Методы улучшения качества питьевой воды кратко

Обновлено: 06.07.2024

Качество питьевой воды - вопрос, который остро стоит на протяжении всей истории человечества. Суть проблемы в том, что и в природных источниках, и в трубах центрального водоснабжения она одинаково прозрачная. Что вовсе не означает отсутствие в составе вредных веществ, вредоносных микроорганизмов.

Для чего нужно улучшать качество воды

Самым доступным источником воды сейчас считается централизованная система водоснабжения. Ее используют в приготовлении горячей еды, напитков, для питья в сыром виде. И многим знакома ситуация, когда из крана бежит вода с неприятным запахом или "странным вкусом". Причина этого проста: забор часто идет из поверхностных источников с очисткой от механических примесей вроде песка и обеззараживанием хлором.

Процедура улучшения воды дает преимущества:

полное удаление твердых нерастворимых частиц;
очистка от солей магния, кальция, железа и тяжелых металлов;
избавление от любых запахов, включая хлор;
удаление органики, водорослей, патогенных микроорганизмов.

Очистка нужна даже при заборе воды из подземных, артезианских источников. Проблема состоит в том, что трубы изнутри постепенно покрываются ржавчиной, которая сама по себе начинает давать осадок и провоцирует скопление органических примесей, где развивается микрофлора. В результате только очисткой и улучшением уже после набора "из-под крана" удается получать качественную воду.

Методы улучшения качества питьевой воды

К основным способам улучшения воды относят осветление или обесцвечивание (удаление механической взвеси), обеззараживание. Методики применяют разные. Выбор зависит от качества источника, что приходится делать, чтобы получить воду по требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01, иных профильных стандартов.

Применяют методы улучшения воды:

Физические - магнитная, электромагнитная, ультразвуковая обработка или ионизирующее облучение;
Химические - комплексообразование, окисление, нейтрализация, осаждение;
Биологические - биофильтры, окислительные каналы, аэротенки, биологические пруды или поля фильтрации;
Физико-химические - обезжелезивание, ионообменная очистка, обратный осмос, сорбция, флотация, электродиализ.

Первый вариант относится к простым способам обработки. Он универсален, но малоэффективен в отношении биологических веществ. То же относится к второй категории современных методов улучшения качества воды. За счет химической обработки вода становится безопасной для организма, только в ней остаются примеси с характерным запахом и привкусом.

Методики биологического свойства нацелены на нейтрализацию органических соединений. Такие меры актуальны для сточных вод (бытовых, промышленных). Комплексный же подход с физико-химической обработкой дает очистку от механических взвесей, растворенных соединений вроде остатков хлорного дезинфектора и микроорганизмов.

Плюсы и минусы физико-химических методов улучшения и обеззараживания воды

Единственный нюанс такого способа улучшения качества воды - нужно оборудование с многоступенчатыми фильтрами, которые шаг за шагом отделяют "носитель" от механических, химических загрязнений, мельчайшей органики.

Обезжелезивание воды (с аэрацией)

В целях улучшения качества воды на начальном этапе воду пропускают через фильтр обезжелезивания и аэрационную колонну. Принцип действия установки основан на природном окислителе - кислороде. При смешивании распыленной водной массы с атмосферным воздухом происходит химическая реакция, в результате которой растворимые соли железа и марганца преобразуются в твердый, пусть и мелкодисперсный осадок. Далее этот осадок удаляется непосредственно на фильтре обезжелезивания с каталитической загрузкой.

Преимущества данного метода для улучшения качества воды:

подходит для частных домовладений при заборе воды из индивидуальной скважины;
система работает без затрат на химические реагенты, за счет окружающего воздуха;
существуют компактное (в коттедж или баню), высокопроизводительное оборудование (для промышленности, предприятий сферы ЖКХ).

Из минусов такой схемы улучшения воды отмечают отсутствие функции обеззараживания. Но это не критично, если берут воду из индивидуальной скважины. При необходимости обработки больших объемов придется мириться с громоздкостью конструкции. Поэтому на промышленных предприятиях под водоочистительное оборудование выделяют отдельное помещение.

Ионообменная очистка воды

Ионный обмен - способ смягчения воды путем удаления солей, придающих жесткость. Относится к современным методам улучшения качества питьевой воды. Методика рассчитана на относительно чистый носитель, без механических примесей. Система работает за счет просачивания через специальный фильтр (ионит). Твердый осадок в оборудовании не появляется, все происходит на уровне химических реакций.

