Полностью очищенная вода как называется

Живая вода: пять прогрессивных технологий очистки

По оценкам ООН, к 2050 году на Земле будут жить 9,8 млрд человек. Изменение климата, а также развитие сельского хозяйства и промышленности для удовлетворения потребностей постоянно растущего населения приведут к серьезному сокращению доступных водных ресурсов.

Согласно исследовательскому проекту WaterAid, 60% населения планеты уже сейчас живет в районах, где водоснабжение не может или скоро прекратит удовлетворять спрос. Водный кризис наиболее болезненно проявляется на Ближнем Востоке, в Центральной Азии и Северной Африке.

Россия в рамках прогнозного горизонта 2040 года находится в зоне низко-среднего риска.

Главные тренды рынка

Как развитые, так и развивающиеся страны сталкиваются с одной общей проблемой — ростом объемов промышленных и городских сточных вод. Это, в свою очередь, побуждает разработчиков из разных стран к поиску новых и все более совершенных технологий очистки воды.

Традиционные методы очистки включают использование адсорбентов, обратного осмоса, ионного обмена и электростатического осаждения. Их недостатки — высокая стоимость, плохая возможность повторного использования и низкая эффективность. Несмотря на прогресс, достигнутый в разработке новых технологий за последнее десятилетие, их использование ограничено в основном из-за свойств материалов и стоимости.

Согласно аналитическому агентству Mordor Intelligence, в 2020 году объем мирового рынка технологий очистки воды оценивался на уровне $50,5 млрд. До 2026-го рынок ежегодно будет расти примерно на 7% из-за быстро сокращающихся ресурсов пресной воды во всем мире. Спрос растет также со стороны разработчиков месторождений сланцевых углеводородов, производителей биотоплива и др.

Негативно повлияла на рынок пандемия COVID-19. Но она же привела к появлению новой технологии, которая позволяет обнаружить коронавирус в сточных водах. Метод позволяет измерить присутствие РНК-генетического материала SARS-CoV-2 (рибонуклеиновая кислота) в человеческих фекалиях в системе сбора сточных вод. Исследования в Нидерландах показали связь между объемом вирусного материала в сточных водах и количеством случаев заражения в данном районе и помогают отслеживать эпидемиологическую ситуацию и эволюцию вирусов. Эта методика была также протестирована в 2020 году в более чем 40 штатах Америки, причем в университете Аризоны помогла предотвратить вспышку коронавируса, где выявили двух человек с бессимптомным течением болезни.

Перечислим пять наиболее инновационных, по нашему мнению, технологий очистки воды.

1. Мембранное разделение

Это давний и популярный метод очистки воды от примесей и загрязнителей. Есть много технологий, которые работают как фильтр: пропускают воду через пленку с микроскопическими отверстиями. Вода проходит, а загрязняющие частицы застревают на мембране.

Методы современного мембранного разделения, такие как обратный осмос (удаляет частицы даже размером 0,001-0,0001 мкм — соли жесткости, сульфаты, нитраты, ионы натрия, красители и т.д.), могут очистить воду от 99,5% примесей. Но для этого размер пор должен быть менее микрона. Основной недостаток технологии — высокая стоимость обслуживания (мембраны часто забиваются).

2. Облучение

Как следует из названия, этот процесс основан на воздействии радиации на сточные воды, чтобы уничтожить органические загрязнители. Источники излучения — от гамма-лучей до ультрафиолетового света.

Облучение обычно используют для обеззараживания, но некоторые методы, например, ионизирующее облучение, в сочетании с добавлением озона или перекиси водорода улучшают эффективность разложения органических примесей, включая пестициды и фенолы.

Современные системы УФ-обработки предлагают применять светодиодные лампы. Сейчас такие лампы начинают активно внедрять в коммунальном секторе, а также используются NASA в космических разработках агентства.

Второй способ — это гидрооптические технологии. Они позволяют использовать несколько раз энергию фотонов, так как ультрафиолетовые лучи отражаются от стенок кварцевой камеры. Это повышает эффективность дозы УФ-облучения для уничтожения сложных вирусов, например, коронавируса или аденовируса.

