Очищение воды
Промышленное очищение
С 1018 трлн. тонн воды на Земле на пресную воду припадает всего лишь 3%, из которых 80% недоступные для использования, поскольку является льдом, составляющим полярные шапки. Круговорот воды в природе делает пресную воду доступной для человека. Например, очень чистая талая вода (о том, как приготовить талую воду, мы расскажем чуть позже).
Природа подарила нам свою дистиллированную воду – это дождь. Так, именно дождь – чистейшая вода на Земле. Много народов, которые живут на островах, не имея пресной воды, пьют лишь дождевую воду. Соответственно и живут больше 100 лет здоровыми и счастливыми. Но использовать дождевую или талую воду в городах при нынешней экологии опасно для здоровья.
Оседая в водохранилищах, наполняя речки, вода перестает быть абсолютно чистой. Естественные воды всегда содержат примеси. Одни из них находятся во взвешенном состоянии (т.е. в виде заметных частиц), другие – в раскрытом. От большей части взвешенных частиц вода может быть очищена отстаиваниям или, быстрее, фильтрованием сквозь толстые пласты песка и т. п.
Очищение воды происходит и в промышленных масштабах на очистительных сооружениях. В общем, очищения воды включает три стадии:
1) первичное очищение проводится с целью удаления механических примесей (например, через песок);
2) вторичное очищение, при котором происходит разложение помещенных органических веществ под действием микроорганизмов или хлора;
3) третичное очищение включает биологическую, химическую и физическую обработку вод; эта стадия разрешает довести сточные и естественные воды к такому уровню чистоты, что она отвечает стандартам на питьевую.
По обыкновению потребительская в городском хозяйстве схема очищения речной воды состоит из нескольких стадий: первой операцией является добавка к воде небольшого количества сернокислого алюминия, который выделяет объемный осадок гидрооксида алюминия, который захватывает разные взвешенные в воде частицы и тем оказывает содействие их дальнейшему осаждению в отстойнике. Вода, которая отстоялась, фильтруется сквозь толстый пласт песка, потом обеззараживается хлорированием и лишь после этого поступает в водопроводную сеть. Хлорирование воды, которая применяется на водоочистительных станциях практически всех развитых стран мира, бесспорно, спасло немало людей от холеры и других вирусов, считается, что концентрация хлора в водопроводной воде не является опасной для здорового человека. Тем не менее, все чаще становится нормой сильное хлорирование, при котором вода выразительно начинает пахнуть хлором. Хлор – вещество, способно вызвать отравление. Кроме того, если вода жесткая, то при кипячении хлор не только не испаряется, а наоборот образовывает нерастворимые соединения, которые потом попадаются в организм.
Большие преимущества перед хлорированием во многих случаях имеет стерилизация воды путем ее озонирования. Технически этот процесс сполна освоен, но обходится он в несколько раз дороже, что и усложняет его широкое внедрение.
После такой обработки, воду нужно очистить от улетучивающихся соединений – раскрытых газов воздуха, – если они вредные для здоровья.
Вода считается пригодной для питья и поступает в старые ржавые трубы, и при этом снова загрязняется. Она загрязняется, в первую очередь:
– коллоидными частицами гидроксосоединений трехвалентного железа (это прибавляет воде хорошо знакомый всем нам "ржавый цвет");
– ионами меди, свинца и цинка (из-за кранов, вентилей и других деталей, изготовленных из цветных металлов);
– механическими примесями (кусками ржавчины).
Особенно наглядную меру загрязненности воды мы можем наблюдать после проведения разных работ, связанных с ремонтом водопровода и временным отключением воды.
За данными СМИ, в 260 городах и селах Украины вода, которая подается по трубопроводам, не пригодная для питья. Самое худшее ее качество в Донецкой, Запорожской, Луганской, Одесской и Херсонской областях.
Домашние фильтры
То, что приходит каждому из нас в дом, можно лишь условно назвать питьевой водой. Она требует доочистки, но в первую очередь, нужно узнать, от чего именно воду придется чистить. Это можно узнати с помощью химического и бактериологического анализов, тем не менее, как правило, подобные анализы довольно дорогие, и в ряде случаев можно обойтись и без них, поэтому лишь попутно вспомним некоторые показатели, которые свидетельствуют о недостаточной чистоте воды.
Органолептические показатели (привкус, запах, цвет, мутность).
– Токсикологические показатели (алюминий, свинец, мышьяк, пестициды). Показатели, которые влияют на органолептические свойства воды (рн, марганец, жесткость, нефтепродукты, кальций, железо, нитраты, магний, сульфиды).
Химические вещества, которые образовываются при обработке воды (остаточный хлор, хлороформ, серебро).