К преимуществам улучшения качества воды с помощью ионного обмена относят:

не требуется механическая фильтрация от нерастворимых частиц солей магния, кальция;
функции фильтров восстанавливаются промыванием в растворе поваренной соли;
вода приобретает хорошие органолептические свойства (вкус, мягкость).

Недостаток такого улучшения показателей воды - необходимость утилизации отработанных фильтров и невысокая скорость обработки воды. Первое незаметно при маленьких объемах потребления, а второе компенсируется добавками с каталитическими свойствами.

Обратный осмос - специальный метод улучшения качества воды

Метод обратного осмоса подходит как для смягчения воды, так и ее очистки от коллоидных масс, бактерий и вирусов. В оборудовании такого типа установлена полупроницаемая мембрана, которая под воздействием гидростатического давления пропускает чистый носитель. Этот способ позволяет превращать морскую воду в пресную. Хотя на практике его используют и для обработки сточных и промышленных жидких отходов.

Преимущества данного способа улучшения и обеззараживания воды:

универсальность технологии, сфера применения зависит лишь от мощности установки;
высокая степень обессоливания (до 98%) при низких затратах энергии;
доступная цена бытовых моделей очистительного оборудования.

Минус - вода на выходе больше похожа на дистиллированную (нет вообще вкуса). Промышленные установки дорогие, требуют затрат на очистку фильтров. Компенсирует недостаток высокая степень улучшения воды.

Обеззараживание воды

Методика основана на комбинации применения химических реагентов вроде хлора, озона, ценных металлов (например, золота) и физического воздействия - ультрафиолетовым, ультразвуковым облучением, термической, электроимпульсной обработкой.

комплекс дает безопасную для использования воду независимо от качества источника;
свободный выбор химических реагентов, способа физического обеззараживания;
простота бытового применения с сохранением эффективности улучшения.

Недостаток метода улучшения и обеззараживания воды заключается в необходимости дополнительной очистки от механических частиц вроде песка, нерастворимых солей металлов. Технология больше рассчитана на избавление воды от активной органики, включая микроорганизмы.

Сорбция (угольные фильтры)

Сорбционные методы по улучшению качества питьевой воды основаны на избирательном поглощении загрязнений поверхностью или внутренним объемом сорбента. Чаще всего в его качестве используют угольные фильтры. При очистке эффективно удаляются поверхностно-активные вещества, пестициды, гербициды и фенолы.

Преимущества такого способа для улучшения качества воды:

широкий выбор сорбентов от активированного угля до силикагеля, алюмогеля, цеолита;
высокая степень очистки от разнообразных примесей, и природных, и искусственных;
возможность регенерации большинства сорбирующих веществ.

Минус технологии улучшения воды с помощью сорбционных фильтров - маленькая скорость обработки, сложность конструкции фильтров проточного типа, если нужна высокая производительность.

Улучшение качества воды методом флотации

Методика флотации чаще используется при очистке сточных вод. Она рассчитана на то, что более крупные частицы всегда стремятся осесть на дно, а те, что легче носителя, плавают на поверхности. Последние за счет наполнения емкости пузырьками воздуха скапливаются в виде пенки, в которой содержится концентрат шлама.

Преимущества флотационного метода улучшения свойств воды:

доступна очистка от маслянистых веществ, продуктов нефтепереработки, смол, полимерных материалов, донного ила;
возможен непрерывный процесс со стабильным качеством результата;
простая регулировка степени очистки в зависимости от гидрофобности мусора.

К минусам флотации для улучшения воды относят: не удаляются гидрофильные загрязнения, их придется убирать дополнительным фильтром механической очистки. Но это не всегда и требуется, например, если достаточно убрать из носителя полимерные примеси.

Электродиализ (электродеионизация)

Комплексная технология, где сочетаются мембранный и электрический процессы. Ее, как и ионный метод, используют для обессоливания воды. Благодаря ионоселективным мембранам на "другую сторону" проходит чистый дистиллят.

Преимущества электродиализа, как метода улучшения качества воды:

в оборудовании отсутствуют движущиеся детали, что повышает срок эксплуатации в разы;
минимальные потери носителя, растворы солей в установках прогоняются повторно вплоть до нужного качества;
результат получается независимо от изначальной загрязненности воды.

Недостаток такой системы для улучшения воды один: узкая направленность методики, востребованность лишь для химической промышленности.