Артур Душенко, главный инженер VODACO, Россия:

«Вирусы и бактерии, поступающие в водоемы со сточными водами, в дальнейшем могут попадать в системы коммунального водозабора на том же водоеме. Современные системы реагентной дезинфекции с использованием гипохлорита натрия или жидкого хлора не способны обезвредить все бактерии, так как многие из них, такие как Cryptosporidium или Giardia (криптоспоридии или лямблии. — РБК Тренды), устойчивы к воздействию хлора так же, как и сложные формы вирусов — аденовирус и коронавирус (как яркий пример — SARS-CoV-2).

Системы УФ-дезинфекции на базе технологии HOD UV обеспечивают дозу воздействия на данные микроорганизмы в 120 mJ/cm2 и выше — это необходимое условие для обезвреживания вируса, разрушения цепочки РНК и угнетения способности к восстановлению. В России стандарт воздействия ограничен на законодательном уровне — 30 mJ/cm2».

3. Очистка наночастицами

Люди давно используют такие вещества, как древесный уголь, для очистки воды путем адсорбции. При очистке наночастицами используется та же механика, но с частицами в наномасштабе. Различные типы наноматериалов — металлические наночастицы, наносорбенты, биоактивные наночастицы, нанофильтрационные (NF) мембраны, углеродные нанотрубки (УНТ), цеолиты и глина — оказались эффективными материалами для очистки сточных вод. Их использование устраняет пестициды и тяжелые металлы в воде. Углеродные нанотрубки также рассматривают как прорывную технологию для опреснения морской воды до стадии питьевой. Основной недостаток технологии — стоимость.

4. Биоаугментация

Органический способ очистки представляет собой добавление в воду смеси микроорганизмов, которая разрушает и удаляет загрязнения. Эти микроорганизмы включают ферменты и безопасные бактерии, которые естественным образом разлагают загрязняющие вещества, такие как масла или углеродные продукты. Но биоаугментация может влиять на экосистему микрофлоры и, как следствие, нарушать процесс очистки. Поэтому эту технологию пока нельзя использовать для получения питьевой воды.

5. Мембранная биоаугментация

Мембранные биореакторы (MBR) — гибридная технология, которая включает мембранное разделение и биоаугментацию. Сточные воды после биологической очистки при помощи активного ила подают в емкость, называемую биореактором. В этой емкости располагаются мембраны, которые разделяют сточные воды на два потока — активный ил, используемый повторно для биологической очистки, и чистую воду.

На рынке представлены два основных типа MBR — это системы с вакуумным (или гравитационным) потоком и системы под давлением. Вакуумные системы погружаются в воду и имеют мембраны, установленные либо внутри биореакторов, либо в последующем резервуаре. Второй тип MBR, где поток управляется давлением, представляет собой внутритрубные картриджные системы, расположенные вне биореактора.

Преимущество мембранной биоаугментации — небольшая площадь для биологической очистки. MBR-реакторы увеличивают мощность очистных сооружений без увеличения площади конструкций.

Ольга Рублевская, директор Департамента анализа и технологического развития систем водоснабжения и водоотведения ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»:

«Нева — это основной источник водоснабжения в Санкт-Петербурге. Благодаря программе прекращения сброса сточных вод без очистки в Неву и Финский залив в 2021 году уровень очистки достиг 99,5%. К 2030 году весь объем стоков будет перерабатываться на очистных сооружениях. Сейчас наша технологическая схема очистных сооружений состоит из механической, химической и биологической очистки.

• Механическая очистка включает решетки, песколовки, отстойники, в том числе прессование и отмыв отбросов (дополнительное поступление органических веществ в стоки) и преферментацию сырого осадка на стадии отстаивания (увеличение летучих жирных кислот).
• Биологическая очистка основана на технологических схемах UCT (технология Кейптаунского университета) и JHB (технология Йоханнесбургского университета).
• Химическая обработка применяется для удаления фосфатов. Используемый реагент — сульфат алюминия.

Так как в Санкт-Петербурге нет дефицита воды, то в городе нет ни вторичного использования очищенной воды, ни планов по применению таких технологий».

Необходимость через отвращение

Повторное использование сточных вод для орошения и других непитьевых целей стало обычным явлением и существует уже не одно десятилетие. Так, например, в Израиле, почти 90% сточных вод страны используется повторно в сельском хозяйстве.

Для доочистки сточной воды до состояния питьевой необходима надежная технологическая схема, которая включает как минимум пять стадий. Повторно используют очищенные сточные воды питьевого качества Австралия, Сингапур, Намибия, Южная Африка, Кувейт, Бельгия, Великобритания и США (штаты Калифорния и Техас). В этих странах очищенной водой пополняют подземные или поверхностные водные источники (плотины).

Речная вода, используемая в различных городах для производства питьевой воды, содержит в себе большие объемы сточных вод. Переработанная вода безопасна для питья, но некоторые люди не могут преодолеть чувство отвращения. Периодически во всем мире проходят акции по преодолению психологических барьеров. Так, основатель Microsoft Билл Гейтс выпил стакан жидкости, которая была переработана из человеческих фекальных масс в питьевую воду по технологии Omniprocessor Фонда Билла и Мелинды Гейтс. А французская компания Veolia запустила в Чехии совместный проект с пивоварней Čížová, которая из переработанных стоков сварила пиво.

Источник

Системы очистки воды обратным осмосом — здорово или не очень?

Сегодня я хотел бы поделиться с Вами своим видением систем очистки воды.

Я не хочу обсуждать различные фильтры, неэффективность которых давно уже известна — поговорим мы про системы очистки обратным осмосом, которые активно используются как на производствах, выпускающих очищенную воду, так и в быту.

К сожалению, вокруг этих систем имеется достаточно много маркетингового шума, который призван к получению прибыли производителем систем, но зачастую никак не связан с качеством получаемого продукта.

Из-за отсутствия понимания того, как работает система и какую воду следует употреблять, пользователь часто покупает лишние узлы и расходные элементы, а производители воды — экономят на жизненно важных деталях, выпуская воду, которая нежелательна для употребления.

Теория и её реализация

Итак, матчасть нам говорит, что обратный осмос — процесс, в котором, при определённом давлении, растворитель (вода) проходит через полупроницаемую мембрану из более концентрированного в менее концентрированный раствор, то есть в обратном для осмоса направлении. При этом мембрана пропускает растворитель, но не пропускает некоторые растворённые в нём вещества. Вода, которая проходит через мембрану, называется пермеатом, вода с высокой концентрацией солей, которая остаётся и сливается — концентратом.

Обратный осмос используют с 1970-х годов при очистке воды, получении питьевой воды из морской воды, получении особо чистой воды для медицины, промышленности и других нужд.

Сразу оговоримся: обратный осмос эффективен в удалении из воды частиц с размерами 0,001-0,0001 мкм. В этот диапазон попадают соли жёсткости, сульфаты, нитраты, ионы натрия, малые молекулы, красители, железо, микроэлементы, тяжёлые металлы. Мембрана не задерживает низкомолекулярные вещества, например такие газы, как кислород, хлор, углекислый газ и пр. Именно из-за наличия этих газов в пермеате наблюдается слабокислая реакция, вплоть до рН 5.

Мембрана крайне плохо реагирует на хлорорганику, органические растворители, крупные механические частицы. По этой причине обычно используется грубый механический фильтр или узел предварительной очистки воды перед мембраной, а также угольный фильтр для удаления хлорорганики и органики в целом. Фильтры являются расходными элементами, если их не менять, то, принимая качество воды в нашем водопроводе, рано или поздно повредится мембрана — и тогда ремонт будет стоить намного дороже.

Также следует помнить, что даже при использовании предварительной очистки и её своевременной замене, мембрану иногда следует мыть: для этого используются химические антискаланты/дисперганты, которые растворяют осевшие на мембране соли алюминия (в основном — оксихлориды, используемые как коагулянты на водоканалах), сульфаты кальция, карбонаты кальция-магния и гидроокись железа. Иногда пишут, что эти реактивы отмывают коллоиды оксида кремния, растворяет осадки фторида кальция и сульфатов стронция и бария — что же, это означает, что в реагенте есть комплексон 3 (трилон Б) и какие-то поверхностно-активные вещества, а значит рассказы о нежности мембран в отношении к высокомолекулярным органическим соединениям сильно притянуты за уши. Впрочем, трудно себе представить наличие таких осадков в значимых количествах после предварительной очистки.

Какие узлы стоят обычно после мембраны?

1. Для удаления остаточного хлора часто имеется угольная пост-фильтрация – небольшой линейный фильтр, заполненный активированным углем, через который проходит пермеат. Его задача — поймать остатки растворенного хлора и прошедшей через мембрану органики. Поскольку вода после нормально работающей мембраны содержит мало негативных примесей, то и нагрузка на постфильтр невысока, а потому менять его нужно реже.
2. Минерализующие картриджи (реминерализаторы) – важнейший элемент для любителей не терять полученные с пищей минералы – картридж восполняет утраченные на мембране минералы, но вместо смеси полезного и вредного, минерализатор добавляет только полезные. Как правило, минерализуют воду макроэлементами, такими как кальций, магний, натрий, калий. Так же восполняется анионный состав, хотя на самом деле это неважно. Без минерализатора Вы будете употреблять воду, которая не содержит кальций и магний — а потому может потенциально приводить к остеопорозу, особенно у детей и женщин: в этом случае элементы будут просто «вымываться» из зубов и костей. К сожалению, именно на этом узле экономят недобросовестные производители очищенной воды.
3. Структуризаторы – отдельная когорта картриджей, которые сложно назвать фильтрами, так как проверить их влияние на воду практически не возможно. Их задача – под воздействием разного рода факторов «изменять структуру воды в лучшую сторону». Победители «Битвы экстрасенсов» одобряют. Исключительно разводка маркетологов на дополнительные деньги.
4. Ультрафиолетовое обеззараживание – как и в ряде другого оборудования этот элемент имеет свое узкоцелевое назначение – не допускать попадания потребителю ни одного жизнеспособного микроорганизма. Мне крайне сложно представить микроорганизм, который меньше 0,001-0,0001 мкм, содержится в воде в значимых количествах, вреден и пропускается службами водоканалов.
5. Системы коррекции рН — по сути, дозаторы фосфата и сульфита натрия, призванные повысить рН до 6,5-7,5 (выше уже писалось, что после обратного осмоса вода слабокислая) и связать свободный кислород. Доводом маркетологов являются страшные истории про иссушенную кожу, выпадающие волосы и растворяющиеся зубы. Касательно кожи и волос — тут я бы направил маркетологов к их коллегам по продаже шампуней с рН 5,5 — вода в худшем случае после обратного осмоса не сильно далеко ушла по шкале от «лучших шампуней», а проблемы с зубами больше будут вызваны не столько кислой средой, сколько деминерализацией — см. выше (кстати, рН уксуса и лимонного сока — порядка 2, яблоки и вишни имеют рН около 4 — зубы ничего так, терпят). На самом деле, комбинация свободного кислорода и слабокислого рН здорово корродирует все металлические элементы — и именно это необходимо устранять, хотя мне сложно представить усиленную коррозию качественной пищевой нержавеющей стали в этих условиях. Ну это если она качественная и нержавеющая, конечно.
   Тем не менее, для чисто органолептических качеств питьевой воды рН можно корректировать — но уж точно не покупкой дорогостоящего реагента, а простой дозировкой разбавленного раствора пищевой соды.

Итого, какие мы расходные части имеем?

1. Фильтры предварительной очистки. Не будете менять — убьёте мембрану.
2. Антискаланты/дисперганты для отмывки мембраны. Если фильтры предварительной очистки меняются вовремя — практически не нужны.
3. Угольные пост-фильтры. Если не будете менять — ничего страшного не произойдёт.
4. Минерализующие картриджи. Обязательны.
5. Структуризаторы. Бесполезны.
6. Ультрафиолетовое обеззараживание (лампу иногда надо менять). Бесполезно.
7. Раствор для системы коррекции рН. Легко меняется на раствор пищевой соды. При условии качественной системы — работает так же.

А теперь — некоторые результаты анализа воды, которые попадались мне в жизни, по которым можно распознать систему очистки обратным осмосом и то, на чём в ней экономят.

Практический опыт

Откровенно говоря, я не встречал в странах постсоветского пространства водопроводную воду, которая имела бы проблемы по тяжёлым металлам. Я не декларирую порядок по хлорорганике или микробиологии, но с элементным составом воды на самом деле проблема чаще всего связана со следующим:

• Жёсткость. Традиционно вода почти везде очень жёсткая. Ну мы это видим по накипи в чайниках. Чревато это песком и камнями в некоторых органах.
  Рекомендации всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) для питьевой воды: кальций – 20-80 мг/л; магний – 10-30 мг/л. Для жёсткости какой-либо рекомендуемой величины не предлагается, но она связана с содержанием этих элементов. Российские нормативные документы (СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03) для питьевой воды регламентируют: магний – не более 50 мг/л; жесткость — не более 7°Ж.
  Норматив физиологической полноценности бутилированной воды (СанПиН 2.1.4.1116-02): кальций – 25-130 мг/л; магний – 5-65 мг/л; жесткость – 1,5-7°Ж.
• Железо. Из-за старых ржавых труб — получаем высокое содержание железа. Это не особо вредно, но влияет на органолептику — вода на вкус «ржавая». И поэтому СанПиН регламентирует не более 0,3 мг/л железа, впрочем, цифру в ряде случаев можно поднять до 1,0 мг/л.
• Алюминий. Технология водоканалов использует оксихлорид алюминия как коагулянт. СанПиН допускает до 0,5 мг/л алюминия, но лично я сильно подозреваю, что цифра — завышена из-за технологов, в той же Европе согласно 80/778/ЕС уровень не должен превышать 0,3 мг/л при оптимальной цифре 0,05 мг/л. Алюминий — редкостная дрянь, а потому чем его меньше — тем лучше.

Системы, которые Вы планируете использовать для очистки, в первую очередь должны справляться с этими элементами.

И что же выходит в итоге?

В ряде городов и регионов вода очень мягкая, например город Кузнецовск (ныне — Вараш), в котором располагается Ровенская АЭС, может похвастать такой водой:

На первый взгляд может даже показаться, что это — деионизированная вода, но это не так: обратите внимание на литий, железо, кремний. Имея довольно низкие значения по жёсткости (даже чересчур — по мнению ВОЗ), вода не является деионизированной.

Но к сожалению, в других регионах ситуация не так хороша — да, встретить превышения ПДК в воде из-под крана удаётся редко, но цифры часто близки к неприятным значениям.

Довольно жёсткая с аномальным соотношением: содержание магния выше, чем кальция. Достаточно высокое содержание стронция (впрочем, ниже ПДК) — вероятно, питается от подземных источников.

Разные по географии города, но одинаково: жёсткая, солёная вода.

Подводя итоги: найти воду, которая была бы оптимальна для употребления, практически невозможно. Именно в таких случаях и используют системы очистки. Правда, с переменным успехом.

Крайне разрекламированная система очистки воды компании Amway с задачей справляется частично:

Да, алюминий и железо связаны, но жёсткость осталась, как и прежде: содержание кальция и магния не изменилось. Впрочем, справедливости ради стоить отметить, что эти содержания и не превышали нормы. Однако, когда мы ввели добавки кальция и магния, которые соответствовали 100 мг/л и 50 мг/л соответственно, фильтр всё так же «пропустил» эти элементы.

