Как очистить воду с помощью фильтрования

Современные способы и методы очистки воды

Системы водочистки являются неотъемлемой частью современной жизни и практически все потребители (от частных лиц до предприятий) нуждаются в качественной и правильно подготовленной воде.

Реализованные в них методы и технологии бывают разными, с особенностями каждого варианта стоит познакомиться заранее.

Какие существуют по принципу действия?

В зависимости от принципа действия выделяют такие способы очистки воды как:

• Физические (грубая механическая чистка).
• Химические (смешение воды с реагентами).
• Физико-химические (сложные комплексные мероприятия).
• Биологические (воздействие живых микроорганизмов).

Физические методы

Данные методы предназначены для очищения воды от твердых крупнофракционных частиц (чаще всего – нерастворимых).

Они успешно задействуются на этапах первичной и грубой очистки и в разы реже – при глубоких и тонких воздействиях.

Среди главных физических методов выделяют:

• Процеживание – очищение жидкостей от крупнофракционных посторонних включений при проходе через ячеистые прослойки (сетки, решетки, полипропиленовую мешковину). К преимуществам этого метода относят простоту и эффективное улавливание крупного мусора, к минусам – потребность в частой промывке фильтрующих элементов, пропускание патогенных микроорганизмов, солей и любых мелких нежелательных примесей.
• Отстаивание – осаждение посторонних фракций под действием собственного веса вниз с последующим отбором более чистой воды. Этот метод используются как на предварительных, так и на промежуточных этапах водоподготовки, его производительность существенно ограничена временем и объемами отстойников.
• Фильтрование – схожий с процеживанием, но более совершенный метод, позволяющий очищать воду от ненужных примесей с разным размером фракций (минимальный порог – до микронов) при прохождении через пористый фильтрующий слой. Метод активно используется в быту и на производстве, из всех физических видов он считается самым эффективным.
• УФ-дезинфекция – обработка предварительно очищенной от крупных фракций воды УФ-лучами с длиной волн в пределах 200-400 нм с целью обеззараживания. Состав и физические свойства жидкости этот метод не меняет.

Химические

Эти методы ценятся за эффективность и высокую производительность.

Исходя из вида протекающих реакций выделяют такие химические методы водоочистки как:

1. Нейтрализация – выравнивание PH-баланса воды за счет добавления особых реагентов (аммиачной воды, гидроксидов калия или натрия, кальцированной соды) или ее пропускании через кислые газы. Чаще всего к этому методу обращаются при регенерации промышленных стоков, забираемая из скважин или водоемов вода изначально имеет нейтральную среду и корректировке баланса не нуждается.
2. Окисление – обезвреживание токсичных водных растворов и хлорирование воды при добавлении активных окислителей. Несмотря на высокую эффективность (микроорганизмы убиваются быстро и надолго) метод считается опасным для здоровья человека.
3. Очистку восстановлением. Данный метод выбирается при высокой доли легко восстанавливаемых веществ в исходной воде или стоках. При его выборе из воды удаляются ряд простых и переходных металлов и минералов (хрома, ртути или мышьяка) и их соединений.

Физико-химические

Данная группа представлена комплексными методами с широким спектром применения, задействуемыми на любых этапах очистки и водоподготовки.

Очистка воды при их выборе осуществляется самыми разными способами, включая воздействие растворенных газов, тонкодисперсных сред и изменение ионного состояния молекул.

Особенности наиболее востребованных физико-химических методов изложены в таблице:

Наименование	Кратное описание метода	Оптимальное применение/ возможные ограничения
Флотация	Отделение и подъем твердых гидрофобных частиц при пропускании сквозь толщу воды пузырьков воздуха или других инертных газов. Формируемая на поверхности пена или прослойка легко удаляется механическими способами.	Очистка жидкостей от нефтепродуктов и масел, удаление твердых примесей при низкой эффективности других методов.
Сорбация	Избирательная фильтрация ненужных примесей при поверхностном или объемном прохождении воды через материалы с пористой структурой (силикагели, уголь и их аналоги). Используемые сорбенты могут быть восстанавливаемыми или утилизируемыми после потери фильтрационных свойств.	Удаление ПАВ, пестицидов, фенолов, процессы доочистки.
Экстракция	Заливка в очищаемую воду мало- или несмешиваемых веществ, растворяющих грязь, с последующим активным перемешиванием, отстаиванием и разделением разнофазных сред.	Удаление органический соединений, включая фенолы, регенерация стоков.
Ионообмен	Обмен ионами между очищаемой водой и природными (цеолиты, сульфоугли) или искусственными (синтетические смолы) ионитами.	Умягчение воды/ метод не предназначен для бытовой очистки больших объемов сильнозагрязненной воды.
Электродиализ	Очищаемая вода последовательно проходит камеры с ионоселективными мембранами и электродами постоянного тока. В первых камерах вода избирательно обессоливается, в крайних – накапливает концентрат солей с последующим разделением.	Обессоливание и удаление нежелательных ионов. Регенерация стоков на химических предприятиях.
Обратный осмос	Вода пропускается через мембраны с микроскопическими ячейками под избыточным гидростатическим давлением с последующей утилизацией выделенного загрязненного раствора.	Обессоливание, отделение нежелательных микроорганизмов, растворенных газов и коллоидных веществ.
Термические методы	Суть данных метолов состоит в получении дистиллята или максимально очищенной воды после ее выпаривания, вымораживания или термического окисления (распыление и пропускание через высокотемпературные продукты сгорания).	Нейтрализация или удаление токсичных или слабо разлагающихся примесей.

