяя ионообменных свойств загрузки, биомасса увеличивает сопротивление загрузки, что приводит к значительному снижению скорости фильтрования.

Согласно литературным источникам, в целях предупреждения становления биомассы и стерилизации фильтров используют разнообразные окислители, такие как активный хлор, содержащийся в электроактивированном растворе хлористого натрия, формальдегид, перуксусная кислота, хлорамин Т и др.

Процесс бактерицидного воздействия хлора и его кислородсодержащих соединений состоит во взаимодействии с составными элементами клетки микроорганизма, в первую очередь с ферментами, что влияет на обмена веществ в клетке и отмиранию микроорганизмов. В практике переработки воды используют свободный хлор, соли хлорноватистой кислоты (гипохлориты) и диоксид хлора ClO2. При растворении хлора в воде возникает гидролиз с появлением хлорноватистой и хлороводородной (соляной) кислот.

Главный контрольно-испытательный центр питьевой воды (ГИЦ ПВ)

Вода – это вещество, которое мы употребляем ежедневно, и для здоровья человека очень важно пить качественную воду . В разных странах имеются разные стандарты воды «из-под крана», по которым определяются прозрачность и содержание в ней различных веществ. Россия не относится к странам с самыми строгими нормами. Даже если в воде имеются тяжелые металлы, очень маловероятно, что организации, осуществляющие водоснабжение, будут это широко афишировать. Хотя патогенные микроорганизмы обычно в воде «из-под крана» не встречаются, различных химических веществ в ней содержатся предостаточно. Если самостоятельно не позаботиться о чистоте воды, то можно заработать в связи с этим набор самых неприятных заболеваний. Поэтому мы предлагаем ознакомиться с тем, какие существуют современные методы очистки воды .

Сейчас можно встретить много неоднозначной информации о методах и системах, используемых для очистки воды. В этой статье дается обзор современных методов очистки воды для домашнего и промышленного использования , а также проясняются некоторые вопросы относительно эффективности этих методов.

1. Угольные фильтры

Достоинства угольных фильтров:
  • Отлично удаляют пестициды и хлор.
  • Недороги.

Фильтры бывают всех форм и размеров. Это один из самых старых и самых дешевых способов очистки воды. В большинстве угольных фильтров используется активированный уголь. Вода легко проходит через фильтр с активированным углем, который обладает большой площадью поверхности пор (до 1000 м 2 /г), в которых происходит адсорбция загрязняющих веществ. Активированный уголь используется как в форме твердых блоков, так и в гранулированной форме. Через твердый блок вода проходит дольше, что делает подобные фильтры более эффективными в поглощении загрязнений. Фильтры с активированным углем лучше всего подходят для удаления таких загрязнителей, как инсектициды, гербициды и полихлоринатные бифенилы. Они могут также удалять многие промышленные химикаты и хлор. Но активированный уголь не удаляет большинство неорганических химических веществ, растворенных тяжелых металлов (например, свинец) или биологические загрязнения. Чтобы в некоторой степени справиться с этими недостатками, многие производители используют активированный уголь в сочетании с другими способами очистки, такими как керамические фильтры или ультрафиолетовое излучение, о которых речь пойдет позже. Даже с этими усовершенствованиями, однако, угольные системы фильтрации имеют свои ограничения и недостатки.

Недостатки угольных фильтров:
  • Не удаляют бактерии.
  • Недолговечны.

Угольные фильтры представляют собой отличную среду для размножения бактерий. Если вода не подвергалась обработке хлором, озоном или другим способам бактерицидной защиты перед фильтраций, то бактерии из воды осядут в фильтре и будут там размножаться, загрязняя проходящую через него воду. По этой причине не рекомендуется использовать угольный фильтр в том случае, когда вода поступает напрямую из природного источника. Некоторые производители утверждают, что проблема решается при помощи добавления серебра. К сожалению, эта технология работает недостаточно эффективно. Вода должна оставаться в контакте с серебром гораздо дольше, чтобы появился существенный эффект. Также со временем угольные фильтры начинают терять свою эффективность. Постепенно фильтр теряет способность задерживать загрязнения и все больше и больше примесей попадает в отфильтрованную воду. При этом вода продолжает протекать через фильтр с легкостью, и узнать насколько эффективно работает фильтр можно только при помощи анализа качества воды, но не у всех дома есть лаборатория. Поэтому фильтр необходимо заменять через определенный промежуток времени или после фильтрации определенного объема воды.

