Содержание
Методы и способы очистки воды
Сегодня, более 500 миллионов человек во всем мире страдают от болезней, вызванных употреблением некачественной воды или элементарным ее недостатком. Эта проблема особенно актуальна для больших городов. В некоторых районах Минска, таких как Фрунзенский или Московский, водопроводная вода берется из поверхностных источников и проходит комплексную очистку на водоочистных станциях. Одним из этапов очистки воды, является обеззараживание хлором, к запаху которого тяжело привыкнуть.
Для многих, кто столкнулся с такой проблемой, спасением становится либо бутилированная вода, которая, однако, не способна удовлетворить все хозяйственные нужды, либо установка фильтров для очистки воды. Какие же методы и способы очистки воды применяются сегодня на различных этапах очистки воды.
Методы очистки воды
- Механические методы – фильтрование, процеживание, отстаивание. Эти способы сравнительно недорогие и применяются, в основном, для выделения различных взвесей.
- Химические методы очистки используются для нейтрализации всевозможных неорганических примесей. Сточные воды обесцвечиваются, обеззараживаются, проходят нейтрализацию растворенных соединений при помощи реагентов.
- Физико-химические методы используются для нейтрализации в воде коллоидных примесей, растворенных соединений, очистки от грубо- и мелко-дисперсионных частиц. От остальных метод отличается высокой производительностью.
- Биологические методы основаны на способности микроорганизмов подвергать разложению органические соединения. Используются, в основном, для нейтрализации растворенных органических соединений.
Сегодня из совокупного объема сточных вод к 68% применяются механические методы очистки, к 29% – биологические, и лишь к 3% – физико-химические.
Способы очистки воды
Способов очистки воды очень много. Некоторые, такие как кипячение, вымораживание или отстаивание, мы используем и знаем с давних времен.
Однако такие более технологичные и дорогостоящие способы очистки воды как обезжелезивание, умягчение, адсорбция, мембранные способы, очистка воды озоном и многие другие – гораздо более эффективны и надежны. Остановимся на некоторых из них более подробно:
Адсорбция – один из физико-химических способов очистки воды. Это процесс так называемого избирательного поглощения твердыми поглотителями, имеющими большую удельную поверхность, одного или нескольких компонентов из жидкой среды. Адсорбентами могут служить различные искусственные либо природные пористые материалы: активные глины, торф, зола, коксовая мелочь, силикагель, активированные угли и прочее.
Мембранный способ заключается в том, что водный раствор пропускается через полупроницаемую перегородку, отверстия которой меньше размера частиц загрязнений. Этот способ лежит в основе высокоэффективных в очистке воды систем обратного осмоса.
Обезжелезивание – это процесс удаления из воды железа.
Есть несколько видов обезжелезивания воды, которые применяются в зависимости от того, какое именно железо содержится в воде: двух- трех-валентное, органическое или бактериальное. Зачастую из воды также удаляется марганец, и процесс называется деманганацией.
Умягчение – это процесс извлечения из воды солей жесткости (кальция и магния). Селективное удаление солей жесткости производится несколькими методами: реагентным умягчением, ионным обменом, при котором ионы загрязненного раствора меняются местами с ионами ионообменного материала, в качестве которого используются различные ионообменные смолы.
Озонирование имеет преимущество перед обработкой воды хлором, поскольку не образует токсинов. Он широко используется в европейских странах для обеззараживания воды, как предпочтительный.
Сегодня есть множество способов получения вкусной, безопасной и качественной воды. Производители лучших фильтров под мойку предлагают использовать только наиболее эффективные.
Диапазон цен и широкий ассортимент позволяет всем слоям населения, с различным уровнем дохода, выбрать для себя подходящее устройство и наслаждаться преимуществами чистой и полезной воды.
Очистка воды: 5 прогрессивных технологий
У каждого девятого жителя планеты нет доступа к чистой воде рядом с домом. И ситуация постоянно ухудшается. Спасут ли человечество технологии очистки и вторичное использование воды?
По оценкам ООН, к 2050 году на Земле будут жить 9,8 млрд человек. Изменение климата, а также развитие сельского хозяйства и промышленности для удовлетворения потребностей постоянно растущего населения приведут к серьезному сокращению доступных водных ресурсов.
