Методы и технологии фильтрации

1 Механическая очистка

2. Осадочная фильтрация. Технология осадочной фильтрации применяется уже не столь часто, хотя она известна с незапамятных времен. Именно этим методом, например, пользовалась Рукодельница из сказки "Мороз Иванович". Его принцип достаточно прост. Взвешенные примеси (взвеси) осаждаются в большом объеме какого-либо сыпучего материала - как правило, песка. Сегодня это чаще всего кварцевый песок, обладающий лучшими свойствами, нежели чем обычный, который был в распоряжении Рукодельницы. И насыпают уже его не в бумажный кулек, а в достаточно крупные баки - для того, чтобы защитить коттедж от взвесей, вымываемых водой по ходу ее движения с артезианских глубин.

3. Абсорбация - эта технология также используется практически везде - без нее не обходится, вероятно, ни одна фильтрующая система. Адсорбция - это поглощение частиц в порах какого-либо материала. Самым известным адсорбентом является уголь. Все мы помним еще со школы, что именно он применяется в противогазах. Наряду с этим природным фильтрантом в последние десятилетия стали широко использоваться синтетические волокна, которые также обладают великолепными адсорбционными свойствами.

   Активированный уголь уже очень давно применяется для очистки и улучшения так называемых органолептических свойств воды - т.е. для устранения неприятного вкуса, запаха и цвета. Уголь эффективно поглощает остаточный хлор, растворенные газы, органические (и хлорорганические!) соединения, а также споры и цисты бактерий (то есть бактерии, пребывающие в анабиозе внутри собственных цист - своего рода непроницаемых капсул). Но, к сожалению, уголь не очищает воду от металлов.

   Активированный уголь получают путем обработки древесины по особой технологии. Его пронизывает огромное число пор, общая площадь которых достигает нескольких сот квадратных метров в одном грамме этого материала. И - представьте себе! - этого оказывается мало. Даже в простой бытовой фильтр обычно насыпают куда больше, чем один грамм угля. И через месяц, два или три он требует замены, поскольку исчерпывает свою емкость. То есть площадь, которую занимают поглощенные частицы примесей, исчисляется гектарами - каждый сезон в одной отдельно взятой семье! Здесь нужно сказать, что в человеческом организме тоже немало мест, пригодных для скопления примесей. Есть о чем задуматься.

   Вода, направленная через уголь, проходит сквозь поры любых размеров, а находящиеся в ней частицы задерживаются. Чем меньше размер пор, тем более мелкие частицы в них застревают, стало быть, тем лучшей фильтрующей способностью обладает данная марка угля. Совокупная площадь пор также имеет значение. Самым лучшим является активированный уголь из скорлупы кокосовых орехов. Его адсорбционная способность в несколько раз выше, чем угля из древесины березы. Со временем осевших частиц становится так много, что они закрывают поры в угле. Ослабление потока воды через уголь означает, что его пора менять.

   Различные виды синтетического волокна имеют поры размером от 0,1 до 0,04 микрона и адсорбируют широкую гамму примесей, вплоть до спор плесени и бактерий. Например, спирохеты - возбудители возвратного тифа, инфекционной желтухи и болезни свинопасов - имеют толщину 0,1-0,6 микрона при длине 5-500 микрон. Синтетические волокна хороши тем, что позволяют избирательно извлекать частицы определенного размера. Во многих случаях за счет этого можно достичь большей эффективности фильтрации. Кроме того, синтетическое волокно дешевле, поэтому его удается с успехом использовать в крупногабаритных фильтрах, рассчитанных на очистку больших потоков воды в течение долгого периода времени. Фильтры из синтетических волокон чаще всего представляют собой картриджи (сменные элементы) цилиндрической формы, напоминающие бобины с нитками. Кстати, некоторые из них в самом деле являются длинными нитями, намотанными на цилиндрическую катушку.