Чтобы вода соответствовала нормам СанПиН, необходимо использовать различные методы очистки и улучшения качества питьевой воды. К таким методам относятся обеззараживание, осветление и обесцвечивание. Все эти методы улучшения качества питьевой воды необходимы для приведения воды из открытых источников к возможности ее использования в быту. Осветление и обесцвечивание – способы избавить питьевую воду от находящихся в ней частиц. В то же время обеззараживание позволяет устранить в воде бактерии, вирусы, споры и прочие болезнетворные образования. Методы улучшения питьевой воды могут также включать обезжелезивание, обессоливание, минерализацию, ионизацию серебром и многие другие методы существенно улучшить качество питьевой воды.

Обеззараживание воды можно разделить три условных метода: химический, физический и комбинированный. К химическим методам обеззараживания относятся хлорирование, озонирование. К физическим методам очистки – кипячение, облучение УФ или гамма-лучами.

Основным и самым массовым способом обеззараживания на всех водопроводных станциях нашей страны является метод хлорирования. Технико-экономическая составляющая этого метода является основополагающей, в то время как качество воды оставляет желать лучшего из-за появления в ней хлора.

Как правило обеззараживание последний этап очистки воды. Но в некоторых случаях необходимо двойное обеззараживание, то есть вода обеззараживается как до осветления и обесцвечивания, так и после.

дезодорация – устранение посторонних привкусов;
дегазация
удаление из воды растворенных газов;
смягчение
удаление катионов магния и кальция (полное, частичное);
опреснение;
обезжелезивание;
обезфторивание.

В то же время при недостаточном количестве микроэлементов или для создания воды с заданными параметрами они могут быть включены в нее.

Тем, кто заботится о своем здоровье, рекомендуется употреблять бутилированную воду в 19 л, 5 л или 1-2 лемкостях. Она идеально подходит для детей, приготовления лимонадов и напитков и другой пищи.

Традиционные и новейшие методы улучшения качества воды позволяют даже самую грязную жидкость сделать пригодной к употреблению, в т.ч. в полевых условиях. Достигается высокий уровень очистки вплоть до дистилляции. Наибольшее распространение получили способы, результативность которых можно оперативно проверить.

Очистка воды способствует к улучшению качества воды.

Зачем нужно улучшать качество воды

В реках, озерах и многих подземных источниках содержится большое количество примесей:

механических — мелкого песка и грязи;
химических (растворимых);
микроорганизмов.

Нередко они присутствуют и в трубопроводах, особенно старых.

Преимущества процедуры

Очистка воды дает следующие результаты:

Улучшаются ее органолептические свойства (вкус и запах).
Нейтрализуются угрожающие здоровью факторы. Многие из загрязнителей являются болезнетворными.
Отфильтровываются механические примеси.
Удаляются соли магния и кальция, образующие накипь.
Снижается до предельно допустимого значения концентрация железа и тяжелых металлов.

Вода становится пригодной для питья, приготовления пищи и технического применения, не оставляет разводов и ржавых пятен после мытья или стирки.

Осветление и снижение цветности

Эти методы очистки вместе с обеззараживанием считаются основными. Специфический оттенок воды обусловлен содержащимися в ней примесями. Например, соединения железа делают жидкость рыже- желтоватой, органические примеси могут давать зеленоватые оттенки и т.д. Осветление позволяет значительно снизить мутность воды. Существует несколько способов осветления.

Отстаивание

Удаляются механические примеси диаметром более 0,1 мм. Поток воды пропускается через широкий резервуар — отстойник, где его скорость снижается до 2-4 мм/с. За время движения вдоль сооружения тяжелые примеси оседают на дно, легкие — всплывают (гравитационная очистка). Их собирают и откачивают, осветленная жидкость поступает на следующую ступень обработки.

Вертикальные отстойники в виде конуса или пирамиды занимают меньше места. Через центральную трубу жидкость подается на дно и затем движется снизу вверх со скоростью 0,4-0,6 мм/с до края резервуара. Там она переливается в круговой желоб.

К трубам, по которым осуществляется отбор осветленной воды, прикрепляют развернутое книзу колено. Благодаря этому всплывшие загрязнения остаются в отстойнике.

Коагулирование

Удаляются коллоидные примеси, т.е. взвеси из мелкодисперсных частиц. В жидкость вводят реагенты (коагулянты):

сульфат алюминия;
сернистое и хлорное железо.

