что такое технология очистки воды
Способы очистки воды
Содержание статьи:
Чистая вода в кране – один из признаков прогресса. Покупка питьевой воды в бутылках или умывание прозрачной водой из-под крана для нас так же естественны, как проживание в домах и пользование электричеством. Далеко не все регионы благополучны по доступности и качеству вод. Во-первых, есть континенты, где недостаток воды обусловлен климатом. Во-вторых, для использования человеком подходит только пресная вода, и многие страны сталкиваются с необходимостью опреснения.
Что происходит до того, как вода подпадает в ваш дом? Насколько безопасна вода из-под крана и какие методы очистки применимы к разным типам вод? Какие методы используют предприятия, а какое оборудование подойдет для дома? Рассмотрим современные промышленные и бытовые способы очистки воды в этой статье.
Водоочистка: основные методы и способы
Основными способами очистки воды являются:
1. Физические – прогонка загрязнённой воды через фильтры и мембраны либо ее отстаивание для удаления крупнофракционных, как правило, механических примесей.
2. Химические – использование реактивов и химически активных веществ для удаления одорирующих и цветовых компонентов воды.
3. Физико-химические – объединяют группу предыдущих методов, что позволяет удалить и механические и химические компоненты, которые загрязняли воду.
4. Биологические – с применением органических агентов: микробов, простейших, грибов и бактерий, разлагающих органику в воде в процессе своей жизнедеятельности. Способ в основном используется для очистки сточных вод.
Промышленные и бытовые фильтры для воды используют одинаковые принципы удаления примесей, запаха и улучшения вкуса воды. Применение того или иного метода очистки связано с качеством исходного сырья, требованиями к результату, располагаемыми площадями и бюджетом.
Рассмотрим каждый из способов и методов очистки подробнее.
Физические способы очищения загрязнённой воды
Очищение воды от грубых механический примесей и снижение ее мутности через физические методы очистки может показаться самым малоэффективным. На самом деле это – первый и основной этап, который позволяет добиться высоких показателей прозрачности, вкуса и запаха в остальных циклах. Физическая очистка – это и подготовительная, и самостоятельная технология. Она включает:
1. Процеживание. Удаление легко отделяемых крупных примесей посредством прохождения воды сквозь сита. Каждый из нас знаком с этой технологией: это и ситечко заварника, и сетка перед водосчетчиком и дуршлаг, через который вы отцеживаете компот. Упрощенно – технология работы понятна. В промышленных масштабах используются сетчатые фильтры вертикального и горизонтального исполнения, которые врезаются в водопровод и оснащаются насосами для поддержания напора в системе. В некоторых случаях такие фильтры – единственное оборудование очистки, если исходное качество воды высокое. Например, при монтаже домашней системы подъема воды из скважины фильтр-сетка необходим для защиты от песка и мелкого камня.
2. Отстаивание. Используется при обработке как подаваемой жидкости, так и стоков. Суть заключается в разделении воды и несмешиваемых с нею фракций. Это может быть как песок или ил, так и масла, омыленные остатки, что, соответственно, приводит к выпадению осадка или образованию пленки на поверхности. Удаление осевших или образовавшихся на поверхности воды отходов через отводной патрубок выполняется скребком, встроенным в емкость отстойника. Возможно использование переливных емкостей, где пополнение выполняется выше уровня слива и чистый сток уходит через нижний патрубок.
3. Фильтрование. Технически напоминает процеживание. Но при фильтрации прокачка воды выполняется через многослойный компонент, который может быть бумажным, целлюлозным, металлическим, пластиковым и имеет разную структуру, пористость и форму ячеек. В зависимости от состава материала сердечника и технологии, фильтрованием можно убрать мутность, цветность, запах и вкус.
4. УФ-обеззараживание. Санация разливаемой в бутылки воды на финальном этапе очистки, окончательное удаление микроорганизмов с целью продления срока её годности.
