Сорбенты для очистки воды
1. Что влияет на качество воды
3. Как проходит процесс фильтрации сорбентами
1. Что влияет на качество воды?
Одним из самых влиятельных факторов загрязнения воды является антропогенный. Из-за человеческой деятельности изменяется кислотно-щелочной баланс воды, увеличивается концентрация вредных примесей, образуются токсичные соединения. Подземные источники наполняются нитратами и нитритами, азотом, фосфором и другими элементами. Такую воду не рекомендовано использовать в производстве. А также она губительно влияет на здоровье человека. Поэтому фильтрация воды от вредных примесей такой актуальный вопрос.
Самый распространенный вариант фильтрации – с помощью сорбентов. Например, устранение органических веществ можно с помощью всем известного угля. Наличие органики в воде определяется путем химического анализа воды. Но присутствуют и внешние признаки – появляется запах, неприятный привкус, изменяется цветность. Кроме органических загрязнений уголь способен очистить воду от пестицидов, продуктов нефтепереработки. Если концентрация таких веществ мала, то после прохождения потока через сорбент, концентрация значительно снижается.
Безуглеродные сорбенты разделяются на природные и искусственные. Это цеолиты, глинистые породы и другие. Их преимущества в высокой емкости, они способны обмениваться катионами. Такие материалы выгодны экономически. Глинистые породы имеют способность расширяться, благодаря слоистой жесткости и множеству пор разного размера. Подходят для осветления воды, устраняют взвешенные частицы, ПАВ, органические и хлористые соединения.
Еще один материал – цеолиты. Имеют алюмосиликатный каркас и отрицательный заряд. Ионы щелочных металлов, которые имеют водную оболочку, находятся в пустых местах каркаса и их заряд положительный. Что выравнивает общий заряд оболочки. Но цеолиты используются только для устранения примесей, у которых молекулы по диаметру меньше входного отверстия. Цеолиты еще можно назвать ситом. Самые известные – морденит, шабазит. Но несмотря на то, что это природные материалы, перед использованием их обрабатывают. Прокаливая в печи с хлоридом натрия при температуре 1000 градусов. Цеолиты способны устранить ПАВ, пестициды, бактерии и вирусы, коллоидные соединения, органические примеси.
Неорганические иониты не самые распространенные сорбенты, но данная ниша считается очень перспективной. Известными неорганическими ионитами являются оксалат циркония, ферроцианты тяжелых и щелочных металлов, гидроксиды железа и сульфиды железа, которые не растворяются в воде. Но чаще всего они не имеют водородной формы, так как разрушаются. Поэтому более стабильная структура у солевой формы. Хотя при этом нет возможности самостоятельно обессоливать воду без анионитов. Если требуется устранить соли жесткости, то добавляют катиониты или аниониты на органической основе. Органические иониты представляют собой гелевую структуру. Пор у них нет, но они притягивают загрязнения, обмениваясь ионами. При этом происходит изменение их объема, когда соприкасаются с водой. Есть макропористые иониты, но они не настолько емкие, если сравнивать с гелевыми. Работают по принципу угля. Довольно устойчивы к механическим примесям, имеют высокую впитываемость и ситовой эффект.
Рис. 1 Кокосовый активированный уголь
Самым универсальным сорбентом является активированный кокосовый уголь. Но у него должны быть определенные свойства:
- Слабое взаимодействие с молекулами кислорода и водорода. Но при этом полное взаимодействие с органическими элементами.
- Поверхность гранул крупнопористая. С радиусом адсорбционных пор от 0,8 до 5 нм. Это необходимо для впитывания больших органических примесей.
- Высокая способность впитывания. То есть даже при непродолжительном контакте с водой должен впитывать максимальное количество загрязнений.
- Небольшая удерживающая способность при очистке фильтрующего материала. То есть при регенерации отсоединение загрязнений должно проходить быстро.
- Прочные гранулы, которые мгновенно смачиваются водой.
- Невысокая каталитическая активность при реакции окисления.
- Длительный срок эксплуатации без потери своих свойств.
Применяется активированный кокосовый уголь в любых сферах производства (химическая, пищевая и другие), при очистке воды в быту, природных вод и даже стоков. Сорбент часто используют при ликвидации нефтепродуктов. Кокосовым углем производят первичную обработку воду, для удаления хлористых соединений, в случае наличия этапа очистки с помощью мембраны. То есть он является самым известным материалом для сорбционного фильтра. При этом полностью экологичен.
3. Как проходит процесс фильтрации сорбентами?
У каждого типа сорбента своя технология фильтрации. Естественно в первую очередь все зависит от выбранного типа сорбента. Взять, например, уголь. Процесс разделен на несколько этапов. Сначала проводится механическая очистка. Устраняется крупный мусор, ил, песок, окалины и другие. Такая предварительная подготовка необходима для защиты материала от повреждения и преждевременного заполнения. А вот второй этап уже непосредственно сорбционная очистка. Поток воды проходит через фильтрующую загрузку, где устраняются все примеси. И уже очищенная вода уходит потребителю.
Рис. 2 Сорбционный фильтр
Как же устраняются загрязнения? Структура большинства сорбентов пористая. И когда вода проходит через них, молекулы примесей застревают в этих порах. И так продолжается до тех пор, пока гранулы полностью не заполнятся. В этом случае эффективность очистки снижается. Во-первых, ухудшается качество воды. Во-вторых, снижается производительность. Чтобы не допустить подобного, требуется очистка материала. Делается это с помощью потока воды, подаваемого в обратном направлении. Сорбент взрыхляется, гранулы соприкасаются друг с другом и выбиваются все примеси. Они уходят вместе с промывочной водой в дренаж. Далее поступает поток воды в прямом направлении для того чтобы скомпоновать материал обратно. Частота процесса зависит от параметров исходной воды и концентрации примесей. Промывка делается неоднократно. Но через определенное время требуется полная замена материала, так как впитывающие способности снижаются. Информацию по срокам замены предоставляет производитель. Например, для угля, среднее время до полной замены составляет от 6 до 9 месяцев. Если рассматривать фильтрацию с помощью ионов, то поток воды, проходя иониты, заменяет молекулы примесей на безопасные соединения. Иониты не изменяют свойства воды и у них широкий спектр действия. Так же требуются регенерация и замена по мере необходимости.
Сорбенты используются во всех сферах производства, так как являются экологическим материалом. Они не изменяют технические характеристики воды. Способны устранить большинство примесей, даже продукты нефтепереработки. У них длительный срок действия, благодаря своевременной очистке и соблюдению правил эксплуатации. Хранятся сорбенты в хорошо проветриваемых помещениях, с отсутствием влаги. Сами материалы не горючи, но не рекомендовано их держать рядом с окислителями и углеводородом. Экономически довольно недорогой вариант. Вариантов при выборе сорбента много. Можно использовать как природные, так и синтетические. Зависит от производительности, концентрации примесей и других исходных данных. Некоторые виды сорбентов могут очищать воду, независимо от её температуры. Горячая вода, также может быть загрязненной и требует фильтрации. Сорбенты не только очищают воду, но и обеззараживают её, улучшают цвет и вкусовые качества. А так как они экологичные, то можно использовать и при очистке питьевой воды. Именно поэтому использование сорбентов при фильтрации воды так актуально. При выборе сорбента следует ориентироваться на емкость материала, срок выработки, производительность, требования к исходным параметрам воды и какие примеси материал устраняет.
