Способи очищення води коротко. Старт у науці. Фільтри для очищення водопровідної води

Вода із свердловин та природних джерел має ряд розчинених компонентів та суспензій. Щоб отримати рідину, яку можна використовувати в промисловості, для побутових цілей та для пиття, її слід якісно очистити. Сучасні методи очищення води дуже різноманітні. Вони поділяються на кілька груп за характером процесів, що відбуваються. З використанням методів створюються прилади, які забезпечують оптимальне очищення. Цей процес вимагає комплексного підходу, тому застосовується відразу кілька методів.

Мал. 1 Деякі методи водоочищення

Фізичні способи засновані на відповідних фізичних процесах, що впливають на воду та присутні забруднення. Зазвичай такі методи використовують усунення нерозчинних, великих включень. Іноді вони впливають і на розчинені речовини та біологічні об'єкти. Основними фізичними способамиочищення є кип'ятіння, відстоювання, фільтрування та обробка ультрафіолетом.

Кип'ятіння

Під час кип'ятіння на воду впливає висока температура. Внаслідок такого впливу усуваються мікроорганізми, деякі розчинені солі випадають в осад, утворюючи накип. При тривалому кип'ятінні можуть розпадатися стійкіші речовини, наприклад, сполуки хлору. Метод простий та оптимальний для використання в побуті, але очищає лише відносно невеликі обсяги води.

Відстоювання

У цьому випадку використовується вплив природної сили тяжіння на великі механічні включення. Під впливом своєї тяжкості вони опускаються на дно ємності, утворюючи шар осаду. Виконують відстоювання води у спеціальних відстійниках. Ці ємності забезпечуються пристроями для збору і видалення осаду.

Фільтрування

При проходженні води матеріал з порами чи іншими отворами частина забруднень затримується. Залишаються на поверхні частинки, які більші за пор або осередків. За ступенем очищення виділяють фільтрацію грубу та тонку. При грубої очисткизатримуються лише великі частинки. У процесі тонкої утримуються включення, розмір яких становить лише кілька мікронів.

Обробка ультрафіолетом

Використання ультрафіолетового випромінювання дозволяє усунути біологічні забруднення. Світло цього спектра впливає основні молекули, що призводить до загибелі мікроорганізмів. Варто враховувати, що обробляють ультрафіолетом воду, очищену від суспензії, тобто. зроблена попередня. Тверді включення створюють тінь, яка захищає бактерії від ультрафіолетового світла.

Хімічні методи водоочищення

Хімічні способи очищення води засновані на реакціях окислення-відновлення та нейтралізації. Внаслідок взаємодії спеціальних реагентів із забруднювальними речовинами відбувається реакція, результатом якої стає нерозчинний осад, розкладання на газоподібні складові або поява нешкідливих компонентів.

Нейтралізація

Застосування цього методу забезпечує усунення кислого чи лужного середовища та наближення її показників до нейтральних. У воду з певним показником кислотності додають реагенти, що забезпечують створення кислого чи лужного середовища. Щоб нейтралізувати кисле середовище, застосовують лужні склади: кальциновану соду, гідроксид натрію та деякі інші. Для усунення лужного середовища вибирають розчини деяких кислот або оксиди вуглецю, сірки та азоту. Останні при розчиненні у питній воді утворюють слабкі кислоти. Реакції нейтралізації зазвичай є. Під час підготовки питної водиіз природних джерел зміна реакції не потрібно, вона спочатку близька до нейтральної.

Процеси окислення та відновлення

При очищенні води найчастіше використовується окиснення. У процесі реакції з окислювачами забруднюючі сполуки перетворюються на нешкідливі компоненти. Вони можуть бути твердими, газоподібними чи розчинними. Як сильні окислювачі виступають сполуки хлору, озон і деякі інші речовини.

Очищення води фізико-хімічними методами

Методи очищення води, що належать до цієї групи, включають одночасно фізичні та хімічні способидії. Вони дуже різноманітні та допомагають видалити значну частину забруднень.

Флотація

У процесі очищення води методом флотації через рідину пропускають газ, наприклад повітря. Створюються бульбашки, поверхню яких прилипають гідрофобні частинки забруднень. Пухирці піднімаються на поверхню і утворюють піну. Цей шар піни із забрудненнями легко видаляється. Додатково можуть використовуватися реагенти, що підвищують гідрофобність або зчеплюють і укрупнюють частинки забруднень.

Сорбція

Очищення води методом сорбції ґрунтується на вибірковому утримуванні речовин. Найчастіше використовують адсорбцію, коли утримання відбувається на поверхні сорбенту. Сорбція буває фізичною та хімічною. У першому випадку використовуються сили міжмолекулярної взаємодії, тоді як у другому – хімічних зв'язків. Як сорбенти зазвичай виступають активоване вугілля, силікагель, цеоліт та інші. Деякі види адсорбентів можуть відновлюватися, інші утилізуються після забруднення.

Екстракція

Процес екстрації виконується з використанням розчинника, який погано поєднується з водою, але краще розчиняє забруднюючі речовини. При контакті з рідиною, що очищається, забруднювачі переходять в розчинник і концентруються в ньому. Таким способом з води усувають органічні кислоти та феноли.

Метод іонного обміну застосовується переважно видалення з води солей жорсткості. У деяких випадках його використовують для усунення розчиненого заліза. Процес полягає в обміні іонами меду водою та спеціальним матеріалом. Як такий матеріал виступають спеціальні синтетичні іонообмінні смоли. Цей спосіб очищення води набув поширення у промисловості, а й у побуті. Зараз не важко придбати фільтр, що має іонообмінний картридж.

Ще один спосіб, за допомогою якого виконується це зворотний осмос. Для очищення потрібна спеціальна мембрана з дуже дрібними порами. Через пори проходять лише невеликі молекули. Забруднюючі речовини відрізняються великим розміром, Чим молекули води, тому не проходять крізь мембрану. Таке фільтрування виконується під тиском. Утворений розчин із забруднюючих речовин утилізується.