Химические способы водоочистки
Задача этого способа очистки – удалить загрязнители посредством химической реакции. Базовых технологий две: нейтрализация и окислительно-восстановительная реакция:
1. Нейтрализация. Уравновешивает рН воды за счет подкисления или щелочения. Обычно нейтрализация применяется при очистке сточных вод. Для химической реакции в воду добавляются реагенты или готовые вещества – растворы кислот, кислые газы, щелочные растворы.
2. Окисление и восстановление. Применяется для детоксикации вод и удаления опасных соединений, которые невозможно убрать нейтрализацией. Этот способ применяется и для стоков, и для подготовки технической и качественной бытовой воды. В ходе реакции достигается удаление опасных микроорганизмов. Самый простой пример – хлорирование воды, которое долго время являлось стандартом бактерицидной очистки воды для городских водозаборов. Кроме хлора, для химической очистки воды используется кислород и активные оксиды калия, магния, водорода, едкие соли, а также готовые растворы.
Физико-химическая водоочистка
Комбинированная методика удаления примесей, цвета, запаха и вкусовых агентов из воды. Объединяет большую группу технологий, используемых, чаще всего, на производствах или в магистральных водопроводах. Применение методов очистки воды этого типа возможно как на первых этапах, так и на стадии глубокой очистки. Некоторые технологии (флотация, например) используются при первичной очистке стоков пищевых производств.
1. Флотация – подача воздуха в очищаемую воду для создания пузырьков. Это ускоряет расслаивание воды и гидрофобных частиц, которые оседают в виде пленки на воздушных пузырьках и накапливаются на поверхности флотатора в виде пены. Далее она удаляется скребком.
2. Сорбция. – добавление в воду химических реагентов, способных притягивать и удерживать загрязнители на своей поверхности ил в своем объеме. Самые известные – это активированный уголь, силикагель, цеолит. Удаление сорбирующего вещества происходит через фильтрацию.
3. Экстракция. – добавление в воду условно гидрофобных веществ, которые способны смешиваться с присутствующими в жидкости загрязнителями. Экстрагент вступает в реакцию с загрязнителем быстрее, чем с водой, или же вообще в ней не растворяется. К таким веществам относятся минеральные масла, бензол – они применяются для химической очистки стоков.
4. Ионный обмен. Иначе его называют умягчением воды. Процесс заключается в удалении солей жесткости с применением регенерируемых ионообменных смол (ранее использовались сульфоугли или цеолиты).
5. Обратный осмос. Применяемый на производствах и в быту химический метод очистки питьевой воды. В основе – прогон жидкости через мелкосетчатый фильтр под давлением выше осмотического. Гарантирует высокие качественные показатели вода, а именно цветности, запаха и вкуса. Удаляет даже мелкие молекулы загрязнителей, включая растворенные газы и соли, бактерии, вирусы.
6. Электродиализ. Или обессоливание. В многокамерном аппарате одновременно проходит мембранное фильтрование и электролитическое воздействие на воду. В результате мы получаем концентрированный солевой раствор и чистую воду. Технология активно применяется при очистке промышленных стоков: с ее помощью можно получить концентрат ценных отходов для вторичной переработки. Например, на химических заводах.
Биологическая очистка воды
В отличие от химических и физических методов очищения, биологическая очистка относится к более новым и развивающимся технологиям. Биологическая очистка активно применяется для стоков. Основа технологии – применение живых организмов-переработчиков загрязняющих воду элементов. Цель – снизить нагрузку на окружающую среду, предотвратить цветение воды в местах слива, уменьшить количество бактериальных и патогенных флор в стоках, попадающих в землю и открытые водоемы.
Биологическая очистка стоков зависит от категории объекта, целей и задач. Разница не только в применяемых органических компонентах, но и типах оборудования. Для целей биологической очистки используются метантенки, окситенки, биопруды, биофильры. Для производственных циклов с вязкими, многокомпонентными или маслосодержащими отходами используется предварительное отстаивание, флотация, экстрагирование и другие предварительные способы очистки воды.