   Путем скрещивания угля с синтетическими материалами получается полимерное углеродное волокно - аквален (забегая вперед, скажем, что он используется в отечественных фильтрах "АКВАФОР"). В отличие от своих "родителей" - угля и полимеров - он обладает намного лучшей фильтрующей способностью. Помимо всё тех же органических соединений, хлора и бактерий аквален - по заявлению компании "АКВАФОР" - удаляет еще и некоторые (вероятно, самые крупные) тяжелые металлы, а также вирусы и одноклеточные организмы. "Аквален" даже использовался в исследованиях НИИ онкологии им. Петрова в качестве сорбента, улавливающего канцерогенные вещества, которыми кормили подопытных крыс. В результате аквален не спасал крыс от рака, но предотвращал возникновение метастаз. Однако, мы не видели официальных отчетов о проведенных исследованиях.

4. Ионный обмен - совершенно другой принцип водоочистки. Если на сетках механических фильтров и в порах угля и синтетических волокон частицы попросту физически задерживаются, застревают, то при ионном обмене они встраиваются в структуру фильтрующего вещества химическим образом, если так можно выразиться. И если механическую очистку и адсорбцию - самые прямые и незатейливые принципы фильтрации, то ионный обмен по сравнению с ними весьма изящен.

   Этот принцип предназначен для извлечения из воды ионов многих металлов. Прежде всего - кальция и магния. Их карбонаты представляют собой соли жесткости, они приносят множество неудобств, отлагаясь наростами на всех поверхностях, с которыми соприкасается насыщенная ими вода. Соли жесткости не только отрицательно влияют на кожу и волосы при мытье, но и разрушают бытовую приборы и сантехнику, выводят из строя трубы. Однако, ионы металлов - чрезвычайно мелкие частицы. Их невозможно уловить в порах угля или синтетических волокон: поры слишком крупны для них. Что делать? На помощь приходят ионообменные смолы.

   Ионообменная смола - это нерастворимое высокомолекулярное соединение. Оно замечательно тем, что содержит в себе ионы натрия. Жесткая вода, проходя через ионообменную смолу, отдает ей свои двухвалентные ионы - кальция и магния. То есть даже лучше сказать так: смола с удовольствием их поглощает, отдавая воде взамен свои одновалентные ионы натрия, два из один. Таким образом, концентрация солей в воде не уменьшается, но изменяется их состав. Вместо солей жесткости (карбонатов кальция и магния) в воде теперь будут присутствовать карбонаты натрия, которые нигде не откладываются и поэтому практически совершенно безобидны. Таким образом происходит умягчение воды.

   Понятно, что ионообменные смолы задерживают не только ионы кальция и магния, но и других металлов, в том числе тяжелых, если их концентрации не слишком велики. Поэтому помимо угля в картриджи многих бытовых фильтров засыпают ионообменные смолы. Но главное их применение - в умягчителях воды, которые используются в быту и в промышленности. Например, для умягчения воды в коттедже требуется целое ведро ионообменной смолы. Она представляет собой достаточно мелкие шарики полимера, внешне похожие на икру минтая или лосося. Кстати, многие ионообменные смолы обладают также способностью физической сорбции целого ряда веществ, которые могут осаждаться в объеме смолы. Это попутное фильтрующее свойство иногда бывает весьма полезным. Но встречаются и так называемые хелатирующие ионообменные волокна. Они хороши тем, что обладают высокой ионообменной емкостью и удаляют ионы тяжелых металлов даже при высоких концентрациях солей жесткости, успешно работая "на два фронта".

5. Электрохимическая очистка. Это редкий и пока еще плохо проверенный на практике способ фильтрации. Однако, посещая магазины, вы можете встретиться и с электрохимическим фильтром. Скорее всего вам попадется изделие марки "Изумруд". Принцип его работы заключается в том, что в результате электрического воздействия на загрязненную воду примеси претерпевают какие-то сложные и загадочные метаморфозы. Почему загадочные? Потому что производители ничего не пишут об этом процессе по существу.