Недостатки керамических фильтров:
  • Неэффективны против органических загрязнителей и пестицидов.

Керамические фильтры неэффективны при удалении органических загрязнителей или пестицидов. Так что эти фильтры не рекомендуется использовать для очищения воды в домашних условиях. Дома их стоит использовать в паре с угольным фильтром.

Недостатки озонирования:
  • Этот метод не позволяет удалять тяжелые металлы, минералы и пестициды.
  • Озон быстро распадается на кислород и теряет свою эффективность.
  • Очень дорогой метод.
  • Озон является очень ядовитым веществом, поэтому работа системы должна тщательно контролироваться датчиками.

Для получения питьевой воды одного озонирования недостаточно. Оно не удаляет тяжелые металлы, минералы и пестициды. И, в отличие от хлора, который, оставаясь в воде, продолжает выполнять свою функцию, озон имеет очень короткий срок действия. Он распадается почти мгновенно и не имеет остаточного эффекта очистки. Еще один камень преткновения в озонировании воды – это стоимость. Использовать озонирование в домашних условиях получается слишком дорого.

4. Ультрафиолетовые излучение

Достоинства использования УФ-излучения:
  • Убивает бактерии и вирусы.

Когда микроорганизмы, такие как бактерии и вирусы, поглощают ультрафиолетовое излучение, то начинают происходить определенные реакции, вызывающие их гибель. Это делает УФ-излучение очень эффективным методом уничтожения патогенных микроорганизмов, таких как кишечная палочка и сальмонелла, без добавления химических веществ, например, хлора. УФ-излучение является одним из немногих способов очистки, позволяющим уничтожать вирусы, что особенно важно в сельской местности, где нет других способов получения качественной воды.

Недостатки УФ-излучения:
  • Неэффективно против всех организмов.
  • Неспособно удалять тяжелые металлы, пестициды, другие физические загрязнители.

5. Ионообменные фильтры для воды

Достоинства ионообменных фильтров:
  • Продлевают работу водонагревателей, стиральных машин.
Недостатки ионообменных фильтров:
  • Не очищают воду и не делают ее безопасной для человека.

Ионообменные фильтры действуют как умягчители воды и не оказывают никакого влияния на микроорганизмы. Смягчение жесткой воды хорошо для стиральной машины и водонагревателя, а также при купании. Жесткая вода больше стягивает кожу, и мыло в ней хуже мылится. Однако мягкая вода не является более полезной, чем жесткая. Умягчители не очищают воду.

6. Медно-цинковые системы очистки воды

Достоинства медно-цинковых систем очистки:
  • Эффективно удаляют хлор и тяжелые металлы.

Подобные фильтры для воды продаются под названием KDF. В них используется запатентованный медно-цинковый сплав, который содержится в фильтре в виде гранул. Молекулы меди и цинка действуют как различные полюса в батарее. При прохождении загрязненной воды через гранулы одна часть примесей направляется в сторону цинка, другая часть примесей с противоположным зарядом направляется в сторону меди. При этом происходят окислительно-восстановительные реакции, при которых обезвреживаются потенциально опасные химические вещества. В результате обработки хлорированной воды образуется хлористый цинк. Также подобные фильтры снижают содержание ртути, мышьяка, железа и свинца. При прохождении через фильтр в воде уничтожаются бактерии и другие организмы.

Недостатки медно-цинковых системы очистки:
  • Неэффективны против пестицидов и органических загрязнителей.

Медно-цинковые системы очистки не позволяют удалять пестициды и другие органические загрязнители. Тем не менее, KDF-системы обычно включают блок угольных фильтров, чтобы устранить эти недостатки.

7. Системы обратного осмоса

Достоинства систем обратного осмоса:
  • Хорошо очищают воду от металлов, бактерий, вирусов, микроорганизмов, а также органических и неорганических химических веществ.

Первоначально система обратного осмоса использовалась для опреснения морской воды. В процессе очистки вода под давлением проходит через полупроницаемую синтетическую мембрану. При благоприятных условиях данный способ фильтрации позволяет удалять от 90% до 98% тяжелых металлов, вирусов, бактерий и других организмов, органических и неорганических химических веществ.