Если использовать систему очистки обратным осмосом, то в конечном итоге пермеат может иметь вот такой состав:

Я даже видел несколько сертификатов качества разливной воды на продажу, которые хвалились подобными цифрами. Однако по факту это означает, что производитель сэкономил на реминерализации — и пьёте Вы деионизированную воду со всеми проистекающими из этого последствиями типа остеопороза — обратите внимание на крайне низкие значения по распространённым элементам типа кальция, магния, калия и даже кремния.

Вот так обычно выглядит качественная очищенная вода.

Как Вы видите — ничего лишнего, но уровни кальция и магния — в соответствии с рекомендациями ВОЗ, алюминия и железа практически нет. Небольшой уровень натрия, калия и фосфора — результат работы корректора кислотности, там используются именно фосфаты натрия и калия. Эту воду продаёт для детского питания компания Bebivita.

А вот — результат анализа их воды, когда реминерализатор стал постепенно изнашиваться:

Свалился кальций и магний, фосфор несколько повысился — до этого его растворимость сдерживалась кальцием и магнием — пора срочно менять картридж!

Обычно, в современных системах очистки о необходимости смены картриджа свидетельствуют датчики, которые по своей природе — кондуктометры, то есть измеряют проводимость воды, которая, как известно, зависит от содержания в ней растворённых солей (кстати, Xiaomi и другие китайские компании предлагают «датчики качества воды» на том же принципе, что вообще смешно).

Недобросовестные производители воды часто обманывают эти датчики следующим образом:

Перед Вами — результат анализа очищенной воды из кулера в Казани: по уровню магния и кальция вода не рекомендуется для питья, но есть аномально высокое содержание натрия! Это — не натрий из корректора рН — слишком низкий фосфор. И даже если вместо фирменной жидкости для коррекции использовалась сода — это тоже не наш случай: слишком низкий калий, а он — естественный загрязнитель соды. Просто разработчик подсыпал соль в свой деионизат, чтобы обмануть датчики общего содержания солей. Такую воду пить не стоит, хотя примитивный прибор и показывает, что всё отлично.

Выводы

Сначала — грустная статистика:

• По разным подсчётам доля пресной воды в общем количестве воды на Земле составляет 2,5—3 %.
• Распределение пресной воды по земному шару крайне неравномерно. В Европе и Азии, где проживает 70 % населения мира, сосредоточено лишь 39 % речных вод.
• В настоящий момент можно с уверенностью заявить, что около 80 стран страдают от нехватки пресной воды, пригодной для питья. Прежде всего, стоит отметить север Азии, Средний Восток, Китай, Мексику, Аргентину, Чили и даже западные штаты Америки. Территория Австралии находится под серьезной угрозой в связи с недостатком воды.
• По данным ООН на начало 2000-х годов более 1,2 млрд людей живут в условиях постоянного дефицита пресной воды, около 2 млрд страдают от него регулярно. К середине XXI века численность живущих при постоянной нехватке воды превысит 4 млрд человек.

Можно говорить, что в настоящее время качество водопроводной воды соответствует нормам, но уже иногда наблюдаются опасные приближения к уровню ПДК. Токсичностью вода не обладает, но может вызывать некоторые нарушения при постоянном употреблении.

Чтобы повысить качество воды наиболее технологичными и удобными являются системы обратного осмоса. Однако, как вокруг любой технологии, набирающей популярность, существует масса спекуляций — как со стороны поставщиков и продавцов систем, так и со стороны предприятий, их использующих.

Наиболее частой ошибкой покупателя/пользователя системы является:

• Приобретение ненужных узлов-плацебо, например «структуризаторов».
• Приобретение дорогостоящих реактивов, например, регуляторов рН.
• Несвоевременное обслуживание важных узлов системы.

Наиболее частой махинацией со стороны производителей очищенной воды является несвоевременная замена (или полное отсутствие) минерализующих картриджей.

Источник