Системы очистки воды являются неотъемлемой частью современной жизни, и практически всем потребителям (от частных лиц до компаний) необходима качественная и правильно подготовленная вода.
Методы и технологии, реализованные в них, различны; стоит заранее ознакомиться с особенностями каждого варианта.
Какие существуют по принципу действия
В зависимости от принципа действия различают такие способы очистки воды, как:
- Физическая (грубая механическая очистка).
- Химический (смешивание воды с реагентами).
- Физико-химические (комплексные комплексные мероприятия).
- Биологический (воздействие живых микроорганизмов).
Физические методы
Эти методы предназначены для очистки воды от твердых крупных частиц (обычно нерастворимых).
Их успешно используют на этапах первичной и грубой очистки и гораздо реже при глубоком и тонком воздействии.
К наиболее важным физическим методам относятся:
- Просеивание – это очистка жидкостей от крупных фракционных инородных включений при их прохождении через ячеистые слои (решетку, сетку, полипропиленовую мешковину). К преимуществам этого метода относятся простота и эффективное улавливание крупного мусора, к недостаткам – необходимость частой промывки фильтрующих элементов, пропускание патогенных микроорганизмов, солей и любых мелких нежелательных примесей.
- Седиментация – это осаждение посторонних фракций под действием собственного веса вниз с последующим отбором более чистой воды. Этот метод применяется как на предварительном, так и на промежуточном этапе водоподготовки; Производительность существенно ограничена временем и объемом отстойников.
- Фильтрация – метод, аналогичный фильтрации, но более совершенный, позволяющий очистить воду от ненужных примесей разной фракции (минимальный порог – до микрон) при прохождении через пористый фильтрующий слой. Метод активно используется в быту и на производстве, считается самым эффективным из всех физических видов.
- УФ-обеззараживание – это обработка воды, предварительно очищенной от крупных фракций, УФ-лучами с длиной волны в диапазоне 200-400 нм в целях обеззараживания. Этот метод не меняет состав и физические свойства жидкости.
Химические
Эти методы ценятся за свою эффективность и высокую производительность.
Направления. Разложение, трансформация или осаждение загрязнений при нанесении происходит в кратчайшие сроки независимо от объема обработки.
По типу протекающих реакций различают следующие методы химической очистки воды:
- Нейтрализация – выравнивание pH-баланса воды путем добавления специальных реагентов (аммиачной воды, гидроксидов калия или натрия, соды) или пропускания ее через кислые газы. Чаще всего этот метод применяют для регенерации промышленных сточных вод; вода, полученная из скважин или водоемов, в основном имеет нейтральную среду и не нуждается в корректировке.
- Окисление – нейтрализация токсичных водных растворов и хлорирование воды путем добавления активных окислителей. Несмотря на высокую эффективность (микроорганизмы погибают быстро и надолго), метод считается опасным для здоровья человека.
- Уборка во время реставрации. Этот метод выбирают при наличии высокой доли легковосстанавливаемых веществ в исходной или сточной воде. При его подборе из воды удаляется ряд простых и переходных металлов и минералов (хром, ртуть или мышьяк) и их соединений.
Физико-химические
Эта группа представлена комплексными методами с широким спектром применения, применяемыми на любой стадии очистки и водоподготовки.
При их выборе очистка воды осуществляется рядом способов, включая воздействие растворенных газов, мелкодисперсных сред, изменение ионного состояния молекул.
Особенности наиболее популярных физических и химических методов представлены в таблице:
| Имя | Краткое описание метода | Оптимальное использование/возможные ограничения |
| Флотация | Сепарация и подъем твердых гидрофобных частиц при прохождении пузырьков воздуха или других инертных газов через толщу воды. Пена или слой, образующийся на поверхности, легко удаляется механическим путем. | Очистка жидкостей от нефтепродуктов и масел, удаление твердых примесей при низкой эффективности других методов. |
| Сорбция | Селективная фильтрация ненужных примесей под поверхностью или объемное пропускание воды через материалы с пористой структурой (силикагели, уголь и их аналоги). Используемые сорбенты могут быть восстановлены или переработаны после потери фильтрующих свойств. | Удаление поверхностно-активных веществ, пестицидов, фенолов, финишные процессы. |
| Отрывок | Вливание в воду легко очищаемых или несмешивающихся веществ, растворяющих загрязнения, с последующим активным перемешиванием, осаждением и разделением различных фазовых сред. | Удаление органических соединений, в том числе фенолов, регенерация сточных вод. |
| Ионный обмен | Обмен ионов между очищенной водой и природными (цеолиты, сульфоуголь) или искусственными (синтетические смолы) ионообменниками. | Умягчение воды/способ не предназначено для бытовой очистки больших объемов сильно загрязненной воды. |
| Электродиализ | Очищенная вода последовательно проходит через камеры с ионоселективными мембранами и электродами постоянного тока. В первых камерах происходит избирательное опреснение воды, в наружных камерах накапливается солевой концентрат с последующей сепарацией. | Опреснение и удаление нежелательных ионов. Регенерация сточных вод на химических предприятиях. |
| Обратный осмос | Воду пропускают через мембраны с микроскопическими ячейками под слишком большим гидростатическим давлением с последующей утилизацией выделившегося загрязненного раствора. | Опреснение, отделение нежелательных микроорганизмов, растворенных газов и коллоидных веществ. |
| Термические методы | Сущность этих методов заключается в получении дистиллята или максимально очищенной воды после ее выпаривания, замораживания или термического окисления (распыления и пропускания через него высокотемпературных продуктов сгорания). | Нейтрализация или удаление токсичных или плохо разлагаемых примесей. |
Биологические
Эти методы в основном применяются для очистки сточных вод и основаны на использовании живых организмов.
