Современным технологиям очистки при которых вода

Современные способы и методы очистки воды

Системы водочистки являются неотъемлемой частью современной жизни и практически все потребители (от частных лиц до предприятий) нуждаются в качественной и правильно подготовленной воде.

Реализованные в них методы и технологии бывают разными, с особенностями каждого варианта стоит познакомиться заранее.

Какие существуют по принципу действия?

В зависимости от принципа действия выделяют такие способы очистки воды как:

• Физические (грубая механическая чистка).
• Химические (смешение воды с реагентами).
• Физико-химические (сложные комплексные мероприятия).
• Биологические (воздействие живых микроорганизмов).

Физические методы

Данные методы предназначены для очищения воды от твердых крупнофракционных частиц (чаще всего – нерастворимых).

Они успешно задействуются на этапах первичной и грубой очистки и в разы реже – при глубоких и тонких воздействиях.

Среди главных физических методов выделяют:

• Процеживание – очищение жидкостей от крупнофракционных посторонних включений при проходе через ячеистые прослойки (сетки, решетки, полипропиленовую мешковину). К преимуществам этого метода относят простоту и эффективное улавливание крупного мусора, к минусам – потребность в частой промывке фильтрующих элементов, пропускание патогенных микроорганизмов, солей и любых мелких нежелательных примесей.
• Отстаивание – осаждение посторонних фракций под действием собственного веса вниз с последующим отбором более чистой воды. Этот метод используются как на предварительных, так и на промежуточных этапах водоподготовки, его производительность существенно ограничена временем и объемами отстойников.
• Фильтрование – схожий с процеживанием, но более совершенный метод, позволяющий очищать воду от ненужных примесей с разным размером фракций (минимальный порог – до микронов) при прохождении через пористый фильтрующий слой. Метод активно используется в быту и на производстве, из всех физических видов он считается самым эффективным.
• УФ-дезинфекция – обработка предварительно очищенной от крупных фракций воды УФ-лучами с длиной волн в пределах 200-400 нм с целью обеззараживания. Состав и физические свойства жидкости этот метод не меняет.

Химические

Эти методы ценятся за эффективность и высокую производительность.

Исходя из вида протекающих реакций выделяют такие химические методы водоочистки как:

1. Нейтрализация – выравнивание PH-баланса воды за счет добавления особых реагентов (аммиачной воды, гидроксидов калия или натрия, кальцированной соды) или ее пропускании через кислые газы. Чаще всего к этому методу обращаются при регенерации промышленных стоков, забираемая из скважин или водоемов вода изначально имеет нейтральную среду и корректировке баланса не нуждается.
2. Окисление – обезвреживание токсичных водных растворов и хлорирование воды при добавлении активных окислителей. Несмотря на высокую эффективность (микроорганизмы убиваются быстро и надолго) метод считается опасным для здоровья человека.
3. Очистку восстановлением. Данный метод выбирается при высокой доли легко восстанавливаемых веществ в исходной воде или стоках. При его выборе из воды удаляются ряд простых и переходных металлов и минералов (хрома, ртути или мышьяка) и их соединений.

Физико-химические

Данная группа представлена комплексными методами с широким спектром применения, задействуемыми на любых этапах очистки и водоподготовки.

Очистка воды при их выборе осуществляется самыми разными способами, включая воздействие растворенных газов, тонкодисперсных сред и изменение ионного состояния молекул.

Особенности наиболее востребованных физико-химических методов изложены в таблице:

Наименование	Кратное описание метода	Оптимальное применение/ возможные ограничения
Флотация	Отделение и подъем твердых гидрофобных частиц при пропускании сквозь толщу воды пузырьков воздуха или других инертных газов. Формируемая на поверхности пена или прослойка легко удаляется механическими способами.	Очистка жидкостей от нефтепродуктов и масел, удаление твердых примесей при низкой эффективности других методов.
Сорбация	Избирательная фильтрация ненужных примесей при поверхностном или объемном прохождении воды через материалы с пористой структурой (силикагели, уголь и их аналоги). Используемые сорбенты могут быть восстанавливаемыми или утилизируемыми после потери фильтрационных свойств.	Удаление ПАВ, пестицидов, фенолов, процессы доочистки.
Экстракция	Заливка в очищаемую воду мало- или несмешиваемых веществ, растворяющих грязь, с последующим активным перемешиванием, отстаиванием и разделением разнофазных сред.	Удаление органический соединений, включая фенолы, регенерация стоков.
Ионообмен	Обмен ионами между очищаемой водой и природными (цеолиты, сульфоугли) или искусственными (синтетические смолы) ионитами.	Умягчение воды/ метод не предназначен для бытовой очистки больших объемов сильнозагрязненной воды.
Электродиализ	Очищаемая вода последовательно проходит камеры с ионоселективными мембранами и электродами постоянного тока. В первых камерах вода избирательно обессоливается, в крайних – накапливает концентрат солей с последующим разделением.	Обессоливание и удаление нежелательных ионов. Регенерация стоков на химических предприятиях.
Обратный осмос	Вода пропускается через мембраны с микроскопическими ячейками под избыточным гидростатическим давлением с последующей утилизацией выделенного загрязненного раствора.	Обессоливание, отделение нежелательных микроорганизмов, растворенных газов и коллоидных веществ.
Термические методы	Суть данных метолов состоит в получении дистиллята или максимально очищенной воды после ее выпаривания, вымораживания или термического окисления (распыление и пропускание через высокотемпературные продукты сгорания).	Нейтрализация или удаление токсичных или слабо разлагающихся примесей.

Биологические

Эти методы преимущественно задействуются при очищении стоковых вод и базируются на использовании живых организмов.

К последним относят как бактерии (окисляющие и разрушающие токсичные и азотосодержащие соединения, поглощающие фосфаты), простейшие грибы и водоросли, так и многоклеточные (черви, насекомые).

Водоочистка биологическими методами проводится в:

• Естественных или искусственных водоемах, очищающих сравнительно небольшие объемы воды со средней степенью загрязненности при минимуме усилий и трат.
• Биофильтрах – специальных сооружениях с фильтрующей прослойкой из аэробных микроорганизмов с естественным или принудительным воздухообменом.
• Аэротенках – сложных автоматизированных комплексах с принудительной аэрацией.
• Метатенках – устройствах анаэробного брожения для переработки концентрированных стоковых осадков.

Современные технологии очищения

В современных системах водоподготовки приведенные методы используются в комплексе.

Ярким примером служат многоступенчатые бытовые фильтры с механическими предфильтрами, ионообменными или сорбционными картриджами и обратноосмотическими мембранами. Такие установки обеспечивают полноценную подготовку питьевой воды вне зависимости от ее исходных параметров.

К инновационным тенденциям в сфере водоподготовки относят:

• Отказ от метода хлорирования в пользу озонирования (окисление жидким кислородом) и/или УФ-обработки.
• Использование ультрафильтров и нанофильтрационных мембран с пониженной селективностью.
• Вывод взвесей и растворенных органических примесей с помощью электроприборов фотокатализации.

При всех своих преимуществах такие технологии нельзя назвать бюджетными, соответствующие фильтры, мембраны и другие расходные материалы обходятся дорого и в быту не окупаются.

Проверенные новые методы (ионообмен, обратный осмос, многоступенчатое исполнение фильтра), наоборот, становятся более доступными для частных лиц.

Фильтрация на предприятиях

Взаимосвязь между областью использования и требуемым типом системы водоподготовки отражена в таблице:

Отрасль производства	Требуемые функции основной линии подготовки
Металлургия	Обессоливание
Пищевая промышленность	Обеспечение ионного обмена, обеззараживание, умягчение
Добыча и переработка нефти и газа	Исключение посторонних примесей, обезжелезивание, обратный осмос
Энерго- и тепло- и водоснабжение	Обессоливание, УФ-фильтрация, хлорирование или озонирование
Фармацевтика	Обратный осмос, дистилляция

В целях экономии средств приведенные методы реализуются в комплексе с механическим фильтрованием.

Отдельные требования выдвигаются к системам переработки стоков предприятий химической или металлургической отрасли, отбираемый концентрат может быть ценным или нуждаться в обязательной утилизации.

Переработка стоков

Полный цикл переработки стоков на производстве и в общественных линиях включает:

1. Подачу стоков на усреднитель при необходимости разбавления.
2. Отстаивание механическим способом.
3. Основную чистку (активное использование живых организмов).
4. Глубокую чистку (удаление всех посторонних примесей с помощью обратноосмотических мембран или тонких фильтров).
5. Обеззараживание (УФ-обработка, хлорирование, озонирование).