К наиболее распространенным загрязнителям воды относятся: железо, сульфиды, марганец, органические соединения, фториды, соли кальция и магния, др.
Очень часто суммарное число примесей достаточно большое, хотя каждая из них отдельно и остается в рамках условно питьевой нормы. Прежде чем покупать водоочиститель вы должны понимать, что универсальных фильтров пока что не изобрели. Каждый фильтр имеет относительно узкое назначение и может бороться с единичными примесями, поэтому лучше осуществлять доочистку воды несколькими фильтрами. Кроме того, разные конструкции обеспечивают разную производительность. Значит, и выбирать фильтр надо по определенным критериям.
Как действуют фильтры, и каким образом они очищают воду?
Во-первых, путем механической фильтрации. Механическое очищение воды обеспечивается улавливанием частиц нерастворенных веществ за счет разности размеров самых частиц и каналов фильтра, по которым протекает вода, которая очищается. Проще говоря, вода проходит через своеобразное "сито". Размер частиц, которые задерживаются фильтром, определяется диаметром каналов в материале водоочистителя, по которым протекает вода (т.е. размерами отверстий в "сыте"). В зависимости от размеров отверстий (пор) в элементе, который фильтрует, эти устройства условно разделяют на фильтры грубого (не пропускают нерастворимые частицы песка или ржавчины размером от 5 до 500 мкм), тонкого (задерживают частицы от 0,5 до 5 мкм) и ультратонкого очищение (задерживают частицы меньше 0,5 мкм и даже бактерии).
Например, колонки, заполненные гранулированным активированным углем с диаметром гранул 0,1-1 мм (100-1000 микрон), способные эффективно задерживать частицы приблизительно такого же размера. Большая часть нерастворенных в воде частиц имеет намного меньший – 0,1-20 микрон – размер. Правда, микроорганизмы не задерживаются при механической фильтрации, поскольку их размер – 0,4-3 микрона.
Во-вторых, с помощью сорбции (поглощение). Как сорбент (поглотителя) в большинстве фильтров, которые выпускаются, для воды используется активированный уголь. Этот метод разрешает частично очистить воду от раскрытой органики, свободного хлора и в то же время сохранить в ней полезные вещества.
В-третьих, при участии ионообменных материалов, которые обеспечивают ионный обмен. Это специфический случай сорбции заряженных частиц (ионов), когда поглощение одного иона сопровождается выходом в раствор другого иона, который входит в состав сорбента. При этом ион, присутствие которого в воде нежелательно, фиксируется на сорбенте. Таким образом, происходит "замещение" одних ионов (назовем их "вредными") на другие (назовем их "безвредными"). В процессе очищения из воды эффективно выделяются катионы тяжелых металлов, соли жесткости и так далее. Фильтры с ионным обменом разрешают лишиться от нитратов, удалить из воды избыточное содержимое ионов кальция и магния. Еще одно свойство подобных фильтров, в которых основным веществом, которое действует, есть ионообменные смолы, – это их способность к регенерации после исчерпания ресурса.
В-четвертых, путем окисления. Примеси окисляются используемыми в технологии разного рода веществами и принимают такие формы, которые легко отфильтровать из воды. С помощью этого способа удаляются, например, железо и марганец.
К сравнительно новым методам очищения воды следует отнести два:
Фильтрация через мембраны – полупроницаемые полипропиленовые, тонкопленочные ацетат-целлюлозные и др. К этому методу относится, прежде всего, так называемый обратный осмос, при котором мембрана, которая фильтрует, задерживает практически все вещества, кроме молекул воды. Это, можно сказать, универсальный способ очищения воды.
Электрохимический метод очищения – это еще один, и довольно перспективный, способ обработки воды. При нем она проходит через емкость специальной конструкции, в которой под действием электролиза происходят сложные окислительно-восстановительные реакции. При этом могут уничтожаться вирусы, бактерии, микроорганизмы, разрушаются органические и другие вредные вещества.
Простейший способ очищения воды в домашних условиях – механическая фильтрация с помощью переносных фильтров. Хорошо отдать предпочтение аппаратам с трьохступенчатой системой очищения. Сменный картридж (срок его службы обычно 5-6 месяцев) должен включать угольный предфильтр, что задерживает механические и частично химические примеси; бактериологический фильтр, который уничтожает вредные микроорганизмы; и гранулированный уголь, который на выходе удаляет остаточные загрязнения. Сейчас уже есть фильтры, которые не только очищают, но и обогащают воду серебром, магнием, кремнием, кальцием, превращая ее на настоящий бальзам для организма.
