Методы очистки воды
Значение воды в нашей жизниСпособов, которыми можно очистить воду, несколько. Какие же из них мы должны использовать для того, чтобы эффективно очистить воду для питьевых целей? Чтобы дать правильный ответ на этот вопрос, необходимо в каждом конкретном случае знать, от чего воду придется чистить. Это можно узнать с помощью химического и бактериологического анализов, однако, как правило, подобные анализы достаточно дороги, и в ряде случаев можно обойтись и без них. Рассмотрим наиболее распространенные способы очистки воды.
Надо отметить, что в большинстве случаев доочистка воды фильтром осуществляется не одним способом, а их сочетанием. Именно такой комплексный подход дает наилучшие результаты.
Механическая фильтрация
Самый простой способ очистки воды. Механическая очистка воды обеспечивается улавливанием частиц нерастворенных веществ за счет разницы размеров самих частиц и каналов фильтра, по которым протекает очищаемая вода. Проще говоря, вода проходит через своеобразное "сито".
Размер частиц, задержанных фильтром, определяется диаметром каналов в материале водоочистителя, по которым протекает вода (то есть размерами отверстий в "сите").
Например, колонки, заполненные гранулированным активированным углем с диаметром гранул 0,1 – 1 мм (100 - 1000 микрон), способны эффективно задерживать частицы примерно такого же размера. Большая часть нерастворенных в воде частиц имеет гораздо меньший - 0,1-20 микрон - размер. Правда, микроорганизмы не задерживаются при механической фильтрации, так как их размер - 0,4 - 3 микрона.
Механическая фильтрация широко применяется на муниципальных станциях водоочистки. Этот вид очистки особенно актуален при заборе воды из открытых источников: рек, озер, водохранилищ.
В городских квартирах механическая фильтрация представлена использованием предфильтров (фильтров предварительной очистки).
Ионный обмен
Ионный обмен - это специфический случай сорбции заряженных частиц (ионов), когда поглощение одного иона сопровождается выходом в раствор другого иона, входящего в состав сорбента. При этом ион, присутствие которого в воде нежелательно, фиксируется на сорбенте. Таким образом, происходит "замещение" одних ионов (назовем их "вредными") на другие (назовем их "безвредными").
Сорбенты, работающие по такому механизму, называются ионообменными материалами или ионитами. Иониты способны извлекать из воды одни растворенные соли, замещая их другими солями (например, соли кальция и магния могут заменяться на соли натрия).
Чаще всего в процессе водоочистки ионный обмен используется для удаления из воды катионов тяжелых металлов (например, свинца), представляющих опасность для здоровья человека, а также для избавления от нитратов.
Еще одно из применений ионитов – умягчение жесткой воды, то есть удаление из воды избыточного содержания ионов кальция и магния.
Существенной характеристикой ионообменных смол является их обменная емкость, то есть способность "заместить" определенное количество "вредных" ионов. Одно из главных свойств ионообменных смол - это их способность к регенерации после исчерпания "ресурса".
Обратный осмос
Обратный осмос - это очистка воды при помощи обратноосмотической мембраны. Вода при таком способе очистки пропускается через мембрану (своеобразное "сито"), поры которой пропускают воду, но не пропускают растворенные в ней примеси (правда, установка не пропускает никакие примеси - ни вредные, ни полезные).
Система обратного осмоса позволяет получать воду очень высокой степени очистки (близкую к дистиллированной). Обратным осмосом можно удалять из воды даже одновалентные ионы, например, ионы натрия и хлора.
Обратноосмотические установки обязательно должны содержать активированный уголь, так как сама мембрана не задерживает низкомолекулярную высоколетучую органику (типа хлороформа) и бактерии.
Качество воды, профильтрованной такой установкой, стабильно.
Однако этот способ имеет ряд минусов: во-первых, обратноосмотические установки очень дороги (стоимость - от 100 долларов и выше);
во-вторых, они имеют, как правило, низкую производительность (20-25 литров в сутки), а потому в ряде случаев требуют установки накопительной емкости;
в-третьих, вода перед обратноосмотической мембраной должна обязательно пройти тщательную механическую фильтрацию;
в-четвертых, вода после такой обработки становится "слишком чистой" и не содержит необходимых организму микроэлементов, что требует их добавления в воду после фильтрации;
в-пятых, при работе системы обратного осмоса в дренаж сбрасывается до 50-75% очищаемой воды. На выходе пользователь получает лишь 25-30% воды. Правда, воды очень хорошо очищенной.Электрохимическая очистка
Основана на сложных окислительно-восстановительных реакциях, которые происходят в воде при воздействии на нее сильного электрического тока и приводят к образованию так называемой "живой" и "мертвой" воды.