Методи, що використовуються у побутових фільтрах

Всі ці методи використовуються для очищення рідин, у тому числі стічних вод. Але в більшості випадків людей цікавить, як очистити воду вдома для споживання та побутових цілей. Очищення води у домашніх умовах передбачає використання всіх названих способів. Лише частина їх реалізується в сучасних приладах. Можна очистити воду з-під крана і без фільтра. Цей метод – кип'ятіння. Однак набагато частіше воду чистять спеціалізованими пристроями, що фільтрують.

У фільтрах задіяні такі методи очищення питної води як механічна фільтрація, Іонний обмін, сорбція, зворотний осмос. Іноді застосовуються деякі інші, але набагато рідше.

Всі ці сучасні методи очищення води реалізуються в картриджних проточних фільтрів. У таких приладах очищають водопровідну воду кілька етапів. На першому етапі здійснюється механічна фільтрація, потім усуваються розчинені речовини методами сорбції та іонного обміну, а на завершення вода може пропускатися через зворотноосмотичну мембрану.

19.02.2014

Способи очищення води

Багато авторів вважають однією з причин старіння організму - зниження здатності клітин пов'язувати обов'язкове обміну речовин кількість води, тобто. вікову дегідратацію. Вода є основним середовищем, у якому йдуть численні хімічні реакціїта фізико-хімічні процеси обміну речовин. Організм точно регулює вміст води у кожному органі, кожній тканині. Постійність внутрішнього середовища організму, зокрема і певну кількість води, - одне з основних вимог повноцінної життєдіяльності. Людина може пити велику кількість води, але не може уповільнити віковий процес зменшення води в організмі.

Вода, що використовується організмом, суттєво відрізняється від звичайної. Звичайна вода забруднена в процесі техногенної діяльності людини різноманітними речовинами, а саме: іонами неорганічних сполук, найдрібнішими частинками твердих домішок, органічними речовинамиприродного та штучного походження, мікроорганізмами та продуктами їх життєдіяльності, розчиненими газами. Виявлено взаємозв'язок між різноманітними захворюваннями живого організму та розміром "навантаження" шкідливих домішок у питній воді. Забруднення ж на клітинному рівні призводить до незворотних процесів, втрати імунітету.

Методи очищення води у побутових умовах

Для очищення води у домашніх умовах люди застосовують різноманітні способи. Але далеко не всі знають, як правильно їх потрібно здійснювати і який при цьому може виникнути побічний результат.

Усі методи очищення води можна умовно поділити на дві групи: очищення без застосування фільтрів та очищення із застосуванням фільтрів.

Очищення води без фільтрів.

Даний варіант переважно популярний і доступний, так як з метою очищення води немає необхідності придбання додаткових пристроїв, крім звичайного кухонного посуду. До найпоширеніших прийомів належать:

· Кип'ятіння

· Відстоювання

· Виморожування

Кип'ятіння

Всі ми знаємо, що сиру воду не можна вживати, тільки кип'ячену. Кип'ятіння використовують для знищення органіки (вірусів, бактерій, мікроорганізмів та ін), усунення хлору та інших низькотемпературних газів (радон, аміак та ін). Кип'ятіння дійсно допомагає певною мірою очистити воду, але даний метод має певний ряд побічних ефектів.

Перший - за кип'ятіння змінюється структура води, тобто. вона стає "мертвою", тому що відбувається випаровування кисню. Чим довше ми кип'ятимо воду, тим більше знищується в ній патогенів, але тим більше вона стає марною для організму людини.

Другий - оскільки при кип'ятінні здійснюється випаровування води, то концентрація солей у ній збільшується. Вони відкладаються на стінках чайника у вигляді накипу та вапна і потрапляють в організм людини при подальшому споживанні води з чайника.

Як нам відомо, солі мають тенденцію накопичуватися в організмі, що призводить до різноманітних хвороб, починаючи від захворювань суглобів, утворення каменів у нирках та окам'янення (цирозу) печінки, і закінчуючи артеріосклерозом, інфарктом та багато інших. ін. Крім цього, безліч вірусів можуть спокійно перенести кип'ятіння води, тому що для їх знищення потрібні набагато вищі температури. Також зауважимо, що при кип'ятінні води видаляється лише газоподібний хлор. У лабораторних дослідженнях було підтверджено той факт, що після кип'ятіння водопровідної водиутворюється додатковий хлороформ (викликає ракові захворювання), навіть якщо перед кип'ятінням води було звільнено від хлороформу продуванням інертним газом.

Висновок. Після кип'ятіння ми п'ємо "мертву" воду, в якій присутні дрібна завис і механічні частинки, солі важких металів, хлор і хлорорганіку (хлороформ), віруси та ін.

Відстоювання

Відстоювання застосовують з метою видалення води хлору. Зазвичай, для цього водопровідну воду наливають у велике відро і залишають у ньому кілька годин. Без перемішування води у відрі усунення газоподібного хлору відбувається приблизно з 1/3 глибини від поверхні води, тому для отримання будь-якого помітного ефекту потрібно слідувати відпрацьованим способам відстоювання.

Результативність цього способу очищення води залишає бажати кращого. Після відстоювання потрібно кип'ятити воду.

Виморожування

Цей спосіб використовують для результативного очищення води за допомогою її перекристалізації. Цей метод значно ефективніший за кип'ятіння і навіть перегонки, тому що фенол, хлорфеноли і легка хлорорганіка (ряд хлорвмісних сполук - найстрашніша отрута) переганяються разом з водяною парою (останнє дамо на замітку шанувальникам дистильованої води).

Багато хто під цим способом мають на увазі наступне: налити воду в тару і поставити її в холодильник до утворення льоду, потім вийняти тару з холодильника і розморозити її для пиття. Відразу зауважимо, що ефект очищення води вищенаведеним способом нульовий, тому що виморожування - дуже складний і затяжний процес, результативність якого повністю залежить від точного дотримання розроблених методик.