   Они говорят лишь, что токсичные вещества переходят в иные формы и становятся нетоксичными или менее токсичными. Такая формулировка по меньшей мере весьма туманна. Интересно, квалифицируются ли ими тяжелые металлы в разряде токсичных примесей, и в какую безопасную для человека форму они могут перейти после попадания в электрохимический фильтр? Производители "Изумруда" утверждают, что они не всасываются в кровь и удаляются из кишечника естественным путем. Спрашивается, что мешает им накапливаться в организме? Авторитетные данные, которые подтверждали бы безопасность продуктов электрохимической фильтрации, отсутствуют. Никто не знает, что случится после того, как вы включите ток. Поэтому трудно сказать что-то позитивное по поводу этих фильтров. Затем лишь, что намного надежнее обычные технологии фильтрации, которые задерживают примеси и освобождают от них воду, а не преобразуют и пропускают их. И мы пока что не можем порекомендовать вам поглощать все те же примеси в якобы нетоксичной форме, тем более что об их дальнейшей судьбе в организме человека мы сегодня можем только догадываться.

6. Обратный осмос. Еще более изящным, самым тонким и эффективным методом фильтрации является обратный осмос. Эта технология защищает практически от любых примесей, даже от низкомолекулярных неорганических соединений (в первую очередь - солей), атомов и ионов, размер которых составляет 1/1000 долю микрона, что в сотни и тысячи раз выше адсорбционной способности лучших сортов угля и синтетических волокон. То есть обратный осмос позволяет отфильтровать, грубо говоря, всё, что только существует на свете. Исключение составляют лишь такие мелкие частицы как ионы водорода и кислорода, которые, собственно, и образуют саму воду. Обратноосмотическую воду можно пить без кипячения, поскольку в ней нет вирусов, микробов и уж тем более бактерий. Об органических веществах (гербицидах, пестицидах, тригалометанах) тоже нет никакой речи. Тогда почему же мы до сих не пользуемся этой прогрессивной технологией (или даже ничего не слышали о ней)?

   Дело в том, что обратноосмотические фильтры достаточно дороги и пока что не являются массовым продуктом: их стоимость в бытовом "формате" составляет $300-$400 или даже более того. И, разумеется, даже в этом случае необходимость механической очистки и адсорбции не отпадает: фильтрация воды - это многоступенчатый процесс, и то, что вы уже прочитали выше о более грубых методах водоочистки, остается в силе, ничуть не теряет своей ценности. Перед тем как перейти к технологии обратного осмоса, нужно сначала провести воду через ступени предварительной фильтрации.

   Обратный осмос заимствован из живой природы. Осмотическая регуляция лежит в основе обмена веществ всех организмов. Благодаря ей в каждую живую клетку поступают необходимые вещества и выводятся ненужные. Принцип обратного осмоса первоначально применялся для опреснения морской воды. Сегодня по этой технологии производятся уже миллионы тонн питьевой воды с известными торговыми марками. А вы думали, что вода нацеживается в бутылки из родников, собирается на альпийских лугах, наливается из озера Тахо или неизвестно каким образом импортируется с горных ледников? Нет, львиная доля бутылированной воды очищается по методу обратного осмоса. Впрочем, обратноосмотическая вода ничуть не уступает своим лучшим природным аналогам, даже превосходит их (при соблюдении технологических норм). И уж, во всяком случае, даже на тибетский ледник сегодня может забрести радиоактивное облако. Поэтому заводская очистка в наш век уже предпочтительнее, нежели чем сбор природной воды какова она есть. Кстати, не только заводская, но и бытовая. Кухонные фильтры обратного осмоса ничем не отличаются от промышленных, кроме своего размера и стоимости.

   Но каким же образом реализуется обратный осмос? Ответ очень прост: обратным по сравнению с осмосом. Полупроницаемая осмотическая мембрана препятствует выравниванию концентраций веществ по разные стороны от себя. Поток воды продавливается через мембрану, которая отторгает примеси, поддерживая их высокую концентрацию с той стороны, откуда течет вода. Вот и всё. Факт остается фактом, хотя механизмы осмотических процессов до сих пор не изучены, несмотря на то, что уже наступил XXI век.

   В зависимости от типа мембраны степень очистки составляет даже по самым безобидным неорганическим веществам порядка 90-98%, а уж по патогенным - и того больше. В то же время мембрана пропускает растворенный в воде кислород. Многие люди полагают, что хороший вкус воде придают минеральные соли. Это совсем не так. Хороший вкус вода получает благодаря растворенному в ней кислороду. Вот почему родниковая вода, бьющая ключом, так хороша на вкус.