Согласно исследовательскому проекту WaterAid, 60% населения планеты уже сейчас живет в районах, где водоснабжение не может или скоро прекратит удовлетворять спрос. Водный кризис наиболее болезненно проявляется на Ближнем Востоке, в Центральной Азии и Северной Африке.
Россия в рамках прогнозного горизонта 2040 года находится в зоне низко-среднего риска.
Фото: Институт мировых ресурсов
Главные тренды рынка
Как развитые, так и развивающиеся страны сталкиваются с одной общей проблемой — ростом объемов промышленных и городских сточных вод. Это, в свою очередь, побуждает разработчиков из разных стран к поиску новых и все более совершенных технологий очистки воды.
Традиционные методы очистки включают использование адсорбентов, обратного осмоса, ионного обмена и электростатического осаждения. Их недостатки — высокая стоимость, плохая возможность повторного использования и низкая эффективность. Несмотря на прогресс, достигнутый в разработке новых технологий за последнее десятилетие, их использование ограничено в основном из-за свойств материалов и стоимости.
Согласно аналитическому агентству Mordor Intelligence, в 2020 году объем мирового рынка технологий очистки воды оценивался на уровне $50,5 млрд. До 2026-го рынок ежегодно будет расти примерно на 7% из-за быстро сокращающихся ресурсов пресной воды во всем мире.
Спрос растет также со стороны разработчиков месторождений сланцевых углеводородов, производителей биотоплива и др.
Негативно повлияла на рынок пандемия COVID-19. Но она же привела к появлению новой технологии, которая позволяет обнаружить коронавирус в сточных водах. Метод позволяет измерить присутствие РНК-генетического материала SARS-CoV-2 (рибонуклеиновая кислота) в человеческих фекалиях в системе сбора сточных вод. Исследования в Нидерландах показали связь между объемом вирусного материала в сточных водах и количеством случаев заражения в данном районе и помогают отслеживать эпидемиологическую ситуацию и эволюцию вирусов. Эта методика была также протестирована в 2020 году в более чем 40 штатах Америки, причем в университете Аризоны помогла предотвратить вспышку коронавируса, где выявили двух человек с бессимптомным течением болезни.
Перечислим пять наиболее инновационных, по нашему мнению, технологий очистки воды.
1. Мембранное разделение
Это давний и популярный метод очистки воды от примесей и загрязнителей.
Есть много технологий, которые работают как фильтр: пропускают воду через пленку с микроскопическими отверстиями. Вода проходит, а загрязняющие частицы застревают на мембране.
Методы современного мембранного разделения, такие как обратный осмос (удаляет частицы даже размером 0,001-0,0001 мкм — соли жесткости, сульфаты, нитраты, ионы натрия, красители и т.д.), могут очистить воду от 99,5% примесей. Но для этого размер пор должен быть менее микрона. Основной недостаток технологии — высокая стоимость обслуживания (мембраны часто забиваются).
2. Облучение
Как следует из названия, этот процесс основан на воздействии радиации на сточные воды, чтобы уничтожить органические загрязнители. Источники излучения — от гамма-лучей до ультрафиолетового света.
Облучение обычно используют для обеззараживания, но некоторые методы, например, ионизирующее облучение, в сочетании с добавлением озона или перекиси водорода улучшают эффективность разложения органических примесей, включая пестициды и фенолы.
Современные системы УФ-обработки предлагают применять светодиодные лампы. Сейчас такие лампы начинают активно внедрять в коммунальном секторе, а также используются NASA в космических разработках агентства.
Второй способ — это гидрооптические технологии. Они позволяют использовать несколько раз энергию фотонов, так как ультрафиолетовые лучи отражаются от стенок кварцевой камеры. Это повышает эффективность дозы УФ-облучения для уничтожения сложных вирусов, например, коронавируса или аденовируса.
Артур Душенко, главный инженер VODACO, Россия:
«Вирусы и бактерии, поступающие в водоемы со сточными водами, в дальнейшем могут попадать в системы коммунального водозабора на том же водоеме. Современные системы реагентной дезинфекции с использованием гипохлорита натрия или жидкого хлора не способны обезвредить все бактерии, так как многие из них, такие как Cryptosporidium или Giardia (криптоспоридии или лямблии. — РБК Тренды), устойчивы к воздействию хлора так же, как и сложные формы вирусов — аденовирус и коронавирус (как яркий пример — SARS-CoV-2).