Недостатки систем обратного осмоса:
  • Большое количество воды в виде отходов.
  • Синтетическая мембрана деградирует под воздействием хлоридов и физических загрязнителей.
  • В системе могут размножаться бактерии.
  • Хуже работают с жесткой водой.

Несмотря на свои достоинства системы обратного осмоса обладают существенными недостатками. Для начала, они чрезвычайно ресурсоемки; для получения 1 л чистой воды в канализацию смывается 3-8 л загрязненной воды. Факт, что эта сливаемая вода содержит концентрированные загрязняющие вещества, вынудил некоторые сообщества, страдающие от недостатка воды, полностью запретить подобные системы очистки.

Эти системы для должной работы также требуют минимального давления воды 2,7 атм. Необходимо принимать меры по поддержанию целостности мембраны, которую надо заменять каждые несколько лет.

Мембрана ухудшает свои свойства в присутствии хлора и при очистке мутной воды. Поэтому системы обратного осмоса требуют предварительную очистку воды угольным фильтром.

Системы обратного осмоса также являются хорошей средой для размножения бактерий, что может потребовать установки угольного фильтра между блоком обратного осмоса и резервуаром для хранения воды и еще одного фильтра между накопительным баком и краном, из которого сливается вода. И, наконец, если вода достаточно жесткая, то может потребоваться дополнительная система смягчения воды.

Учитывая перечисленные недостатки, действительно трудно рассматривать эти системы в качестве лучшего способа очистки воды .

8. Дистилляция

Достоинства дистилляции:
  • Удаляет широкий спектр загрязняющих веществ, полезна в качестве первого этапа очистки.
  • Можно использовать многократно.

При правильном выполнении дистилляции она обеспечивает получение довольно чистой и безопасной воды. Есть критики употребления дистиллированной воды, но многие люди употребляют дистиллированную воду годами, не испытывая при этом никаких проблем со здоровьем. Дистилляция является относительно простым процессом: вода нагревается до кипения и превращается в пар. Кипячение убивает различные бактерии и другие патогены. Полученный при кипячении пар охлаждают и вновь получают воду.

Недостатки дистилляции
  • Загрязняющие вещества переносятся в некоторой степени в конденсат.
  • Требуется тщательный уход для обеспечения чистоты дистиллятора.
  • Медленный процесс.
  • Потребляет большое количество водопроводной воды (для охлаждения) и энергии (для нагрева).

Неорганические загрязнители способны мигрировать вдоль тонкой пленки воды, которая образуется на внутренних стенках. Также в воду переходят загрязняющие вещества из стекла или металла, в которых нагревается вода.

Органические соединения с температурой кипения ниже, чем 100°C, автоматически переходят в дистиллят, и даже органические соединения с температурой кипения более 100°C могут раствориться в водяном паре и также перейти в дистиллят. Во время кипения за счет поступающей энергии могут образоваться новые хлорорганические соединения.

Дистилляция является медленным процессом, который требует хранения воды в течение длительного времени. За время хранения возможно повторное загрязнение воды веществами из окружающего воздуха.

Дистилляция требует большого количества энергии и воды и, следовательно, является дорогим процессом в эксплуатации. Кроме того требуется регулярная чистка дистиллятора от загрязнителей, накопленных в процессе.

Данная статья основана на материалах работы доктора Дэвида Вильямса, врача, биохимика, специалиста по естественному лечению.

(Просмотрели18 261 | Посмотрели сегодня 1)

Инновационный фильтр Naked Filter для многоразовой бутылки от Liquidity

Очистка воды предназначена для доведения всех параметров, характеризующих ее качество, до нормативных показателей. Существенно отлича­ется очистка воды для питьевых нужд, в техноло­гических целях (как из поверхностных водоемов, так и подземных вод) и очистка сточных вод.

Причем далее для промышленных стоков, сбра­сываемых в водоемы или на грунт и сливаемых в систему канализации, нормативы и требования к очистке различные. И они постоянно ужесточа­ются. Считается, что суммарные затраты на очи­стку сточных вод современных предприятий в среднем составляют от 15 до 40 % их общей сто­имости.

Методы очистки воды при всем их многообра­зии можно подразделить на три группы: механи­ческие, физико-химические и биологические.