Цей метод ґрунтується на хімічному законі, згідно з яким при замерзанні рідини спочатку в найбільш холодному місці кристалізується основна речовина, а вже в подальшому найменш холодному місці твердне все, що було розчинене в основному речовині. Цей процес можна спостерігати на прикладі свічки. У затухлій свічці подалі від гніт виникає чистий прозорий парафін, а посередині, де горів гніт, накопичується сажа і віск виходить брудним. Цьому закону підпорядковуються всі рідкі речовини. Важливе тут – забезпечити повільне заморожування води та вести його так, щоб в одному місці судини його було більше, ніж в іншому. Так як цей метод дуже змістовний, то наводити його тут не будемо. Зауважимо лише те, що обробка води методом виморожування може протікати кілька годин із постійним відстеженням процесу. Інакшеефективність різко знижується.

Очищення води із застосуванням фільтрів

Для усунення шкідливих домішок із водопровідної води застосовують різноманітні фільтри. У домашніх умовах часто застосовуються різноманітні глечики та насадки на кран.

Методів водопідготовки та способів очищення води вигадано вже багато. Причин забруднень питної води є багато. В основному всі вони так чи інакше пов'язані з джерелами води. Кожен тип джерела має характерні причини, що викликають забруднення води.

Вирішенням проблем, пов'язаних із забрудненнями води, є її очищення. У наш час є ряд методів водопідготовки та способів очищення води, що дозволяють досягти високої якості питної води практично з будь-якого джерела.

Існують такі способи отримання гарантованої високої якості питної води з різних джерел:

· Спосіб осадження

· Освітлення води

· Мембранні способи

· Хімічні реагенти для окислення

· Адсорбція

· Знезалізнення води

· Пом'якшення води

· Знесолювання води

· Кондиціювання води

· Знезараження води

· Видалення органічних забруднень

· Дехлорування води

· Видалення нітратів

Класичні методи очищення питної води

Озонування

Проблема постачання людей питною водою, Що відповідає вимогам стандарту, є однією з найважливіших проблем, вирішення яких стоїть перед підприємствами та організаціями водозабезпечення Росії.

У процесі зарегулювання річок та будівництва на них водосховищ виникли умови для появи планктону, що впливає на збільшення кольоровості та появу у воді присмаків та запахів. Органічні домішки та хімічні забрудненнявиносяться у водойми з неочищеними стічними водами населених пунктів та промислових підприємств. У результаті в багатьох водоймах, особливо поблизу великих населених пунктів, природна вода містить феноли (до 2 - 7 ГДК), хлорорганічні пестициди, амонійний та нітритний азот (до 10 - 16 ГДК), нафтопродукти та багато інших забруднення.

Аварійні ситуації, що періодично з'являються, призводять до значного погіршення якості води природних джерел і відповідно якості питної води. У підземних водахчасто виявляються марганець, аміни, нафтопродукти.

Бар'єрна значимість наявних водопровідних очисних будівель незначна, й у питній воді, вживаної людьми, містяться майже самі забруднення, як у природній воде. Одним з найбільш значних та високоефективних методів очищення води від зазначених забруднень вважається озонування. Озонування води дозволяє значно покращити якість питної та очищеної стічної води та вирішити труднощі: охорони здоров'я та екології.

Озонування води дає можливість окрім вирішення важливих завдань щодо покращення якості очищених стічних вод, спростити технологію підготовки природних вод. Переважно широке використання технологія озонування набула у сфері виробництва питної води. У існуючому розмаїтті методів та способів вирішення завдань якісного очищення та знезараження води озонування є кращим, що пов'язано:

· Проблемами вирішення завдань, пов'язаних з виникненням в очищеній воді в результаті її хлорування токсичних хлорорганічних утворень;

· недостатньою кількістю хлорреагентів, що виробляються російською промисловістю;

· Можливістю виробництва озону на місці використання;

· Підвищеною активністю озону щодо знезараження води від бактерій та вірусів.

Озонування можна використовувати як додатковий спосіб очищення води замість класичного хлорування, у поєднанні з хлором, перекисом водню та іншими окислювачами, разом з УФ-опроміненням, обробкою ультразвуком, фільтрацією із застосуванням піску, активованого вугілля, іонообмінних смол.

Перевага озонування полягає в тому, що під впливом озону одночасно із знезараженням відбувається знебарвлення води, а також видаляються запахи та присмаки води та взагалі покращуються її смакові якості. Озон не змінює природні властивості води, так як його надлишок (озон, що не прореагував) через кілька хвилин перетворюється на кисень.

Озонне опрацювання усуває земляний присмак води внаслідок зменшення концентрації геосміну у 5-10 разів. Незважаючи на виникнення води після переробки озоном нового смакового компонента, сумарні смакові якості озонованої води покращуються.

Озон почали використовувати для дезінфекції питних вод раніше, ніж хлор. Але незважаючи на це озон ще не знайшов необхідного застосування у методиці водопідготовки, особливо в Росії. Основними причинами цього була, мабуть, нестача електроенергії, а також те, що хімічні та фізичні властивості водного розчину озону ще мало досліджені. В даний час на ряді водопідготовчих установок в теплоенергетиці сталася також проблема інтенсивного заростання іонообмінних фільтрів біомасою. Не змінюючи іонообмінних властивостей завантаження біомаса збільшує опір завантаження, що призводить до значного зниження швидкості фільтрування.

Згідно з літературними джерелами, з метою запобігання становленню біомаси та стерилізації фільтрів використовують різноманітні окислювачі, такі як активний хлор, що міститься в електроактивованому розчині хлористого натрію, формальдегід, пероцтова кислота, хлорамін Т та ін.

