Способы очистки воды

Множество хороших фильмов и книг рассказывают о том, как на Земле по той или иной причине заканчивается чистая вода. Это ставит само существование жизни под угрозу. Фантастика? — Лишь отчасти. Загрязнение водоемов, а также источников водопроводной воды – одна из острых экологических проблем современности. Человечеству приходится решать её здесь и сейчас.

В нашей статье мы рассмотрим способы очистки воды. От передовых, требующих использования сложного в техническом отношении оборудования, до привычных каждому, кто позаботился о здоровье своей семьи и установил в доме или квартире систему фильтрации. Упомянем и те способы, которые мы используем, когда под рукой есть всего лишь огонь и котелок.

1. Физические методы очистки

Эти способы основаны на простых механических процессах удаления примесей. Цель — удалить взвешенные частицы, загрязнения. Химические реагенты не используются.

Песчаные фильтры наиболее хороши в случаях, когда процесс механической очистки предполагает удаление крупных частиц. Например, песок или ил.

Угольные фильтры лучше заказать, если нужно
● избавиться от хлорорганических соединений,
● улучшить вкус воды.

Активированный уголь хорошо поглощает грязь, болезнетворные микроорганизмы. Картриджные фильтры для воды подходят для удаления мелких частиц. Осмотические фильтры удаляют бактерии. Это удобно при использовании в домашних условиях.

Отстаивание
Принцип работы основан на гравитационном осадке частиц. Вода помещается в резервуар на некоторое время. Тяжелые частицы оседают на дно. Очищенная вода остается сверху. Способ часто используется в системах водоснабжения. Его комбинируют с другими для повышения общей эффективности очистки.

Метод центрифугирования
Вода вращается с большой скоростью. Это способствует разделению загрязняющих элементов. Такой способ чаще применяют в промышленных условиях, в крупной компании. Там, где обработку проходят большие объемы.

У физических методов есть свои преимущества. Есть и недостатки. Механическая фильтрация предполагает регулярный контроль замены фильтров, поиск подходящих в каталогах. Отстаивание — способ, требующий времени. Тем не менее, физические методы являются важными этапами в комплексной системе очистки, обеспечивают ее доступность и безопасность для потребления людьми.

2. Химические методы очистки

Химические способы обеззараживания основаны на применении химических реагентов. С их помощью можно бороться с загрязнениями и даже удалять микробы и паразитов.

Рассмотрим основные:
● хлорирование,
● озонирование,
● коагуляцию и флокуляцию.

Хлорирование — распространенный химический метод. Хлор убивает бактерии и вирусы. Но кто не помнит неприятный запах, остающийся в поликлиниках, больницах после мытья полов? Хлор портит вкус питьевой воды. Впрочем, это не главный его недостаток. Намного опаснее образование хлорорганических соединений – они токсичны. Хлорированную воду небезопасно пить в принципе.

Озонирование — более современный подход к очистке. В воду вводится озон, у которого значителен окислительный потенциал. Это позволяет уничтожать микроорганизмы и окислять элементы биологического происхождения.

Преимущества озонирования очевидны. Отсутствуют токсичные побочные продукты. Улучшаются вкусовые качества воды. Однако озон нестабилен. Это требует установки специального оборудования для генерации. И, конечно, значительно увеличивает затраты.

Коагуляция и флокуляция — два взаимосвязанных процесса, используемых для удаления взвешенных частиц. В коагуляции добавляются коагулянты, такие как алюминия сульфат. Он связывает мелкие частицы в более крупные агрегаты. Затем в процессе флокуляции эти агрегаты собираются, оседая на дно. Это оптимально для очистки сточных вод. Коагуляция и флокуляция улучшают качество воды. Но требуют умения работать с химическими реагентами. Нужно контролировать их концентрацию и утилизировать образующийся осадок.

Итак, хлорирование – дешево и «сердито», но несет риски для здоровья и вызывает неприятный запах. Озонирование – качественно, безопасно, но требует инвестиций, которых стоит оборудование для очистки, затрат на обслуживание приобретенных систем, опыта работы с ними.

Коагуляция и флокуляция хороши для удаления загрязнений. Однако нужен тщательный контроль, специальные познания в химии, поиск в интернет-каталогах необходимых коагулянтов и т.д. Вывод: если уж «химичить», нужно отталкиваться от исходного качества воды, ориентироваться на цели очистки.

