ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫОБРАБОТКИ ВОДЫДЛЯ ПРИВЕДЕНИЯ ЕЕ КАЧЕСТВА В СООТВЕТСТВИЕ С ТРЕБОВАНИЯМИ ПОТРЕБИТЕЛЕЯ.
Водоподготовка воды обычно включает следующие стадии:
1. осветление воды - удаление из воды коагуляцией коллоидных и взвешанных частиц;
2. обеззараживание воды - удаление болезнетворных микроорганизмов;
3. смягчение воды - удаление труднорастворимых солей кальция и магния;
4. деминерализацию воды- удаление легкорастворимых солей;
5. дегазацию - удаление растворенных в воде газов;
6. добавление некоторых компонентов: фторирование и пр.
1. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА
Всякая вода, где бы она ни была, и кем бы она ни очищалась, первым делом проходит стадию механической очистки. То есть из неё удаляются инородные частицы. Имеющие, в большинстве своем размер от 5 до 500 микрон, а иногда и более того. Это в первую очередь песок, ил, ржавчина, а также грубые нерастворимые вещества.
Самым элементарным и распространенным инструментом механической очистки является сетчатые, волокнистые или кремневые фильтры. Сетки различного формата и с различной величиной ячейки - работают и в городских водоочистных сооружениях, и в коттеджах, и даже в городских квартирах - у рачительных граждан. Это первая ступень фильтрации. Без неё невозможна нормальная работа устройств, производящих более тонкую очистку воды.
Если сначала не отсечь грязь - крупные частицы и тела, то они практически мгновенно забьют собою первый же фильтр, который попадется на их пути, но который предназначен, однако, совсем для другого, например для улавливания ионов железа или молекул хлорорганических соединений.
2. ОСВЕТЛЕНИЕ ВОДЫ
Осветление воды - удаление из воды взвешенных и коллоидных веществ.
3. ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕ ВОДЫ
Обеззараживание воды - уменьшение количества болезнетворных организмов в воде до пределов, установленных санитарно-гигиеническими требованиями. Обеззараживание воды проводится путем обработки воды газообразным хлором, озоном, ультрафиолетовыми лучами, ультразвуком, малыми концентрациями тяжелых металлов и высокой температурой.
4. УМЯГЧЕНИЕ ВОДЫ(ИОНООБМЕН)
Ионный обмен - это обратимая химическая реакция, при которой происходит обмен ионами между твердым веществом (в данном случае смолами) и раствором электролита (очищаемой водой) или между различными электролитами в растворе. Ионный обмен применяют для обессоливания воды (умягчения). Фильтры на основе ионообменных смол "убирают" из воды ионы кальция и магния.
5. СОРБЦИЯ НА АКТИВИРОВАНОМ УГЛЕ
Метод основан на свойстве активированного угля поглощать различные "избыточные элементы". Уголь хорошо адсорбирует хлор, органику, пестициды, гербициды.
Угольные фильтры хоть и универсальны, но имеют существенный минус - при использовании в течение 6-8 месяцев без замены в них могут начать развиваться целые колонии бактерий, и тогда фильтр может превратиться из источника питьевой воды в "источник опасности".
6. ДЕМИНИРАЛИЗАЦИЯ
Деминерализацию с помощью ионного обмена называют деионизацией. В ходе этого процесса вода протекает через засыпку из двух видов ионообменных смол - катионообменной, "заряженной" ионами водорода H+, и анионообменной, "заряженной" ионами гидроксила ОH-. Смолы могут быть смешаны между собой либо располагаться слоями. Поскольку все растворенные соли находятся в воде в виде катионов и анионов, все катионы полностью заменяются на ионы водорода H+, а все анионы - на ионы гидроксила ОH-. Ионы водорода и гидроксила объединяются и создают молекулы воды. Деионизированная вода широко используется в химической и фармацевтической промышленности, при производстве телевизионных электронно-лучевых трубок, при обработке кож и во многих других случаях.
