Современные системы фильтрации воды – это комплекс мер и набор оборудования, действие которых направлено на очистку воды от нежелательных составляющих элементов. Системы фильтрации воды в каждом случае уникальны и подбираются исходя из стоящих задач, тесно связанных с качеством исходной воды, степенью фильтрации, бюджетом и т.д.
Этот комплекс мер будет целиком опираться на методы фильтрации воды.
По своей сути методы фильтрации воды подразделяются на категории:
1. Физические– основаны на механическом изъятии из воды крупных частиц, песка, взвесей, и любой иной фракции, которая физически ощутима и является нерастворенной в воде. (это процессы процеживания, фильтрование воды специальными фильтрами, отстаивание воды,).
2. Химические методы – вторая группа методов очистки воды в корне отличающаяся от предыдущей. Суть этой группы методов сводится к использованию специальных веществ – реагентов. Результатом подобного использования является либо разложение загрязнителей на компоненты, которые не являются опасными, либо перевод их в иное состояние, которое позволит их с легкостью удалить (для примера –образование твердого осадка).
3. Физико-химические – методы основаны на применении как физических так и химических воздействий на загрязнители воды одновременно. Это достаточно обширная группа методов, которая позволяет решать задачи любой сложности. С помощью этих методов из воды могут быть удалены самые различные вещества: Ионы металлов, Растворенные газы, тонкодисперсные жидкие и твердые частицы, и даже бактерии и вирусы.
В контексте рассмотрения первой группы методов фильтрации воды стоит отметить их направленность – это механические составляющие в воде (песок, глина, камни, иные породы, взвеси). Все то, что можно физически изъять из воды.
Метод отстаивания основан на разности в весе и плотности частиц, находящихся в воде и самой воды, а так же на силе притяжения. Наполнив сосуд водой и оставив на несколько часов мы можем увидеть разительные перемены. Так одни вещества осядут на дне, под воздействием естественной силы тяжести, другие же (например часть хлористых соединений) наоборот – улетучатся. Верхние 2/3 воды из сосуда или резервуара – будут значительно чище, чем до процедуры. Нижнюю часть рекомендуется удалить (или отправить на доочистку) во избежание попадания ненужных веществ в организм.
Метод фильтрования основан на прохождении потока воды через специальные фильтры, способные механически задерживать большинство нерастворенных веществ. Фильтры могут быть либо грубой (500- 250микрон), либо тонкой очистки (до 1микрона), если речь идет о сетчатых или картриджных фильтрах. К слову, наличие в системе водооочистки подобных фильтров, зачастую, является обязательным условием производителей для сохранения гарантийных обязательств на более технологичное оборудование. Существуют так же засыпные фильтры – на основе природных компонентов – керамзит, шлак, песок, гравий. Эти фильтры различаются по размеру зерен, производительности, числу слоев, напору.
Вторая группа - химические - включает в себя методы окисления, нейтрализации и восстановления. Щелочные или наоборот кислые воды перед сбросом должны быть нейтрализованы и приведены к уровню pH6-9, что достигается путем применения следующих наиболее распространенных процессов:
1. Добавление щелочных реагентов в кислые растворы.
2.Добавление в щелочные растворы кислых дымов и реагентов
3. Смешивание щелочных вод и кислых, для выравнивания уровня pH.
Физико-химические методы совмещают, что видно из названия, в себе и химические и физические воздействия. Эта группа методов обширна и позволяет справляться с широким спектром задач – удаление растворенных газов, тонкодисперсных жидких и твердых частиц, ионов тяжелых металлов, а так же вещества иные растворенные вещества.
Коагуляция (лат. свертывание) тонкодисперсных взвесей, эмульсий - процесс очистки воды, основанный на: 1) добавлении и смешении с водой реагентов, вызывающих хлопьеобразование за счет разряда заряженных коллоидных частиц электролитом, 2)осаждении хлопьев и 3) удалении их из воды.
Флотация (лат. Всплывание) – увлечение всплывающими пузырьками воздуха прилипающих к ним дисперсных частиц. Вынесенные таким образом на поверхность вещества удаляются вместе с образующейся пеной. Этот процесс широко применяется для удаления из воды полимеров, смол, ПАВ, нефтепродуктов, масел. Степень очистки достигает 80 – 95%. Флотация делится на несколько видов :напорная, химическая, пенная, пневматическая, электрофлотация, биологическая. Итог же у всех один – всплывающие пузырьки и очистка поверхности.
Адсорбция – поглощение примеси из газа или жидкости твердым веществом. Критериями к выбору адсорбента являются: стойкость к истиранию, высокая адсорбционная емкость при небольшой удерживающей силе (способность к регенерации), дешевизна. Одним из наиболее распространенных адсорбентов на сегодняшний день является активированный уголь (и его разновидности) . Адсорбцию различают нескольких типов - динамическая и статическая, отличающиеся друг от друга стоимостью процессов и скоростью фильтрации воды и т.д.
Метод ионного обмена – это метод фильтрации воды посредством замены ионов одних веществ на ионы других веществ. Таким образом воду можно очистить от тяжелых металлов , цианидов, мышьяка, ионов цветных металлов, радиоактивных веществ.
В основе ионного обмена лежат агенты – иониты, которые делятся на разные категории.
Выделяют две большие группы:
Аниониты – иониты, обладающие щелочными свойствами (обмениваются в ОН-форме)
Катиониты — иониты, обладающие кислотными свойствами (обмениваются ионами в Н-форме).
Наибольшее применение находят органические искусственные материалы — ионообменные смолы.
Число эквивалентов ионов, поглощаемых единицей массы ионита – есть обменная емкость, которая характеризует поглощающую способность. От нее в определяющей степени будет зависеть выбор того или иного агента. Различают три вида обменной емкости: Полная, статическая и динамическая.
Полная обменная емкость - это количество ионов вещества, поглощенных до полного насыщения ионита . Далее ионит должен быть освобожден от вещества путем проведения регенерации.
Эвапорационный метод
В основе данного метода лежит нагрев воды до температуры кипения - 100°C и обработка насыщенным водяным паром. Пар забирает в себя те примеси, которые обладают летучестью. После чего пар отправляется на специальный разогретый поглотитель, который изымает из воды эти примеси. Далее пар опять отправляется на обработку воды. В данном методе главное – это встречность направлений потоков пара и воды. Отличительными особенностями метода является – экономичность, отсутствие реагентов и простота очистных сооружений.
Метод экстракции – в основе метода лежит использование экстрагентов – растворителей, которые способны растворять в себе извлекаемые загрязнения и при этом не смешиваться с водой. После экстракции отработанные экстракты утилизируются либо очищаются от загрязнителей и возвращаются в цепочку процессов.
Метод обратного осмоса основан на «продавливании» воды сквозь полупроницаемую мембрану (а потому этот метод относят к мембранным) под давлением больше осмотического. Осмотическое давление – это избыточное давление, которое воздействует на воду, отделенную от очищенной воды полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия в обратную сторону. Таким образом, из раствора мы будем получать: с одной стороны мембраны - растворитель – в данном случае пермеат (очищенная вода); с другой стороны мембраны концентрат – это растворенные вещества. Обратноосмотическим методом можно отделять, коллоидные частицы, растворенные газы, соли (включая соли жесткости) и так далее.
Важно помнить - в основе выбора метода очистки воды лежит качественный анализ задач, и исходных данных.
Именно на основании изыскательских и проектных работ можно сделать выбор в пользу того или иного метода очистки воды, или совокупности нескольких методов.