Биологические

Эти методы преимущественно задействуются при очищении стоковых вод и базируются на использовании живых организмов.

К последним относят как бактерии (окисляющие и разрушающие токсичные и азотосодержащие соединения, поглощающие фосфаты), простейшие грибы и водоросли, так и многоклеточные (черви, насекомые).

Водоочистка биологическими методами проводится в:

• Естественных или искусственных водоемах, очищающих сравнительно небольшие объемы воды со средней степенью загрязненности при минимуме усилий и трат.
• Биофильтрах – специальных сооружениях с фильтрующей прослойкой из аэробных микроорганизмов с естественным или принудительным воздухообменом.
• Аэротенках – сложных автоматизированных комплексах с принудительной аэрацией.
• Метатенках – устройствах анаэробного брожения для переработки концентрированных стоковых осадков.

Современные технологии очищения

В современных системах водоподготовки приведенные методы используются в комплексе.

Ярким примером служат многоступенчатые бытовые фильтры с механическими предфильтрами, ионообменными или сорбционными картриджами и обратноосмотическими мембранами. Такие установки обеспечивают полноценную подготовку питьевой воды вне зависимости от ее исходных параметров.

К инновационным тенденциям в сфере водоподготовки относят:

• Отказ от метода хлорирования в пользу озонирования (окисление жидким кислородом) и/или УФ-обработки.
• Использование ультрафильтров и нанофильтрационных мембран с пониженной селективностью.
• Вывод взвесей и растворенных органических примесей с помощью электроприборов фотокатализации.

При всех своих преимуществах такие технологии нельзя назвать бюджетными, соответствующие фильтры, мембраны и другие расходные материалы обходятся дорого и в быту не окупаются.

Проверенные новые методы (ионообмен, обратный осмос, многоступенчатое исполнение фильтра), наоборот, становятся более доступными для частных лиц.

Фильтрация на предприятиях

Взаимосвязь между областью использования и требуемым типом системы водоподготовки отражена в таблице:

Отрасль производства	Требуемые функции основной линии подготовки
Металлургия	Обессоливание
Пищевая промышленность	Обеспечение ионного обмена, обеззараживание, умягчение
Добыча и переработка нефти и газа	Исключение посторонних примесей, обезжелезивание, обратный осмос
Энерго- и тепло- и водоснабжение	Обессоливание, УФ-фильтрация, хлорирование или озонирование
Фармацевтика	Обратный осмос, дистилляция

В целях экономии средств приведенные методы реализуются в комплексе с механическим фильтрованием.

Отдельные требования выдвигаются к системам переработки стоков предприятий химической или металлургической отрасли, отбираемый концентрат может быть ценным или нуждаться в обязательной утилизации.

Переработка стоков

Полный цикл переработки стоков на производстве и в общественных линиях включает:

1. Подачу стоков на усреднитель при необходимости разбавления.
2. Отстаивание механическим способом.
3. Основную чистку (активное использование живых организмов).
4. Глубокую чистку (удаление всех посторонних примесей с помощью обратноосмотических мембран или тонких фильтров).
5. Обеззараживание (УФ-обработка, хлорирование, озонирование).

Выделяемый на 2, 3 и 4 стадиях осадок в обязательном порядке регенерируется или утилизируется. Эти процессы происходят в метатенках, отжимных или сушильных аппаратах.

К дорогостоящим физико-химическим методам прибегают лишь при повышенных требованиях к чистоте состава или при низкой результативности других способов.

Бытовое очищение стоков требует меньше усилий. Владельцы индивидуальных домов, но подключенных к канализационным сетям используют септики (как с днищем, так и без), сорбенты или коагулянты.

Более подробно об очистке сточных вод читайте здесь.