В результате взаимодействия с жидкостью они превращаются в гидратированные окиси. Это труднорастворимые коллоидные вещества с положительно заряженными ионами, собирающиеся в хлопья. Загрязнения, имеющие отрицательный знак, притягиваются к ним и оседают. Рыхлые хлопья обладают большой площадью поверхности, поэтому реагируют со множеством коллоидных примесей. Оседающая масса попутно увлекает на дно многие крупные частицы.

Скорость коагуляции возрастает в присутствии особых синтетических высокомолекулярных соединений (флокулянтов). В частности, широко применяют полиакриламид.

Фильтрование

Отделяются частицы размером менее 0,1 мм. В загрузке фильтра имеется множество мелких пор, через которые просачивается вода. Часто используют насыпные материалы:

кварцевый песок;
дробленый гравий и керамзит;
антрацитовую крошку.

Со временем производительность очистителя снижается. Его восстанавливают одним из следующих способов:

полной или частичной заменой загрузки;
обратной промывкой.

Химические методы улучшения качества воды

В основном направлены на уничтожение микрофлоры.

Хлорирование

Метод получил широкое распространение в централизованных системах водоснабжения благодаря ряду достоинств:

низкой стоимости;
простой технологии;
возможности оперативного контроля качества обеззараживания;
остаточному эффекту (снижается вероятность повторного появления микроорганизмов).

Результативность проверяют замером количества непрореагировавшего активного хлора. Показатель в 0,3-0,5 мг/л свидетельствует о максимальном бактерицидном эффекте.

Яйца гельминтов и цисты простейших обладают устойчивостью к действию данного вещества, некоторые другие формы способны производить резистентные штаммы. Поэтому обработанную воду все равно необходимо кипятить.

Озонирование

Данный метод тоже широко используется в централизованных сетях. По окислительному потенциалу озон превосходит хлор с показателями +1,9 В против +1,359 (В). Бактерицидный эффект в 15-20 раз сильнее, в отношении спор — в 300-600 раз. Помимо всех видов микрофлоры, разрушаются растворенные в воде органические вещества.

Другие достоинства озонирования:

в отличие от других химических методов не влияет на состав и вкус воды;
не требует подвоза материалов: газ получают из воздуха путем воздействия на него высоковольтных разрядов.

К недостаткам относят высокую стоимость, взрывоопасность, токсичность и зависимость результативности от физико-химических свойств жидкости. В некоторых случаях могут образовываться ядовитые вещества и канцерогены.

Максимально допустимое остаточное количество веществ в воде после ее обработки составляет 0,2-0,5 мг/л. Превышение этого показателя приводит к ускоренной коррозии металлических деталей трубопровода.

Использование серебра и меди

Ионы этих металлов сначала накапливаются в оболочке микроба, затем проникают внутрь и блокируют деятельность некоторых клеточных структур. Вирусы повреждаются только при высоких концентрациях (до 10 мг/л), споры обладают устойчивостью. ПДК для человека составляет 0,05 (мг/л).

Удобнее всего вводить серебро в воду при помощи электрода. Между ним и резервуаром через жидкость пропускают постоянный ток. Этот способ позволяет автоматизировать процесс обеззараживания и регулировать дозировку.

Альтернативный вариант состоит в пропускании воды через слой песка, обработанного солями серебра. При этом одновременно с обеззараживанием производится удаление механических примесей.

Из-за высокой стоимости и дефицитности металла его используют для обработки небольших объемов жидкости. Существенное преимущество заключается в остаточном бактерицидном последействии, что позволяет хранить очищенную питьевую воду в течение полугода. В этом нуждаются флот и некоторые военные объекты.

Бактерицидный эффект у меди слабее, чем у серебра — требуется более высокая концентрация. На результат оказывают влияние физико-химические свойства воды.

С помощью перекиси водорода

В силу высокой стоимости метод не получил широкого распространения. Данное вещество распадается на воду и атомарный кислород. Таким образом, состав и вкус жидкости остаются постоянными. В результате окисления происходит обеззараживание и осветление воды. Токсичные вещества ни при каких условиях не образуются.

Перекисью очищают небольшие объемы воды на автономных объектах. Существуют катализаторы, ускоряющие распад ее молекул. С их применением время обработки сокращается.

С помощью йода

Метод обладает рядом преимуществ:

действует быстрее хлора;
не влияет на вкусовые качества воды;
помимо бактерий, поражает вирусы.

Это делает йодирование многообещающим направлением в сфере гигиены воды.