Обеззараживание сточных вод
Оборудование для подготовки воды для жилых объектов делится на две базовых категории: для технического и питьевого использования. Работа установок в основном базируется на физических и физико-химических способах. Существуют разные системы и фильтры для воды в доме, которые можно разделить по назначению:
Основное оборудование для очистки воды в квартире, доме, офисе
1. Механические фильтры грубой очистки для установки в водопроводах. Начальный барьер от крупных примесей.
2. Магистральные фильтры тонкой очистки – защита от запаха, улучшение цвета, уменьшение содержания взвесей.
3. Проточные фильтры на питьевую воду – для врезки перед питьевыми кранами, фонтанчиками, оборудованием, работающим на питьевой воде.
4. Системы обратного осмоса – качественная очистка до уровня промышленной бутилированной воды высей категории.
Использование химических или биологических методов очистки в условиях частного дома применимо к очистке стоков (септика) или при использовании фильтр-установок для бассейнов. Эти способы рассчитаны на большую производительность, кроме того – требуют затрат на приобретение установок, площади для их размещения и опыта для обслуживания. Подача воды в многоквартирные дома регламентирована нормами санбезопасности, поэтому очистка от песка, гнилостных бактерий, сероводорода в условиях центрального водоснабжения редко бывает актуальна. Для питья и приготовления пищи достаточно поставить проточный или обратноосмотический фильтр.
В загородных домах, где есть своя скважина, требуется больший комплект оборудования – станция комплексной очистки, установка обезжелезивания, дезинфектор, проточные и питьевые фильтры.
Оценка потребности в оборудовании и использовании тех или иных способов очистки производится на основе анализа химсостава исходной воды. Эта услуга позволит сэкономить на покупке оборудования и выбрать необходимые для вашего объекта установки и фильтры.
Очистка воды: способы и методы, современные технологии обработки до питьевой
Всем нам необходимо употреблять жидкость без вредных примесей, но нынешний уровень экологии оставляет желать лучшего. Поэтому сегодня особенно актуальна очистка питьевой воды: современные методы и способы обработки постоянно совершенствуются, и именно они будут в фокусе нашего внимания. Рассмотрим те варианты, которыми можно воспользоваться в промышленных и домашних условиях для удаления посторонних и опасных для здоровья элементов при заборе из скважины или другого источника.
Сразу отметим, что принципиально разных технологий несколько – можно разбить их на 4 группы:
В последние годы и даже десятилетия наблюдается стойкая тенденция к комбинированию: не ограничиваясь какой-то одной нишей, приемы и средства грамотно сочетают для повышения их эффективности. Использование тех или иных инструментов и мер зависит от целого ряда факторов, в числе которых и степень загрязнения, и характер примеси, и ее концентрация, и другие показатели. Теперь рассмотрим каждое семейство подробнее.
Биологические методы и способы очистки воды
Показывают хорошую результативность и по праву считаются передовыми. В случае с любым из них ключевую работу выполняют живые организмы – одно- и многоклеточные, грибки, бактерии, водоросли. Поэтому важно правильно подобрать их: так, те же Nitrosomonas быстро заставят осесть азотосодержащие соединения, но будут малоэффективны, когда потребуется удалить фосфор.
Такие помощники могут образовывать целые колонии, скапливающиеся в сточных каналах – активный ил: вязкую массу черного или коричневого цвета с сырым запахом. Еще один вариант их семейств – зооглеи шарообразной или другой формы.
Биометоды могут использоваться на следующих объектах:
водоемы естественного или искусственного происхождения;
масштабные очистные сооружения;
поля фильтрации – глина, торф, песок, суглинок, пропускающие сквозь себя воду в больших объемах;
метатенки – резервуары, в которых осуществляется анаэробная стабилизация стоков и осадков.
аэро- и окситенки – комплексы принудительного насыщения кислородом.
В первом и втором случае нежелательные примеси убирают микроорганизмы, проживающие в почве. В третьем с загрязнениями борется загрузочный материал, защищенный биопленкой – слоем бактерий-аэробов. В четвертом не нужен кислород и производится подача концентрированного осадка из отстойников. В пятом применяется активный ил.