Процес бактерицидного впливу хлору та його кисневмісних сполук полягає у взаємодії зі складовими елементами клітини мікроорганізму, в першу чергу з ферментами, що впливає на обмін речовин у клітині та відмирання мікроорганізмів. У практиці переробки води використовують вільний хлор, солі хлорноватої кислоти (гіпохлорити) та діоксид хлору ClO2. При розчиненні хлору у воді виникає гідроліз з появою хлорноватої та хлороводневої (соляної) кислот.

Головний контрольно-випробувальний центр питної води (ГІЦ ПВ)

Вода – це речовина, яку ми вживаємо щодня, та для здоров'я людини дуже важливо пити якісну воду. У різних країнах є різні стандарти води «під крана», за якими визначаються прозорість і вміст у ній різних речовин. Росія не належить до країн із найсуворішими нормами. Навіть якщо у воді є важкі метали, малоймовірно, що організації, що здійснюють водопостачання, це широко афішуватимуть. Хоча патогенні мікроорганізми зазвичай у воді «під крана» не зустрічаються, різних хімічних речовин у ній містяться достатньо. Якщо самостійно не подбати про чистоту води, то можна заробити у зв'язку з цим набір найнеприємніших захворювань. Тому ми пропонуємо ознайомитись з тим, які існують сучасні методи очищення води .

Зараз можна зустріти багато неоднозначної інформації про методи та системи, що використовуються для очищення води. У цій статті дається огляд сучасних методів очищення води для домашнього та промислового використання, а також прояснюються деякі питання щодо ефективності цих методів.

1. Вугільні фільтри

Переваги вугільних фільтрів:

• Відмінно видаляють пестициди та хлор.
• Недорогі.

Фільтри бувають всіх форм та розмірів. Це один із найстаріших і найдешевших способів очищення води. У більшості вугільних фільтрів використовується активоване вугілля. Вода легко проходить через фільтр з активованим вугіллям, який має велику площу поверхні пор (до 1000 м 2 /г), в яких відбувається адсорбція забруднюючих речовин. Активоване вугілля використовується як у формі твердих блоків, так і в гранульованій формі. Через твердий блок вода проходить довше, що робить подібні фільтри ефективнішими у поглинанні забруднень. Фільтри з активованим вугіллям найкраще підходять для видалення таких забруднювачів, як інсектициди, гербіциди та поліхлоринатні біфеніли. Вони можуть також видаляти багато промислових хімікатів і хлору. Але активоване вугілля не видаляє більшість неорганічних хімічних речовин, розчинених важких металів (наприклад, свинець) чи біологічні забруднення. Щоб деякою мірою впоратися з цими недоліками, багато виробників використовують активоване вугілля в поєднанні з іншими способами очищення, такими як керамічні фільтри або ультрафіолетове випромінювання, про які йтиметься пізніше. Навіть із цими вдосконаленнями, однак, вугільні системи фільтрації мають свої обмеження та недоліки.

Недоліки вугільних фільтрів:

• Чи не видаляють бактерії.
• Недовговічні.

Вугільні фільтри є відмінним середовищем для розмноження бактерій. Якщо вода не піддавалася обробці хлором, озоном або іншим способом бактерицидного захисту перед фільтрацією, то бактерії з води осядуть у фільтрі і там розмножуватимуться, забруднюючи воду, що проходить через нього. Тому не рекомендується використовувати вугільний фільтр у тому випадку, коли вода надходить безпосередньо з природного джерела. Деякі виробники стверджують, що проблема вирішується за допомогою додавання срібла. На жаль, ця технологія працює недостатньо ефективно. Вода повинна залишатися в контакті зі сріблом набагато довше, щоб з'явився суттєвий ефект. Також згодом вугільні фільтри починають втрачати свою ефективність. Поступово фільтр втрачає здатність затримувати забруднення і дедалі більше домішок потрапляє у відфільтровану воду. При цьому вода продовжує протікати через фільтр з легкістю, і дізнатися, наскільки ефективно працює фільтр, можна тільки за допомогою аналізу якості води, але не у всіх будинку є лабораторія. Тому фільтр необхідно замінювати через певний проміжок часу або після фільтрації певного об'єму води.

Недоліки керамічних фільтрів:

• Неефективні проти органічних забруднювачів та пестицидів.

Керамічні фільтри є неефективними при видаленні органічних забруднювачів або пестицидів. Тому ці фільтри не рекомендується використовувати для очищення води в домашніх умовах. Будинки їх варто використовувати у парі з вугільним фільтром.

Недоліки озонування:

• Цей метод не дозволяє видаляти важкі метали, мінерали та пестициди.
• Озон швидко розпадається на кисень і втрачає свою ефективність.
• Дуже дорогий спосіб.
• Озон є дуже отруйною речовиною, тому робота системи має ретельно контролюватись датчиками.

Для отримання питної води одного озонування недостатньо. Воно не видаляє важкі метали, мінерали та пестициди. І, на відміну від хлору, який залишаючись у воді, продовжує виконувати свою функцію, озон має дуже короткий термін дії. Він розпадається майже миттєво і немає залишкового ефекту очищення. Ще один камінь спотикання в озонуванні води – це ціна. Використовувати озонування в домашніх умовах виходить дуже дорого.

4. Ультрафіолетове випромінювання

Переваги використання УФ-випромінювання:

• Вбиває бактерії та віруси.

Коли мікроорганізми, такі як бактерії та віруси, поглинають ультрафіолетове випромінювання, починають відбуватися певні реакції, що викликають їх загибель. Це робить УФ-випромінювання дуже ефективним методомзнищення патогенних мікроорганізмів, таких як кишкова паличка та сальмонела без додавання хімічних речовин, наприклад, хлору. УФ-випромінювання є одним із небагатьох способів очищення, що дозволяє знищувати віруси, що особливо важливо у сільській місцевості, де немає інших способів отримання якісної води.

