Введение
Ученые подсчитали, что 97.5% всех запасов воды на планете Земля приходится на соленые воды морей и океанов. Иными словами, пресная вода составляет только 2.5% мировых запасов.
Если учесть, что 75% пресной воды "заморожено" в горных ледниках и полярных шапках, еще 24% находится под землей в виде грунтовых вод, а еще 0.5% "рассредоточено" в почве в виде влаги, то получается, что на наиболее доступный и дешевый источники воды - реки, озера и прочие наземные водоемы приходится чуть больше 0.01% мировых запасов воды. Принимая во внимание то значение, которое вода имеет для жизнедеятельности человека и всего живого на Земле, приведенные цифры наглядно подтверждают сакраментальный тезис о том, что вода - одно из самых драгоценных сокровищ нашей планеты.
И это еще не все. Не смотря на свой, казалось бы предельно простой химический состав, вода - одно из самых загадочных и "аномальных" веществ на Земле. Достаточно упомянуть, что это единственное химическое вещество, которое существует в условиях нашей планеты одновременно в трех агрегатных состояниях - газообразном, жидком и твердом. Но именно благодаря всем этим еще до конца не изученным "странностям" воды и возможно существование жизни.
А теперь обсудим, как сделать чистой воду, поступающую к нам в дом.
Методы очистки воды от железа
Удаление из воды железа без преувеличения одна из самых сложных задач в водоочистке. Даже беглый обзор существующих способов борьбы с железом позволяет сделать обоснованный вывод: на данный момент не существует универсального экономически оправданного метода, применимого во всех случаях жизни. Каждый из существующих методов применим только в определенных пределах, у него есть и достоинства, и существенные недостатки. Выбор конкретного метода удаления железа (или их комбинации) в большей степени зависит от опыта водоочистной компании.
Итак, к существующим методам удаления железа можно отнести:
1. Аэрирование
(окисление кислородом воздуха) с последующим осаждением (с коагуляцией или без нее) и фильтрацией. Это традиционный метод, применяемый уже много десятилетий. Так как реакция окисления железа требует довольно длительного времени, то использование для окисления только воздуха требует больших резервуаров. Этот способ используется только на крупных муниципальных системах (метод барбатажа).
2. Каталитическое окисление с последующей фильтрацией.
Наиболее распространенный на сегодняшний день метод удаления железа, применяемый в высокопроизводительных компактных системах. Суть метода заключается в том, что реакция окисления железа происходит на поверхности гранул специальной фильтрующей среды, обладающей свойствами катализатора (ускорителя химической реакции окисления). Наибольшее распространение в современной водоподготовке нашли фильтрующие среды на основе диоксида марганца (MnO2): Birm, Greensand, Filox, Pyrolox и др. Эти фильтрующие засыпки отличаются между собой как своими физическими характеристиками, так и содержанием диоксида марганца. Однако принцип их работы одинаков. Железо (и в меньшей степени марганец и сероводород) в присутствии диоксида марганца быстро окисляются и оседают на поверхности гранул фильтрующей среды. Впоследствии большая часть окисленного железа вымывается в дренаж при обратной промывке. Таким образом, слой гранулированного катализатора является одновременно и фильтрующей средой. Для улучшения процесса окисления в воду могут добавляться дополнительные химические окислители.
Наиболее распространенным является перманганат калия K2MnO4 (марганцовка). Его применение не только активизирует реакцию окисления, но и компенсирует вымывание марганца с поверхности гранул фильтрующей среды, то есть регенерирует ее. Используют как периодическую, так и непрерывную регенерацию.
Все системы на основе каталитического окисления с помощью диоксида марганца имеют большой удельный вес и требуют больших расходов воды при обратной промывке. Тем не менее, именно применение метода каталитического окисления представляется наиболее перспективным направлением в деле борьбы с железом и марганцем в воде.
как метод обработки воды, известен довольно давно и применялся (да и теперь применяется) в основном для умягчения воды. Раньше для реализации этого метода использовались природные иониты (сульфоугли, цеолиты). Однако с появлением синтетических ионообменных смол эффективность использования ионного обмена для целей водоочистки резко возросла.
С точки зрения удаления из воды железа важен тот факт, что катиониты способны удалять из воды не только ионы кальция и магния, но и другие двухвалентные металлы, а значит и растворенное двухвалентное железо. Причем теоретически, концентрации железа, с которыми могут справиться ионообменные смолы, очень велики. Ионный обмен не боится верного спутника железа - марганца, сильно осложняющего работу систем, основанных на использовании методов окисления. Главное же, ионный обмен может удалить из воды железо и марганец, находящиеся в растворенном состоянии, совсем отпадает необходимость в такой капризной и "грязной" (из-за необходимости вымывать ржавчину) стадии, как последствие окисления. Однако на практике, возможность применения катионообменных смол по железу сильно затруднена.