Этот способ экономичен, так как позволяет достигнуть высокой производительности при небольших затратах.
Электрохимическая очистка распространена в России, но не применяется в быту на Западе (используется только для промышленной очистки, но не для очистки питьевой воды).
Электрохимическая очистка действительно позволяет очистить воду от всех микроорганизмов. Но при этом разрушается также часть органических веществ. Кроме того, поскольку точный состав исходной воды неизвестен, никто не знает, как при воздействии на эту воду сильного электрического тока содержащиеся в ней вещества прореагируют между собой. В результате этих реакций могут получиться совсем "несъедобные" соединения.
Дистилляция
Менее распространенный вид очистки воды. В дистилляционных системах вода сначала испаряется, а затем конденсируется.
То есть, дистилляция – процесс очистки жидкостей, заключающийся в испарении жидкости с последующей конденсацией пара. При этом происходит разделение жидких многокомпонентных смесей на отличающиеся по составу фракции путем частичного испарения смеси и конденсации образующихся паров.
Методом дистилляции можно отделить жидкость от растворенных в ней твердых веществ или жидкостей с сильно отличающимися температурами кипения. Дистиллированная вода относительно чистая, но процесс дистилляции достаточно дорог.
Дистилляционные системы также должны обязательно содержать активированный уголь, так как нет другого способа убрать низкомолекулярную высоколетучую органику (типа хлороформа).
Сорбция. Сорбенты. Сорбционные фильтры
Сорбцией называют поглощение примесей из газа или жидкости твердыми телами, которые называют сорбентами.
Процесс сорбционной очистки состоит в пропускании газа или жидкости через сосуд, заполненный сорбентом – сорбционный фильтр. Если режим фильтрации и сорбент выбраны правильно, то достигается желаемый результат – удаление из газа или жидкости вредных примесей. Именно так работают противогазы и фильтры для воды.
Не будет сильным преувеличением сказать, что сорбционные фильтры – это в первую очередь угольные фильтры. Активированные угли – наиболее широко используемые сорбенты, производимые миллионами тонн в год. Это универсальные сорбенты, применяемые для удаления примесей самой различной химической природы.
Активация позволяет получить сорбент с площадью пор около 1000-1500 квадратных метров на 1 грамм угля. Эти чрезвычайно высокие величины и объясняют необычайно высокую эффективность активированных углей.
Надо отметить, что в большинстве случаев доочистка воды фильтром осуществляется не одним способом, а их сочетанием. Именно такой комплексный подход дает наилучшие результаты.
Механическая фильтрация
Самый простой способ очистки воды. Механическая очистка воды обеспечивается улавливанием частиц нерастворенных веществ за счет разницы размеров самих частиц и каналов фильтра, по которым протекает очищаемая вода. Проще говоря, вода проходит через своеобразное "сито".
Размер частиц, задержанных фильтром, определяется диаметром каналов в материале водоочистителя, по которым протекает вода (то есть размерами отверстий в "сите").
Например, колонки, заполненные гранулированным активированным углем с диаметром гранул 0,1 – 1 мм (100 - 1000 микрон), способны эффективно задерживать частицы примерно такого же размера. Большая часть нерастворенных в воде частиц имеет гораздо меньший - 0,1-20 микрон - размер. Правда, микроорганизмы не задерживаются при механической фильтрации, так как их размер - 0,4 - 3 микрона.
Механическая фильтрация широко применяется на муниципальных станциях водоочистки. Этот вид очистки особенно актуален при заборе воды из открытых источников: рек, озер, водохранилищ.
В городских квартирах механическая фильтрация представлена использованием предфильтров (фильтров предварительной очистки).
Ионный обмен
Ионный обмен - это специфический случай сорбции заряженных частиц (ионов), когда поглощение одного иона сопровождается выходом в раствор другого иона, входящего в состав сорбента. При этом ион, присутствие которого в воде нежелательно, фиксируется на сорбенте. Таким образом, происходит "замещение" одних ионов (назовем их "вредными") на другие (назовем их "безвредными").
Сорбенты, работающие по такому механизму, называются ионообменными материалами или ионитами. Иониты способны извлекать из воды одни растворенные соли, замещая их другими солями (например, соли кальция и магния могут заменяться на соли натрия).