Выделяемый на 2, 3 и 4 стадиях осадок в обязательном порядке регенерируется или утилизируется. Эти процессы происходят в метатенках, отжимных или сушильных аппаратах.

К дорогостоящим физико-химическим методам прибегают лишь при повышенных требованиях к чистоте состава или при низкой результативности других способов.

Бытовое очищение стоков требует меньше усилий. Владельцы индивидуальных домов, но подключенных к канализационным сетям используют септики (как с днищем, так и без), сорбенты или коагулянты.

Более подробно об очистке сточных вод читайте здесь.

Удаление тяжелых металлов

Потребность в принятии дополнительных мер возникает при отклонении ПДК тяжелых металлов в воде от санитарно-гигиенически норм. Чаще всего такая ситуация наблюдается при близости скважины к септику или попадании этих веществ извне (осадки, протекание зараженных грунтовых вод, контакт с металлически фитингами).

Для удаления этих веществ в быту и промышленности используются следующие химические и физико-химические методы:

Тип металла	Допустимая концентрация в воде, не более мг/л	Рекомендуемый метод очистки воды
Марганец и железо	0,1	Ионообмен, аэрация с последующей подачей в засыпной фильтр с каталитическим зарядом, окисление гипохлоритом натрия, дозированная подача сильнодействующих окислителей
Сероводород	0,01, вещество очень токсично	Окисление, выветривание, насыщение кислородом
Свинец	0,03	Обратный осмос, окисление и восстановление
Ртуть	0,001	Обратный осмос, а также окисление и восстановление
Хром	0,05	Окисление, обратный осмос и восстановление
Никель	0,1	Окисление и восстановление

Системы обратного осмоса при несомненной эффективности редко используются из-за дороговизны и ускоренного использования ресурсов мембран.

Заключение

Приведенные методы непрерывно совершенствуются и дополняют друг друга, при выборе конкретного варианта стоит ознакомиться с их особенностями и возможными ограничениями заранее.

Ни один из методов, который существует, нельзя назвать универсальным, при правильной организации водоподготовки они задействуются в комплексе.

Вне зависимости от выбранного метода к потребителю или на промышленные объекты подается вода с контролируемыми параметрами.

Источник

Новые технологии очистки воды

От качества воды, которую ежедневно пьёт человек, зависит не только его пищеварение. Эта жидкость влияет на самочувствие, здоровье, иммунитет, внешний вид, качество сна и ещё массу факторов. Уже давно человечество не стремится к получению для своих нужд дистиллированной воды, которая когда-то считалась эталоном. Теперь требования стали более современными и зависят от целевого направления: для ежедневного употребления в пищу, для изготовления лекарств, для полива растений и т.д.

Очистка для любых целей начинается с ликвидации механических частиц, которые видны невооружённым взглядом. Такая мера не только улучшает конечный результат, но и уберегает тонкие фильтры. Важно понимать, что в любом методе существуют как сильные стороны, так и недостатки. Все современные инновации и прогрессивные технологии направлены на то, чтобы достичь оптимального качества очищающейся жидкости, обеспечив минимальное количество недостатков, присущих процессу.

Для пищевых целей

К качеству питьевой воды предъявляют самые высокие требования, поскольку оптимальные значения конечного продукта влияют и на вкусовые характеристики различных блюд и напитков, и на организм человека.

Нанофильтрация

Одна из самых современных технологий в первую очередь нашла применение в таких странах, как Франция, Голландия и США.

Нанофильтрация обладает следующими преимуществами:

• идеально удаляет цветность;
• избавляет от галогенных примесей органики;
• выводит ионы хлора безреагентным методом.

Главным плюсом считается высокоэффективная борьба с хлорсодержащими остатками, которые нередко присутствуют в воде, подаваемой по общему трубопроводу после обеззараживающей очистки.

Среди недостатков новой методики можно выделить необходимость в обеспечении многоступенчатой предварительной обработки, которая выведет из раствора все механические частицы и взвешенные вещества.

Для получения продукции экстра-качества перед нанофильтрами могут оборудовать установки обратного осмоса и коагуляционные системы.

Выполнение всех этих требований автоматически делает нанофильтрацию самым дорогим методом, что не позволяет использовать её в массовых масштабах. Такая технология используется для особых категорий: недоношенных детей, в постоперационных реабилитационных периодах, для приготовления искусственного питания грудных детей и т.д.