При концентрации реагента в 0,3-1 мг/л обеззараживание происходит в течение 20-30 минут. При необходимости ускорить процесс дозу увеличивают до 2 мг/л.

Очистить воду можно помощью йода.

Физические методы

В отличие от химических такие способы не влияют на состав и органолептические свойства воды.

Кипячение

Жидкость нагревают до температуры +100°С следующими средствами:

открытым пламенем;
электронагревателями;
паром;
высокотемпературной плазмой;
горячим воздухом.

Большинство микроорганизмов погибает за несколько минут, особо устойчивые споры, например столбняка, — в течение часа.

Метод обладает рядом достоинств:

Простотой исполнения, доступностью в полевых условиях.
Высокой скоростью обеззараживания.
Безопасностью для исполнителя.
Высокой эффективностью независимо от физико-химических показателей воды.
Возможностью автоматизации.

Основной недостаток заключается в высокой энергоемкости.

Ультрафиолетовое облучение

Вызывает необратимые повреждения в ДНК, РНК и белковых структурах микроорганизмов. Попутно в воде образуются свободные радикалы, усиливающие бактерицидный эффект.

длина волны — 250-260 нм (наиболее результативный диапазон);
доза — 16 МДж/см²;
время обработки — несколько секунд.

Метод характеризуется высокой производительностью и низкой стоимостью. Но его эффективность зависит от прозрачности воды и ее химического состава: соли марганца, железо и гуминовые кислоты осаждаются на кварцевом чехле лампы и снижают интенсивность облучения.

Ультразвук

Генерируется магнитострикционными и пьезоэлектрическими установками. Губительно воздействует на широкий спектр микроорганизмов независимо от прозрачности и химического состава воды. Но на эффективность оказывают влияние ее температура и вязкость.

высокая стоимость — в 2-4 раза дороже ультрафиолетовой обработки;
сложность оборудования, существенно возрастающая с увеличением производительности.

Воздействие высокочастотного звука на микрофлору досконально не изучено, поэтому пока отсутствуют методики расчета длительности и интенсивности обработки.

Ионизирующее излучение

Обладает сильным обеззараживающим эффектом и высокой проникающей способностью. Не зависит от цветности, мутности и прочих физико-химических показателей воды. Результативность определяется дозой:

2500-5000 Р — гибнут бактерии;
10000 Р — разрушаются вирусы.

Облучение вызывает несовместимые с жизнью изменения на молекулярном уровне. Попутно в результате радиолиза воды образуются свободные радикалы, усугубляющие бактерицидный эффект.

Метод дешев, но потенциально опасен для обслуживающего персонала. Требуется строгое соблюдение правил техники безопасности.

Обратный осмос

Используется мембрана с ячейками размером от 0,0001 до 0,001 мкм. Она называется полупроницаемой, поскольку пропускает только молекулы воды и некоторые другие, равные им по размеру.

Более крупные отсеиваются, среди них:

вся микрофлора, включая наиболее мелкую;
органические соединения;
ионы натрия;
соли жесткости, нитраты, сульфаты;
красители;
железо и тяжелые металлы.

Очищенная вода является практически дистиллированной. Считается, что ее употребление в качестве питьевой вредит здоровью, поэтому прибегают к искусственной минерализации.

Вода движется сквозь мембрану под действием давления в 3 атм. Без него направление было бы обратным — в сторону раствора с большей концентрацией солей. Такая диффузия называется осмосом.

Мембрана быстро засоряется. Чтобы продлить срок ее службы, воду подвергают предварительной очистке более грубыми методами.

Комбинированные методы улучшения качества воды

Для достижения максимального результата некоторые из перечисленных способов применяют совместно. Например, сочетают следующие химические реагенты:

Хлор и перекись водорода либо озон.
Серебро и медь.
Перекись водорода и озон.

В результате снижаются дозировки, сокращается время обработки.

Примеры сочетаний физических методов:

Ультрафиолетовое облучение и обработка высокочастотным звуком.
Разные виды электрического воздействия.
Кипячение с ионизирующим облучением или высокочастотным звуком.

Физические методы совмещают с химическими, например применяют ультрафиолетовое облучение совместно с ионами серебра

Механические методы

Наибольшее распространение получили:

ультрафильтрация;
сорбционная технология.

Первый вариант похож на обратный осмос. Разница состоит в следующем:

полупроницаемая мембрана имеет более крупные поры — 0,01-0,1 мкм;
требуется в 3 раза меньшее давление — 1 атм.

