Оглавление
- Очистка воды – что это?
- Связь между очисткой воды и ее качеством
- Основные методы и способы очистки воды
- Очистка воды от различных примесей
- Современные технологии очищения воды
- Методы очистки воды для квартир и частных домов
- Очистка воды дома без фильтра
- Как очистить воду в естественных условиях?
- Очистка воды на предприятиях
- Переработка стоков
- Вопрос-ответ
Человеку необходимо ежедневно употреблять чистую воду без токсичных примесей и вредных включений. Однако экологическая обстановка в мире оставляет желать лучшего, ввиду чего очистка H2O становится все более актуальной. Известно несколько способов и методов удалить из жидкости токсичные элементы, и они постоянно совершенствуются. В своей статье я расскажу о наиболее распространенных из них.
Очистка воды – что это?
- химикаты;
- биологические загрязнители;
- газы и взвешенные твердые частицы.
Результатом корректно проведенной очистки должно стать получение чистой питьевой воды, которая пригодна для использования в конкретных целях.
Связь между очисткой воды и ее качеством
- бактерии, патогенные микроорганизмы, вирусы и органические соединения;
- песок, глину, ржавчину и другие механические примеси;
- марганец, железо и различные тяжелые металлы;
- легкорастворимые соли и газы;
- сульфаты, гидрокарбонаты, соединения азота, хлорида и т.д.
Основные методы и способы очистки воды
Далее я привела основные группы методов очистки, которые выделены на основании реализованного подхода.
Биологические
Биотехнологии очистки H2O основаны на использовании различных видов живых организмов:
- Бактерий.
- Водорослей.
- Низших грибов.
- Простейших и некоторых многоклеточных.
Колонии микроорганизмов и бактерий, образующие скопления и очищающие водные стоки, называются активным илом. Это илистая масса, которая:
- обладает черным или темно-коричневым цветом;
- пахнет сырой землей;
- образует оседающие хлопья при отстаивании.
Вид микроорганизмов, очищающих биомассу, определяет:
- технологические особенности очистительного процесса;
- какой вид оборудования будет использоваться.
Все эти микроорганизмы делятся на две группы:
Биологические способы чистки воды используются в следующих условиях:
Механические
Механическая очистка использует физические процессы для удаления из воды:
- крупных частиц;
- загрязнений.
Этот метод отлично подходит для удаления песка, глины, ржавчины и других физических примесей.
Механическая очистка, производительность которой определяется диаметром каналов, считается наиболее простой. Она обеспечивает улавливание посторонних частиц, которые не растворяются.
Физические
Физическая чистка в основном применяется на начальной стадии восстановления качества питьевой воды для удаления крупных твердых включений. Это позволяет в значительной степени снизить нагрузку на всех последующих технологических этапах.
Среди распространенных способов очистки воды от железа и других металлов:
- отстаивание;
- ультрафиолетовая обработка;
- процеживание;
- фильтрование, включая центробежное.
Процеживание
Метод предполагает, что вода пропускается через сита и решетки, за счет чего задерживаются твердые включения металлических загрязнений, которые хорошо отделяются.
Отстаивание
Технология очищения H2O при этом выглядит так:
- Вода помещается в резервуар на некоторое время.
- Под действием гравитационных сил загрязнения отделяются от воды.
- Отделившиеся включения оседают на дно резервуара, имеющего устройства для удаления полученного осадка.
Фильтрование
Фильтрование не только очищает воду от примесей. Метод также улучшает ее органолептические свойства:
- вкус;
- цвет;
- запах;
- прозрачность.
Ультрафиолетовая дезинфекция
Подвергшуюся глубокой очистке H2O обрабатывают лучами ультрафиолета длиной от 200 до 400 нм, которые невозможно увидеть невооруженным глазом.
Ультрафиолетовое обеззараживание – это процесс, который не зависит от состава воды. Ее структура остается неизменной после обработки УФ-лучами, ведь подход исключает использование каких-либо химических веществ.
Химические
- разлагаются на безопасные компоненты;
- либо изменяют состояние, превращаясь в нерастворимые соединения, выпадающие в осадок.
В зависимости от типа химического взаимодействия выделяют 4 способа очистки воды. Они описаны ниже.
Нейтрализация
Нейтрализацию можно провести одним из двух способов:
- Очищаемую жидкость смешивают со щелочной или кислотной средой.
- В воду добавляют реагенты, вызывающие реакцию нейтрализации.
