Методы домашней водоочистки и классификация бытовых фильтров.

       В настоящее время происходит все более полное насыщение потребительского рынка различными  водоочистительными устройствами. Необходимость их применения диктуется повсеместно ухудшающейся экологической обстановкой.

        В магазинах предлагают обширный ассортимент фильтров, которые очищают воду разными способами.  Но чтобы купить подходящий фильтр или водоочистительную систему, укомплектованную несколькими специализированными фильтрами и не оказаться разочарованным, необходимо иметь базовые представления об исходной воде, о  типах фильтрации, о технологических модификациях фильтров и знать возможности конкретных моделей.

        Фильтры для очистки воды различаются способом задержания примесей, производительностью, требованиями к давлению в водопроводной системе, селективностью, поглотительной емкостью (то есть ресурсом работоспособности  до того момента когда фильтр необходимо заменять на новый) и ценой.

        Поэтому для осознанного  выбора модели фильтра или водоочистительной системы, вначале следует определить:

  • Какой состав и концентрация примесей в исходной воде;
  • Какова суточная потребность семьи или коллектива в очищенной воде;
  • Какова производительность и селективность приобретаемого фильтра или водоочистительной системы;
  • Какова их поглотительная емкость;
  • Каково состояние водопровода, из которого вода будет поступать на очистку;
  • Какое давление воды в водопроводе;
  • Каковы габариты потенциально приобретаемого изделия;
  • Каковы площади и объемы пространств, где предполагается установить покупку;
  • Какая периодичность регламентного обслуживания для приобретаемого изделия;
  • Какова суммарная стоимость регламентного обслуживания.

         При производстве бытовых фильтров, в их обечайки помещают один или несколько фильтрующих материалов. В связи с этим, в процессе фильтрации реализуются  различные механизмы удаления примесей из потока фильтруемой воды. По закону сохранения эти примеси переходят из объема очищаемой воды в объем фильтрующего материала или накапливаются на его поверхности.

         Механизм фильтрационной очистки – это  важнейшая характеристика способности фильтра задерживать примеси  воды. От механизма поглощения примесей зависит полезность применения  того или иного фильтрующего устройства. Различают следующие виды фильтрации:

1.1. Механическая фильтрация

        Механическая фильтрация обеспечивает задержание с помощью мелкоячеистых сеток или специальных  инертных пористых  фильтрующих материалов тех видов загрязнений, которые состоят из минеральных и органических взвесей, ржавчины и т.д. На степень их удаления из очищаемой воды влияет диаметр ячеек в фильтрующей сетке или размеры пор в «объемном» фильтрующем материале. Чем они меньше, тем более глубокой  является очистка воды от указанных примесей.

        Грубая механическая фильтрация обеспечивает задержание частиц с размерами в пределах от  5 до 500 мкм.

        Тонкая механическая фильтрация обеспечивает задержание частиц с размерами в пределах  от 0,5  до 5,0  мкм,

        Ультратонкая механическая фильтрация обеспечивает задержание частиц с размерами, не превышающими 0,45 мкм.

        Ультратонкая механическая фильтрация задерживает даже бактерии.

         Фильтры грубой механической очистки чаще всего представляют собой сетчатые перегородки. Обычно их устанавливают на трубопроводе входа воды в помещение. Такие фильтры предохраняют грандбуксы современных смесителей, электрические клапаны и другие гидравлические устройства в бойлерах, стиральных, посудомоечных машинах  и т.д. от загрязнения ржавчиной и взвесями.

        Фильтры грубой механической очистки иногда используются также и в насадках на краны. Там они дополнительно  выполняют и функцию рассекателей струи.

        Фильтры тонкой и ультратонкой механической очистки устанавливают перед водоразборными кранами на кухнях и в других местах потребления воды. Эти фильтры существенно повышают прозрачность воды, удаляют ржавчину, но не корректируют химического состава воды.