Системы УФ-дезинфекции на базе технологии HOD UV обеспечивают дозу воздействия на данные микроорганизмы в 120 mJ/cm2 и выше — это необходимое условие для обезвреживания вируса, разрушения цепочки РНК и угнетения способности к восстановлению. В России стандарт воздействия ограничен на законодательном уровне — 30 mJ/cm2».
3. Очистка наночастицами
Люди давно используют такие вещества, как древесный уголь, для очистки воды путем адсорбции. При очистке наночастицами используется та же механика, но с частицами в наномасштабе. Различные типы наноматериалов — металлические наночастицы, наносорбенты, биоактивные наночастицы, нанофильтрационные (NF) мембраны, углеродные нанотрубки (УНТ), цеолиты и глина — оказались эффективными материалами для очистки сточных вод. Их использование устраняет пестициды и тяжелые металлы в воде. Углеродные нанотрубки также рассматривают как прорывную технологию для опреснения морской воды до стадии питьевой. Основной недостаток технологии — стоимость.
4. Биоаугментация
Органический способ очистки представляет собой добавление в воду смеси микроорганизмов, которая разрушает и удаляет загрязнения. Эти микроорганизмы включают ферменты и безопасные бактерии, которые естественным образом разлагают загрязняющие вещества, такие как масла или углеродные продукты. Но биоаугментация может влиять на экосистему микрофлоры и, как следствие, нарушать процесс очистки. Поэтому эту технологию пока нельзя использовать для получения питьевой воды.
Бациллы. Используются в нефтепереработке для очистки от хинолина
(Фото: Mauritius Images / Science Source / Nano Creative)
5. Мембранная биоаугментация
Мембранные биореакторы (MBR) — гибридная технология, которая включает мембранное разделение и биоаугментацию. Сточные воды после биологической очистки при помощи активного ила подают в емкость, называемую биореактором.
В этой емкости располагаются мембраны, которые разделяют сточные воды на два потока — активный ил, используемый повторно для биологической очистки, и чистую воду.
На рынке представлены два основных типа MBR — это системы с вакуумным (или гравитационным) потоком и системы под давлением. Вакуумные системы погружаются в воду и имеют мембраны, установленные либо внутри биореакторов, либо в последующем резервуаре. Второй тип MBR, где поток управляется давлением, представляет собой внутритрубные картриджные системы, расположенные вне биореактора.
Преимущество мембранной биоаугментации — небольшая площадь для биологической очистки. MBR-реакторы увеличивают мощность очистных сооружений без увеличения площади конструкций.
Мембранные биореакторы для очистки сточных вод
(Фото: Американская ассоциация мембранных технологий)
Ольга Рублевская, директор Департамента анализа и технологического развития систем водоснабжения и водоотведения ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»:
«Нева — это основной источник водоснабжения в Санкт-Петербурге.
Благодаря программе прекращения сброса сточных вод без очистки в Неву и Финский залив в 2021 году уровень очистки достиг 99,5%. К 2030 году весь объем стоков будет перерабатываться на очистных сооружениях. Сейчас наша технологическая схема очистных сооружений состоит из механической, химической и биологической очистки.
- Механическая очистка включает решетки, песколовки, отстойники, в том числе прессование и отмыв отбросов (дополнительное поступление органических веществ в стоки) и преферментацию сырого осадка на стадии отстаивания (увеличение летучих жирных кислот).
- Биологическая очистка основана на технологических схемах UCT (технология Кейптаунского университета) и JHB (технология Йоханнесбургского университета).
- Химическая обработка применяется для удаления фосфатов. Используемый реагент — сульфат алюминия.
Так как в Санкт-Петербурге нет дефицита воды, то в городе нет ни вторичного использования очищенной воды, ни планов по применению таких технологий».
Необходимость через отвращение
Повторное использование сточных вод для орошения и других непитьевых целей стало обычным явлением и существует уже не одно десятилетие. Так, например, в Израиле, почти 90% сточных вод страны используется повторно в сельском хозяйстве.
Для доочистки сточной воды до состояния питьевой необходима надежная технологическая схема, которая включает как минимум пять стадий. Повторно используют очищенные сточные воды питьевого качества Австралия, Сингапур, Намибия, Южная Африка, Кувейт, Бельгия, Великобритания и США (штаты Калифорния и Техас). В этих странах очищенной водой пополняют подземные или поверхностные водные источники (плотины).