Физические способы очистки воды
Они являются традиционными, но до сих пор распространены – главным образом на первых этапах восстановления высоких органолептических свойств рассматриваемой среды. Позволяют убрать крупные включения и существенно облегчить последующие технологические операции.
Наиболее актуальными из них остаются:
различные варианты фильтрования,
Теперь – подробнее о каждом. В первом случае жидкость в течение какого-то срока содержится в специальном резервуаре, и за это время загрязнения оседают на дне и стенках емкости (из-за гравитации). Во втором поток направляется через ряд сит, решеток и аналогичных улавливателей, задерживающих твердые и легко отделяющиеся частицы примесей. В обоих ситуациях выполняется так называемая грубая очистка воды – это механическое устранение нежелательных элементов. Есть еще и тонкая, и ее можно проводить при фильтрации, пуская среду через пористый материал (в роли которого может выступать песок или другие кварцевые соединения мелких фракций). Результат – улучшение цвета, прозрачности, запаха и вкуса.
И, наконец, ультрафиолетовая обработка, которая проводится дополнительно. УФ-волны частотой 200-400 нм запускают фотохимические реакции, повреждающие РНК и ДНК микробов, вирусов и прочих вредителей. Таким образом осуществляется обеззараживание жидкости без изменения ее структуры или уровня экологичности.
Химические способы водоочистки
Все они сводятся к правильному подбору ингредиентов и активизации нужных процессов – либо выпадения осадка, либо разложения на безопасные составляющие.
Методы данной категории можно условно разделить на 3 подгруппы:
Первый случай основан на кислотно-щелочном взаимодействии – выравнивается pH-уровень. Для этого нужно добавить в жидкость либо недостающую среду, либо средства-активаторы. Например, для стоков это либо Ca(OH)2 (известковое молоко) или Na2CO3, либо отходящие газы со значительной концентрацией NO2, CO2 или SO2.
Но как быть тогда, когда примеси не вступают в реакцию с вышеперечисленными соединениями? Нужно использовать более сильные вещества, обычно хлорсодержащие: Cl2, ClO2, NaClO, KClO, Ca(ClO)2. Не менее популярны H2O2, KMnO4, K2Cr2O7, O2 и O3 – запускающие реакции оксидации, в результате которых вредные добавки становятся либо менее токсичными, либо легче удаляемыми.
Ранее очистка воды химией путем хлорирования широко использовалась в централизованных системах водоснабжения. Ее применяли из-за низкой стоимости, впечатляющей эффективности и антибактериального действия реагентов. Но со временем стали проявляться и недостатки: по мере износа коммуникационных линий вероятность повторного загрязнения становилась выше, всегда оставался риск не соблюсти дозировку, что оборачивалось появлением токсинов в жидкости.
MBFT-75 Мембрана на 75GPD
SF-mix Clack до 0,8 м3/ч
SF-mix Runxin до 0,8 м3/ч
Поэтому сейчас все чаще отдают предпочтение озонированию, ведь O3 абсолютно безопасен в любых своих концентрациях, а результативность его даже лучше. Единственный его минус в том, что получать его в больших объемах пока проблематично.
Физико-химические методы водоочистки
Это обширная и разнообразная группа, объединенная характерной особенностью – комбинированным воздействием. Осуществление механических операций дополняется использованием химических реактивов, благодаря чему твердые и жидкие частицы, растворенные газы, тяжелые металлы, микробы, бактерии удаляются эффективнее.
Удобны своей универсальностью: не только убирают всевозможные примеси, но и могут быть применимы на любом этапе, как уже во время глубокого воздействия на жидкость, так и при предварительной ее нормализации.
Так как их достаточно много, выделим ключевые:
Основные способы очистки воды
Рассмотрим те из них, которые максимально актуальны, то есть используются сегодня чаще всего в силу каких-либо причин (экономичны, повсеместно распространены и тому подобное). Сюда же включим и наиболее перспективные варианты, за которыми будущее.
Механическая фильтрация
Подкупает своей легкостью и заключается в улавливании нерастворенных частиц, слишком крупных для прохождения через решето, сито или мембрану. Пускаете поток сквозь такой улавливатель, и жидкость свободно протекает, а лишние элементы остаются на стенках преграды – все предельно просто.