3. Физико-химические способы очистки

Есть способ очистки воды, который активно используется в бытовой сфере для удаления нежелательных ионов.

Ионный обмен
Основан на том, что специальные смолы в фильтрах способны обменивать свои ионы на ионы в воде. Этот способ позволяет достичь умягчения воды. Меняя химический состав воды, избавляет от солей жёсткости, сульфатов, кальция.

Ионообменные фильтры для очистки пропускают воду через колонки, заполненные смолами. Они могут быть
● катионными. Заменяют положительно заряженные частицы (например, иона кальция и магния) на натрий. Это способствует снижению жесткости воды, устраняет соли жесткости и улучшает качество.
● анионными. Такие смолы удаляют отрицательно заряженные ионы. Например, хлориды, сульфаты.

Ионный обмен, как способ фильтрации, действенен. Его можно адаптировать под нужды пользователя. Фильтры универсальны и компактны, широко представлены в каталогах. Подходят для дома. Настраиваются для избавления от определённых элементов. Результаты умягчения воды будут заметны даже визуально. Минимизация жесткости визуально проявляется в отсутствии накипи, ржавчины, известкового налёта.

Минусы: нужна периодическая регенерация смол. Ионный обмен, как технология очистки, незаменим там, где есть проблема жесткой воды или высок уровень железа. Ионообменные фильтры продлевают срок службы бытовой техники.

4. Биологические методы очистки

Они востребованы благодаря своей эффективности и экологичности. В основе — использование живых организмов — бактерий — для удаления загрязнений. Рассмотрим основные биологические методики, включая биологические фильтры и системы активного ила.

Биологические фильтры
Это устройства для фильтрации воды через слой биоматериала. Фильтрующий материал может состоять из различных субстратов. Это песок, гравий или синтетические волокна, на которых обитают полезные микроорганизмы. Живые организмы разлагают органику. В итоге они становятся безвредными продуктами. Преимущества биологических фильтров заключаются в их способности качественно очищать воду от загрязнителей биологического происхождения, поддерживать экосистему.

5. Мембранные технологии

Мембранные технологии очистки основаны на использовании полупроницаемых мембран. Они позволяют сегментировать загрязняющие вещества — отделять их от воды.

Обратный осмос
Вода пропускается через мембрану. При этом молекулы воды проходят, а соли, микроорганизмы, другие загрязнители задерживаются мембраной. С помощью обратного осмоса, позволяющего достичь оптимального уровня очистки, можно получать питьевую воду даже из сильно загрязненной или морской воды. Удаляется до 99% растворенных микроэлементов. Обратноосмотические фильтры просты в эксплуатации. Однако стоимость мембранной установки недешёвая.

Ультрафильтрация
Способ мембранной очистки. Чем отличается от процесса обратного осмоса? Используются специальные ультрафильтрационные мембраны. С их помощью отделяют твердые микроэлементы, бактерии, вирусы, коллоиды, белки и жиры. Но минералы сохраняются в воде. Преимущества ультрафильтрации включают низкие затраты на энергию и возможность работы при низком давлении. Чаще всего такая система менее эффективна в удалении растворенных солей, что может быть очевидным недостатком в некоторых случаях.

Среди других мембранных технологий можно выделить микрофильтрацию и нанофильтрацию. Микрофильтрация использует мембраны с более крупными порами для удаления крупных элементов, микроорганизмов. Нанофильтрация удаляет более мелкие молекулы: некоторые соли и соединения биологического типа.

Стоит принимать во внимание ограничения этой технологии в части возможности её закупки, эксплуатации. Поэтому, как и в случае с другими способами, всегда ставится специфика исходных водных ресурсов, конечные цели очистки.

6. Термальные методы очистки

Термальные средства (кипячение, дистилляция) используются для удаления грязи, очистки питьевой воды. Они основаны на изменении температуры воды, что позволяет уничтожать микроорганизмы и отделять чистую воду от вредных механических примесей.

Кипячение
Представляет собой популярный метод во всем мире. Нагревание воды до 100°C. При этой температуре большинство патогенов — бактерий, вирусов, паразитов — погибает. Это подтверждает эффективность для обеззараживания воды.

При этом кипячение не удаляет химические загрязнители. Исследования показывают: после нагревания воды до 100°C тяжелые металлы в ней остаются. Присутствуют в прокипяченной воде также пестициды. А минералы? Исчезают. Это менее полезно для организма.

Дистилляция
Этот процесс устроен так: вода испаряется, а затем конденсируется. При дистилляции вода отделяется от многих загрязнителей. Удаляются соли, металлы и органические соединения. Среди очевидных минусов:
● трудоемкость,
● потери во времени,
● дистилляция может не помочь в удалении летучих органических соединений, которые испаряются вместе с водой.

В палитре других термальных методов можно упомянуть термообеззараживание и паровую стерилизацию. Их часто используются в промышленности, в лабораториях для очистки оборудования и воды.

Термальные способы очистки воды подходят для уничтожения микроорганизмов и удаления некоторых загрязнителей. Их минусы: значительная энергетическая потребность и неспособность удалить все типы загрязняющих веществ. Этот способ широко используется. Но все зависит от конкретных условий, требований к качеству воды.

7. Инновационные технологии очистки

Используются различные методы: нанотехнологии, электролиз и другие инновационные подходы.

Нанотехнологии
Очистка воды основана на использовании наноматериалов для удаления загрязняющих компонентов. У наночастиц есть свойства, позволяющие эффективно улавливать тяжелые металлы, бактерии, соединения биологического происхождения.

Преимущества этого способа включают высокую степень тонкой очистки. Можно работать при низких концентрациях загрязняющих элементов. Воздействие на окружающую среду минимально. Минус — недешевая стоимость оборудования, ожидание дополнительных научных исследований для разработки новых наноматериалов.

Электролиз
Позволяет получить очищающий эффект за счет разложения загрязняющих компонентов под воздействием электрического тока. В процессе электролиза происходит окисление и восстановление, что позволяет удалять ионы тяжелых металлов и органические примеси.

Преимущество — позволяет добиться удаления широкого спектра загрязнителей. Не нужны химические реагенты. Однако электролиз требует значительных затрат энергии. Менее эффективен при наличии серьёзных концентраций грязи в очищаемой воде.

Таким образом, современные технологии очистки воды, такие как нанотехнологии и электролиз, предлагают наиболее действенные решения для удаления загрязняющих микроэлементов.

Применение и выбор технологии очистки

Выбор способа очистки воды зависит от уровня загрязнения, специфики источника воды, требований к ее качеству «на выходе». Например, для очистки воды из природных источников, в бытовой жизни, может быть достаточно механической фильтрации, хлорирования, осмоса. В медучреждениях обязательно используют обратный осмос, дистилляцию.

При выборе системы очистки воды используются различные критерии.

1. Качество исходной жидкости. Первым шагом является анализ воды. Это поможет определить, какие загрязнители в ней присутствуют: бактерии, химикаты, тяжелые металлы или комплекс из перечисленных элементов.

2. Объем потребления. Для дома либо квартиры необходимы разные системы. Для больших организаций или домов должны быть выбраны системы, рассчитанные на большие объемы.

3. Тип загрязняющих веществ. В зависимости от того, какие микроэлементы нужно удалить, можно выбирать между механическими фильтрами, угольными системами, ионообменными смолами, системами обратного осмоса. Угольные фильтры хорошо справляются с хлором, органическими соединениями, в то время как обратный осмос хорошо удаляет соли, тяжелые металлы.

4. Производительность системы. Важно, чтобы фильтрующий аппарат обеспечивал достаточную скорость водоочистки. Для семьи из нескольких человек нужно, чтобы система могла взять в обработку достаточный поток очищенной воды.

5. Стоимость и обслуживание. Учитывайте не только цену самой системы, но также стоимость замены фильтров, их обслуживания. Некоторым системам требуется регулярной замены картриджей, что может увеличивать общие затраты.

Очистка воды — это сложный и многогранный процесс, который требует выбора подходящего метода в зависимости от конкретных условий. Использование современных технологий и различных методов позволяет обеспечить высокое качество воды, что является важным аспектом для здоровья населения и экологии в целом. Борьба за очищаемую воду – не прихоть. Чистая вода — это не только необходимость, но и право человека на здоровую и счастливую жизнь. Право на глоток по-настоящему чистой воды, после которой чувствуешь свежесть жизни, прилив бодрости и силы.