К последним относятся как бактерии (окисляющие и разрушающие токсичные и азотистые соединения, поглощающие фосфаты), простейшие грибы и водоросли, так и многоклеточные организмы (черви, насекомые).
Направления. Бактерии чаще всего используются в виде активного жилого ила и зооглеи.
Очистка воды биологическими методами осуществляется в:
- Естественные или искусственные водоемы, очищающие относительно небольшие объемы воды средней степени загрязнения с минимумом усилий и затрат.
- Биофильтры – это специальные конструкции с фильтрующим слоем аэробных микроорганизмов с естественным или принудительным воздухообменом.
- Аэротенки представляют собой сложные автоматизированные комплексы с принудительной аэрацией.
- Илохранилища представляют собой устройства для анаэробной ферментации, предназначенные для обработки концентрированного осадка сточных вод.
Современные технологии очищения
В современных системах водоочистки вышеуказанные методы используются в комплексе.
Яркий пример – многоступенчатые бытовые фильтры с механическими фильтрами предварительной очистки, ионообменными или сорбционными картриджами и обратноосмотическими мембранами. Такие установки обеспечивают полную подготовку питьевой воды независимо от ее исходных параметров.
К инновационным тенденциям в области очистки воды относятся:
- Отказ от метода хлорирования в пользу озонирования (окисления жидким кислородом) и/или обработки УФ.
- Использование ультрафильтров и нанофильтрационных мембран с пониженной селективностью.
- Удаление взвесей и растворенных органических примесей с помощью электрофотокаталитических установок.
Несмотря на все свои преимущества, такие технологии нельзя назвать бюджетными; соответствующие фильтры, мембраны и другие расходные материалы дороги и не окупают себя в быту.
Проверенные новые методы (ионный обмен, обратный осмос, многоступенчатый фильтр), наоборот, становятся доступнее частным лицам.
Фильтрация на предприятиях
Связь между областью использования и требуемым типом системы водоподготовки представлена в таблице:
| Промышленность | Необходимые функции подготовки соединительной линии |
| Металлургия | Опреснение |
| Пищевая промышленность | Обеспечивает ионный обмен, дезинфекцию, смягчение |
| Добыча и переработка нефти и газа | Устранение посторонних примесей, удаление железа, обратный осмос |
| Энерго-, тепло- и водоснабжение | Опреснение, УФ-фильтрация, хлорирование или озонирование |
| Лекарства | Обратный осмос, дистилляция |
В целях экономии вышеперечисленные методы реализуются в сочетании с механической фильтрацией.
К системам очистки сточных вод предприятий химической или металлургической промышленности предъявляются отдельные требования, выбранный концентрат может оказаться ценным или требовать обязательной утилизации.
Переработка стоков
Полный цикл очистки сточных вод на производственных и общественных линиях включает в себя:
- Подача сточных вод в гомогенизатор, если требуется разбавление.
- Механическая настройка.
- Базовая уборка (активное использование живых организмов).
- Глубокая очистка (удаление всех посторонних примесей с помощью мембран обратного осмоса или фильтров тонкой очистки).
- Дезинфекция (УФ-обработка, хлорирование, озонирование).
Осадок, образовавшийся на этапах 2, 3 и 4, должен быть регенерирован или выброшен на свалку. Эти процессы происходят в метатанках, зажимах или сушилках.
Дорогостоящие физико-химические методы применяются только при повышенных требованиях к чистоте состава или при низкой эффективности других методов.
Очистка сточных вод в домах требует меньших усилий. Владельцы частных домов, но подключенных к канализационной сети, используют септики (как с дном, так и без него), сорбенты или коагулянты.
Важно! Повторное использование очищенных сточных вод практикуется редко (при определенных условиях воду можно направить на ирригационные сооружения).
Удаление тяжелых металлов
Необходимость принятия дополнительных мер возникает при отклонении ПДК тяжелых металлов в воде от санитарно-гигиенических норм. Такая ситуация чаще всего наблюдается, когда колодец находится вблизи септика или эти вещества попадают извне (осадки, сток загрязненных грунтовых вод, контакт с металлической арматурой).
Для удаления этих веществ в быту и промышленности применяют 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 | Ионный обмен, аэрация с последующей подачей в загрузочный фильтр с каталитической загрузкой, окисление гипохлоритом натрия, дозированная подача сильнодействующих окислителей |
| Сероводород | 0,01, вещество высокотоксично | Окисление, выветривание, оксигенация |
| Вести | 0,03 | Обратный осмос, окисление и восстановление |
| Меркурий | 0,001 | Обратный осмос, окисление и восстановление |
| Хром | 0,05 | Окисление, обратный осмос и восстановление |
| Никель | 0,1 | Окисление и восстановление |
Системы обратного осмоса хоть и бесспорно эффективны, но используются редко из-за высокой стоимости и ускоренного использования мембранных ресурсов.
Важно! Систему обратного осмоса рекомендуется выбирать при очистке воды с повышенным содержанием двухвалентного железа (от 20 мг/л) или когда невозможно использовать другие методы.
Заключение
Вышеуказанные методы постоянно совершенствуются и дополняют друг друга; при выборе конкретного варианта стоит заранее ознакомиться с их особенностями и возможными ограничениями.
Ни один из существующих методов нельзя назвать универсальным; при правильной организации водоподготовки их применяют в комплексе.
Независимо от выбранного метода вода с контролируемыми параметрами доставляется на потребительские или промышленные объекты.
