Методы улучшения качества воды

Технологии улучшения воды применяются с целью её обесцвечивания, обессоливания (умягчения), осветления, обезжелезивания, обеззараживания и механической очистки. Есть разные методики. Но все способы и методы улучшения качества питьевой воды делятся на группы:

• Физические. Это электромагнитная или магнитная обработка, ультрафиолетовое или ультразвуковое воздействие, озонирование. Также к физическим методам улучшения качества жидкости относится и кипячение.
• Химические, которые также называются реагентными и предполагают использование специальных веществ – реагентов. Это окисление, комплексообразование, осаждение, дезинфекция хлорированием, нейтрализация и прочие процессы и реакции.
• Физико-химические. К таковым относятся коагуляция, способ обратного осмоса, ионообменная очистка (ионный обмен), электродиализ, обезжелезивание, флотация.
• Механические. В эту группу включаются ультрафильтрация, оттаивание, сорбционные технологии, фильтрация.
• Биологические. Среди таких методик чаще применяют окислительные каналы, поля фильтрования, аэротенки, биопруды, биофильтры.

Кроме того, способы улучшения качества питьевой жидкости классифицируются на безреагентные и реагентные. В последнем случае необходимо использование специальных веществ, запускающих нужные реакции в фильтрах. Безреагентные системы очистки не требуют применения таких реагентов.

Ниже рассмотрим основные методы улучшения качества воды, их особенности, главные недостатки и преимущества.

Отстаивание

Как улучить качество воды в домашних условиях? Самый простой, но не всегда действенный способ – отстаивание. Для его реализации в небольших масштабах достаточно налить воду в любую ёмкость (желательно высокую) и оставить содержимое минимум на ночь, а лучше на сутки или даже несколько дней. По прошествии этого времени на дне резервуара остаётся осадок. Для его устранения аккуратно слейте всю верхнюю часть жидкости, а нижнюю утилизируйте – отправьте в канализацию.

Если нужно отстаивать большие объёмы воды, то можно использовать специальный отстойник. Водный поток пропускается через него со скоростью около 2-3 миллиметров в секунду. Все тяжёлые частицы оседают, а лёгкие взвеси благодаря гравитационной очистке всплывают. Затем задержанные загрязнения собираются и откачиваются, а остаточный объём воды направляется дальше для следующего этапа. Этим методом удаляются твёрдые частички, по размеру (в диаметре) превышающие 0,1 мм. Но улучшение качества питьевой воды по всем параметрам невозможно.

Кипячение

К основным способам улучшения характеристик воды относится и кипячение, предполагающее сильное термическое воздействие – нагрев жидкости до температуры, равной 100 градусам.

Под действием нагревания происходит умягчение воды за счёт выпадения в осадок солей магния и кальция с образованием накипи на стенках ёмкости. В процессе кипячения улетучиваются частично или полностью некоторые вещества, в том числе свободный хлор. Кроме того, происходит обеззараживание: практически все известные микроорганизмы при 100℃ градусах погибают.

Для нагревания воды можно использовать различные способы, к примеру, газовую горелку, открытое пламя, пар, электронагреватели, горячий воздух или даже высокотемпературную плазму.

К плюсам улучшения качества воды в домашних условиях путём кипячения относятся быстрое протекание очистки, эффективность, возможность обеззараживать жидкость, достаточно простое исполнение, доступность (в том числе применение в полевых, сложных условиях), безопасность. Минусы – довольно высокая энергоёмкость.

Механическая очистка

Среди всех методов улучшения качества воды одним из самых распространённых считается именно механическая очистка, она же фильтрация. К фильтрам такого вида относятся разнообразные насадки на краны, кувшины, а также устройства с монтажом под раковинами. Последние, как и кувшины, имеют сменные картриджи с различными наполнителями (например, угольными), которые подбираются с учётом состава воды и необходимой интенсивности очистки.

Механическая фильтрация способна удалять различные взвешенные твёрдые вещества, но для обеззараживания она не подходит. Иногда такой метод используют в качестве одной из ступеней очистки.