Для нейтрализации кислотных стоков используют:
- аммиачную воду (NH4OH);
- кальцинированную соду (Na2CO3);
- гидроксид калия и натрия (KOH и NaOH);
- известковое молоко (Ca(OH)2).
Окисление и восстановление
Для их обезвреживания прибегают к сильным хлорсодержащим окислителям:
- хлор соединениям;
- газообразному хлору;
- диоксиду хлора;
- гипохлориту кальция, калия и натрия.
Также метод предполагает использование:
В процессе окисления трудноизвлекаемые и токсичные вещества обеззараживаются. Они переходят в менее токсичные или вовсе нетоксичные формы.
Сильные окислители окисляют клеточные структуры микроорганизмов. В результате все микробы погибают.
Хлорирование
Изношенность системы водоснабжения обуславливает высокий риск вторичного загрязнения воды. Обработка ее хлором – надежный способ очистки H2O и безопасный метод дезинфекции водопровода.
Озонирование
Плюсы озона в том, что он:
- безопасен;
- нетоксичен;
- не образует ядовитых соединений;
- при очистке распадается на двухатомный кислород.
Физико-химические
Физико-химические методы очистки позволяют более качественно удалить из воды:
- растворенные газы;
- жидкие частицы;
- токсины;
- тонкодисперсные элементы.
Далее описаны самые распространенные методы физико-химической очистки воды.
Флотация
Через воду проходит большое множество пузырьков воздуха. При этом взвешенные частицы загрязнителей прилипают к ним, после чего всплывают на поверхность флотационной камеры и закрепляются. В результате образуется слой пены, который легко убирается.
Флотация может совмещаться с использованием химических реагентов. Последние сорбируются в частицах вредного вещества, за счет чего:
- увеличивается коагуляция частиц;
- снижается смачиваемость токсичного элемента.
Эффективно очистить природные воды можно при помощи любого из следующих типов флотации:
- механической;
- пенной;
- электрической;
- напорной;
- пневматической;
- химической и т.д.
Сорбционные методы
- глубокой очистки вод разного назначения;
- водоподготовки;
- доочистки H2O на последнем этапе.
При адсорбции, когда токсины сосредоточены в верхнем слое сорбента, или абсорбции, при которой загрязнения распределены по всему объему, имеет место избирательное поглощение токсичных веществ. Провести качественную глубокую очистку воды можно, прибегая к следующим способам:
- Физическому. При такой очистке адсорбируемые вещества удерживаются под воздействием сил молекулярного взаимодействия.
- Химическому. В этом случае загрязнения устраняются путем формирования химических связей (хемосорбция).
Сорбционный метод удаляет из воды:
- поверхностно-активные вещества;
- гербициды;
- фенолы;
- пестициды и др.
Очищение воды может проходить двумя путями:
- Смешение со слоем сорбента.
- Фильтрация через сорбционный слой.
То, какую технологию применять в конкретном случае, зависит от удаляемого загрязнителя и вида сорбента.
Экстракция
Последние можно описать как трудно смешиваемые и несмешиваемые жидкости, способные растворить определенный тип загрязнений.
Во время перемешивания частицы загрязнителя перемещаются в экстрагенты. Далее две фазы вновь разделяются на:
- экстракт – экстрагент, насыщенный частицами загрязнений;
- рафинат – очищенную H2O.
В ходе заключительного этапа очистки экстрагент извлекается, после чего утилизируется или регенерируется.
Промышленные предприятия применяют экстракционный подход, чтобы очистить сточные воды и извлечь из них элементы, которые пригодны для повторного использования на производстве.
Ионный обмен
К ионному обмену часто прибегают в процессе водоподготовки с целью:
- удалить соли жесткости;
- повысить качественные показатели H2O.
Очистка данным методом предполагает обмен ионами между водой и ионитами (высокомолекулярными твердыми веществами, которые не растворяются в воде). Иониты состоят из матрицы, играющей роль каркаса, и множества функциональных групп, способных участвовать в ионном обмене, и делятся на 2 группы:
- Катиониты.
- Аниониты.
Выбор одного из них зависит от типа обмениваемых ионов.
Электродиализ
Техника электродиализа выглядит так:
- Подлежащий очистке водный поток поступает в камеры. В крайних из них находятся электроды с подведенным постоянным током.
- Электрическое поле воздействует на ионы, и они начинают двигаться к электродам согласно своему заряду.
- Движение ионов продолжается, до тех пор пока они не встретят ионоселективную мембрану с соответствующим зарядом.