Наиболее распространенный метод получать воду очень высокой меры очищения (близкую к дистиллированной) в большом объеме – это через систему обратного осмоса. Обратный осмос – метод очищения воды, в основе которого лежит полупроницаемая мембрана, которая разрешает исключить из состава воды все неорганические вещества и все виды бактерий и вирусов (правда, установка не пропускает никакие примеси - ни вредные, ни полезные). Явление осмоса (выравнивание концентраций растворов, разделенных полупроницаемой мембраной) лежит в основе обмена веществ всех живых организмов. Например, подкладка скорлупы куриного яйца является естественной мембраной, через нее проходят молекулы кислорода, но задерживаются загрязнители. Стенки клеток растений, животных и людей является естественной мембраной, которая есть частично проницаемой, поскольку она свободно пропускает молекулы воды, но не молекулы других веществ.
Еще Аристотель впервые говорил, что морская вода опресняется, если ее пропустить через стенки воскового сосуда, но тогда, наверное, проблема пресной чистой воды не стояла так остро, и об этом способе быстро забыли, а очищенную воду использовали лишь в лабораторных экспериментах. С середины 20-х годов прошлого столетия технологии, построенные на использовании мембран, начали приобретать распространение.
Мера очищения такой установки уникальная – получаемая вода приобретает свойства талой воды древних ледников, которая признается наиболее экологически чистой и полезной для человека.
Этапы очищения воды
– Входная в систему водопроводная вода проходит фильтры предыдущего очищения, лишаясь от механических примесей, органических веществ и хлора.
– Фильтрация через обратноосмотическую мембрану, вытягивание из воды 98-99 % раскрытых минеральных веществ.
– Чистая вода поступает в накопительную емкость и находится там к моменту открытия крана чистой воды на мойке.
– Концентрат минеральных солей выбрасываеться в канализацию.
– После открытия крана чистой воды на мойке чистая вода из накопительной емкости проходит через постфильтр и поступает в кран чистой воды. Хочется вспомнить еще об одном способе очищения воды – дистилляцию. В дистилляционных системах вода сначала испаряется, а потом конденсируется. Т.е., дистилляция – процесс очищения жидкостей, которое состоит в испарении жидкости с дальнейшей конденсацией пары. Все примеси остаются в жидкой воде, а пара, конденсируясь, превращается в очень чистую воду. Методом дистилляции можно отделить жидкость от раскрытых в ней тяжелых веществ или жидкостей с температурами кипения, которые сильно отличаются. Дистиллированная вода относительно чистая, но процесс дистилляции дорого стоит.
Вообще вопрос цены – не последнее при выборе фильтра. Покупая фильтр, поинтересуйтесь тем, в какую сумму обойдется вам один литр чистой воды, а лучше просчитайте эту сумму сами. Начальная стоимость оборудования в таких расчетах не учитывается (самая конструкция может служить почти вечно). Просто узнайте стоимость и ресурс в литрах (но не в месяцах или годах!) каждого из заменяемых элементов (их количество в разных конструкциях колеблется от 1 до 6) и разделите первую величину на вторую, а потом составьте результаты. Чем меньше будет получено число, тем лучше.
Возможно, сделав нехитрые расчеты, вы придете к заключению, которое намного проще и дешевле покупать воду на разлив, тем более сейчас существует множество торговых точек, которые занимаются продажей очищенной воды. Это не означает, что она будет идеально чистой, но несравненно лучше, чем водопроводная. Другой вариант – покупать в аптеках дистиллированную воду хотя в печати не раз звучала мысль о дистиллированной воде, как о "мертвой" воде. Но такую воду можно превратить в талую, которая по правую считается "живой", энергетически обогащенной и полезной для здоровья. Брать воду из колодца и городских буровых скважин (бюветов) мы бы не советовали, она не всегда чистая. Такая вода включает в себя разные тяжелые металлы. Поэтому такую воду тоже лучше отстаивать или замораживать. Одно из источников чистой воды – фрукты и овощи, или свежевыдавленные соки из них. Такая вода есть дистиллированной с питательными веществами, такими как естественный сахар, микроэлементы и витамины.
Прежде чем перейти к разговору о талой воде, упомянем о несложных домашних рецептах для очищения воды.
– В 1 л. води прибавить 1-2 ч. ложки яблочного уксуса и меда а также 3-5 капель 5%-ого йода. В такой среде микробы гибнут за несколько минут.
– В 3-литровую банку води положить несколько листиков рябины или веточку. Даже очень мутная вода за несколько часов становится прозрачной.
– В 3-литровую банку води опустить серебряную ложку или кусочек шунгита и оставить на ночь. Количество вредных примесей значительно уменьшится.