Механическая очистка применяется, прежде всего, для отделения твердых и взвешенных ве­ществ. Наиболее типичными в этой группе явля­ются способы процеживания, отстаивания, инер­ционного разделения, фильтрования и нефтеулавливания (как разновидность отстаивания).

Процеживание - первичная стадия очистки сточных вод - вода пропускается через специ­альные металлические решетки с шагом 5-25 мм, установленные наклонно. Периодически они очищаются от осадка с помощью специальных по­воротных приспособлений.

Отстаивание происходит в специальных емкос­тях, которые по направлению движения воды делят на горизонтальные, вертикальные, радиальные и ком­бинированные. Общими для них являются выход очищенной воды в верхней части отстойника и гравитационный принцип осаждения частиц, которые собираются внизу. Разновидностью отстойника яв­ляются песколовки, применяющиеся для выделе­ния частиц песка в стоках литейных цехов, окалины - в стоках кузнечно-прессовых и прокатных цехов. Как правило, время нахождения воды в пес­коловках намного меньше, чем в отстойниках, где оно доходит до 1,5 часов (для сточных вод).

Инерционное разделение осуществляется в гид­роциклонах, принцип действия которых аналоги­чен циклонам для очистки газов. Различают откры­тые и напорные гидроциклоны, причем первые имеют большую производительность и малые по­тери напора, но проигрывают в эффективности очистки (особенно от мелких частиц).

Фильтрование осуществляется чаще всего че­рез пористые связанные или несвязанные мате­риалы. Как правило, фильтры очищают воду от тонкодисперсных примесей даже при небольших концентрациях. Фильтроматериалы достаточно разнообразны: кварцевый песок, гравий, антрацит, частички металлов и др. Песчаные фильтры - основные очистители при водоподготовке. Нефтеловушки в самом простом исполнении представляют собой отстойники, в которых вы­ход очищенной воды происходит снизу, а нефтя­ная пленка собирается сверху.

Физико-химическая очистка обеспечивает отделение как твердых и взвешенных частиц, так и растворенных примесей. Она включает множе­ство разных способов, важнейшими из которых являются экстракция, флотация, нейтрализация, окисление, сорбция, коагуляция, ионообменные методы.

Экстракция - процесс разделения примесей в смеси двух нерастворимых жидкостей (экстрагента и сточной воды). Например, в специальных колонках (пустотелых.или заполненных насад­ками) стоки смешиваются с экстрагентом, отбира­ющим вредные вещества: так бензолом удаляет­ся фенол.

Флотация - процесс всплывания примесей (чаще всего маслопродуктов) при обволакивании их пу­зырьками воздуха, подаваемого в сточную воду. В некоторых случаях между пузырьками и приме­сями происходит реакция. Разновидность мето­да - электрофлотация, при которой вода дополни­тельно обеззараживается за счет окислительно-восстановительных процессов у электродов.

Нейтрализация - обработка воды щелочами или кислотами, известью, содой, аммиаком и т. п. с це­лью обеспечения заданной величины водородного показателя рН. Самый простой способ нейтрализа­ции сточных вод - смешение кислых и щелочных стоков, если они имеются на предприятии.

Окисление - применяется как при водоподготовке, так и при обработке сточных вод для обез­зараживания воды и уничтожения токсичных биологических примесей. Наиболее распростра­ненный способ - хлорирование - чреват, как указывалось ранее, появлением диоксинов (осо­бенно при вынужденном повышении дозы хлора летом или в период паводка, так называемом ги­перхлорировании). Необходимо постепенно пере­ходить на другие способы, например, на комбина­цию озонирование и хлорирование. Озо­нирование - дорого и более кратковременного действия, но оно перспективнее. В настоящее время отрабатываются комбинации реагентов с ультра­фиолетовой обработкой воды.

Сорбция, как и при обработке газовых выбросов, способна обеспечивать эффективную очистку воды от солей тяжелых металлов, непредельных угле­водородов, частичек красящих веществ. Лучшим сорбентом и здесь является активиро­ванный уголь, это относится и к различным ми­нералам (шунгиту, цеолиту и др.), специально обработанным опилкам, саже, частичкам титана и др. На этих сорбентах работают многие быто­вые фильтры для воды: «Родничок», «Роса».

