Из этой статьи вы узнаете:
1. Методы очистки воды.
1.1 Механическая очистка воды.
1.2 Аэрация воды.
1.3 Обезжелезивание воды.
1.4 Умягчение воды.
1.5 Обратный осмос.
1.6 Ультрафильтрация.
2. Преимущества и Недостатки методов очистки воды.
1. Методы очистки воды.
Сегодня, во всем мире людей волнует качество питьевой воды. При употреблении некачественной воды возникают массовые проблемы со здоровьем, по статистике около 500 миллионов человек имеют заболевания, напрямую связанные с употреблением некачественной и плохо очищенной воды из основных источников.
Согласитесь, что если представить себе колодец, то сразу возникнет представление о кристально чистой, свежей и холодной воде. Такое представление скорее обусловлено и подкреплено литературными произведениями. Но, если поинтересоваться у тех людей, которые живут в частном доме или коттедже и употребляют воду из скважин, то можно услышать совершенно иное мнение. Так же, весьма актуальна проблема воды плохого качества в мегаполисах.
Почему так происходит? Давайте разбираться.
Причин загрязнения воды огромное множество и это, зачастую, связано с источниками воды. Человечество изрядно истощает земные ресурсы. Раньше в экосистемах поддерживался баланс, и водоемы были способны к самоочищению. На данный момент, в связи с колоссальным ростом крупных городов, промышленности и сельского хозяйства, природные источники воды находятся на грани исчерпания.
Именно для того, чтобы иметь шанс на здоровую, продуктивную жизнь в дальнейшем, воду необходимо очищать и для этих целей применяются различные методы очистки воды, которые мы и рассмотрим подробнее.
1.1 Механическая очистка воды.
Этот метод является наиболее простым и самым примитивным. Суть методов физической очистки воды заключается в отстаивании, фильтрации, процеживании воды в результате чего, воды очищается от крупных, твердых примесей. Такие методы относят к первичной очистке воды из основных источников, так как без них, все последующие методы окажутся безрезультативными.
Какой бы чистотой не славился источник, без грубой очистки обойтись практически невозможно в принципе. Гарантировать, что в воду не попадут частички ила, известкового налета, окалины, песчинки, ржавчина не может никто. Если не исключить вероятность абразивного воздействия, то пострадают не только водопроводные трубы и их фитинги, а быстро выйдет из строя крупная бытовая техника и сантехника, картриджи смесителей, бойлеры, керамические элементы кранов.
Нередко, при очистке воды поступающей из скважин и колодцев механическая очистка происходит непосредственно на самом насосе. Допустим, что в жаркий летний день вы утолите жажду выпив воды из колодца, вам она наверняка покажется очень чистой, но это обманчивое представление. Грунтовые воды несут в себе массу загрязнений и проникают даже в самые глубокие колодцы (более 20 м.). Такая вода, зачастую имеет ярко выраженный запах нефтепродуктов, «отдает» сероводородом и гнилостными включениями. Казалось бы, что со скважинами таких проблем не может быть, но не тут то было!
Воде из скважин присуща другая особенность, а именно излишняя минерализация воды. Воду насыщают солями (растворенным железом, сульфидами, хлоридами кальция и магния) постоянные контакты с геологическими пластами почвенных пород.
Разумеется, что о качественной очистке речь не идет, именно здесь и вступают в работу фильтры физической очистки.
Фильтры механической очистки:
- Грязевики. Самый дешевый и незамысловатый вариант фильтрации. Его принцип состоит в применении сетки, которая устанавливается на входе воды. Сетка пропускает через себя воду, задерживая крупные частицы, размер которых составляет до 100 мкм и более. Грязевики первыми встречают поток жидкости из источника, очищая его от крупных включений. В основе многих грязевиков используют принцип гравитационного оседания, вода попадает в расширяющееся пространство, тем самым теряя скорость, а все крупные примеси оседают под действием силы притяжения. Грязевики бывают в форме цилиндров, именно в них использован гравитационный принцип, косые, где фильтрующая камера расположена к трубе наклонно. Конструктивно фильтры представляют собой кусок трубы с установленной в ней металлической сеткой, которая выполнена из простой, нержавеющей стали и боковым ответвлением, в котором накапливается весь мусор.
По методу врезки могут быть фланцевыми и муфтовыми. Фланцевое исполнение более удобное, поскольку не требует особых усилий, при очистке, достаточно лишь открутить фланец, достать сетку, промыть ее для последующего использования. Особую актуальность грязевики имеют при использовании для очистки систем отопления, так как увеличивают КПД системы, выравнивают теплоотдачу батарей, продлевают срок службы каждого элементы системы отопления, снижают расходы на отопление всего дома. Фильтры грязевики уменьшаю вероятность появления течи и соответственно аварийной ситуации, исключают необходимость ручной промывки всей системы.