4. Мембранные методы
достаточно широко используются в водоподготовке, однако удаление железа отнюдь не главное их предназначение, скорее побочный эффект. Этим и объясняется тот факт, что применение мембран пока не входит в число стандартных методов борьбы с присутствием в воде железа. Основное назначение мембранных систем - удаление бактерий, простейших и вирусов ("холодная стерилизация"), частичное или глубокое обессоливание, подготовка высококачественной питьевой воды. То есть они предназначены для глубокой доочистки ("полировки", как говорят американцы) воды.
Если же говорить о применении таких технологий только для очистки воды от железа, то это будет сродни заправке "Запорожца" 98-м бензином - ездить-то будет, но какой ценой?!
Тем не менее, микрофильтрационные мембраны пригодны для удаления уже окисленного трехвалентного железа, ультра фильтрационные и нанофильтрационные мембраны также способны удалять коллоидное и бактериальное железо, а обратноосмотические мембраны удаляют даже растворенное органическое и неорганическое железо (и марганец, кстати, тоже).
Практическое же применение мембран для работы по железу ограничено следующими факторами:
Во-первых, мембраны даже в большей степени, чем гранулированные фильтрующие среды и ионообменные смолы, критичны к "зарастанию" органикой и забиванию поверхности нерастворимыми частицами (в данном случае ржавчиной).
Во-вторых, стоимость. Мембранные системы весьма и весьма недешевы. Их применение рентабельно только там, где требуется очень высокое качество воды (например, в пищевой промышленности).
Умягчение воды
Наиболее эффективным способом борьбы с высокой жесткостью является применение автоматических фильтров - умягчителей. В основе их работы лежит ионообменный процесс, при котором растворенные в воде жесткие соли заменяются на мягкие, которые не образуют твердых отложений.
Автоматический умягчитель представляет собой пластиковый корпус с управляющим блоком (клапаном) и баком для приготовления и хранения регенерирующего раствора. Жесткая вода, поступая в фильтр, проходит через слой засыпки из высококачественной ионообменной смолы. При этом происходит изменение химического состава растворенных солей за счет замены ионов кальция и магния на ионы натрия, которые химически связаны со смолой. В момент, когда поглощающая способность смолы снижается до определенного уровня, блок управления автоматически начинает цикл регенерации.
Непосредственно восстановление свойств ионообменной смолы осуществляется при подаче в фильтр водного раствора высокоочищенной поваренной соли (NaCl) за счет обратного замещения накопленных в смоле ионов кальция и магния на ионы натрия. Затем все загрязнения вымываются из фильтра в дренаж.
В зависимости от размеров умягчителя цикл регенерации/промывки может продолжаться до 2-3 часов. Во время регенерации разбор воды производить не рекомендуется, так как на выход будет поступать жесткая вода. Именно по этой причине большинство одиночных систем (состоящих из одного фильтра с одним блоком управления) запрограммированы таким образом, чтобы регенерация производилась только в ночное время (в 2-3 ночи).
Современные синтетические смолы чрезвычайно надежны и долговечны, позволяют работать на высоких скоростях потоков, благодаря чему находят применение в системах с высокой производительностью. Срок службы смолы может достигать 6 - 8 лет в зависимости от качества исходной воды (и, как следствие, от количества фильтро - циклов).
В настоящее время, благодаря большому разнообразию смол, фильтры - умягчители помимо своего основного назначения могут быть использованы также для удаления из воды железа и марганца, тяжелых металлов, органических соединений, а также селективного удаления нитратов, нитритов, сульфидов и т.п.
УФ-стерилизация
Ультрафиолетовые стерилизаторы воды (УФ-лампы) используют энергию ультрафиолетового излучения для уничтожения микробиологических загрязнений. Этот метод находит применение для коттеджей, домов, лабораторий, ресторанов, больниц, промышленных предприятий, систем коллективного водоснабжения.
Ультрафиолетовые стерилизаторы нейтрализуют все известные болезнетворные микроорганизмы с большим запасом надежности. Кишечная палочка, бацилла дизентерии, возбудители холеры и тифа, вирусы гепатита и гриппа, сальмонелла, цисты Giardia lamblia и Cryptosporidium погибают при дозе облучения менее 10 мДж/см2, а стерилизаторы обеспечивают дозу облучения не менее 30 мДж/см2. |