Дистилляция основана на выпаривании обрабатываемой воды с последующей концентрацией пара. Технология является очень энергоемкой, кроме того, в процессе работы дистиллятора на стенках испарителя образуется накипь.
Электродиализ основан на способности ионов перемещаться в воде под действием напряженности электрического поля. Ионоселективные мембраны пропускают через себя либо катионы, либо анионы. В объеме, ограниченном ионообменными мембранами, происходит снижение концентрации солей.
Обратный осмос очень важный процесс, являющийся составной частью высокопрофессиональной очистки воды. Первоначально обратный осмос был предложен для опреснения морской воды. Принцип его необычайно прост - вода продавливается через полупроницаемую тонкопленочную мембрану - синтетический аналог мембраны живой клетки. Размеры ее пор сопоставимы с размерами молекул воды. Поэтому сквозь них под давлением просачивается только вода и низкомолекулярные газы - кислород, углекислый газ, а все примеси просто не в состоянии "протиснуться". Они остаются на мембране, с которой смываются в дренаж. По эффективности очистки мембранные системы не имеют себе равных: она достигает практически 97-99,9% по любому из видов загрязнений. В результате получается глубоко очищенная, полностью обессоленная вода, содержащая растворенный кислород, чем, собственно, она и отличается от дистиллированной воды, в которой кислорода нет.
На обратноосмотической мембране можно очищать только воду, прошедшую предварительную комплексную очистку. Иначе мембраны быстро выходят из строя, и их использование будет слишком дорогим. Удаление песка, ржавчины и прочих нерастворимых примесей производится механическим картриджем с ячейками до 5 микрон. Затем обычно используется картридж на основе высококачественного гранулированного кокосового угля. Он сорбирует растворенные в воде соединения железа, алюминия, тяжелых и радиоактивных металлов, свободный хлор (как правило, содержащийся в городской водопроводной воде) и микроорганизмы. На последней стадии предварительной очистки для мембран, особо чувствительных к разрушительному воздействию хлора и хлорорганики может использоваться либо картридж из прессованного угля, либо карбон- блок. В последние годы стали выпускать более устойчивые к хлору мембраны. В этом случае в качестве последней ступени предочистки устанавливается механический 1-микронный картридж, защищающий мембрану от мельчайшей угольной пыли и примесей, проскочивших через первые два картриджа. Бытовые системы обратного осмоса укомплектованы мембранами, способными хорошо фильтровать воду, если ее жесткость не превышает 7 мг-экв/л. Если исходная вода еще жестче - необходимо произвести ее умягчение до подачи на мембрану. Использование ионообменных картриджей в системе предварительной очистки в таких случаях не имеет смысла, так как 70-85% воды, прошедшей эту очистку, все равно сливается в дренаж, выполняя функцию промывки мембраны и ресурса стандартного десятидюймового картриджа с ионообменной смолой хватит от силы на неделю. Целесообразно использовать либо автоматические ионообменные устройства, либо магнитные преобразователи воды. Только после комплексной предварительной очистки вода подается на мембрану. А чтобы убрать прошедшие через мембрану растворенные газы, придающие неприятный запах и привкус, воду на заключительном этапе пропускают через высококачественный прессованный активированный уголь с добавкой серебра. Следует отметить, что если исхдная вода содержит избыточное количество механических или растворенных примесей, то перед системой обратного осмоса рекомендуется установка дополнительных систем водоподготовки (фильтр механической очистки, обезжелезиватель и т. п.).
Так как скорость фильтрации воды через мембрану невелика, то домашние установки обратного осмоса обычно укомплектовываются накопительными баками для очищенной, воды. Накопительный бак, как правило, общей емкостью 12 л выстлан внутри эластичным силиконовым мешком. Между внешней стенкой мешка и стенками бака накачан воздух под давлением 0,5 атм. При наполнении водой мешок расширяется, сжимая воздушную прослойку. Давление воздуха возрастает, срабатывает отсечной клапан и процесс фильтрации прекращается. Такой бак способен накопить в себе 6-8 л очищенной воды. Обычно для этого требуется от 2 до 6 часов (зависит от давления в водопроводе).
Теоретически, мембраны удаляют почти все известные нам микроорганизмы, в том числе и вирусы, однако, возможные нарушения герметичности прокладок, производственные дефекты могут позволить некоторым микроорганизмам проникнуть в очищенную воду. Именно поэтому небольшие системы обратного осмоса не должны использоваться в качестве основного средства для устранения биологического загрязнения. Хотя при использовании в системе, где вода проходит муниципальную очистку возможность чем-либо заразиться маловероятна.
Просачивание воды сквозь полупроницаемую мембрану идет только при давлении воды в водопроводе не менее 2,5-2,8 атм. Дело в том, что обратный осмос - процесс полностью противоположный осмосу.
Осмос - это природное явление, заключающееся в стремлении воды понизить концентрацию любого солевого раствора, то есть его разбавить.
Чем выше концентрация солевого раствора, тем с большей силой стремится его разбавить вода. Эта сила и есть осмотическое давление, которое необходимо преодолеть для того, чтобы процесс пошел в обратную сторону. Для обеспечения работоспособности системы при недостаточном давлении в водопроводе (менее 2,5 - 2,8 атм.) необходимо установить повышающий насос.
То обстоятельство, что в воде после очистки в мембранной системе почти полностью отсутствуют минеральные соли, уже не один год вызывает оживленные дискуссии. Хотя необходимое для организма количество макро- и микроэлементов гораздо эффективнее получать через пищу (см. выше), но многие настолько привыкли к вкусу, который придают воде минеральные соли, что при их отсутствии вода кажется безвкусной. Однако полностью удалить вредные примеси, сохранив минеральные вещества в полезных концентрациях, оказывается настолько сложно и дорого, что лучше воду сначала максимально очистить, а потом вносить добавки, если это необходимо. Так поступают все производители бутилированной воды.
7. ФТОРИРОВАНИЕ ВОДЫ
Фторирование воды - введение соединений фтора в (питьевую) воду с целью доведения ее до пределов, установленных санитарно-гигиеническими требованиями.
8. ОПРЕСНЕНИЕ ВОДЫ
Опреснение воды - обессоливание воды до концентрации, установленной для питьевых целей.
Опреснение может осуществляться:
перегонкой соленой воды в опреснителях с последующей конденсацией пара в воду;
вымораживанием и т.д.
9. ОЧИСТКА ВОДЫ
Очистка воды - технологические процессы, применяемые для осветления и обесцвечивания воды.
10. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД
Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них определенных веществ.
11. ОБРАБОТКА СТОЧНЫХ ВОД
Обработка сточных вод - воздействие на сточные воды с целью обеспечения их необходимых свойств и состава.
12. ОБРАТНЫЙ ОСМОС
Первоначально, система обратного осмоса была разработана для опреснения морской воды на подводных лодках. В наше время, мембранная технология применяется также для обеспечения питьевой водой экипажа на космическом корабле.
Принцип действия обратного осмоса основан на фильтровании воды при высоком давлении через мембрану с очень узкими порами. Характерный размер пор мембраны - 1 Ангстрем (1 Ангстрем= 10 в минус 10 степени). Поэтому, пропускаются только молекулы воды, а все частицы, микроорганизмы и органические молекулы с большим молекулярным весом - задерживаются. Из-за очень малого размера пор процесс очистки воды на обратноосмотической мембране является медленным, что требует использования мембран с большой площадью поверхности и достаточно высокого давления. На практике эти мембраны представляют собой картридж, содержащий свернутую в рулон мембрану. Для предотвращения засора, вдоль мембраны создается принудительный поток воды, который и смывает отфильтрованный "остаток" в дренаж.