- Сетчатые фильтры грубой очистки. Наиболее удобным вариантом является промывной фильтр, снабженный несколькими муфтами для врезки в трубу. Корпус металлический. Снизу к корпусу герметично закреплен металлический или прозрачный пластиковый стакан. К стакану прикручен кран и сливной патрубок, что позволяет беспрепятственно осуществлять промывку потоком воды.
- Фильтры механической очистки картриджного типа. Эти фильтры предназначены для более тонкой очистки. Наиболее часто используют картриджи из полипропиленового волокна или веревки. Полипропилен химически нейтрален, не разрушается воздействием бактерий. Такие патроны способны очистить воду как от более крупных взвесей (песка, ржавчины, ила) так и от более мелкодисперсных, растворенных в воде частиц до 1 мкн=0,001 мм., которые часто вызывают мутность воды.
От 10 до 120 мнк используют на магистральных фильтрах картриждного типа – это колба, которая врезается в магистраль, туда вставляется картридж, что служит неплохой защитой для насосного оборудования, бойлеров, различных приборов, которые используют воду.
Рис. 3 Мультипатронный фильтр картриджного типа
1.2 Аэрация воды.
Аэрация-это очистка воды путем насыщения ее кислородом. Вместе с очисткой состава жидкости, происходит удаление неприятных запахов. Метод аэрации применяют при очистке водоемов, прудов и аквариумов. В последнем случае это более актуально, так как насыщение воды кислородом позволяет значительно улучшить существование живых организмов и дает им возможность дышать, потому что в дыхании нуждаются не только рыбы, но и улитки, креветки и даже полезнетворные бактерии, которые селятся в аквариуме. И плюс еще! Не забывайте, что растения, тоже дышат, поглощая кислород в ночное время. За счет аэрации воды многие газы просто выветриваются, так же исключаются из воды такие вещества как аммиак, углекислота, сероводород, метан.
Каким образом можно насытить воду кислородом? Существует три основных типа аэрации:
Механический. Этот способ самый простой, он менее энергоемкий и затратный. Если рассматривать аэрацию воды в рамках водоема, то это выглядит следующим образом: в водоеме оборудуют столик, вода спускается в водоем по трубчатому шлангу или трубе, разбивается о поверхность, взлетая, обогащается кислородом, возвращаясь обратно в пруд.
Более производительным считаются дождевальные установки, это своеобразные мельницы, вращающиеся распылители, которые зачастую используются в сельском хозяйстве на полях и приусадебных участках.
Так же существуют более мощные, специальные аэраторы. Эти устройства представляют собой полый винт или ротор, который приводит в действие электродвигатель. Вся система установлена на понтонах. Ротор вращаясь, производит захват воды, образуя водовоздушное облако, которое, потом, обогащенное кислородом падает обратно в водоем. Такие системы позволяют обогащать до 5 Га водной площади.
Биологический. Это естественный способ насыщения воды кислородом. Основным производителем кислорода в водоемах является фитопланктон. Логично предположить, что чем больше одноклеточных в водоеме, тем выше насыщенность кислородом. Соответственно, существуют естественные механизмы по стимулированию роста фитопланктона. Например, такие рыбы как белый амур и толстолобик способны в разы увеличить численность фитопланктона. Белый амур является растительноядной рыбой, он поглощает более старые и крупные клетки планктона, стимулируя тем самым рост молодых клеток. Молодые клетки являются более активными и производят кислород интенсивнее. Белый амур использует в пищу жесткую растительность, что препятствует излишнему зарастанию водоемов и способствует активному развитию фитопланктона.
Так же существует альтернативный метод, основанный на применении биологических и минеральных удобрений.
Химический. Этот метод основан на применении искусственных реагентов, которые соединяясь с молекулами воды, производят кислород. К веществам для химической аэрации воды относят: Перекись водорода (H2O2), марганцовокислый калий (KMnO4), перекись кальция (Ca2O). В процессе химической аэрации каждое из веществ имеет разную степень эффективности.
Допустим, если в воду погружается 4,5 кг. перекиси кальция, то в результате мы имеем один килограмм кислорода и 4,6 кг. гашеной извести.
Казалось бы, для чего использовать этот недешевый и не совсем безопасный метод, когда можно обойтись механическими способами, применив помпу или аэратор?
