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:
-
биологические,
-
химические,
-
физические,
-
смешанные.
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:
-
отстаивание,
-
процеживание,
-
различные варианты фильтрования,
-
УФ-обработка.
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:
-
нейтрализация,
-
восстановление,
-
оксидация (окисление).
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.
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:
-
флотация,
-
ионообмен,
-
обратный осмос,
-
электродиализ,
-
экстракция,
-
сорбция.
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.
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
Их 4:
-
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.
Все они помогают избавиться от Mn, Fe, Pb, Hg, Cu.
Способы обезжелезивания
Разделим их на 3 категории:
- Отстаивание – простое, доступное каждому, требующее наличия объемного резервуара и запаса времени. Fe+2 будет медленно окисляться и оседать на внутренних поверхностях емкости.
- Безреагентные – электролиз, аэрация, биологическая оксидация, электромагнитное воздействие. При любом из них реакции протекают с нормальной для них скоростью.
- Каталитические – коагуляция, обработка перманганатом калия или гипохлоритом натрия. В каждом из случаев провоцируется убыстрение процессов с целью образования осадка.
Походные технологии очистки воды: основные методы
На природе, собираясь напиться из сомнительного источника, следует принять одну из таких мер:
- Проведите фильтрацию – возьмите бутылку, закройте ее горлышко тканью, на которую насыпьте песок (или мелкий древесный уголь). После чего пропустите сквозь такой примитивный улавливатель жидкость и только после этого употребляйте ее.
- Осуществите дистилляцию – поставьте трубу так, чтобы оба конца ее смотрели вверх, наполните ее, с двух сторон накройте кастрюлями с тканью внутри, разведите костер. Вода будет превращаться в пар и конденсироваться в посуде. После останется только затушить пламя, подождать, пока поверхности остынут, и выжать ткань.
- Прокипятите то, что набрали, в течение 10-30 минут – да, примитивно, но дает хоть какой-то результат.
- Проведите дезинфекцию – в 1 литре разведите 2 чайные ложки поваренной соли и дайте настояться в течение получаса. А если пугает вкус, лучше заранее запаситесь таблетками для обеззараживания и использовать их.
Способы очистки воды в домашних условиях
Бытовой фильтр будет самым современным вариантом, но если его нет, можно:
- Отстаивать – во вместительной емкости, на протяжении 8 часов; это поможет выветрить хлористые соединения и некоторые тяжелые металлы; но употребляйте только верхние 3/4, а от остатка избавьтесь.
- Обогащать кремнием – нужно промыть кусочки этого минерала, положить в трехлитровую банку, а затем залить и подождать 2-3 дня. После этого жидкость можно пить. Ничто не мешает повторно использовать столь полезные камушки, но не забывайте еженедельно убирать с их поверхности налет.
- Фильтровать активированным углем – сшить марлевый мешочек и частично заполнить его гранулами (или толчеными таблетками) этого сорбента; ну а потом просто пустить через него струю – каждая капля будет очищаться; есть лишь один недостаток, и он в том, что через 5-7 суток такой уловитель придет в негодность и потребуется сделать новый.
- Обогащать ионами серебра – взять какое-нибудь украшение, желательно 999 пробы, положить в стеклянную емкость, залить и оставить часов на 8-10. Антибактериальный эффект драгоценного металла обеспечит эффективное обеззараживание.
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
Действуя по нему:
-
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.