Коагуляция - обработка воды специальными реагентами с целью удаления нежелательных растворенных примесей. Широко распростране­на при водоподготовке. Обработка ведется соеди­нениями алюминия или железа, при этом обра­зуются твердые нерастворимые примеси, отделяемые обычными способами. Для сточных вод ши­роко применяется электрокоагуляция, при кото­рой вблизи электродов образуются ионы (резуль­тат анодного растворения материала электродов), реагирующие с примесями. Так отделяют тяже­лые металлы, цианы и др.

Ионообменные методы достаточно эффектив­ны для очистки от многих растворов и даже от тяжелых металлов. Очистка производится син­тетической ионообменной смолой и, если ей пред­шествует механическая очистка, позволяет полу­чить выделенные из воды металлы в виде срав­нительно чистых концентрированных солей.

В последнее время за рубежом (особенно для водоподготовки) используют установки обрат­ного осмоса. В них вода продавливается через набор специальных микропленок при высоком давле­нии (до 30 МПа). Эти установки чрезвычайно эффективны в качестве последних ступеней (т. е. для тонкой очистки). Но они достаточно дороги и энергоемки.

Биологическая очистка возможна в естествен­ных условиях и в искусственных сооружениях. И в том, и в другом случае органические примеси обрабатываются редуцентами (бактериями, про­стейшими, водорослями) и превращаются в минеральные вещества. В естественных усло­виях очистка производится на полях фильтра­ции или орошения (через почву) или в биологи­ческих прудах. Последние могут быть с подду­вом воздуха (с искусственной аэрацией). В качестве искусственных сооружений могут применяться аэротенки, окситенки, метатенки и биофильтры. В тенках (аэро- с подачей воздуха; окси- с пода­чей кислорода; мета- без доступа воздуха) сточ­ные воды обрабатываются микроорганизмами. Но для их нормального функционирования необхо­димы определенные условия по температуре, рН и отсутствию многих солей. Поэтому разновид­ности этих сооружений чаще всего применяются на тех очистных сооружениях канализации, куда не поступают промстоки. На промышленных очи­стных сооружениях чаще применяются биофиль­тры, в которых активная биологическая среда образуется на специальной загрузке (шлак, ке­рамзит, гравий). Эта биологическая среда (пленка) менее чувствительна к колебаниям па­раметров среды и сточных вод. Активность био­пленки увеличивается при поддуве воздуха, пода­ваемого обычно противотоком.

Выбор способов очистки и обеззараживания воды зависит от многих параметров и требований, важ­нейшие из которых: необходимая степень очист­ки и исходная загрязненность воды, потребные расходы и время очистки, наличие очистителей и энергии и, конечно, экономические возможности. Но при всех методах очистки следует обращать внимание на вопрос утилизации осадка, образую­щегося при обработке воды (особенно токсичных промстоков). Как правило, осадок обезво­живается и вывозится на специальные полиго­ны для захоронения. Или обрабатывается в биологических сооружениях. Достаточно эффективны для переработки осадков (в том числе токсичных) некоторые рас­тения типа гиацинтов, тростника. Суще­ствуют специальные печи для сжигания токсич­ных отходов с очень высокой полнотой сгорания (за счет создания взвешенного слоя сгорающего вещества, тангенциальной подачи топлива), и четырехступенчатой очисткой газовых выбросов (печи канадско-американской фирмы профессора Ормстона). Есть и отечественные разработки по сжи­ганию этого осадка в металлургических, специаль­но оборудованных печах с получением сравнительно безвредного строительного материала.

Физико-химические способы очистки воды

Как следует из названия, методы очистки воды данной группы совмещают в себе химическое и физическое воздействие на загрязнители воды. Они достаточно разнообразны и применяются для удаления самых разных веществ. В их числе растворенные газы, тонкодисперсные жидкие или твердые частицы, ионы тяжелых металлов, а также различные вещества в растворенном состоянии. Физико-химические методы могут применяться как на стадии предварительной очистки, так и на поздних этапах для глубокой очистки.

Разнообразие методов данной группы велико, поэтому ниже будут приведены наиболее распространенные из них:

  • флотация;
  • сорбция;
  • экстракция;
  • ионообмен;
  • электродиализ;
  • обратный осмос;
  • термические методы.