        Соли жесткости, хлор и хлорорганические примеси  воды  фильтрами тонкой и ультратонкой механической очистки не удаляются.

        Фильтры тонкой и ультратонкой механической очистки выпускают в виде бобин, получаемых намоткой жгута из полипропиленовых нитей  на подходящий перфорированный каркас.  На таких бобинах один квадратный дециметр габаритной поверхности позволяет отфильтровывать до 1000 литров воды.

1.2.Ионообменая фильтрация

         Этот вид фильтрации применяют для умягчения  воды, и реже –   для обессоливания воды.

        Результат ионообменной фильтрации, направленной на  умягчение воды состоит в том, что ионы (катионы) солей жесткости (Ca+2 ,Mg+2  и др.)   из потока фильтруемой воды  переходят в объем гранулированного фильтрующего ионообменного материала. А из гранул ионообменника  в фильтруемую воду в эквивалентном количестве поступают катионы  K+,  Na либо  H+ ( в зависимости от типа использованного ионообменного материала ). При этом отфильтрованная вода становится более мягкой, чем исходная, но ионы натрия (Na+ ) или калия (K+ ) дополнительно повышают её минерализацию, а ионы водорода (H+)  повышают её кислотность, превращая продукт фильтрации в так называемую «мертвую» воду..

       При применении метода ионообменной фильтрации для обессоливания воды, её последовательно пропускают  через два ионообменных материала, а именно, через Н – катионообменную и ОН – анионообменную фильтрующие загрузки. В результате такой комбинированной ионообменной фильтрации из потока воды в ионообменные смолы переходят практически все катионы и анионы солей, растворенных в воде, а из этих смол в воду в эквивалентных количествах переходят катионы ( Н+) и  анионы (ОН). Соединяясь друг с другом, ионы  (Н+) и (ОН) превращаются в молекулы воды (Н2О) и тем самым обеспечивают процесс обессоливания.

       Используя ионообменные фильтры, потребитель должен четко представлять себе, что они  требуют регулярной замены, а если не замены, то обязательной регенерации с использованием специальных солей, кислот и щелочей.

      Ионообменные фильтры  прекращают умягчать и обессоливать воду при  исчерпании их ионообменной емкости, а также  при повышенном содержании в воде соединений железа.

      Один килограмм загрузки ионообменного фильтра обеспечивает возможность откорректировать жесткость до 5000 литров воды. Что касается ионообменного опреснения воды, то удельный расход ионообменных материалов сильно возрастает по мере увеличения её засоленности.

1.3. Адсорбционная фильтрация

       Самым распространенным поглотительным материалом в бытовых водоочистительных фильтрах, является активированный уголь. Его получают по технологии специальной термической обработки растительного сырья. Активированный уголь хорошо адсорбирует молекулы определенных видов органических примесей воды, таких как бензол, хлорбензол и др. Он также поглощает из фильтруемой воды  большинство растворенных в ней газов, (таких как метан, сероводород и др.).

       Хлор, растворенный в воде, при контакте с активированным углем превращается в соляную кислоту (НСl). Это превращение происходит  по механизму гетерогенного катализа с образованием на углеродной поверхности окислов =С=О.

      Активированный уголь наиболее часто рекомендуют к использованию для доочистки водопроводной воды, потребляемой для питья и приготовления пищи.

      В водопроводной воде, отфильтрованной через загрузку из активированного угля, резко понижается концентрация хлора и хлорорганических производных, так называемых тригалометанов – провокаторов онкологических заболеваний, но повышается  кислотность воды из-за появления в ней избытка ионов водорода (Н+), взамен на нейтрализованный хлор.

      Ионы тяжелых и поливалентных металлов в угольных фильтрах поглощаются слабо.  Тем не менее, вода, отфильтрованная с применением свежего активированного угля, всегда становится более прозрачной и бесцветной. Она приобретает приятный вкус и у неё исчезает запах.