В результате ультрафильтрации отсеиваются взвеси из макромолекул и коллоидных частиц. Они делают воду мутной и придают ей цветность.

Принцип сорбционной технологии состоит в способности некоторых пористых материалов удерживать на своей поверхности вещества за счет межмолекулярного взаимодействия. В основном используют активированный уголь. Марку подбирают в соответствии с видом примесей:

Фенол, толуол и прочие монозагрязнители — АА, КАД-1, АРМ (микропористый).
Органические вещества — АБД, АГ-3, ДАУ (имеют полидисперсную пористую структуру).
Соединения тяжелых металлов — ЛАУ, АБД (высокозольные и углеминеральные).

Очистить воду можно механическим путем.

Специальные методы улучшения качества воды

Ряд санитарно-гигиенических мероприятий направлен на удаление соответствующих загрязнителей.

Обезжелезивание (с аэрацией)

Метод применяют для обработки воды из подземных источников. Часто она содержит избыток железа в виде двууглекислых солей, придающих жидкости неприятный вкус и формирующих осадок на трубах. При контакте с воздухом такие соединения превращаются в нерастворимые гидраты окиси, которые можно удалить отстаиванием или фильтрованием.

Аэрацию осуществляют 2 способами:

Попутно удаляются сероводород и свободная углекислота.

Умягчение

Цель обработки — удаление ионов кальция и магния. Их соли кристаллизуются при температуре от +80°С и образуют рыхлый налет — накипь.

Умягчение производят такими способами:

нагревом;
ионным обменом;
с помощью реагентов.

В последнем случае чаще всего используют известь и соду. Реагенты вводят последовательно. Известь взаимодействует с солями кальция и магния и превращает их в нерастворимые карбонаты. Затем вводят соду для преобразования и осаждения сульфата калия. Отфильтрованные нерастворимые вещества нельзя сбрасывать в естественный водоем.

Нагрев позволяет умягчить воду без изменения состава. Но он действует только на бикарбонатные соли. Они кристаллизуются и оседают на стенках резервуара.

Принцип действия ионного обмена состоит в замещении кальция и магния ионами натрия. Для этого воду пропускают через измельченную смолу. Этот же способ применяется для удаления марганца, железа, прочих металлов и органики.

Опреснение, обессоливание

Первый метод предназначен для обработки морской воды. В результате концентрация солей в ней снижается до 1000 мг/л. Такую воду можно пить и использовать для приготовления пищи.

С помощью обессоливания готовят теплоноситель для систем отопления. При использовании обыкновенной воды теплообменник котла быстро зарастает накипью. Для предотвращения этого соли полностью удаляют из воды.

дистилляции;
ионного обмена;
электродиализа;
обратного осмоса.

Первый способ состоит в нагреве воды с последующей конденсацией пара.

В процессе электродиализа положительно и отрицательно заряженные ионы солей перемещаются к электродам, подключенным к источнику постоянного напряжения. Резервуар делят 2 полупроницаемыми мембранами на 3 части. В крайних находятся электроды, в среднем получают раствор нужной концентрации.

Обесфторивание и фторирование

Обесфторивание осуществляют следующими способами для вод:

Поверхностных — реагентным.
Подземных — с применением фильтра.

Оба метода основаны на способности окиси алюминия и магния сорбировать фтор. В основном его избыток наблюдается в подземных источниках.

Фторирование представляет собой противоположный процесс. Питьевую воду обогащают фтором для обеспечения хорошего состояния зубов. Вводят вещества:

фторид натрия;
кремнефтористую кислоту или ее соли;
фторид-бифторид аммония.

Процедуру осуществляют после всех ступеней очистки. Необходимо контролировать концентрацию фтора, чтобы не превысить допустимый предел.

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.

Справка. Разложение, преобразование или выпадение в осадок загрязнителей при их применении происходит в кратчайшие сроки вне зависимости от объема обработки.

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

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.
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.
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. – 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:

Подачу стоков на усреднитель при необходимости разбавления.
Отстаивание механическим способом.
Основную чистку (активное использование живых организмов).
Глубокую чистку (удаление всех посторонних примесей с помощью обратноосмотических мембран или тонких фильтров).
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.

Важно! Вторичное использование очищенных стоков практикуется редко (при соблюдении ряда условий вода может направляться в системы полива).

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.

Важно! Рекомендуется выбрать систему обратного осмоса при очищении воды с высоким (от 20 мг/л) содержанием двухвалентного железа или невозможности использования других способов.

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.

Читайте также: