Современные способы и методы очистки воды

Как связано качество питьевой воды и методы очистки воды

Технология очистки воды до питьевой – это процесс подготовки природной воды, включающий различные методы удаления нежелательный частиц, минералов, биологических веществ и газов, результатом которого является получение пригодной питьевой воды.

Прежде чем выбрать способы очистки воды питьевой воды, необходимо разобраться, от чего чистить воду. К основным загрязнениям пресной воды (водопроводной, колодезной, родниковой, скважинной) относят:

механические примеси – песок, ил, глина, ржавчина;
микроорганизмы, бактерии, вирусы и органические соединения;
железо, марганец и тяжелые металлы;
гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, соединения азота и свободных лор;
легкорастворимые соли и газы.

Реализуемые современные методы очистки воды до питьевой различны и подбираются в зависимости от качества исходной воды, которое проверяют путем лабораторного исследования.

Ионообменные методы подготовки воды для хозяйственно питьевого потребления

Принцип работы ионообменных фильтров заключен в действии специальной смолы. Когда вода проходит через фильтр умягчения, происходит реакция ионного обмена, так смоле удается удерживать ионы кальция, магния, насыщая воду полезным натрием или нейтральным водородом.

Получаемые соли являются безвредными, не выпадают в осадок и не вызывают накипи. Также смолы улавливают вредные тяжелые металлы.

Применяются системы совместно с фильтром грубой чистки и, когда минерализация воды находится на уровне более 100 мг на 1 л. Среди недостатков таких методов подготовки питьевой воды выделяют:

необходимость частой регенерации смолы;
невысокая скорость очистки.

Данный способ относится к наиболее эффективным методам очистки питьевой воды и сточных вод.

Очистка воды в бытовых условиях: способы водоподготовки

В наше время качество воды, которую можно считать безопасной для употребления, регулируется нормативно-техническими документами. Так, для централизованных и нецентрализованных систем питьевого и горячего водоснабжения в России действуют санитарные и гигиенические требования, своды правил, методические рекомендации и указания (см.

табл. 1).

Кроме того, для аккредитации испытательных лабораторий, методов контроля качества, а также отбора и анализа проб питьевой воды разработаны национальные и межгосударственные стандарты (см. табл.

2).

Однако, несмотря на госрегулирование, водопроводная вода часто подвергается вторичному загрязнению уже после прохождения очистки, что связано с неудовлетворительным санитарно-техническим состоянием разводящих сетей [2] . Источником появления вредных для человека элементов может являться также сам процесс обработки воды на промышленных очистных станциях.

Это происходит в тех случаях, когда для обеззараживания воды применяются значительные дозы химических коагулянтов на основе железа или алюминия [3] либо в воде остается избыточное содержание хлора и других побочных продуктов дезинфекции. Именно поэтому встает вопрос о бытовых способах очистки воды из водопровода.

Мнение эксперта
Смирнов Александр Станиславович
Инструктор по выживанию в дикой природе. Опыт преподавания более 15 лет
Что касается колодцев и скважин, то необходимость очистки поступающей из них воды вызвана наличием в грунтовых водах целого калейдоскопа вредных компонентов, источниками которых являются:

Промышленные стоки и отходы, содержащие практически все известные химические элементы. Среди них особенно опасны вещества, вызывающие тератогенные (мутации плода) и канцерогенные (онкологические) изменения [4] .
Коммунальные стоки и отходы, служащие источником биохимических и микробиологических загрязнений [5] .
Размывание грунтовых пород, которое сопровождается повышением минерализации воды [6] .

Условно все современные методы очистки воды делят на следующие разновидности:

Химические , к которым относят:
- обработку разнообразными окислителями (хлором, озоном, перманганатом калия);
- коагулирование и флокуляцию — процессы слипания мелковзвешенных частиц мути, которые, после укрупнения легко удаляются из воды последующим фильтром;
- применение ионообменных смол для умягчения воды.
Физические : процеживание, отстаивание, а также обеззараживание УФ-лучами.
Физико-химические , например аэрация под давлением, электрокоагулирование и электрофлокуляция, электроосмос.
Биологические — применяемые для очистки сточных вод (с использованием аэробных либо анаэробных бактериальных культур).

В большинстве случаев практикуется применение комплекса методов очистки и обеззараживания воды.

Очистка воды в загородном доме: задача повышенной сложности

Сложные загрязнения, с которыми приходится сталкиваться владельцам коттеджей, получающих воду из скважины или колодца, требуют системного подхода. Чтобы вода стала пригодной к употреблению, т.

е. питьевой, обычно нужен целый комплекс водоподготовки, состоящий из последовательно соединенных фильтрующих устройств колонного типа.

В качестве примера можно рассмотреть систему комплексной очистки воды для коттеджей, предлагаемую одним из лидеров рынка — компанией «Экодар». Это система «Стандарт EM».