- В камерах обессоливания имеет место постоянный отток ионов. Они накапливаются в камерах концентрирования. В итоге получают два вида растворов из разных камер – обессоленный и концентрированный.
Реверсный (обратный) осмос
Как правило, подход используется с целью очистить питьевую воду и удалить из нее:
- органические вещества;
- тяжелые металлы;
- соли;
- высокомолекулярные соединения.
Процесс протекает в условиях давления выше осмотического.
Термические способы
Нейтрализовать очень токсичные соединения и трудно разлагаемые загрязнения можно при помощи термического окисления. Воду, которую нужно очистить, распыляют. Далее на нее воздействуют высокотемпературными продуктами сгорания топлива.
Очистка воды от различных примесей
Далее я привела описание наиболее распространенных включений, присутствующих в воде, а также перечислила методы, которые помогут от них избавиться.
От органических загрязнений
- пестициды;
- фармацевтические препараты;
- промышленные отходы и многое другое.
Поэтому очистка воды от органических загрязнений важна для обеспечения безопасного и здорового питьевого водоснабжения. Наиболее эффективными методами, устраняющими их, являются следующие:
Выбор метода очистки воды от органических загрязнений зависит от многих факторов, включая:
- предполагаемое использование очищенной воды;
- уровень загрязнения;
- имеющиеся ресурсы.
От химических веществ
Еще один распространенный метод очистки H2O от химических загрязнений – обратный осмос.
Дополнительный метод – использование ионных обменных смол. Этот метод позволяет удалить химические элементы и соли, а также свинец, железо, медь и другие тяжелые металлы. Однако обновление ионных смол должно быть регулярным.
От микроорганизмов
Механические фильтры обычно состоят из перфорированной поверхности или мембраны, через которую пропускается вода. Эти фильтры улавливают микроорганизмы и другие загрязнения, оставляя только чистую воду.
Существуют также химические методы, такие как использование хлора или озона. Хлорирование воды – один из наиболее распространенных методов дезинфекции. Хлор:
- уничтожает микроорганизмы;
- предотвращает их размножение.
Но хлор может оставлять в воде неприятный запах и вкус.
Озонирование, в свою очередь, позволяет уничтожать микроорганизмы, а также удалять запахи и примеси.
Метод очищения H2O от микроорганизмов | Преимущества | Недостатки |
Механическая фильтрация | Эффективно удаляет микроорганизмы и загрязнения | Требует регулярной замены или очистки фильтров |
УФ облучение | Быстрое и эффективное уничтожение микроорганизмов | Не удаляет другие загрязнения, требуется дополнительная фильтрация |
Хлорирование | Широко используется, эффективно уничтожает микроорганизмы | Может оставлять неприятный запах и вкус |
Озонирование | Уничтожает микроорганизмы, удаляет запахи и примеси | Требуется специальное оборудование |
Выбор метода очистки воды от микроорганизмов зависит от нескольких факторов:
- Уровень загрязнения воды.
- Требования к качеству воды.
- Доступность оборудования.
От тяжелых металлов
- промышленные отходы;
- старые трубы;
- агрохимикаты.
Для удаления тяжелых металлов из воды можно использовать различные методы:
От хлора и пестицидов
- фильтров с активированным углем;
- обратного осмоса;
- ультрафильтрации.
Современные технологии очищения воды
В качестве примера я приведу многоступенчатые бытовые фильтры с:
- сорбционными или ионообменными картриджами;
- механическими предфильтрами;
- обратноосмотическими мембранами.
Кроме этого, сегодня в сфере водоподготовки наблюдаются следующие инновационные тенденции:
- Замена хлорирования на озонирование или УФ-обработку.
- Применение ультрафильтров и нанофильтрационных мембран с пониженным уровнем селективности.
- Вывод растворенных органических примесей и взвесей при помощи электроприборов фотокатализации.
Минус этих технологий – дороговизна. Использование их в быту не окупается.
Методы очистки воды для квартир и частных домов
В этом случае чистка включает до 5 ступеней, которые писаны в таблице.