Сорбция

Принцип сорбционной технологии основан на способности некоторых синтетических или имеющих природное происхождение материалов вступать в межмолекулярное взаимодействие с загрязнениями и удерживать их на поверхности или в структуре. При такой очистке прекрасно удаляются активные вещества, такие как гербициды, фенолы, пестициды.

Большое преимущество данной методики улучшения качества воды в домашних условиях – это большой выбор доступных материалов. Самый популярный – активированный уголь. Также можно использовать алюмогель (представляет собой окись алюминия), силикагель, цеолит и иные виды наполнителей фильтров. Причём некоторые сорбирующие вещества могут регенерироваться, то есть восстанавливать свои свойства после промывки. Плюсом является и высокая степень очистки – эффективное удаление многих и природных, и синтетических примесей.

Минусы – небольшая скорость осуществления обработки, а также необходимость установки сложного оборудования для организации проточной системы с высокой производительностью.

Обезжелезивание

Перечисляя основные методы улучшения качества воды, стоит кратко рассказать об обезжелезивании, которое помогает убрать из воды железо. Данный металл может содержаться в разных формах, например, бактериальной, коллоидной, двухвалентной, органической, трёхвалентной. В некоторых случаях металл следует превратить из растворённого вида в нерастворённый для последующей дополнительной механической очистки. От конкретного типа зависит то, какими методами лучше осуществлять обезжелезивание.

Существуют такие способы:

• Озонирование. Под действием озона скорость процесса окисления возрастает, что ускоряет очистку и повышает её эффективность. Также озонирование позволяет быстро добиваться бактерицидного эффекта для обеззараживания. Озон в системе получается из атмосферного воздуха под влиянием разрядов электрического тока. Это делает систему довольно дорогой: стоимость превышает цену прочих фильтров. Кроме того, оборудование крупногабритное, взрывоопасное. Качество очистки напрямую зависит от состава воды. При высокой концентрации газа могут образовываться канцерогенные и токсичные соединения. Также избыток озона способен портить металлические трубы водопровода.
• Хлор. Это сильный окислитель, который не только действует на железо, но и оказывает выраженный эффект на бактерий, гарантируя качественное обеззараживание. Дозу хлора определяют с учётом концентрации металла, а также степени загрязнённости бактериями и прочими микроорганизмами.

Обратный осмос

Фильтры обратного осмоса, они же обратноосмотические, также называются мембранными. Очистку производит полупроницаемая особая мембрана, которая имеет мелкопористую структуру и пропускает исключительно водные молекулы. Все прочие примеси задерживаются.

Через мембрану из синтетического материала водный поток проходит под давлением около 3 атмосфер. После такой обработки фильтром обратного осмоса воды получается фактически дистиллированной, ведь из неё удаляется до 97-98% различных веществ, включая химические, органические, минеральные.

Мембрана имеет ограниченный рабочий ресурс и может быстро засоряться крупными частицами, поэтому схема очистки должна иметь предварительную механическую фильтрацию. Также в неё может включаться этап минерализации, насыщающий воду полезными и необходимыми организму веществами.

Ультрафиолетовая очистка

Облучение ультрафиолетом – эффективный, надёжный метод обеззараживания. УФ-лучи повреждают белковые структуры РНК и ДНК микробов и даже яиц паразитов. Оптимальная длина волны составляет от 200 до 260-305 нм. Именно такой диапазон признан наиболее действенным. Обработка проходит в течение короткого времени – буквально нескольких секунд.

Установки с УФ-лампами стоят недорого, имеют небольшие размеры, просты в обслуживании и демонстрируют хорошую производительность. Но для обработки ультрафиолетом вода должна обязательно пройти предварительную механическую фильтрацию, так как гуминовые кислоты, металлы и некоторые соли могут влиять на прозрачность воды, а также оседать на поверхности кварцевого чехла лампы (это ослабляет эффект дезинфекции).

Ионный обмен

Принцип ионного обмена – это замещение ионов солей жёсткости, металлов и некоторых иных веществ другими ионами, например, водорода или натрия. Фильтр имеет особую загрузку – ионообменную смолу, ионит. Вода проходит через неё и очищается.

