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.
Справка. Разложение, преобразование или выпадение в осадок загрязнителей при их применении происходит в кратчайшие сроки вне зависимости от объема обработки.
Исходя из вида протекающих реакций выделяют такие химические методы водоочистки как:
- 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.
- 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.
- 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).
Справка. Чаще всего бактерии используют в виде активного жилого ила и зооглеей.
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:
- Подачу стоков на усреднитель при необходимости разбавления.
- Отстаивание механическим способом.
- Основную чистку (активное использование живых организмов).
- Глубокую чистку (удаление всех посторонних примесей с помощью обратноосмотических мембран или тонких фильтров).
- 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.
Важно! Вторичное использование очищенных стоков практикуется редко (при соблюдении ряда условий вода может направляться в системы полива).
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.
Важно! Рекомендуется выбрать систему обратного осмоса при очищении воды с высоким (от 20 мг/л) содержанием двухвалентного железа или невозможности использования других способов.
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.