Фотокатализация

Ещё одна технология подготовки питьевой воды, которая изобретена недавно, но получила одобрение всех мировых специалистов в данной индустрии.

Главные её преимущества:

• отсутствие предварительной обработки химическими или другими методами;
• эффективное удаление взвешенных веществ;
• выведение органических примесей.

Первые подобные очистные приборы выпущены в Великобритании и Нидерландах. В тубе находится одна или несколько капиллярных мембран, которые пропускают очищаемые потоки. Чем больше таких мембран, тем выше производительность установки. Трубчатая система способствует тому, что в установке не возникает застойных зон, в которых могут образоваться донные залежи.

Низкая производительность (до 200 кубов в сутки) не даёт наладить серийное производство для высокомощных потребителей. К тому же, высокое потребление электроэнергии, за счёт которой обеспечивается достаточная скорость потока, обращает на себя внимание. Фотокатализаторы целесообразно применять в производствах, получающих электроэнергию от солнечных батарей или от ветра.

Рулонные аппараты

Очередная новинка водоочистки – рулонные аппараты. Тестирования в лабораториях для таких установок уже завершены, теперь они поступают в производство.

• эффективность в борьбе с высокой цветностью (до 150) и взвешенными веществами;
• возможность регулировки скорости потока и производительности;
• простота схемы;
• лёгкость монтажа.

Рулонные аппараты имеют небольшое гидравлическое сопротивление, а на отдельном участке оборудованы открытым каналом, который позволяет легко удалять образовавшийся осадок. Очистка проводится также при помощи повышения скорости потока, который выносит из рулонного аппарата отложения.

Минусом является то, что систему нужно оборудовать специальной механической доочисткой, чтобы содержащиеся твёрдые элементы не засоряли узкие места в трубе. Зато энергопотребление рулонных аппаратов довольно скромное – 0,5 КВт на 1 метр кубический очищенной воды.

Опреснители

Пресные водоёмы не всегда доступны для водоснабжения, что становится всё большей проблемой. Недостаток пресной воды заставляет учёных постоянно разрабатывать и совершенствовать новые методы опреснения.

Опреснение электрическим током

В Массачусетсе разработана новая принципиальная схема опреснения, которая основана на разделении ионов и чистых молекул без использования любых мембран.

При шоковом электродиализе, предложенном учёными, поток проходит через пористую керамику, по обе стороны которой оборудованы мощные электроды. Между ними подаётся сильный разряд, образующий ударную волну, которая режет поток на 2 части. В одной из них сосредоточена пресная, а во второй – солёная вода. Перегородка, которая установлена дальше по мере продвижения, изолирует эти части друг от друга.

Система такой инновационной очистки не засоряется, не производит осадка, поэтому не нуждается в периодическом очищении. Кроме того, сильные разряды убивают бактерии и все биологические загрязнители, из-за этого дополнительное обеззараживание и стерилизация не проводится.

Материалы для производства установки имеют умеренную стоимость, что даёт надежду на скорый массовый запуск такой системы по берегам солёных водоёмов.

Наномембрана

Метод отделения соли при помощи пористого материала нанотолщины предложен в Иллинойском университете.

Материал, из которого изготовлена мембрана – дисульфид молибден. Его раскатывают до толщины в несколько нанометров, что позволяет значительно снизить затраты на электроэнергию, необходимую для перемещения потока сквозь керамический слой. Тонкая мембрана позволяет обходиться минимальным давлением внутри системы, что снижает частоту засорения. Химические свойства молибдена дисульфида заставляют воду проницать фильтр с высокой скоростью за счёт притяжения к молибдену и отталкивания от серы.

Такая быстрая и высокоэффективная технология взята на вооружение многими крупными фермерскими хозяйствами, которые легко и недорого смогут решить проблему с поливом обширных территорий в береговой зоне.

Промышленные и сточные воды

Очистка бытовых- или промстоков является необходимым условием для многих предприятий и частных домов. Для бытовых нужд эта мера позволяет избавиться от запаха, который распространяется по участку от выгребной ямы, и препятствует образованию донных осадков, ухудшающих просачивание жидкости в грунт. Стоки промышленных производств тем более должны подвергаться предварительной обработке и очистке до входа в общую систему канализации, чтобы не нанести ущерб городским очистным сооружениям.