Недоліки УФ-випромінювання:

• Неефективно проти всіх організмів.
• Неможливо видаляти важкі метали, пестициди, інші фізичні забруднювачі.

5. Іонообмінні фільтри для води

Переваги іонообмінних фільтрів:

• Продовжують роботу водонагрівачів, пральних машин.

Недоліки іонообмінних фільтрів:

• Чи не очищають воду і не роблять її безпечною для людини.

Іонообмінні фільтри діють як пом'якшувачі води і не впливають на мікроорганізми. Пом'якшення жорсткої води добре для пральної машинита водонагрівача, а також при купанні. Жорстка вода більше стягує шкіру, і мило в ній гірше милиться. Однак м'яка вода не є кориснішою, ніж жорстка. Пом'якшувачі не очищають воду.

6. Мідно-цинкові системи очищення води

Переваги мідно-цинкових систем очищення:

• Ефективно видаляють хлор та важкі метали.

Подібні фільтри води продаються під назвою KDF. Вони використовують запатентований мідно-цинковий сплав, що міститься у фільтрі як гранул. Молекули міді та цинку діють як різні полюси в батареї. При проходженні забрудненої води через гранули одна частина домішок прямує у бік цинку, інша частина домішок із протилежним зарядом прямує у бік міді. При цьому відбуваються окисно-відновні реакції, при яких знешкоджуються потенційно небезпечні хімічні речовини. Внаслідок обробки хлорованої води утворюється хлористий цинк. Також подібні фільтри знижують вміст ртуті, миш'яку, заліза та свинцю. При проходженні через фільтр у воді знищуються бактерії та інші організми.

Недоліки мідно-цинкових систем очищення:

• Неефективні проти пестицидів та органічних забруднювачів.

Мідно-цинкові системи очищення не дозволяють видаляти пестициди та інші органічні забруднювачі. Тим не менш, KDF-системи зазвичай включають блок вугільних фільтрів, щоб усунути ці недоліки.

7. Системи зворотного осмосу

Переваги систем зворотного осмосу:

• Добре очищають воду від металів, бактерій, вірусів, мікроорганізмів, а також органічних та неорганічних хімічних речовин.

Спочатку система зворотного осмосу використовувалася для опріснення морської води. Під час очищення вода під тиском проходить через напівпроникну синтетичну мембрану. За сприятливих умов даний спосібфільтрації дозволяє видаляти від 90% до 98% важких металів, вірусів, бактерій та інших організмів, органічних та неорганічних хімічних речовин.

Недоліки систем зворотного осмосу:

• Велика кількість води у вигляді відходів.
• Синтетична мембрана деградує під впливом хлоридів та фізичних забруднювачів.
• У системі можуть розмножуватись бактерії.
• Гірше працюють із твердою водою.

Незважаючи на свої переваги системи зворотного осмосу мають істотні недоліки. Для початку, вони надзвичайно ресурсомісткі; для отримання 1 л чистої води каналізацію змивається 3-8 л забрудненої води. Факт, що ця вода, що зливається, містить концентровані забруднюючі речовини, змусив деякі співтовариства, які страждають від нестачі води, повністю заборонити подібні системи очищення.

Ці системи належної роботи також вимагають мінімального тиску води 2,7 атм. Необхідно вживати заходів щодо підтримки цілісності мембрани, яку треба замінювати кожні кілька років.

Мембрана погіршує свої властивості у присутності хлору та при очищенні каламутної води. Тому системи зворотного осмосу вимагають попереднє очищення води вугільним фільтром.

Системи зворотного осмосу також є гарним середовищем для розмноження бактерій, що може вимагати встановлення вугільного фільтраміж блоком зворотного осмосу та резервуаром для зберігання води та ще одного фільтра між накопичувальним баком та краном, з якого зливається вода. І, нарешті, якщо вода досить жорстка, то може знадобитися додаткова системапом'якшення води.

Враховуючи перелічені недоліки, дійсно важко розглядати ці системи як кращого способуочищення води.

8. Дистиляція

Переваги дистиляції:

• Видаляє широкий спектр забруднюючих речовин, корисна як перший етап очищення.
• Можна використовувати багаторазово.

При правильному виконаннідистиляції вона забезпечує отримання досить чистої та безпечної води. Є критики вживання дистильованої води, але багато людей вживають дистильовану воду роками, не відчуваючи при цьому жодних проблем зі здоров'ям. Дистиляція є відносно простим процесом: вода нагрівається до кипіння і перетворюється на пару. Кип'ятіння вбиває різні бактерії та інші патогени. Отриманий при кип'ятінні пар охолоджують і знову одержують воду.

Недоліки дистиляції

• Забруднюючі речовини переносяться до конденсату.
• Потрібний догляд для забезпечення чистоти дистилятора.
• Повільний процес.
• Споживає велику кількість водопровідної води (для охолодження) та енергії (для нагріву).

Неорганічні забруднювачі здатні мігрувати вздовж тонкої плівки води, що утворюється на внутрішніх стінках. Також у воду переходять забруднюючі речовини зі скла чи металу, у яких нагрівається вода.

Органічні сполуки з температурою кипіння нижче 100°C автоматично переходять у дистилят, і навіть органічні сполуки з температурою кипіння більше 100°C можуть розчинитися у водяній парі і також перейти в дистилят. Під час кипіння за рахунок енергії, що надходить, можуть утворитися нові хлорорганічні сполуки.

Дистиляція є повільним процесом, який потребує зберігання води протягом тривалого часу. За час зберігання можливе повторне забруднення води речовинами з навколишнього повітря.

Дистиляція вимагає великої кількості енергії та води і, отже, є дорогим процесом експлуатації. Крім того, потрібне регулярне чищення дистилятора від забруднювачів, накопичених у процесі.

Ця стаття заснована на матеріалах роботи доктора Девіда Вільямса, лікаря, біохіміка, фахівця із природного лікування.