        В активированный уголь, используемый для фильтрации хлорированной  водопроводной воды, иногда добавляют ОН – ионообменную смолу или толченый мрамор. Они  нейтрализуют избыток ионов водорода, (Н+), выделяющихся взамен поглощаемого свободного хлора (Сl2),.

       Важно знать, что угольные фильтры также как и ионообменники, при обработке сильно загрязненной воды быстро  утрачивают свою поглотительную способность. А при длительном фильтровании воды, не содержащей растворенного кислорода, они  обрастают колониями гнилостных бактерий. Эти бактерии в большом количестве стравливаются в фильтрат при резких изменениях скорости фильтрации воды (например, при остановке фильтрации на ночь и при последующем включении фильтрации утром).  Для устранения этой опасности,  в угольные фильтры вводят  коллоидное серебро и другие бактерициды. Польза от их присутствия в отфильтрованной воде весьма сомнительна.

       Продолжительность полноценной работы угольного фильтра зависит от массы и степени развитости порового пространства используемого в нем углеродного материала, от объемов ежедневно очищаемой воды и степени её исходной загрязненности. Чем больше масса угольного фильтра и чем больше доля  микроскопических пор в его объеме, тем глубже очистка и большее количество воды можно очистить. Но следует помнить, что любые изменения режима фильтрации меняют качество очистки воды.

        Угольный фильтр  эффективно очищает воду только до тех пор, пока не исчерпается его адсорбционная емкость. В связи с этим, угольные фильтры приходится периодически заменять на новые. В противном случае они не выполняют своих функций. Исследованиями установлено, что для удовлетворительной доочистки 1000 литров водопроводной воды в таком городе как Днепропетровск, приходится расходовать до 5 килограммов активированного угля.

1.4. Окислительная фильтрация

         Суть этого процесса  состоит в том,  что тяжелые металлы, входящие в состав растворенных гидрокарбонатов и других солей, окисляются в воде под действием растворенного кислорода, Образующиеся окислы в воде не растворимы. При определенных условиях, они легко отфильтровываются. Скорость окисления катионов металлов повышается, если на фильтрующий материал осадить специальные вещества – катализаторы окисления. Окислительной фильтрацией из воды изымают многие виды примесей. При  помощи бытовых фильтров легче всего окислительной фильтрацией из воды удаляются железо и марганец.

1.5. Электрохимическая фильтрация

        При электрохимической фильтрации загрязненную воду пропускают через специальный  электролизер. В этом электролизере катодное и анодное пространства отделены друг от друга двумя полупроницаемыми  мембранами. Одна из мембран проницаема для анионов, а другая – для катионов. В результате в корпусе электролизера  образуется электродиализная система с тремя отсеками. В такой системе из  водного пространства, находящегося в центральном отсеке,  катионы солей под действием электрического поля перемещаются сквозь первую мембрану  в катодное отделение. В то же время анионы солей из этого отсека через вторую полупроницаемую мембрану под действием того же поля перемещаются в анодное отделение Перемещение ионов сопровождается электрохимическими реакциями восстановления катионов на катоде и окисления анионов на аноде.  Тем самым обеспечивается корректировка солесодержания воды в центральном отсеке и изменение уровней её кислотности и минерализации в катодном и анодном отсеках. Дополнительно происходит и бактерицидная обработка воды. Но в связи с тем,  что электрохимические реакции на аноде вызывают либо разрушение этого электрода, либо выделение заметных количеств газообразного хлора на нём, то электродиализный способ обработки воды не получил распространения в бытовых водоочистительных устройствах.