В рыбоводческих хозяйствах нередко возникают критические ситуации, связанные с отключением энергии, нехватка ГСМ. В такие моменты, необходимо экстренно повысить концентрацию кислорода в воде, чтобы избежать гибели рыбы.
К тому же, применение химических реагентов окисляет органические вещества такие как, остатки корма, экскременты рыб и т.д. Естественный процесс окисления требует много времени и затрат растворенного кислорода.
Так что, вопреки устоявшемуся мнению, о краткосрочности таких мер, можно достичь более длительного эффекта.
При принятии решения о использовании химии в своем водоем, необходимо точно выдержать дозировку, учитывая все возможные риски и побочные эффект, дабы избежать причинения вреда человеку, рыбе, планктону и другим живым организмам.
1.3 Обезжелезивание воды.
Такая проблема как железо и ржавчина в роде особенно актуальна, для тех людей, у которых есть коттедж, загородный дом или дача. Ну и разумеется это касается тех потребителей, у кого есть колодец или скважина.
Если мы набираем воду из скважины, железо является в такой воде растворенным, то есть, двухвалентным. Через полчаса, постояв в стакане, вода становится бурового цвета, либо ярко коричневая, все зависит от концентрации железа. Что это значит? Железо двухвалентное, растворенное в воде окисляется и становится трех валентным. Соответственно, выпадает в осадок.
Существует два основных способа обезжелезивания воды из скважин и колодцев:
Безреагентный способ. К этому способу относятся все виды аэрации: озоновая, электролитическая, эжекторная, компрессорная.
Компрессорная аэрация самый стандартный способ. Компрессор нагнетает в колонну воздух. Кислород в воздухе окисляет растворенное железо двухвалентное в трехвалентное в осадок. Следующая присоединенная колонная отфильтровывает все окисленное железо.
Эжекторная аэрация это по сути, та же аэрация, что и компрессорная, только без компрессора. Что это значит?
Клапан автоматической промывки под давлением засасывает воздух в баллон, где кислород, который содержится в воздухе уже окисляет железо в осадок. Плюс в этом же баллоне, содержится специальная обезжелезивающая засыпка, которая доокисляет железо.
Озон очень эффективен при окислении железа, но озонные установки не пользуются большой популярностью, потому как достаточно дорогие.
Реагентный способ. Выделяют два основных: ионнообменные смолы и дозация гипохлоридом. Разумеется, самым бюджетным и распространенным вариантом является, если у вас не присутствует в воде сероводород(запах тухлых яиц) – это ионнообменные смолы. Это качественно и дешево.
 |
 |
Рис. 4 Система напорной и безнапорной аэрации
1.4 Умягчение воды.
Прежде чем, решать проблему жесткости необходимо убедиться, что остальные показатели воды соответствуют нормам. Единицами жесткости в России является МГ-ЭКВ/Л или градусы жесткости.
Умягчение воды можно произвести используя магнитные, электромагнитные, мембранные, термические, химические способы.
Магнитный способ очищает воду благодаря наведению постоянного магнитного поля.
Электромагнитный - это усовершенствованный магнитный, с разницей лишь в том, что соли жесткости не только теряют способность выпадать в виде осадка, но и удаляются, через отстойник в канализационную систему.
Термический способ-это кипячение. Повышение температуры влияет на распад гидрокорбоната кальция. Он распадается на углекислый газ и нерастворимы карбонат кальция, который выпадает в осадок, а газ улетучивается. Происходит умягчение воды.
Отстаивание-это способ при котором, часть вредных примесей выпадает в осадок. В современном мире это метод больше похож на сказку, так как с солями он справляется плохо, а хлорка, которую принято добавлять в водопроводную воду быстро забродит.
Рассмотрим подробно самый популярный метод, а именно ионный обмен. Очистка от солей жесткости, в установках умягчения основывается на принципе ионного обмена. В процессе ионного обмена, в установках умягчения, соли жесткости, а именно катионы кальция Ca2+ и магния Mn2+, присутствующие в воде, замещаются на катионы натрия Na+. Катион-это положительно заряженная частица.
Для использования установок умягчения существует ряд ограничений. Обратите внимание на то, что максимальный уровень жесткости не должен превышать 15 градусов. Чем обусловлено это ограничение? А обусловлено оно тем, что уровень предельной концентрации ионов натрия в питьевой воде так же ограничен и составляет 200 мг/л. В случае повышенной жесткости из ионообменной смолы уйдет дополнительное количество натрия и вода уже не будет соответствовать ПДК по этому показателю.
Стоит еще сказать о ионном обмене. Регенерация ионообменной смолы, после того, как ее емкость полностью исчерпана, производится раствором обычной поваренной соли.