Главные объекты применения – муниципальные станции, осуществляющие регулярные заборы из озер, рек и других открытых источников и выполняющие централизованную подачу в городские дома и квартиры.
Эффективность напрямую зависит от размеров ячеек фильтра, которые определяются материалом, диаметром, формой сечения каналов-отверстий. Так, колонки с активированным углем останавливают частицы размером 100-1000 мк, чего недостаточно для препятствования микроорганизмам (которые от 0,4 до 3 мк) и блокировки значительной части нерастворенных примесей (они от 0,1 до 20 мк).
Ионный обмен
Распространенный процесс очистки воды, предназначенный для снижения концентрации солей жесткости и улучшения потребительских качеств жидкости.
Реализуется по следующей схеме:
поток пропускают через загрузку в виде органической смолы (сегодня уже чаще используется синтетическая, чем натуральная);
запускаются реакции, в ходе которых фильтрующий материал отдает заряженные частицы хлора и натрия, а взамен получает магний и кальций;
выравнивается pH-уровень и происходит умягчение.
Бытовые установки, функционирующие по этому принципу, вряд ли справятся с серьезным загрязнением, но зато они работают долго. В более серьезных и дорогих промышленных системах предусмотрена возможность восстановления полезных свойств – регенерирующими растворами, обогащенными OH- и H+.
Обратный осмос
Метод позволяет убирать вирусы и бактерии, соли, газы, коллоиды, а также проводить опреснение и очистку стоков. Согласно ему, поток подают через специальную мембрану, пропускающую жидкость, но блокирующую растворенные примеси (в том числе и полезные). Для максимальной эффективности требуется загрузка в виде активированного угля. Результат приближенный к дистилляту.
Хотя минусы тоже есть – в числе недостатков:
сравнительная дороговизна оборудования,
малая производительность (в среднем 1 л/ч),
необходимость в предварительной механической фильтрации,
высокий процент сброса среды в дренаж – до 70%,
нужные микроэлементы приходится добавлять в отдельном порядке.
SF-mix ручной до 0,8 м3/ч
Аэрационная установка AS-1054 VO-90
Поэтому продолжают искать альтернативу.
Электрохимическая очистка
Под действием тока запускаются ОВ-реакции, в результате чего уничтожаются все микроорганизмы. Быстрое и доступное в реализации решение, потому нашло применение в России. На Западе же со временем заметили, что одновременно разрушаются и структурные связи молекул, поэтому стараются использовать более щадящие варианты.
Дистилляция
Суть в том, чтобы сначала заставить жидкость испаряться, а после – конденсироваться. Меняя свою форму, многокомпонентные примеси разделяются на фракции, которые затем легче отделить от питьевой среды.
Работающие по данному принципу системы должны быть загружены активированным углем, эффективно впитывающим высоколетучие и низкомолекулярные соединения. Преимущество метода в простоте и сравнительно хорошей эффективности, недостаток в том, что на его реализацию уходит много времени.
Сорбция: сорбенты и фильтры на их основе
В этом случае ненужные элементы поглощаются наполнителем улавливателя. При его правильном выборе степень удаления достаточно высокая.
Наиболее часто используемое действующее вещество – активированный уголь: сегодня его производят в огромных объемах и потребляют миллионами тонн. Он универсален, а площадь пор на 1 г достигает 1500-2000 м2.
Безреагентные фильтрующие обезжелезиватели
Применяемые в системах централизованного сообщения способы очистки воды, основанные на реакциях оксидации, отличаются своей экологичностью. Они насыщают жидкость кислородом, провоцирующим выпадение примесей в осадок, удалить который сравнительно просто. Таким образом можно убрать марганец, сероводород, железо. Затраты минимальны, так как не требуется приобретать какие-либо компоненты.
С аэрацией
В этом случае используется обычный воздух, который можно взять прямо из атмосферы. В нем достаточно O2 для запуска ОВ-процессов. С целью ускорения и повышения эффективности можно обеспечить его подачу с нагнетанием и/или с распылением.