Данный комплекс выполняет следующие задачи:

Первичная очистка от механических примесей и осветление. Выполняется сетчатым грязевым фильтром.
Обезжелезивание, удаление марганца и сероводорода — ликвидация неприятного запаха затхлости и железистого цвета. Для этого используется безреагентный фильтр-обезжелезиватель в комплексе с аэрационной колонной со встречными турбулентными потоками.
Удаление избыточной жесткости. Для этого применяется фильтр умягчения воды со встроенным датчиком расхода ионообменной смолы.
Удаление микробиологических загрязнений, которое осуществляется методом УФ-облучения посредством стерилизатора.
Доочистка с использованием фильтра тонкой очистки.

В комплект входят также и дополнительные приборы, необходимые для корректной работы системы:

безмасляный воздушный компрессор с функцией регулировки расхода воздуха;
автоматическая система управления работой компрессора;
регулятор жесткости воды;
расходометр воды;
манометры.

Подобный комплексный способ очистки воды из скважины позволяет получить на выходе чистую питьевую воду.

Приняв решение об установке водоочистной системы, следует внимательно подойти к расчету ее параметров:

Производительность должна покрывать потребности домохозяйства в чистой воде с небольшим превышением. Для питьевой воды и воды, применяемой для хозяйственных потребностей, можно использовать фильтры различной степени очистки: например, дополнительно установив для кухни систему тонкой очистки воды методом обратного осмоса.
Ресурс работы оборудования зависит от степени загрязненности исходной воды, ее температуры и биохимических свойств, принципа работы, объема и бренда фильтра, материала загрузки или картриджа. Гарантийные обязательства у различных установщиков также различаются.
Способы и методы очистки воды , а также тип и объем фильтра подбираются в зависимости от результатов анализа вашей воды.
Определяя производительность оборудования, важно учитывать расход воды и реагентов , необходимый системе для проведения регенерации; а в случае применения обратноосмотического фильтра — потери жидкости в виде сливаемого в канализацию субстрата, не прошедшего фильтрующую мембрану.
Прежде чем отдать предпочтение тому или иному инсталлятору оборудования, стоит поинтересоваться, осуществляет ли он сервисное обслуживание , какова его периодичность и стоимость. У большинства крупных компаний, как правило, более конкурентный уровень цен. Кроме того, периодически они проводят акции и предлагают участие в программах лояльности.

Какие существуют по принципу действия?

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

Химические технологии очистки питьевой воды

Современные химические методы для очистки питьевой воды имеют высокую производительность и эффективность. Очистка происходит за счет взаимодействия специальных химических компонентов, которые угнетают действия примесей. Основные реакции:

нейтрализация (выравнивание щелочного баланса среды);
окисление (обезвреживание токсичных компонентов и хлора);
восстановление (удаление ряда переходных элементов, простых металлов и соединений).

В силу применения активных химических веществ некоторые технологии водоподготовки питьевой воды являются опасными для здоровья человека.

Физико-химические методы очистки и обеззараживания питьевой воды

Самый популярный метод, используемый для очистки питьевой воды, – физико-химический. Основные современные способы очистки (обезжелезивание, ионный обмен, обратный осмос) включены в данную группу.

Применяемые методы для очистки питьевой воды, входящие в эту группу весьма разнообразны, и способы справиться со всеми самыми распространенными типами загрязнения воды. Они отличаются высокой производительностью и эффективностью, и, что самое важное, абсолютно безопасны для человека, растений и животных.

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).

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.

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.

Мнение эксперта
Смирнов Александр Станиславович
Инструктор по выживанию в дикой природе. Опыт преподавания более 15 лет
Отдельные требования выдвигаются к системам переработки стоков предприятий химической или металлургической отрасли, отбираемый концентрат может быть ценным или нуждаться в обязательной утилизации.

Переработка стоков

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.

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.

ЭТАПЫ ВОДОПОДГОТОВКИ

На городских станциях водоподготовки питьевая вода подвергается комплексной многоступенчатой очистке. В целом процесс можно разделить на два этапа:

Химическая очистка – воду пропускают через отстойники, подвергают коагуляции, осветлению, деминерализации, дозируют реагенты для умягчения и обеззараживания.

Полезные статьи

Проведение анализов почвы, лабораторные исследования

Качество водопроводной воды зачастую оставляет желать лучшего. Содержащиеся в неочищенной воде примеси ухудшают ее вкусовые качества, вредят здоровью и сокращают срок службы бытовой техники. Некоторые решают данную проблему с помощью бутилированной воды, однако гораздо удобнее, экологичнее и дешевле домашним фильтром.

Зачем нужно очищать воду

Хотя водопроводная вода в городах и проходит через водоочистные станции, где подвергается очистке и обеззараживанию хлором, это, однако, не гарантирует ее качество на выходе. В большинстве станций оборудование изношенное и морально устаревшее.

Вдобавок к этому металлические водопроводные трубы уже давно заржавели, что даже хорошо очищенная вода, попадая в водопровод, становится непригодной для питья.