1.6. Обратноосмотическая фильтрация

        Этот мембранный физико-химический способ водоочистки имеет сравнительно недавнюю историю. Во второй половине прошлого века он разработан для удаления из воды подавляющего большинства присутствующих в ней минеральных примесей и практически всех органических веществ. Вода очищается за счет ее медленного просачивания под давлением от 4-х до 24 атмосфер через специальные (обратноосмотические) мембраны. Функциональные отверстия в этих мембранах действуют  так, что при давлении, превышающем осмотический  предел, они пропускают сквозь себя воду, а все более концентрирующийся солевой раствор остается  у входа в эти отверстия, то есть он накапливается с внешней стороны мембраны, где давление высокое. При этом  собственно химическое вещество Н2О (чистая вода) накапливается в пространстве с  обратной стороны мембраны, где давление низкое.

       В вентильных слоях обратноосмотических мембран диаметр функциональных отверстий варьирует в таких пределах, что они не проницаемы для всех органических молекул и подавляющего большинства  гидратированных неорганических ионов, но весьма свободно пропускают такие ионы как NO3– ( нитрат-ион), а также молекулы газов –хлора, метана, аммиака сероводорода.

        Для реализации обратноосмотической технологии необходима соответствующая предварительная подготовка воды.

        Вода, подаваемая на обратноосмотическую фильтрацию не должна содержать в себе солей кальциевой и магниевой жесткости, которые приводят к остеклованию поверхности мембраны.

        Вода также не должна содержать в себе коллоидных поверхностно-активных веществ, которые при адсорбции на поверхности обратно осмотической мембраны блокируют её входные отверстия.

        Вода не должна содержать в себе соединений железа и марганца, которые блокируют работу мембран своими оксидами.

       Вода не должна содержать в себе растворенного хлора, так как он разрушает материал обратноосмотических мембран.

         При соблюдении этих условий вода, полученная по обратноосмотической технологии, становится  аналогом  дистиллированной воды.   Она максимально освобождена от всех видов примесей, в том числе, и от полезных веществ и микроэлементов.

 II.Классификация бытовых водоочистительных фильтров

          Изучая ассортимент водоочистительных приборов и механизмы их работы, Вы обнаружите, что в них редко используется какой-либо один способ очистки воды. Эффективную работу той или иной модели чаще всего гарантирует комбинация нескольких способов водоочистки реализованных в ней.

        В зависимости от производительности, селективности (т.е. видов удаляемых загрязнений) и декларируемого объема  продуцируемой очищенной воды, бытовые фильтры делятся на нескольких модельных типов. Прежде чем купить тот или иной фильтр, необходимо оценить  все его плюсы и минусы с учетом технических возможностей, цены приобретения и эксплуатационных расходов.

1. Фильтры-кувшины

         Если пользователь желает приобрести дешевый и эффективный водоочистительный прибор, не требующий специального монтажа и не занимающий много места, но согласен с необходимостью последующего частого приобретения фильтрующих вставок для него, то, скорее всего, он остановится на выборе водоочистителя типа фильтр – кувшин.

        Свое название этот водоочистительный прибор получил от формы основной емкости, в которую вставляется дополнительный съемный сосуд с фильтрующим патроном (картриджем). Водопроводная вода наливается в этот съемный сосуд, проходит через фильтрующую вставку  (картридж)  и, очищенная, попадает в основную емкость (кувшин). Удобная форма и эргономичный дизайн кувшина позволяют с легкостью переливать отфильтрованную воду в другую посуду.

       Основным наполнителем фильтрующего патрона в водоочистителе кувшинного типа  является активированный уголь, обогащенный серебром и ионообменными смолами. С его помощью фильтруемая вода умягчается и  очищается от хлора, хлор – органических производных (тригалометанов), железа и других примесей.

       Производители кувшинных фильтров предлагают потребителям несколько вариантов фильтрующих картриджей. Они различаются композиционным составом и предназначены для  очистки воды разной степени загрязнения.

        Объем фильтра-кувшина может варьировать в пределах от 1,5 до 5 литров. Оптимальным для семьи, состоящей из  двух – трех человек считается объем от 1,5 до 1,7 литров. Объем воды, который позволяет очистить один кувшинный фильтрующий картридж, варьирует в зависимости от доминирующего типа удаляемых загрязнений и составляет  примерно 50 – 100 литров, так как масса активированного угля в нем не превышает ста граммов.