Эффективность процесса обратного осмоса в отношении различных примесей и растворенных веществ зависит от нескольких факторов. Давление, температура, уровень рН, материал, из которого изготовлена мембрана, и химический состав входной воды, влияют на эффективность работы систем обратного осмоса.
13. УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ
Ультрафильтрация - (от ультра... и фильтрация), продавливание жидкости через полупроницаемую мембрану - проницаемую для малых молекул и ионов, но непроницаемую для макромолекул и коллоидных частиц. Ультрафильтрация растворов, содержащих молекулы высокомолекулярных соединений, в отличие от ультрафильтрации солей, иногда называют молекулярной фильтрацией.
Ультрафильтрацию можно рассматривать как диализ под давлением или как обратный осмос, если мембрана пропускает только молекулы растворителя. В последнем случае процесс часто называют гиперфильтрацией; при его осуществлении внешнее давление должно превышать осмотическое давление раствора.
Мембраны для ультрафильтров, обычно в виде пластин (листов) или цилиндрических патронов ("свечей"), изготавливают из микропористых неорганических материалов, продуктов животного происхождения, но чаще из искусственных и синтетических полимеров (эфиров целлюлозы, полиамидов и др.).
Максимальный размер проходящих через мембрану частиц (молекул) лежит в пределах от нескольких мкм до сотых долей мкм. Разделяющая способность (селективность) мембран зависит от их структуры и физико-химических свойств, а также от давления, температуры, состава фильтруемой жидкости и прочих внешних факторов.
Ультрафильтрация как метод концентрирования, очистки и фракционирования высокодисперсных систем и многокомпонентных растворов широко применяется в лабораторной практике, медицине, промышленности. Так, посредством ультрафильтрации очищают от ионных и не ионных примесей воду, органические растворители, жидкие топлива и масла; разделяют сложные смеси белков, алкалоидов и др. веществ; выделяют ферменты, витамины, вирусы; стерилизуют жидкости медицинского и фармацевтического назначения.
Ультрафильтрацию используют в дисперсионном анализе, микробиологическом анализе, при анализе загрязнений воздушных бассейнов и природных водоёмов промышленными и бытовыми отходами.
4. ХИМВОДПОДГОТОВКА
При эксплуатации сетей тепло- и водоснабжения, различных систем охлаждения происходит их загрязнение, коррозия, возникают накипь и отложения. Данные процессы тесно связаны друг с другом и приводят к снижению теплопередачи, уменьшению срока службы оборудования, снижению нагрузки и рентабельности, увеличению стоимости обслуживания оборудования и его ремонта, увеличению частоты простоев.
Избежать этих негативных процессов уже на стадии проектирования и конструирования новых систем тепло- и водоснабжения и предотвратить их развитие в существующих системах помогает правильный выбор химических реагентов для водоподготовки.
15. КИПЕЧЕНИЕ
Кипячение, известное практически каждому как способ очистки и обеззараживания воды, на самом деле достаточно плохо справляется с этой задачей. Оно, конечно, убивает некоторые микроорганизмы, однако в воде остаются соли тяжелых металлов (меди, свинца, кадмия, ртути, цинка, стронция) и разрушаются другие вещества - соли кальция и магния (которые остаются в виде накипи на стенках и спирали вашего чайника).
16. АЭРАЦИЯ
Это насыщение воды воздухом для окисления "избыточного элемента". Получившийся осадок потом отфильтровывается, а газы или летучие органические вещества выводятся с потоком воздуха.
Методом аэрации борются, например, с повышенной концентрацией железа. Внутри таких фильтров находится катализатор, многократно ускоряющий реакцию окисления железа. В результате железо переходит из растворимой формы в нерастворимую и приобретает вид "хлопьев", которые легко "отлавливают" фильтры механической очистки..