Хлорирование также таит в себе серьезный подвох. В результате взаимодействия хлора с содержащейся в воде органикой, образуются хлорорганические соединения, некоторые из которых обладают токсичными и канцерогенными свойствами.

Концентрация таких веществ в воде обычно невелика, однако они могут накапливаться в тканях организма. Еще один отрицательный фактор — это негативная экологическая обстановка, постоянно усугубляемая сточными водами, промышленными выбросами и расширяющимися токсичными свалками.

Проточные фильтры

Есть несколько видов проточных фильтров: насадка на кран, настольные, под мойку (обычные и обратноосмотические), магистральные.

Самый простой вид проточных устройств для очистки воды. Насадка устанавливается непосредственно на кран, вода проходит через нее под давлением.

Насадки на кран отличает относительно невысокая цена, небольшие габариты, простота установки и более глубокая очистка, чем у бюджетных кувшинов. Это очень удобный вариант: ждать фильтрации не придется и места на кухне не займет.

Модель, не снабженную переключателем, придется каждый раз снимать с крана при необходимости быстро набрать нефильтрованной воды.

Устройство очистки настольных проточных фильтров представляет собой сменный картридж, установленный в пластиковом корпусе. Водоочиститель устанавливается на мойку возле обычного крана и соединяется с водопроводом гибким шлангом.

Для подачи очищенной воды имеется краник, расположенный на одном уровне с фильтром. Неплохой вариант для небольшой семьи в зонах, где водопроводная вода не самого плохого качества.

Обеспечивает среднюю глубину очистки.

Мнение эксперта
Смирнов Александр Станиславович
Инструктор по выживанию в дикой природе. Опыт преподавания более 15 лет
Водоочистительное устройство такого типа устанавливается под мойкой. Отфильтрованная вода поступает через отдельный кран, который выводится от фильтра.

Это очень удобный и эстетичный вариант: все фильтры скрыты от глаз и не занимают ценное место на столешнице или раковине. Такие фильтры очищают воду быстро и эффективно.

Глубокая очистка обеспечивается тремя-четырьмя колбами с различными составами. Вода очищается от хлора, хлорорганических соединений, ржавчины, тяжелых и радиоактивных металлов.

Но бюджетные модели не фильтруют соли жесткости (накипь). Обратите внимание, что умягчающие картриджи у более дорогих моделей требуют частой замены.

Для подключения устройства к водопроводу может понадобиться помощь профессионала.

В использовании системы обратного осмоса похоже на водоочиститель предыдущего типа: он также монтируется под мойкой, а на нее производится вывод отдельного крана. Основная разница в том, что кроме картриджей с сорбентом здесь имеется узел мембранной очистки, не пропускающий ничего помимо воды.

Модели, снабженные накопительным баком, позволяют использовать запас воды до десяти литров. Для эксплуатации фильтра обратного осмоса требуется давление в водопроводе от 3 атмосфер.

Фильтрация осуществляется гораздо медленнее, чем у проточных питьевых фильтров, а установка и обслуживание требует профессиональных навыков, а это, опять же, дополнительные расходы. Обратноосмотические фильтры относятся к самой высокой ценовой категории, но и степень очистки у них самая высокая.

Фильтры обратного осмоса удаляют магний, ртуть, нитраты, нитриты, стронций, мышьяк, свинец, сульфаты, железо, хлор, а также многие, бактерии и вирусы. Но вместе и с этими вредными веществами такие фильтры удаляют и полезные калий, магний, натрий и другие минералы, делая воду почти дистиллированной.

Магистральные технические фильтры

По своему устройству и внешнему виду — сменный картридж в пластиковом корпусе — магистральные фильтры напоминают настольные. Но устанавливаются они непосредственно на магистраль водоснабжения, тем самым обеспечивая предварительную очистку перед другой фильтрацией, или защищая сантехнику и бытовую технику от ржавчины, налета, накипи и повреждения механическими частицами.

Отдельный технический фильтр можно установить в подвод к стиральной машине, посудомойке, нагревательному котлу и другим приборам. Магистральные фильтры бывают одно-, двух- и трехступенчатыми. От количества ступеней соответственно зависит глубина очистки.

Верный народный способ, как очистить питьевую воду в домашних условиях – очищение активированным углем

Очищение активированным углем – простой и доступный способ. Уголь нейтрализует неприятные запахи и удаляет вредные вещества из водопроводной воды. Сам процесс домашней очистки предельно простой – заворачиваете нужное количество таблеток в марлю (таблетка на литр воды) и помещаете в емкость с водой. Время очистки – 8 часов.

Другие народные методы:

гроздью рябины – она опускается в воду на 2-3 часа;
корой ивы, ветками можжевельника, листьями черемухи, шелухой лука – в данном случае процесс очистки длится 12 часов;
вино, уксус, йод – или 300 г сухого белого вина, или 3 капли йода, или чайная ложка уксус на литр воды.

Автор статьи
Смирнов Александр Станиславович
Инструктор по выживанию в дикой природе. Опыт преподавания более 15 лет