Качество воды при такой очистке заметно улучшается, но жидкость должна попадать в фильтр уже чистой, не содержащей механических крупных примесей. Для этого в схему включают предварительный этап фильтрации. Смола постепенно засоряется, но восстанавливает свойства после промывки солевым раствором, которую проводят регулярно по мере заполнения загрузки.

Скорость очистки в таких фильтрах не очень высока, хотя увеличить её возможно внедрением катализаторов. А отработанную смолу нужно утилизировать особым образом, что также считается недостатком.

Коагуляция

Метод коагулирования представляет собой способ эффективного удаления из воды мелкодисперсных, коллоидных частиц и примесей. Для запуска процесса в жидкость добавляют специальные вещества, именуемые коагулянтами. Обычно это хлорное либо сернистое железо, сульфат алюминия. Такие соединения вступают в реакцию с водой и все её загрязнения превращают в хлопья. Они за счёт положительно заряженных ионов и большой поверхностной площади притягивают, задерживают и перемещают вниз взвеси с отрицательным зарядом.

Важно! Скорость процесса коагуляции можно повысить, если ввести флокулянты, такие как полиакриламид.

Флотация

Упоминая специальные методы улучшения качества сточных вод и используемых в промышленных целях, стоит упомянуть флотацию. Она используется на производствах и в городских очистных сетях, предполагает насыщение жидкости воздушными пузырьками. При таком процессе на поверхности воды формируется пенка, состоящая из загрязнений – масел, ила, смол, полимеров, продуктов нефтепереработки. Но фильтрующие флотационные системы не убирают гидрофильные примеси, то есть растворимые в воде, не маслянистые.

Электродиализ

Данный метод совмещает электричество и мембранный способ. Ионоселективные мембраны могут пропускать через себя только дистиллят. Электрическое поле влияет на концентрации электролитов. Методика экономична и эффективна, но применима лишь в химической промышленности.

Прочие способы

Есть и иные общие и специальные методы улучшения качества используемой в разных целях воды:

• Хлорирование. Предполагает применение хлорной извести либо жидкого хлора для уничтожения многих патогенных микроорганизмов.
• Медь и серебро. Они накапливаются в оболочках микроорганизмов, а после проникновения внутрь нарушают важные процессы жизнедеятельности. Но концентрации серебра и меди должны быть достаточно высокими, для чего используют фильтрацию через обогащённый солями песок или электрод с постоянным током.
• Ультразвук. Высокочастотные звуковые волны предположительно (влияние пока не доказано) действуют на микробов. Но на ход процесса влияют вязкость водной среды и её температура. Оборудование дорого стоит и достаточно сложное.
• Ионизация. Ионизирующее радиационное излучение нейтрализует патогены при любых характеристиках воды. Процесс быстрый, автоматизированный, не очень энергозатратный, но опасный из-за возможного влияния радиации на людей. Метод применяется лишь на предприятиях.
• Перекись водорода. Её часто применяют для очистки воды в бассейнах. Она не нарушает кислотно-щелочную среду, уничтожает органику и осветляет воду, но малоэффективна при температурах выше 28-30 градусов.
• Йод. Он эффективнее хлора, не нарушает естественный вкус, влияет на вирусы. За 20 или 30 минут завершается обеззараживание, если содержание йога составляет от 0,3 до 1 мг на литр воды. Дозировку возможно увеличить до 2 миллиграммов для ускорения очистки.
• Дегазация. В условия вакуума выводятся все газы из воды.
• Замораживание. После заморозки нужно слить часть воды, которая не замёрзла и осталась жидкой (это примеси). Но способ подойдёт для подготовки воды, применяемой для бытовых либо хозяйственных нужд.
• Фторирование. Проводят внедрение обогащающих веществ, например, кремнефтористой кислоты либо её солей, натрия фторида, иногда бифторида аммония.
• Обесфторивание. Для выведения фтора, который содержит вода, применяют фильтры с окисью магния либо алюминия.