Удаление тяжелых металлов

Потребность в принятии дополнительных мер возникает при отклонении ПДК тяжелых металлов в воде от санитарно-гигиенически норм. Чаще всего такая ситуация наблюдается при близости скважины к септику или попадании этих веществ извне (осадки, протекание зараженных грунтовых вод, контакт с металлически фитингами).

Для удаления этих веществ в быту и промышленности используются следующие химические и физико-химические методы:

Тип металла	Допустимая концентрация в воде, не более мг/л	Рекомендуемый метод очистки воды
Марганец и железо	0,1	Ионообмен, аэрация с последующей подачей в засыпной фильтр с каталитическим зарядом, окисление гипохлоритом натрия, дозированная подача сильнодействующих окислителей
Сероводород	0,01, вещество очень токсично	Окисление, выветривание, насыщение кислородом
Свинец	0,03	Обратный осмос, окисление и восстановление
Ртуть	0,001	Обратный осмос, а также окисление и восстановление
Хром	0,05	Окисление, обратный осмос и восстановление
Никель	0,1	Окисление и восстановление

Системы обратного осмоса при несомненной эффективности редко используются из-за дороговизны и ускоренного использования ресурсов мембран.

Заключение

Приведенные методы непрерывно совершенствуются и дополняют друг друга, при выборе конкретного варианта стоит ознакомиться с их особенностями и возможными ограничениями заранее.

Ни один из методов, который существует, нельзя назвать универсальным, при правильной организации водоподготовки они задействуются в комплексе.

Вне зависимости от выбранного метода к потребителю или на промышленные объекты подается вода с контролируемыми параметрами.

Источник

Фильтрация

Из всех способов очистки воды фильтрация лучше всего подходит для решения частных целей, а именно – подготовки хозяйственной и питьевой воды в квартирах и частных домах.

Данный принцип реализован практически во всех бытовых приборах грубой и тонкой очистки воды, используемых по отдельности или в комплексе.

Конкретные системы подбираются самостоятельно или с помощью специалистов исходя из параметров и объемов очищаемой воды, бюджета и поставленных задач.

Что это такое?

Термин «фильтрация воды» применяется ко всем технологическим приемам очистки воды от нежелательных взвесей, заключающихся в пропускании через специальные фильтрующие прослойки.

Их функции выполняют:

• сетки и решетки,
• инертные гранулы,
• пористые материалы,
• волокнистые или минеральные сорбенты,
• мембраны с разным размером ячеек.

После прохождения через такие фильтры вода очищается от:

• Твердых нерастворимых включений: ила, песка, ржавчины или окалины;
• Солей магния и кальция;
• Железа и примесей тяжелых металлов;
• Сероводорода;
• Пластовой органики, водорослей и патогенных микроорганизмов.

Наличие этой прослойки является главным отличием фильтрации от других методов очистки воды.

Соответственно, их производительность и эффективность зависит от параметров фильтрационной прослойки, а именно:

• пропускной способности,
• типа и материала,
• долговечности
• способа восстановления.

Методы и способы

В зависимости от реализованного способа фильтрации выделяют:

• Механические системы фильтрации, представленные сетчатыми или дисковыми фильтрами грубой очистки или намоточными картриджами из вспененных полимеров.
• Фильтры-сорбенты, очищающие воду и улучшающие ее вкус при прохождении через картриджи с активированным углем (древесным или кокосовым) или гранулами алюмосиликатов.
• Реагентные системы фильтрации, удаляющие из воды растворенные и нерастворенные частицы тяжелых металлов и сероводорода при прохождении через прослойки с глауконитовым песком и аналогичными окислителями.
• Системы мембранной фильтрации, признанные самыми эффективными в области тонкой чистки воды.

Более подробно о методах фильтрации читайте здесь.

Какие методы применяют в квартирах и частных домах?

Приведенные методы фильтрации могут использоваться отдельно, но максимальный эффект достигается при их комбинировании. Конкретная схема подбирается исходя из результатов анализа состава воды, поставленных задач и объемов фильтрации.

В квартирах и домах, подключенных к централизованному водоснабжению, обязательно используются фильтры грубой механической чистки, устанавливаемые перед приборами учета как холодной, так и горячей воды.

При высокой жесткости водопроводной воды к ним добавляют умягчители и угольные сорбционные фильтры, нейтрализующие неприятные последствия обработки воды хлором.