УФ-облучение

Такая технология очистки позволяет обеззараживать стоки от потенциально опасных объектов, таких как специфические производства биологических веществ или инфекционные больницы. Облучение для обеззараживания не влияет на здоровье человека, но надёжно устраняет бактерии, вирусы, грибки и прочие микроорганизмы.

Недостатком методики является то, что ультрафиолет влияет на большинство микробов, но не на все без исключения. При высокой мутности ультрафиолет может поглощаться загрязнённым слоем, поэтому эффективность водоочистки снизится. Это требует применения добавочных механических или химических фильтров для повышения надёжности. К тому же, система не имеет высокой мощности, поэтому на крупных предприятиях она не применяется.

Медно-цинковая технология

Прогрессивная разработка промышленной водоподготовки основана на применении гранул, содержащих медь и цинк. Эти два металла имеют разные заряды, поэтому загрязнители притягиваются либо к одному, либо к другому полюсу, оставаясь на поверхности гранул.

Кроме очищения, медно-цинковая технология убирает ионы жёсткости, делая воду умягчённой.

Недостатком является то, что в технологическом процессе образуется много обратной жидкости с высокой концентрацией загрязняющих металлов, которые должны утилизироваться через дренаж. Это повышает общий расход воды по счётчику, что сказывается на затратах производства.

Кроме того, медно-цинковая мембрана не оказывает во время очистки влияния на микроорганизмы, поэтому грибок, поселившийся на ней, сначала снижает эффективность, а потом сводит её к минимуму. Это вынуждает часто менять сработанные мембраны.

Септики

Эта технология используется для частных домов и небольших производств уже давно, но в последнее время она претерпела ряд изменений и стала более дешёвой и эффективной.

Современные септики содержат в своём составе бактерии, которые не реагируют на хлор в стоках, что раньше представляло большую проблему. Туалеты, находящиеся на участке, не требуют никаких затрат электричества для содержания и обогрева, исключается и необходимость даже редкой откачки содержимого выгребных ям.

Современный септик включает в себя 2 части: гравитационный отстойник и биологический очиститель. После отстойника, в котором оседают все взвеси, стоки попадают в объём, насыщенный микроорганизмами, перерабатывающими большинство органических и неорганических загрязнителей.

Эффективность современных септиков равняется 98%. Ил, который образовывается в отстойниках, используется в качестве органического удобрения, повышающего фракционные характеристики плодородных почв.

Анаэробные и аэробные микроорганизмы, которые содержатся в новых септиках для очистки бытовых стоков, являются устойчивыми к агрессивным средам и не погибают от резкого изменения рН среды.

Особая водоподготовка

Для изготовления сверхчистых растворов в медицине и лабораторных исследованиях необходима вода, свободная от различных примесей. И хотя известно, что идеальной чистоты на практике добиться невозможно, учёные без устали совершенствуют очистные системы для получения воды экстра-класса.

Бидистиллирование

Продукт выхода – бидистиллят – приближается к химической чистоте. В новых бидистилляторах соединены несколько ступеней фильтров: ультрафильтрация, двухкаскадный осмос и обмен ионов в фильтрах смешанного действия.

После прохождения всех этапов очистки раствор носит статус высокоомного, что означает уникальное значение удельного сопротивления (17-18 МОм/см). Именно такие характеристики необходимы для получения сверхточных результатов лабораторных и медицинских экспериментов и исследований.

Деминерализация и деионизация

Современные технологии сделали возможным получение воды с минимальным содержанием минералов и ионов, приближающимся к нулю. Новые приборы, обеспечивающие такой результат, при помощи электрических зарядов на пластинах в колонках дистиллятора выводят максимально возможное количество загрязнителей, понижая их концентрацию до возможного на нынешнее время минимума.

Кроме того, в системе содержится мембрана обратного осмоса и комплексная смола для ионного обмена.

С применением деминерализованной и деионизованной составляющей реактивы дают минимальную погрешность во время анализов и практически не оказывают действия на живые ткани во время экспериментов.

Таким образом, можно сделать вывод, что технологии очистки во всех сферах активно развиваются, исследователи не останавливаются на достигнутом, внедряя в эту область новые достижения химической, механической, биологической и других видов обработки. Прогресс и возникновение современных методов позволяет улучшать результаты, а комплексный подход в использовании предложенных методик позволяет надеяться на удешевление получения чистой воды в будущем.

Источник