Речная вода, используемая в различных городах для производства питьевой воды, содержит в себе большие объемы сточных вод. Переработанная вода безопасна для питья, но некоторые люди не могут преодолеть чувство отвращения. Периодически во всем мире проходят акции по преодолению психологических барьеров. Так, основатель Microsoft Билл Гейтс выпил стакан жидкости, которая была переработана из человеческих фекальных масс в питьевую воду по технологии Omniprocessor Фонда Билла и Мелинды Гейтс.
А французская компания Veolia запустила в Чехии совместный проект с пивоварней Čížová, которая из переработанных стоков сварила пиво.
Чешское пиво Erko, сваренное с использованием переработанных сточных вод
(Фото: Veolia)
Типы водоподготовки – Передовые решения для воды
Существует несколько типов водоподготовки. Такие факторы, как ваше местонахождение и назначение воды, будут определять, какой тип очистки воды будет использоваться. Агентство по охране окружающей среды (EPA) регулирует очистку воды в общественных местах в Соединенных Штатах. Эти положения составляют правила для всех видов фильтрации и водоподготовки. Давайте рассмотрим, какие виды водоподготовки можно использовать.
Общинная очистка воды
Питьевая вода в США является одной из самых безопасных в мире. Однако это не означает, что вся вода, протекающая через США, безопасна и чиста.
Природная вода из рек, ручьев, озер и подземных вод, а также вода, протекающая через канализацию и другие источники, может быть полна опасных загрязнителей. Необходима правильная обработка для удаления грязи, болезнетворных бактерий и других частиц. Наиболее распространенными шагами в системах общественного водоснабжения, используемых общественными системами водоснабжения, являются:
Коагуляция и флокуляция : На первом этапе в воду добавляют химические вещества с положительным зарядом. Этот положительный заряд нейтрализует отрицательный заряд грязи и других частиц в воде. Частицы связываются с этими химическими веществами, создавая более крупные частицы, называемые хлопьями.
Осаждение : На этом этапе хлопья оседают на дно водопровода. Этот этап называется просто осаждением, так как осадок состоит из частиц, которые опускаются на дно жидкости.
Фильтрация : Как только хлопья осядут на дно, чистая вода сверху будет проходить через различные фильтры и поры разного размера.
Эти фильтры обычно состоят из песка, гравия и древесного угля. Делая это, он удаляет растворенные частицы, которые остаются в воде, такие как пыль, паразиты и химические вещества.
Дезинфекция : После фильтрации воды можно добавить дезинфицирующее средство, например хлор. Это делается для уничтожения любых оставшихся паразитов или бактерий, которые проникли в результате других процессов, а также для защиты воды от микробов, когда она подается по трубопроводу на предприятия и в дома.
Фторирование воды
Фторирование воды в общественных местах проводится для предотвращения кариеса безопасным и эффективным способом. Центры по контролю за заболеваниями (CDC) назвали этот процесс одним из 10 величайших достижений общественного здравоохранения в 20-м веке.
Бытовая очистка воды
Агентство по охране окружающей среды регулирует и устанавливает стандарты для общественной питьевой воды, но многие американцы также используют домашнюю систему очистки воды по нескольким причинам, в том числе:
- Для улучшения вкуса питьевой воды, особенно колодезной.
- Для удаления определенных загрязнителей, которые, как известно, воздействуют на область.
- Принять дополнительные меры предосторожности из-за проблем со здоровьем членов семьи.
Эти бытовые системы делятся на две категории. Один настраивается в точке использования, а другой настраивается в точке входа. Системы точек входа обычно устанавливаются сразу после счетчика воды и будут обрабатывать воду на входе в здание. Системы в точках использования обрабатывают воду партиями и подают ее к определенному крану, например, на кухне или в ванной.
Существует четыре распространенных типа бытовых систем очистки воды, а именно:
Система фильтрации : Это устройство фильтрации воды, которое удаляет загрязнения с помощью физического барьера, химического или биологического процесса.
Умягчители воды : Это устройство, снижающее жесткость воды, поступающей в жилые помещения или на предприятия. В этой системе обычно используются ионы натрия или калия для удаления ионов кальция или магния, которые создают жесткость воды. Вы можете узнать больше о жесткой и мягкой воде здесь.
Система дистилляции : Это процесс, при котором нечистая вода кипятится. Затем пар собирается и конденсируется в отдельный контейнер. Это оставит много твердых загрязняющих веществ позади.