Ультрафиолетовые и озоновые фильтры
Используются для обеззараживания, так как отлично уничтожают вирусы с бактериями.
Первые устанавливаются в медучреждениях и бассейнах; их ниша несколько ограничена высоким электропотреблением и необходимостью в высоком качестве техобслуживания.
Вторые нашли себя в городских домах и дачных поселках, в ресторанах и даже в лабораториях; они не нуждаются в реагентах – УФ-лучи замечательно убивают споровые и вегетативные организмы, не изменяя полезных свойств жидкости.
Методы очистки воды от тяжелых металлов
обратный осмос – используется чаще всего, так как универсальный и позволяет расправиться со всеми вредными соединениями;
поглощение примесей сорбентами – на втором месте из-за доступности активированного угля;
ионный обмен – дороже, чем предыдущие (приходится тратиться на регенерацию смол), но тоже эффективный;
электролиз – наряду с высокой результативностью очистки имеет обратную сторону – связи между молекулами частично разрушаются.
Диспенсер магистральный настольный AquaPro 919H/RO (горячая и холодная вода)
Диспенсер магистральный настольный AquaPro 929CH/RO (охлаждение/нагрев)
Диспенсер напольный AquaPro 311 (пустой, без охлаждения)
Все они помогают избавиться от Mn, Fe, Pb, Hg, Cu.
Способы обезжелезивания
Разделим их на 3 категории:
Походные технологии очистки воды: основные методы
На природе, собираясь напиться из сомнительного источника, следует принять одну из таких мер:
Способы очистки воды в домашних условиях
Бытовой фильтр будет самым современным вариантом, но если его нет, можно:
Химические и физические методы и средства: очистка воды замораживанием
Превращаясь в лед, H2O меняет структуру: ее кристаллическая решетка становится упорядоченной, а посторонним элементам в ней просто не останется места. Вы увидите это, если наполните бутылку и отправите ее в холодильник: даже при самой низкой температуре какая-то часть жидкости не замерзнет, оставаясь мутноватой. Вылейте ее – это и есть примеси или, на жаргоне, «рассол». Ну а все, что осталось, можно отогревать и употреблять.
Выше мы описали самую примитивную схему, но ведь уже придуманы более эффективные и правильные (но все равно достаточно простые) варианты заморозки. Предлагаем вам тройку наиболее популярных.
Метод А. Д. Лабзы
По нему необходимо:
заполнить водой банку объемом 1,5 л, но не доверху, а оставив немного незанятого пространства;
поставить емкость в холодильник, причем на картонную подкладку (нужно обеспечить дну теплоизоляцию);
посмотреть, насколько быстро замерзнет половина – обычно на это уходит до 10 часов;
слить «рассол», растопить оставшийся лед и использовать его для питья.
Способ А. Маловичко
В соответствии с ним следует:
залить эмалированную кастрюлю жидкостью, уже прошедшей фильтрацию;
отправить емкость на улицу (при стабильно сильном минусе) или в холодильник;
достать через 3-4 часа, посмотреть, насколько сильно схватилась вода, слить все, что можно (львиную долю объема) в другой резервуар;
поставить последний в морозилку, снова на 180-240 минут, а образовавшийся на предыдущем этапе лед выбросить (в нем и скопились вредные вещества);
по прошествии времени вытащить тару, снова слить, но использовать уже оставшуюся замерзшую часть.
Технология братьев Залепухиных
нагреваете жидкость до 95-96 0, то есть до так называемого «белого ключа», до мелких пузырьков;
снимаете кастрюлю с плиты и быстро охлаждаете в большей емкости, например, в заполненном тазу;
а дальше используете одну из описанных выше схем, допустим, предложенную Лабзой, она проще.
Мы кратко рассмотрели актуальные химические и физические способы очистки воды. Для получения еще более подробной информации обращайтесь к специалистам компании «Вода Отечества» за бесплатной консультацией: они ответят на все вопросы и помогут подобрать бытовой или промышленный фильтр, установку, систему – максимально эффективное решение для вашего случая.