        Фильтры-кувшины удобны в использовании. Они не зависят от водопровода и не требуют специального монтажа. Но их минусами являются очень медленная скорость фильтрации и необходимость частой замены фильтрующих картриджей.

2. Фильтры-насадки

      Эти фильтры устанавливают вместо рассекателя на выходе водоразборного крана или смесителя. Некоторые модели фильтров-насадок оборудованы переключателями, направляющими струю воды из крана либо через фильтр, либо мимо него. Скорость очистки воды в фильтрах-насадках выше, чем у кувшинов, так как фильтрация осуществляется под напором давления воды в водопроводе, но качество очистки воды ― существенно  ниже, так как загрязнения из потока быстро фильтруемой воды не успевают эффективно  поглощаться  этими фильтрами.

        Производительность фильтров – насадок колеблется в пределах от 200 до 500 г воды за минуту. Водоочистительный ресурс  одной  фильтрующей насадки с массой  порядка 100 грамм  составляет около 300 литров.

3. Настольные фильтры

        Настольные фильтры являются проточными устройствами. Масса активного фильтрующего вещества в их картриджах варьирует от 0,5 до 2,0 кг. Картриджи помещаются в герметичный корпус со штуцером подачи воды на очистку и водоразборным краном.  Фильтр устанавливается на столешнице возле раковины или на стене, но  так, чтобы струя очищенной воды могла  попадать прямо в раковину, а сам фильтр мог быть стационарно подключен к водопроводу гибким напорным шлангом.

       Настольные фильтры обеспечивают высокую степень очистки воды со скоростью фильтрации до двух литров в минуту. С их помощью можно получить от 500 до 2000 литров очищенной воды за период эксплуатации до того момента, когда исчерпанная сорбционная емкость уже  начинает требовать замены эксплуатируемого фильтра на новый фильтр.

Разные модели настольных фильтров очищают  воду от ржавчины, солей жесткости, хлора, неприятных запахов, привкусов и т.д.

       Пользователь сам выбирает тип настольного фильтра, необходимый ему.

       Недостатками настольных фильтров  являются все-таки их ограниченная поглотительная емкость, и необходимость установки этих приборов в непосредственной близости к  кухонной  раковине, где они занимают определенную  площадь.

4.Обечаечные  картриджные фильтры

      Эти фильтры выпускаются с разными функциональными возможностями и с разными типоразмерами их фильтрующих картриджей. Фильтрующие картриджи устанавливаются в соответствующие им стандартные проточные цилиндрические  обечайки.

      Обечайки с картриджами разного назначения (механическая фильтрация, ионообменная фильтрация, адсорбционная фильтрация, насыщение солями)  соединяют в фильтрующую конструкцию (батарею) с последовательным соединением её модулей  и тем самым добиваются комбинированной водоочистки с необходимой степенью удаления примесей из потока фильтруемой воды.

       Если батарея фильтров устанавливается под раковиной, то в таком случае рядом со стационарным краном потребления водопроводной воды  выводится кран для очищенной воды, подключенный к фильтрам.

      Водоочистительная система, состоящая из батареи фильтров, также требует регулярной замены всех  фильтрующих картриджей, работающих в ней. Органолептическим сигналом о необходимости замены картриджей является появление у отфильтрованной воды неприятных запахов и привкусов.

5.Мембранные фильтры

       Функционирование  таких фильтров обеспечивается эффектом их селективной проницаемости для молекул воды,  в присутствии большинства  растворенных в воде  органических веществ и веществ неорганического происхождения. Процесс начинается, если создана  необходимая движущая сила в виде разности гидростатических давлений по обе стороны мембраны.

        Когда давление  в фильтрующей системе не превышает величины осмотического давления, связанного с концентрацией истинно растворенных загрязнений в воде, подаваемой на фильтрацию, то имеют дело с ультрафильтрацией  или  с нанофильтрацией. Для этого используют мембраны с соответствующими размерами сквозных отверстий (пор) в их материале.