Дезинфекция : Эта система представляет собой физический или химический процесс, дезактивирующий или убивающий патогенные микроорганизмы. Физический процесс использует ультрафиолетовый свет, тепло и/или электронное излучение. В химическом процессе используется хлор или озон.
Цель водоподготовки
Вода очищается на уровне общины и дома по разным причинам. Он может удалять химические вещества и растворенные минералы, удалять чрезмерный цвет и появление частиц из воды, контролировать неприятный вкус и запах и удалять микроорганизмы, которые могут вызывать заболевания.
Общие принципы очистки воды, как правило, одинаковы, и все они используются для защиты сообществ от болезней, передающихся через воду, и обеспечения всех людей безопасной питьевой водой. Если вам нужна дополнительная информация об очистке воды, ознакомьтесь с другими блогами Advanced Water Solutions, такими как этот, в котором подробно рассказывается об одном типе фильтрации — обратном осмосе.
Типы систем очистки воды
Ниже приведены различные типы систем улучшения качества воды, которые могут применяться или не применяться к вашим конкретным проблемам с водой. Обсудите имеющиеся у вас варианты со специалистом по улучшению качества воды.
|
|
Любой метод, кроме перечисленных выше, должен быть тщательно изучен перед покупкой. Ни одно оборудование не является панацеей от всех проблем с водой. Будьте осторожны с любым продавцом, который может намекнуть, что определенная технология решит все проблемы с водой или не требует обслуживания.
Питьевая вода
Специалист по улучшению качества воды на месте использования может порекомендовать системы для улучшения вкуса, запаха и прозрачности вашей воды. Ниже приведены наиболее распространенные методы улучшения качества питьевой воды. Эти системы могут использоваться по отдельности или в комбинации.
Фильтрация осадков
Удаляет взвешенные частицы из воды, улучшая ее внешний вид.
Угольная фильтрация
Улучшает вкус, запах и прозрачность питьевой воды. Уголь чаще всего используется для адсорбции хлора и хлораминов из городской воды. Углерод является признанным методом обработки для удаления определенных органических загрязнителей, таких как тригалометаны, трихлорэтилен, парадихлорбензол и другие. Однако углерод не удалит из воды общее количество растворенных минеральных солей (TDS). Обсудите правильное применение со специалистом по улучшению качества воды. Если загрязнения должны быть удалены по состоянию здоровья, мы рекомендуем вам получить подтверждение от вашего дилера о том, что он может обеспечить необходимые вам меры безопасности.
Обратный осмос (RO)
Использует домашнее давление для отделения воды от растворенных минеральных солей. Продуктовая вода поступает в накопительный бак для использования через специальный кран на раковине. В системах обратного осмоса используется осадочный фильтр, полупроницаемая мембрана и угольный фильтр для получения питьевой воды с низким содержанием минералов, натрия и хорошего вкуса. RO используется многими компаниями по производству бутилированной воды для производства высококачественного продукта.
Дистилляция
Использует тепло для испарения воды. Загрязнения остаются и смываются в дренаж. Пар конденсируется обратно в жидкую форму и охлаждается до дистиллированной воды. Спросите своего специалиста по улучшению качества воды, соответствует ли полученная им вода стандартам USP (Фармакопеи США).
Бутилированная вода
Используется только для питья и приготовления пищи. Бутилированную воду можно доставлять в дома или на предприятия в пятигаллонных емкостях, ее можно купить в торговых автоматах, расположенных за пределами многих рынков, или в расфасованных галлонных емкостях в большинстве продуктовых магазинов.
Бутилированная вода – это водопроводная или колодезная вода, прошедшая очистку обратным осмосом и/или угольной фильтрацией. Закон требует, чтобы «родниковая» вода была водой из природного источника. Хотя она может быть обработана или не обработана, в зависимости от ее качества, вся бутилированная вода дезинфицируется, обычно путем озонирования или стерилизации ультрафиолетом.
Умягченная вода
Жесткость воды определяется наличием накипи в водонагревателях или сантехнике, отложениями мыла на посуде и тканях, а также мыльным налетом в раковинах и ваннах.
Вода может стать «жесткой» при прохождении через атмосферу в виде дождя, снега, мокрого снега, града, росы или тумана, она захватывает минеральные вещества вместе с газообразными и бактериальными примесями.