При заборе воды из скважин перед подачей в частные дома схема усложняется и включает до 5 ступеней:

1. Грубую чистку с помощью сетчатых или дисковых фильтров (обязательная ступень вне зависимости от качества воды в скважине или колодце).
2. Удаление их воды железа, марганца и сероводорода с помощью аэрационных систем и реагентных фильтров (актуально при близком расположении септиков или промышленных стоков).
3. Умягчение воды. Лучше всего для этих целей подходят ионообменные фильтры, используемые в комплексе с угольными картриджными установками или без них.
4. Тонкую чистку воды с помощью обратноосмотических мембран (рекомендуемый для частных домов вариант) или многоступенчатых угольных фильтров.
5. Обеззараживание. В отличие от водопроводной воды заборы из скважин не проходят обработку хлором, при недостаточной эффективности фильтров тонкой чистки или с целью экономии их ресурсов в схему вводятся УФ-лампы или озонаторы.

Наличие фильтров грубой и тонкой очистки в любом случае обязательно, остальные устройства подбираются исходя из параметров воды в скважине. В отличие от реагетных систем очистки воды фильтрационная схема может использоваться для подготовки воды любого качества: от хозяйственной до питьевой.

Какие бывают системы фильтрации воды?

Для фильтрации воды в квартирах, офисах и частных домах используются как отдельные устройства со сравнительно низкой производительностью (кувшины, пурифайеры, насадки на краны, одноступенчатые системы под мойку), так и комплекты взаимодополняющих приборов (многоступенчатые системы).

Используемые в них устройства соответственно могут быть проточными, накопительными или функционирующими отдельно от основной линии подачи воды.

При выборе конкретного варианта учитывается:

Степень загрязнения воды и требования к качеству воды. В зависимости от качества и источника воды подбирается система очистки.

Чем хуже вода и чем больше в ней различных загрязнений и примесей, тем дороже будет стоить система фильтрации.
Ожидаемый объем переработки. Суточная норма питьевой воды на 1 человека варьируется в пределах 2,5-3 л, помимо ее умножения на количество людей в семье итоговое значение увеличивается в 2-3 раза (запас на гостей и форс-мажоры).

Но максимальный комфорт достигается при непрерывной очистке питьевой воды, что подразумевает установку систем под мойку в квартирах или комплексную многоступенчатую фильтрацию в частных домах.
Ресурсы службы фильтрационных прослоек, возможность и способ восстановления их способностей. При неограниченном бюджете предпочтение отдается системам с полуавтоматической или автоматической промывкой. Фильтры с ручной промывкой обходятся дешевле, но требуют постоянного внимания.

Некоторые виды фильтрующих элементов (угольные картриджи, мембраны) теряют свои полезные свойства полностью и нуждаются в 100% замене при забивке или истечении срока службы, частоту и стоимость этой процедуры стоит узнать заранее.

Отдельного внимания заслуживает проверка бренда. Обратной стороной растущего спроса на водные фильтры является насыщения рынка фальсификатом, игнорирование этого этапа чревато потерей времени и средств.

Предпочтение отдается проверенным компаниям (топ-7 приведен в таблице ниже), работающим на рынке более 5 лет и предоставляющим соответствующие сертификаты и гарантии.

Наименование бренда и компании	Год основания или регистрации торговой марки в РФ	Информация о производителе
Группа компаний Best Water Technology (BWT)	1990	Ведущая европейская компания, реализующая системы фильтрации и водоподготовки для дома и промышленности (включая фармацевтику, пищевую отрасль и гостиничный бизнес). Курирует разработки крупнейшего российского производителя ЗАО «МЕТТЭМ-Технологии» (торговая марка «Барьер»)
Brita	1966	Немецкая компания, специализирующая на выпуске фильтров-кувшинов и аналогичных систем фильтрации, функционирующих без прямого подключения к водопроводу
Аквафор	1992	Международная корпорация с подразделениями в США, РФ, Европе и КНР, реализующая все типы бытовых и профессиональных фильтров собственной разработки
Гейзер	1986	Российский производитель, выпускающий свыше 1000 различных типов бытовых и промышленных фильтров разного типа
Новая Вода	1998	Российская компания, специализирующая исключительно на бытовых системах. Выпускает как собственные фильтры, так и инновационные разработки немецкой компании DWT.
Экодар	1993	Крупнейший поставщик зарубежного фильтрационного оборудования и производитель собственных

брендов Ecomaster, WiseWater, ZauberKraft и ZauberROS. Атолл 1994 Продукция компании ООО «НПО «Русфильтр», специализирующейся на производстве магистральных, проточных картриджных и обратноосмотических системы бытовой водоподготовки

Заключение

В заключение стоить отметить, что эффективность выбранной системы фильтрации снижается при отсутствии контроля за качеством получаемой воды. Помимо оценки исходных параметров в ходе эксплуатации фильтров любого типа следует своевременно проводить их осмотр и периодически проверять состав воды в лабораториях.

Источник