Поваренная соль для регенерации выполнена в форме таблеток, она хорошо растворяется и не комкуется, позволяя получить концентрированный раствор для регенерации ионной смолы.
Таким образом, вкусовые качества воды остаются неизменными и процесс умягчения можно без труда автоматизировать.
Рис. 5 Фильтр умягчитель воды
1.5 Обратный осмос.
Метод основан на прохождении трех ступеней предфильтрации. После их прохождения вода попадает на мембрану обратного осмоса, которая имеет сверхтонкие поры, через которые способны пройти исключительно молекулы воды. Мембрана задерживает все мельчайшие примеси, включая соли жесткости, бактерии, микроорганизмы и даже вирусы, что позволяет пить воду без предварительного кипячения. После мембраны обратного осмоса, концентрация загрязнений, а это приблизительно ¾ воды, сливается в канализацию. ¼ часть воды, очищенная от посторонних примесей поступает в накопительный бак. Бак наполняется примерно на ¾ своего объема. Вода не контактирует со стенками бака, а находится в каучуковой груше, вокруг которой в свою очередь находится воздух под давлением, что позволяет выталкивать воду из бака.
Рис. 6 Промышленный обратный осмос "Вагнер-5000" производительность 5000 л/час
1.6 Ультрафильтрация.
Эта технология является одной из самых перспективных. Такие фильтры позволяют исключить из воды коллоидное железо, взвешенные частицы, железо окисленное, как правило, оно придает желтизну воде, органические соединения, бактерии.
Данный тип фильтров не сможет удалить из воды: растворенное в воде железо, соли жесткости, растворенный марганец.
Фильтр состоит из колбы, сделанной из нержавеющей стали и очень необычного картриджа. Картридж-это половолоконный элемент, состоящий из огромного количества трубочек. Оболочка этих трубочек имеет поры, размером 0,001 мкн. Неочищенная вода, подается на внешнюю сторону трубочек и через поры в поверхности проходит внутрь, а затем выходит очищенная через внутреннее отверстие фильтра. Такие мембраны имеют сверхтонкую структуру и способны пропускать через себя только микро молекулы и ионы. Раз за разом, оседающие на мембране молекулы, создают слой, который впоследствии, является дополнительным барьером для поступающих загрязнений и увеличивает сопротивление.
Существует два типа фильтров ультра очистки: с внутренним и внешним давлением.
Такие фильтры, в отличие от фильтров обратного осмоса не расходуют воду в процессе работы. То есть, сколько воды вы подали на вход, столько же чистой воды и получили на выходе.
Применяемость ультрафильтрации гораздо шире, чем фильтров умягчителей, систем обратного осмоса, так как позволяет решить проблему селективного удаления частиц.
Этот метод является самым высокотехнологичным и эффективным, так как позволяет удалить из воды почти 100% вирусов и вредоносных бактерий механическим способом.
Рис. 7 Установка ультрафильтрации воды "Вагнер-УФ-1300" производительность до 1,3 м3/ч
2. Преимущества и Недостатки методов очистки воды.
2.1 Механическая очистка. Несомненными плюсами являются: низкая стоимость; подготовка воды для дальнейшей более тонкой очистки; отсутствие в необходимости использовать сложное оборудование.
Минусы: велика вероятность, в дополнительное очистке.
2.2 Аэрация воды. Плюсы: вода обогащается кислородом, становится приятной на вкус; не применяются химические реагенты; невысокая стоимость.
Минусы: дополнительное оборудование; снижение содержания CO2; шум.
2.3 Обезжелезивание воды. Плюсы: простота использования; компактность. Минусы: необходимость в предварительном анализе воды; высокая стоимость.
2.4 Умягчение воды. Плюсы: многообразие установок и методов; простота монтажа; отсутствие химических реагентов; вода не теряет основные микроэлементы после очистки. Минусы: высокие расходы при замене реагентов; высокая стоимость установок; необходимость в правильной утилизации реагентов.
2.5 Обратный осмос. Плюсы: избавление воды от всевозможных примесей; отфильтровываются соли; железо уходит; нейтральное химическое состояние воды; прозврачность. Минусы: низкая пропускная способность; вода вместе с бактериями теряет все необходимые важные микроэлементы; дополнительные расходы на систему при некорректном общем давлении в водопроводе; габаритность.
Ультрафильтрация. Плюсы: низкая энергетическая затратность; высокие показатели умягчения воды; прочность мембран картриджей. Минусы: постоянное образование на поверхности картриджей гелиевого слоя, который требует тщательной очистки; высокая стоимость.
Ниже представленно видео демонстрации системы обратного осмоса "Вагнер"