Флотация , применительно к водоочистке, представляет собой процесс отделения гидрофобных частиц при пропускании через воду большого числа пузырьков газа (обычно воздуха). Показатели смачиваемости отделяемого загрязнителя таковы, что частицы закрепляются на поверхности раздела фаз пузырьков и вместе с ними поднимаются на поверхность, где образуют слой пены, который может быть легок удален. Если отделяемая частица оказывается больше по размерам чем пузырьки, то вместе они (частица + пузырьки) образуют так называемый флотокомплекс. Нередко флотацию комбинируют с использованием химических реагентов, к примеру, сорбирующихся на частицах загрязнителя, чем достигается снижение его смачиваемости, или являющихся коагулянтами и проводящих к укрупнению удаляемых частиц. Флотацию преимущественно используют для очистки воды от различных нефтепродуктов и масел, но также могут удаляться твердые примеси, отделение которых другими способами неэффективно.

Существуют различные вариант осуществления процесса флотации, ввиду чего выделяют следующие ее типы:

  • пенная;
  • напорная;
  • механическая:
  • пневматическая;
  • электрическая;
  • химическая и т.д.

Приведем в качестве примера принцип работы некоторых из них. Широко используется метод пневматической флотации, при которой образование восходящего потока пузырьков создается за счет установки на дне резервуара аэраторов, обычно представляющих собой перфорированные трубы или пластины. Подаваемый под давлением воздух проходит сквозь отверстия перфорации, за счет чего дробиться на отдельные пузырьки, осуществляющие сам процесс флотации. При напорной флотации поток очищаемой воды смешивается с потоком воды, перенасыщенной газом и находящейся под давлением, и подается в камеру флотации. При резком падении давления растворенный в воде газ начинает выделяться в виде пузырьков малого размера. В случае электрофлотации процесс образования пузырьков протекает на поверхности расположенных в очищаемой воде электродов при протекании по ним электрического тока.

Сорбционные методы основаны на избирательном поглощении загрязняющих веществ в поверхностном слое сорбента (адсорбция) или в его объеме (абсорбция). В частности для очистки воды используется процесс адсорбции, который может носить физический и химический характер. Отличие заключается в способе удержания адсорбируемого загрязнителя: с помощью сил молекулярного взаимодействия (физическая адсорбция) или благодаря образованию химических связей (химическая адсорбция или хемосорбция). Методы данной группы способны достичь большой эффективности и убирать из воды даже малые концентрации загрязнителей при больших ее расходах, что делает их предпочтительными в качестве методов доочистки на завершающих стадиях процесса водоочистки и водоподготовки. Сорбционными методами могут удаляться различные гербициды и пестициды, фенолы, поверхностно активные вещества и т.д.

В качестве адсорбентов используются такие вещества как активированные угли, силикагели, алюмогели и цеолиты. Их структура делается пористой, что значительно увеличивает удельную площадь адсорбента, приходящуюся на единицу его объема, из-за чего достигается большая эффективность процесса. Сам процесс адсорбционной очистки может быть осуществлен путем смешения очищаемой воды и адсорбента, или же путем фильтрации воды через слой адсорбента. В зависимости от сорбирующего материала и извлекаемого загрязнителя процесс может быть регенеративным (адсорбент после регенерации используется вновь) или деструктивны, когда адсорбент подлежит утилизации ввиду невозможности его регенерации.

Очистка воды методом жидкостной экстракции заключается в использовании экстрагентов. Применительно к очистке воды, эктсрагент - это несмешиваемая или мало смешиваемая с водой жидкость, значительно лучше растворяющая в себе извлекаемые из воды загрязнители. Процесс осуществляется следующим образом: очищаемая вода и эктрагент перемешиваются для развития большой поверхности контакта фаз, после чего в них происходит перераспределение растворенных загрязняющих веществ, большая часть которых переходит в экстрагент, затем две фазы разделяются. Насыщенный извлекаемыми загрязнителями экстрагент называется экстрактом, а очищенная вода - рафинатом. Далее экстрагент может быть утилизирован или регенерирован в зависимости от условий процесса. Данным методом из воды удаляются преимущественно органические соединения, такие как фенолы и органические кислоты. Если экстрагируемое вещество представляет определенную ценность, то после регенерации экстрагента оно вместо утилизации может быть с пользой использовано для других целей. Данный факт способствует применению экстракционного метода очистки к сточным водам предприятий для извлечения и последующего использования или возврата в производство ряда веществ, теряемых со стоками.