(Переглянули18 261 | Подивилися сьогодні 1)

Інноваційний фільтр Naked Filter для багаторазової пляшки від Liquidity

Очищення води призначене доведення всіх параметрів, що характеризують її якість, до нормативних показників. Істотно відрізняється очищення води для питних потреб, у технологічних цілях (як із поверхневих водойм, так і підземних вод) та очищення стічних вод.

Причому далі для промислових стоків, що скидаються у водойми або на ґрунт і зливаються в систему каналізації, нормативи та вимоги до очищення різні. І вони постійно посилюються. Вважається, що сумарні витрати на очищення стічних вод сучасних підприємств у середньому становлять від 15 до 40% їхньої загальної вартості.

Методи очищення води при всьому їх різноманітті можна поділити на три групи: механічні, фізико-хімічні та біологічні.

Механічна очистка застосовується, перш за все, для відділення твердих та завислих речовин. Найбільш типовими в цій групі є способи проціджування, відстоювання, інерційного поділу, фільтрування та нафтовловлення (як різновид відстоювання).

Проціджування- первинна стадія очищення стічних вод - вода пропускається через спеціальні металеві ґрати з кроком 5-25 мм, встановлені похило. Періодично вони очищаються від осаду за допомогою спеціальних поворотних пристроїв.

Відстоюваннявідбувається у спеціальних ємностях, які за напрямом руху води ділять на горизонтальні, вертикальні, радіальні та комбіновані. Спільними для них є вихід очищеної води у верхній частині відстійника та гравітаційний принцип осадження частинок, що збираються внизу. Різновидом відстійника є пісковловлювачі, що застосовуються для виділення частинок піску в стоках ливарних цехів, окалини - у стоках ковальсько-пресових та прокатних цехів. Як правило, час знаходження води в пісковловлювачах набагато менше, ніж у відстійниках, де воно доходить до 1,5 годин (для стічних вод).

Інерційний поділздійснюється у гідроциклонах, принцип дії яких аналогічний циклонам для очищення газів. Розрізняють відкриті та напірні гідроциклони, причому перші мають велику продуктивність та малі втрати напору, але програють в ефективності очищення (особливо від дрібних частинок).

Фільтруванняздійснюється найчастіше через пористі пов'язані чи незв'язані матеріали. Як правило, фільтри очищають воду від тонкодисперсних домішок навіть за невеликих концентрацій. Фільтроматеріали досить різноманітні: кварцовий пісок, гравій, антрацит, частинки металів та ін. Піщані фільтри – основні очищувачі при водопідготовці. Нафтовишкиу найпростішому виконанні є відстійники, у яких вихід очищеної води відбувається знизу, а нафтова плівка збирається зверху.

Фізико-хімічне очищення забезпечує відділення як твердих та зважених частинок, так і розчинених домішок. Вона включає безліч різних способів, найважливішими є екстракція, флотація, нейтралізація, окислення, сорбція, коагуляція, іонообмінні методи.

Екстракція- процес поділу домішок у суміші двох нерозчинних рідин (екстрагента та стічної води). Наприклад, у спеціальних колонках (порожнистих або заповнених насадками) стоки змішуються з екстрагентом, що відбирає шкідливі речовини: так бензолом видаляється фенол.

Флотація- процес випливання домішок (найчастіше маслопродуктів) при обволіканні їх бульбашками повітря, що подається в стічні води. У деяких випадках між бульбашками та домішками відбувається реакція. Різновид методу - електрофлотація, за якої вода додатково знезаражується за рахунок окислювально-відновних процесів у електродів.

Нейтралізація- обробка води лугами або кислотами, вапном, содою, аміаком тощо з метою забезпечення заданої величини водневого показника рН. Найпростіший спосіб нейтралізації стічних вод - змішання кислих та лужних стоків, якщо вони є на підприємстві.

Окислення- застосовується як при водопідготовці, так і при обробці стічних вод для знезараження води та знищення токсичних біологічних домішок. Найбільш поширений спосіб - хлорування - загрожує, як вказувалося раніше, появою діоксинів (особливо при вимушеному підвищенні дози хлору влітку або в період паводку, так званому гіперхлорування). Необхідно поступово переходити на інші способи, наприклад, на комбінацію озонування та хлорування. Озонування - дорого і більш короткочасної дії, але вона перспективніша. В даний час відпрацьовуються комбінації реагентів з ультрафіолетовою обробкою води.

Сорбція,як і при обробці газових викидів, здатна забезпечувати ефективне очищення води від солей важких металів, ненасичених вуглеводнів, частинок барвників. Кращим сорбентом і тут є активоване вугілля, це відноситься і до різних мінералів (шунгіту, цеоліту та ін), спеціально оброблених тирсі, сажі, частинок титану та ін. На цих сорбентах працюють багато побутових фільтрів для води: «Джерельце», «Роса ».

Коагуляція- Обробка води спеціальними реагентами з метою видалення небажаних розчинених домішок. Широко поширена під час водопідготовки. Обробка ведеться сполуками алюмінію або заліза, при цьому утворюються нерозчинні тверді домішки, що відокремлюються звичайними способами. Для стічних вод широко застосовується електрокоагуляція, коли поблизу електродів утворюються іони (результат анодного розчинення матеріалу електродів), реагують з домішками. Так відокремлюють важкі метали, ціани та ін.

Іонообмінні методидосить ефективні для очищення багатьох розчинів і навіть важких металів. Очищення проводиться синтетичною іонообмінною смолою і, якщо їй передує механічне очищення, дозволяє отримати виділені з води метали як порівняно чистих концентрованих солей.

Останнім часом за кордоном (особливо для водопідготовки) використовують установки зворотного осмосу.Вони вода продавлюється через набір спеціальних мікроплівок при високому тиску (до 30 МПа). Ці установки надзвичайно ефективні як останні щаблі (тобто для тонкого очищення). Але вони досить дорогі та енергоємні.