Ступень | Описание |
Грубая чистка | Проводится при помощи дисковых или сетчатых дисков. Эта ступень обязательна, она не зависит от качества исходного материала. |
Удаление из жидкости железа, сероводорода и марганца | Производится при помощи аэрационных систем и реагентных фильтров. |
Смягчение H2O | С этой задачей неплохо справляются ионообменные фильтры, которые комбинируют с угольными картриджными установками для лучшего эффекта. |
Тонкая чистка | Осуществляется при помощи обратноосмотических мембран или многоступенчатых угольных фильтров. |
Обеззараживание | Заборы из скважин отличаются от водопроводной воды тем, что они не проходят обработку хлором. В том случае, когда фильтры тонкой чистки оказываются неэффективными, либо требуется экономия ресурсов, в схему очищения вводят озонаторы или УФ-лампы. |
Очистка воды дома без фильтра
Как очистить воду в естественных условиях?
Единственный выход – использовать воду из природных источников, которые зачастую вызывают сомнения. Обезопасить себя и не допустить опасных для здоровья последствий можно, прибегая к одному из следующих способов:
Способ обеззараживания воды | Описание |
Кипячение | Кастрюлю или котелок ставят на огонь и доводят находящуюся внутри жидкость до кипения. Кипятить ее необходимо в течение примерно 10 минут. Если имеет место сильное загрязнение, то кипячение длится не менее получаса. |
Химическая обработка | Роль реагента при этом играет обычная поваренная соль. Ее засыпают в воду из расчета 2 чайные ложки на литр воды. Все хорошо перемешивают до полного растворения частиц соли. Полученную смесь оставляют настаиваться в течение 30 минут. Все микроорганизмы погибнут в солевом растворе. Но употреблять соленую на вкус воду понравится далеко не каждому. |
Дезинфекция хлорной известью | Прежде всего готовят маточный раствор. С этой целью в литре воды растворяют хлорную известь, взятую в объеме чайной ложки. Обеззаразить воду таким раствором можно, добавив в литр первой чайную ложку второго. Все содержимое емкости требуется хорошо взболтать и оставить ее для отстаивания. Очищенную таким образом воду фильтруют перед использованием. |
Применение марганцовки | В литр воды нужно опустить 2 кристалла марганцовки и все хорошо перемешать. В результате получится бледно-розовый раствор. |
Очистка воды на предприятиях
Отрасль промышленности | Метод очистки |
Металлургия | Обессоливание |
Пищевая промышленность | Ионный обмен, умягчение, обеззараживание |
Добыча/переработка нефти и газа | Удаление посторонних примесей, обратный осмос, обезжелезивание |
Энерго-, тепло- и водоснабжение | УФ-фильтрация, обессоливание, озонирование и хлорирование |
Фармацевтика | Дистилляция, обратный осмос |
Переработка стоков
- Подачу стоков на усреднитель (если требуется разбавление).
- Отстаивание.
- Основную очистку, производимую за счет активного использования живых организмов.
- Глубокую очистку, которая состоит в полном удалении посторонних примесей путем прохождения H2O через обратноосмотические мембраны или тонкие фильтры.
- Обеззараживание. Это может быть озонирование или хлорирование, либо обработка ультрафиолетом.
Осадок, который образуется на 2,3 и 4 стадиях регенерируется или утилизируется.
Интересное видео по теме:
Вопрос-ответ
Когда она превращается в лед, ее структура меняется. Кристаллическая решетка становится упорядоченной, и в ней не остается места для посторонних включений.
Действуя по нему, нужно заполнить водой банку объемом 1,5 литра так, чтобы до ее верхней части оставалось немного свободного пространства. Емкость помещают на картонную подкладку в холодильник. Содержимое банки проверяют спустя примерно 10 часов и сливают незамерзший рассол. Превратившуюся в лед часть растапливают и используют для питья.
Согласно подходу, в эмалированную кастрюлю заливают жидкость, которая уже подвергалась фильтрации. Посуду выносят на улицу, если температура стабильно ниже нуля, либо ставят в холодильник. Спустя 3-4 часа нужно проверить, насколько сильно схватилась вода, и слить все незамерзшую жидкость в другую посуду, которую помещают в морозилку примерно на такое же время. Лед, который получился на первом этапе, выбрасывают. Для питья пригоден только лед, полученный на втором этапе.
Этот метод предполагает очистку воды на поверхности нерастворимых электродов на фоне флотационного эффекта. Электроды, по которым проходит электрический ток, находятся в резервуаре с очищаемой жидкостью. На их поверхности образуются пузырьки воздуха.
В этом помогут таблетки для обеззараживания. Они продаются в магазинах туристических товаров.
Кристалл кремния требуется тщательно промывать не реже раза в неделю. Это позволит избавиться от налета, который образовался во время очистки воды.