Ионный обмен в основном используется в водоподготовке с целью умягчения воды, то есть изъятия солей жесткости. Суть процесса заключается в обмене ионами между водой и специальным материалом, называемым ионитом. Иониты подразделяются на катиониты и аниониты в зависимости от типа обмениваемых ионов. С химической точки зрения ионит представляет собой высокомолекулярное вещество, состоящее из каркаса (матрицы) с большим количеством функциональных групп, способных к ионообмену. Существуют природные иониты, такие как цеолиты и сульфоугли, которые применялись на ранних этапах развития ионообменной очистки, но в настоящее время широкое распространение получили искусственные ионообменные смолы, значительно превосходящие свои природные аналоги по ионообменной способности. Метод очистки ионным обменом получил широкое распространение, как в промышленности, так и в быту. Бытовые ионообменные фильтры, как правило, не используются для работы с сильнозагрязненными водами, поэтому ресурса одного фильтра хватает на очистку большого количества воды, после чего фильтр подлежит утилизации. В то же время при водоподготовке ионообменный материал чаще всего подлежит регенерации с помощью растворов с большим содержанием ионов H + или OH -- .

Электродиализ представляет собой комплексный метод, сочетающий мембранный и электрический процессы. С его помощью можно удалять из воды различные ионы и проводить обессоливание. В отличие от обычных мембранных процессов, в электродиализе используются специальные ионоселективные мембраны, пропускающие ионы только определенного знака. Аппарат для проведения электродиализа называется электродиализатором и представляет собой ряд камер, разделенных чередующимися катионообменными и анионообменными мембранами, в которые поступает очищаемая вода. В крайних камерах расположены электроды, к которым подводится постоянный ток. Под действием возникшего электрического поля ионы начинаются двигаться к электродам согласно своему заряду, пока не встречают ионоселективную мембрану с совпадающим зарядом. Это приводит к тому, что в одних камерах происходит постоянный отток ионов (камеры обессоливания), а в других, наоборот, наблюдается их накопление (камера концентрирования). Разводя потоки из разных камер можно получить концентрированный и обессоленный растворы. Неоспоримые преимущества данного метода заключаются не только в очищении воды от ионов, но и в получении концентрированных растворов отделяемого вещества, что позволяет возвращать его назад в производство. Это делает электродиализ особенно востребованным на различных химических предприятиях, где вместе со стоками теряется часть ценных компонентов, и применение данного метода удешевляется за счет получения концентрата.

Дополнительная информация по электродиализу

Обратный осмос относится к мембранным процессам и проводится под давлением больше осмотического. Осмотическое давление - избыточное гидростатическое давление, приложенное к раствору, отделенному полупроницаемой перегородкой (мембраной) от чистого растворителя, при котором прекращается диффузия чистого растворителя через мембрану в раствор. Соответственно, при рабочем давлении выше осмотического будет наблюдаться обратный переход растворителя из раствора, за счет чего концентрация растворенного вещества будет расти. Таким способом можно отделять растворенные газы, соли (включая соли жесткости), коллоидные частицы, а также бактерии и вирусы. Также установки обратного осмоса выделяются тем, что используются для получения пресной воды из морской. Данный тип очистки с успехом используется как в бытовых условиях, так и при обработке сточных вод и водоподготовке.

Дополнительная информация по обратному осмосу и системам обратного осмоса


Термические методы основаны на воздействии на очищаемую воду повышенных или пониженных температур. Одним из наиболее энергоемких процессов является выпаривание, однако оно позволяет получить воду высокой степени чистоты и высококонцентрированный раствор с нелетучими загрязнителями. Также концентрирование примесей может осуществляться с помощью вымораживания, поскольку в первую очередь начинает кристаллизоваться чистая вода, и лишь затем оставшаяся ее часть с растворенными загрязнителями. Выпариванием, как и вымораживанием, можно проводить кристаллизацию - выделение примесей в виде выпадающих в осадок кристаллов из насыщенного раствора. В качестве экстремального метода используется термическое окисление, когда очищаемая вода распыляется и подвергается воздействию высокотемпературных продуктов сгорания топлива. Данный метод используется для нейтрализации высокотоксичных или трудно разлагаемых загрязнителей.