        А когда мембранную фильтрацию осуществляют при давлениях, превышающих осмотическое, то реализуют разделительный механизм, именуемый обратным осмосом. В этом случае молекулы воды из солевого раствора, а также и из любого другого (органического) раствора] проникают сквозь специальную (обратноосмотическую) мембрану на её противоположную сторону, и получаемый фильтрат представляет собой  аналог дистиллята.

        Но для технической реализации этого процесса  воду, направляемую в устройство для обратноосмотической обработки необходимо тщательно подготовить.  Как это делается было отмечено выше в параграфе 1.6 предыдущего раздела под рубрикой «обратноосмотическая фильтрация».

        Поэтому бытовые системы для обратноосмотической очистки воды обязательно компонуются как минимум трехступенчатым устройством для  предварительной очистки воды, направляемой на обратноосмотическую фильтрацию. Такое устройство  включает в себя  фильтры грубой и тонкой механической очистки, а также адсорбционный угольный и  ионообменный фильтры. Но на этом комплектация не заканчивается. После обратноосмотического модуля обязательно требуется установка еще двух  фильтров. Один из них предназначен для дегазации получаемого обратноосмотического фильтрата и состоит из активированного угля, а второй предназначен для восстановления необходимого уровня минерализации обратноосмотической воды и представляет собой солевой картридж. В результате сервисное обслуживание  обратноосмотической системы в денежном эквиваленте достигает затрат более 30 копеек за литр получаемой очищенной воды.

        Производительность бытовых обратноосмотических водоочистительных систем варьирует от 12 до 180 литров сутки. Чаще всего предлагаются обратноосмотические устройства с суточной производительностью 10 – 12 литров. При такой производительности  обратноосмотической системы  от 65 до 75 %  воды, направляемой на очистку,  выбрасывается в канализацию из-за технологических особенностей мембран (они просто не успевают пропустить сквозь себя это кличество воды, которая сбрасывается бесцельно).

       Мнения о вреде и пользе обратноосмотической воды как питьевой  у специалистов разные. Но все согласны, что в кратковременной перспективе она безвреднее, чем  собственно водопроводная вода  во  многих регионах.

       Фильтрующие системы с установками обратного осмоса требуют квалифицированного монтажа и дорогостоящего обслуживания. Работать они могут только при определенном давлении. Недостаток давления в водопроводной сети  вызывает необходимость дополнительных затрат на  покупку специального насоса, обеспечивающего устойчивую  обратноосмотическую  фильтрацию.

6.Водоочистители без сменных фильтров и расходуемых материалов

       В отличие от адсорбционно-фильтрующих и обратноосмотических систем, которые нуждаются в регулярной замене их фильтрующих картриджей, водоочистители освобождают воду от токсичных примесей  без применения сменных фильтров и расходуемых материалов. Их эксплуатационный ресурс является практически неограниченным.

Природные физико-химические и микробиологические процессы, сопровождающие:

  • фильтрацию загрязненной воды через песчаные отложения;
  • насыщение воды атмосферным кислородом  в открытых водоемах и в водопадах;
  • разрушение  примесей воды ферментными (каталитическими) системами  полезных  бактерий, которые с момента появления жизни на Земле уже миллионы лет очищают её при круговороте на нашей планете.
  • концентрирование эндо – и экзогенных  загрязнений на поверхности  пузырьков воздуха с последующим удалением пенного концентрата за пределы очищаемого водного объема без использования химических реагентов,

реализованы в  водоочистителях  при  многократной  (циркуляционной) прокачке  очищаемого водного объема  через:

  •  специальный зернистый фильтр;
  • саморегулирующийся биофильтр;
  • аэрирующее устройство;
  • флотационное устройство;
  • оригинальный экстрактор.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

девятнадцать − 10 =