Біологічне очищення можлива у природних умовах та у штучних спорудах. І в тому, і в іншому випадку органічні домішки обробляються редуцентами (бактеріями, найпростішими водоростями) і перетворюються на мінеральні речовини. У природних умовах очищення проводиться на полях фільтрації чи зрошення (через ґрунт) або в біологічних ставках. Останні можуть бути з піддувом повітря (зі штучною аерацією). Як штучні споруди можуть застосовуватися аеротенки, окситенки, метатенки та біофільтри. У тінках (аеро- з подачею повітря; окси- з подачею кисню; мета-без доступу повітря) стічні води обробляються мікроорганізмами. Але для їх нормального функціонування необхідні певні умови щодо температури, рН та відсутності багатьох солей. Тому різновиди цих споруд найчастіше застосовуються на тих очисних спорудах каналізації, куди не надходять промстоки. На промислових очисних спорудах найчастіше застосовуються біофільтри, в яких активне біологічне середовище утворюється на спеціальному завантаженні (шлак, керамзит, гравій). Це біологічне середовище (плівка) менш чутливе до коливань параметрів середовища та стічних вод. Активність біоплівки збільшується при піддуві повітря, що зазвичай подається протитечією.

Вибір способів очищення та знезараження води залежить від багатьох параметрів та вимог, найважливіші з яких: необхідний ступінь очищення та вихідна забрудненість води, потрібні витрати та час очищення, наявність очисників та енергії та, звичайно, економічні можливості. Але при всіх методах очищення слід звертати увагу на питання утилізації осаду, що утворюється для обробки води (особливо токсичних промстоків). Як правило, осад зневоднюється та вивозиться на спеціальні полігони для поховання. Або обробляється у біологічних спорудах. Досить ефективні для переробки опадів (зокрема токсичних) деякі рослини типу гіацинтів, очерету. Існують спеціальні печі для спалювання токсичних відходів з дуже високою повнотою згоряння (за рахунок створення зваженого шару згоряючої речовини, тангенціальної подачі палива), та чотириступеневим очищенням газових викидів (печі канадсько-американської фірми професора Ормстона). Є й вітчизняні розробки зі спалювання цього осаду в металургійних, спеціально обладнаних печах із отриманням порівняно нешкідливого будівельного матеріалу.

Фізико-хімічні способи очищення води

Як випливає з назви, методи очищення води цієї групи поєднують у собі хімічну та фізичну дію на забруднювачі води. Вони досить різноманітні і застосовуються для видалення різних речовин. Серед них розчинені гази, тонкодисперсні рідкі або тверді частинки, іони важких металів, а також різні речовини в розчиненому стані. Фізико-хімічні методи можуть застосовуватися як на стадії попереднього очищення, і на пізніх етапах для глибокого очищення.

Різноманітність методів цієї групи велика, тому нижче будуть наведені найпоширеніші з них:

• флотація;
• сорбція;
• екстракція;
• іонообмін;
• електродіаліз;
• Зворотній осмос;
• Термічні методи.

Флотація, Щодо водоочищення, являє собою процес відділення гідрофобних частинок при пропусканні через воду великої кількості бульбашок газу (зазвичай повітря). Показники змочуваності забруднювача, що відокремлюється, такі, що частинки закріплюються на поверхні розділу фаз бульбашок і разом з ними піднімаються на поверхню, де утворюють шар піни, який може бути легко видалений. Якщо частка, що відокремлюється, виявляється більше за розмірами ніж бульбашки, то разом вони (частка + бульбашки) утворюють так званий флотокомплекс. Нерідко флотацію комбінують з використанням хімічних реагентів, наприклад, що сорбуються на частинках забруднювача, чим досягається зниження його змочуваності, або є коагулянтами і ведуть до укрупнення частинок, що видаляються. Флотацію переважно використовують для очищення води від різних нафтопродуктів та олій, але також можуть видалятися тверді домішки, відділення яких іншими способами є неефективним.

Існують різні варіанти здійснення процесу флотації, через що виділяють наступні її типи:

• пінна;
• напірна;
• механічна:
• пневматична;
• електрична;
• хімічна та ін.

Наведемо як приклад принцип роботи деяких із них. Широко використовується метод пневматичної флотації, при якій освіта висхідного потоку бульбашок створюється за рахунок установки на дні резервуара аераторів, які зазвичай являють собою перфоровані труби або пластини. Повітря, що подається під тиском, проходить крізь отвори перфорації, за рахунок чого дробитися на окремі бульбашки, що здійснюють сам процес флотації. При напірній флотації потік води, що очищається змішується з потоком води, перенасиченої газом і що знаходиться під тиском, і подається в камеру флотації. При різкому падінні тиску розчинений у воді газ починає виділятися у вигляді бульбашок малого розміру. У разі електрофлотації процес утворення бульбашок протікає на поверхні розташованих у воді, що очищається електродів при протіканні по них електричного струму.

Сорбційні методизасновані на виборчому поглинанні забруднюючих речовин у поверхневому шарісорбенту (адсорбція) або в його обсязі (абсорбція). Зокрема для очищення води використовується процес адсорбції, який може мати фізичний та хімічний характер. Відмінність полягає в способі утримання забруднювача, що адсорбується: за допомогою сил молекулярної взаємодії (фізична адсорбція) або завдяки утворенню хімічних зв'язків (хімічна адсорбція або хемосорбція). Методи цієї групи здатні досягти великої ефективності та прибирати з води навіть малі концентрації забруднювачів при великих її витратах, що робить їх кращими як методи доочищення на завершальних стадіях процесу водоочищення та водопідготовки. Сорбційними методами можуть видалятися різні гербіциди та пестициди, феноли, поверхнево-активні речовини і т.д.