Чаще всего в процессе водоочистки ионный обмен используется для удаления из воды катионов тяжелых металлов (например, свинца), представляющих опасность для здоровья человека, а также для избавления от нитратов.
Еще одно из применений ионитов – умягчение жесткой воды, то есть удаление из воды избыточного содержания ионов кальция и магния.
Существенной характеристикой ионообменных смол является их обменная емкость, то есть способность "заместить" определенное количество "вредных" ионов. Одно из главных свойств ионообменных смол - это их способность к регенерации после исчерпания "ресурса".
Обратный осмос
Обратный осмос - это очистка воды при помощи обратноосмотической мембраны. Вода при таком способе очистки пропускается через мембрану (своеобразное "сито"), поры которой пропускают воду, но не пропускают растворенные в ней примеси (правда, установка не пропускает никакие примеси - ни вредные, ни полезные).
Система обратного осмоса позволяет получать воду очень высокой степени очистки (близкую к дистиллированной). Обратным осмосом можно удалять из воды даже одновалентные ионы, например, ионы натрия и хлора.
Обратноосмотические установки обязательно должны содержать активированный уголь, так как сама мембрана не задерживает низкомолекулярную высоколетучую органику (типа хлороформа) и бактерии.
Качество воды, профильтрованной такой установкой, стабильно.
Однако этот способ имеет ряд минусов: во-первых, обратноосмотические установки очень дороги (стоимость - от 100 долларов и выше);
во-вторых, они имеют, как правило, низкую производительность (20-25 литров в сутки), а потому в ряде случаев требуют установки накопительной емкости;
в-третьих, вода перед обратноосмотической мембраной должна обязательно пройти тщательную механическую фильтрацию;
в-четвертых, вода после такой обработки становится "слишком чистой" и не содержит необходимых организму микроэлементов, что требует их добавления в воду после фильтрации;
в-пятых, при работе системы обратного осмоса в дренаж сбрасывается до 50-75% очищаемой воды. На выходе пользователь получает лишь 25-30% воды. Правда, воды очень хорошо очищенной.Электрохимическая очистка
Основана на сложных окислительно-восстановительных реакциях, которые происходят в воде при воздействии на нее сильного электрического тока и приводят к образованию так называемой "живой" и "мертвой" воды.
Этот способ экономичен, так как позволяет достигнуть высокой производительности при небольших затратах.
Электрохимическая очистка распространена в России, но не применяется в быту на Западе (используется только для промышленной очистки, но не для очистки питьевой воды).
Электрохимическая очистка действительно позволяет очистить воду от всех микроорганизмов. Но при этом разрушается также часть органических веществ. Кроме того, поскольку точный состав исходной воды неизвестен, никто не знает, как при воздействии на эту воду сильного электрического тока содержащиеся в ней вещества прореагируют между собой. В результате этих реакций могут получиться совсем "несъедобные" соединения.
Дистилляция
Менее распространенный вид очистки воды. В дистилляционных системах вода сначала испаряется, а затем конденсируется.
То есть, дистилляция – процесс очистки жидкостей, заключающийся в испарении жидкости с последующей конденсацией пара. При этом происходит разделение жидких многокомпонентных смесей на отличающиеся по составу фракции путем частичного испарения смеси и конденсации образующихся паров.
Методом дистилляции можно отделить жидкость от растворенных в ней твердых веществ или жидкостей с сильно отличающимися температурами кипения. Дистиллированная вода относительно чистая, но процесс дистилляции достаточно дорог.
Дистилляционные системы также должны обязательно содержать активированный уголь, так как нет другого способа убрать низкомолекулярную высоколетучую органику (типа хлороформа).
Сорбция. Сорбенты. Сорбционные фильтры
Сорбцией называют поглощение примесей из газа или жидкости твердыми телами, которые называют сорбентами.
Процесс сорбционной очистки состоит в пропускании газа или жидкости через сосуд, заполненный сорбентом – сорбционный фильтр. Если режим фильтрации и сорбент выбраны правильно, то достигается желаемый результат – удаление из газа или жидкости вредных примесей. Именно так работают противогазы и фильтры для воды.
Не будет сильным преувеличением сказать, что сорбционные фильтры – это в первую очередь угольные фильтры. Активированные угли – наиболее широко используемые сорбенты, производимые миллионами тонн в год. Это универсальные сорбенты, применяемые для удаления примесей самой различной химической природы.
Активация позволяет получить сорбент с площадью пор около 1000-1500 квадратных метров на 1 грамм угля. Эти чрезвычайно высокие величины и объясняют необычайно высокую эффективность активированных углей.