Як адсорбенти використовуються такі речовини як активоване вугілля, силікагелі, алюмогелі та цеоліти Їхня структура робиться пористою, що значно збільшує питому площу адсорбенту, що припадає на одиницю його обсягу, через що досягається більша ефективність процесу. Сам процес адсорбційної очистки може бути здійснений шляхом змішування води, що очищається, і адсорбенту, або ж шляхом фільтрації води через шар адсорбенту. Залежно від сорбуючого матеріалу і видобутого забруднювача процес може бути регенеративним (адсорбент після регенерації використовується знову) або деструктивні, коли адсорбент підлягає утилізації через неможливість його регенерації.

Очищення води методом рідинної екстракціїполягає у використанні екстрагентів. Що стосується очищення води, ектсрагент - це рідина, що не змішується або мало змішується з водою, значно краще розчиняє в собі забруднювачі, що витягуються з води. Процес здійснюється наступним чином: вода, що очищається, і эктрагент перемішуються для розвитку великої поверхні контакту фаз, після чого в них відбувається перерозподіл розчинених забруднюючих речовин, більша частина яких переходить в екстрагент, потім дві фази розділяються. Насичений забруднювачами екстрагент називається екстрактом, а очищена вода - рафінатом. Далі екстрагент може бути утилізовано або регенеровано залежно від умов процесу. Даним методом з води видаляються переважно органічні сполуки, такі як феноли та органічні кислоти. Якщо речовина, що екстрагується, становить певну цінність, то після регенерації екстрагента вона замість утилізації може бути з користю використана для інших цілей. Даний факт сприяє застосуванню екстракційного методу очищення до стічних вод підприємств для вилучення та подальшого використання або повернення у виробництво ряду речовин, що втрачаються зі стоками.

Іонний обмінпереважно використовується у водопідготовці з метою пом'якшення води, тобто вилучення солей жорсткості. Суть процесу полягає в обміні іонами між водою та спеціальним матеріалом, званим іонітом. Іоніти поділяються на катіоніти і аніоніти в залежності від типу іонів, що обмінюються. З хімічної точки зору іоніт є високомолекулярною речовиною, що складається з каркасу (матриці) з великою кількістю функціональних груп, здатних до іонообміну. Існують природні іоніти, такі як цеоліти та сульфовугли, які застосовувалися на ранніх етапах розвитку іонообмінної очистки, але в даний час широкого поширення набули штучні іонообмінні смоли, що значно перевершують свої природні аналоги з іонообмінної здатності. Метод очищення іонним обміном набув широкого поширення, як у промисловості, і у побуті. Побутові іонообмінні фільтри, як правило, не використовуються для роботи із забрудненими водами, тому ресурсу одного фільтра вистачає на очищення великої кількості води, після чого фільтр підлягає утилізації. У той самий час при водопідготовці іонообмінний матеріал найчастіше підлягає регенерації з допомогою розчинів із великим вмістом іонів H + чи OH -- .

Електродіалізявляє собою комплексний метод, що поєднує мембранний та електричний процеси. З його допомогою можна видаляти з води різні іони та проводити знесолення. На відміну від звичайних мембранних процесів, в електродіалізі використовуються спеціальні іоноселективні мембрани, що пропускають іони лише певного знака. Апарат для проведення електродіалізу називається електродіалізатором і являє собою ряд камер, розділених катіонообмінними і аніонообмінними мембранами, що чергуються, в які надходить вода, що очищається. У крайніх камерах розташовані електроди, до яких підводиться постійний струм. Під дією виниклого електричного поляіони починаються рухатися до електродів згідно зі своїм зарядом, поки не зустрічають іоноселективну мембрану з зарядом, що збігається. Це призводить до того, що в одних камерах відбувається постійний відтік іонів (камери знесолення), а в інших навпаки спостерігається їх накопичення (камера концентрування). Розводячи потоки з різних камер можна отримати концентрований та знесолений розчини. Безперечні перевагиданого методу полягають не тільки в очищенні води від іонів, але і в отриманні концентрованих розчинів речовини, що відокремлюється, що дозволяє повертати його назад у виробництво. Це робить електродіаліз особливо затребуваним на різних хімічних підприємствах, де разом зі стоками втрачається частина цінних компонентів, і застосування цього методу здешевлюється за рахунок отримання концентрату.

Додаткова інформація з електродіалізу

Зворотний осмосвідноситься до мембранних процесів і проводиться під тиском більше осмотичного. Осмотичний тиск - надлишковий гідростатичний тиск, прикладений до розчину, відокремленого напівпроникною перегородкою (мембраною) від чистого розчинника, при якому припиняється дифузія чистого розчинника через мембрану в розчин. Відповідно, при робочому тиску вище осмотичного буде спостерігатися зворотний перехід розчинника з розчину, за рахунок чого концентрація розчиненої речовини зростатиме. У такий спосіб можна відокремлювати розчинені гази, солі (включаючи солі жорсткості), колоїдні частинки, а також бактерії та віруси. Також установки зворотного осмосу виділяються тим, що використовуються для отримання прісної води з морської. Даний тип очищення з успіхом використовується як у побутових умовах, так і при обробці стічних вод та водопідготовці.

Додаткова інформація щодо зворотного осмосу та систем зворотного осмосу

Термічні методизасновані на вплив на воду підвищених або знижених температур. Одним з найбільш енергоємних процесів є випарювання, проте воно дозволяє отримати воду високого ступеня чистоти та висококонцентрований розчин із нелетючими забруднювачами. Також концентрування домішок може здійснюватися за допомогою виморожування, оскільки в першу чергу починає кристалізуватися чиста вода, і лише потім її частина з розчиненими забруднювачами. Випарюванням, як і виморожуванням, можна проводити кристалізацію - виділення домішок у вигляді кристалів, що випадають в осад, з насиченого розчину. В якості екстремального методу використовується термічне окислення, коли вода, що очищається, розпорошується і піддається впливу високотемпературних продуктів згоряння палива. Даний метод використовується для нейтралізації високотоксичних або забруднювачів, що важко розкладаються.