Обзор способов и методов очистки питьевой воды

Сегодня проблема качества питьевой воды волнует многих людей во всем мире. Вследствие нехватки чистой питьевой воды и регулярного употребления воды низкого качества, более пятисот миллионов человек в мире страдают от различных заболеваний. Для мегаполисов проблема чистоты и качества питьевой воды особенно актуальна.

Существует множество причин загрязнений питьевой воды. Все эти причины прямо или косвенно связаны с источниками воды. Часто водопроводная вода имеет не артезианское происхождение, а берется из доступных открытых поверхностных источников. Каждый тип водного источника имеет свои собственные характерные причины, которые вызывают загрязнение воды.

Изобретено множество способов предварительной подготовки питьевой воды, а так же методов ее очистки, позволяющих получить практически из любого источника питьевую воду высокого качества.

Очистка воды представляет собой специальный комплекс мероприятий по удалению различных загрязнений, содержащихся в ней. Очистка воды производится на специальных водоочистных сооружениях, а так же в домашних условиях.

Вода, прежде чем попасть в кран конечного потребителя, проходит обеззараживание (чаще всего – хлором, реже используют установки ультрафиолетового облучения), и комплексную очистку на водоочистных станциях.

Рассмотрим наиболее распространенные методы и способы очистки питьевой воды.

Методы очистки питьевой воды

Распространенные методы подготовки и очистки воды:
— осаждение;
— осветление;
— мембранные методы;
— химические реагенты для окисления;
— адсорбция;
— обезжелезивание;
— умягчение;
— обессоливание;
— кондиционирование;
— обеззараживание;
— удаление органических загрязнений;
— дехлорирование;
— удаление нитратов.

Основные методы очистки воды можно разделить на:

• механические,
• биологические,
• химические,
• физико-химические,
• дезинфекция.

К механическим методам относятся различные виды фильтрации или фильтрования воды, процеживание воды, отстаивание воды. Все эти способы относительно недорогие и доступные, их основное использование сводится к отделению от воды различных взвесей.

Мембранный способ очистки питьевой воды заключается в том, что воду пропускают через полупроницаемую перегородку, отверстия которой меньше размера частиц загрязнений.

В основе биологических методов очистки воды лежит способность микроорганизмов подвергать разложению органические соединения. Эти методы обычно применяют для нейтрализации растворенных в воде органических соединений.

С помощью химических методов водной очистки нейтрализуют различные неорганические примеси. Сточные воды обычно обеззараживают, обесцвечивают, нейтрализуют растворенные в них соединений с помощью химических реагентов.

Физико-химические методы очистки воды применяют для нейтрализации коллоидных примесей, растворенных соединений, очистки от грубо- и мелко-дисперсионных частиц. Эти методы отличается высокой производительностью.

Адсорбация – 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. В качестве адсорбентов применяют различные искусственные либо природные пористые материалы: активные глины, торф, зола, коксовая мелочь, силикагель, активированные угли и прочее.

Для окончательной очистки и обеззараживания воды, в основном, применяют:

• Ультрафильтрацию;
• Хлорирование;
• Ультрафиолетовое излучение;
• Озонирование;
• Безреагентные способы обезжелезивания.

Очистка воды методом ультрафильтрации – это процесс удаления из воды различных механических и химических примесей. Очистка с помощью этого способа строится исходя из химического и физического состава воды, который определяется специальными пробами. Химические вещества, растворенные в воде в количествах, превышающих установленные нормы, осаживаются с помощью специальных процессов, после чего вода прогоняется через фильтры различной степени фильтрации, которые задерживают те или иные примеси.

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. Умягчение воды снижает угрозу отложения труднорастворимых соединений на стенках и ведущих элементах промышленного оборудования. Установки обратного осмоса предприятий позволяют производить глубокую очистку воды с максимальным качеством по большинству показателей.

Хлорирование не позволяет очистить воду должным образом и способствует образованию примесей, вредных для организма человека. С одной стороны хлорированная вода защищает нас от ряда опасных вирусов и патогенных бактерий, с другой стороны хлор разрушает белковые структуры нашего тела, влияет на состояние слизистых оболочек, убивает полезные бактерии в кишечнике, что способствует ухудшению микрофлоры и может провоцировать появление аллергических реакций. Кроме этого, хлор не убивает яйца остриц и цисты лямблий.

В США и Европе в 1970х годах были разработаны экономичные и эффективные способы с использованием ультрафиолета, которые позволили в большей степени отказаться от хлорирования питьевой воды.

Очистка ультрафиолетовым излучением — наиболее популярный метод очистки воды. Степень обеззараживания воды при обработке ультрафиолетом достигает 99%. Это позволяет использовать способ в пищевой промышленности и на производстве, имеющем особо высокие требования к чистоте воды. Эффективность этого способа напрямую зависит от характеристик воды – ее прозрачности – мутности, цвета, содержания железа. Поэтому, данный способ обычно применяется в комплексе с другими методами на конечной стадии обработки.

Очистка воды с помощью озонирования основана на применении газообразного озона. В процессе взаимодействия с вредными химическими элементами, озон превращается в кислород. Доказано, что озонирование оказывает сильное положительное влияние на организм человека. Озонирование имеет преимущество перед обработкой воды хлором, поскольку не образует токсинов.

Обезжелезивание – это процесс удаления из воды железа. Применяют несколько видов обезжелезивания воды, выбирая их в зависимости от того, какое именно железо содержится в обрабатываемой воде: двух валентное, трехвалентное, органическое или бактериальное. Безреагентные способы обезжелезивания применяют для устранения избыточного содержания в воде железа, нитратов и других загрязнений, придающих воде неприятный вкус, запах, цвет и ржавчину. Зачастую из воды также удаляется марганец, и процесс называется деманганацией.

В наше время уровень загрязнения достаточно высок, поэтому процесс очищения питьевой воды очень важен. Для подбора наиболее подходящего и эффективного способа очистки питьевой воды следует сделать ее анализ.

Способы очистки воды

Существует множество способов доочистки питьевой воды в домашних условиях. Рассмотрим наиболее популярные.

I. Очистка питьевой воды без применения фильтров.

Такие способы, как кипячение, вымораживание или отстаивание, применяются с давних времен.

1. Кипячение.

Кипячение воды является наиболее простым и известным способом очистки воды. Кипячение применяют с целью уничтожения вирусов, бактерий, микроорганизмов и другой органики, удаления хлора и других низкотемпературных газов (радон, аммиак и др.). Процесс кипячения помогает в некоторой степени очистить воду, но имеет ряд побочных эффектов:

— при кипячении изменяется структура воды, она становится «мертвой». Чем больше мы кипятим воду, тем больше погибает в ней патогенных организмов, однако при этом вода становится менее полезной для организма человека.

— при кипячении происходит испарение воды, что приводит к повышению концентрации солей. Они оседают на стенках чайника в виде накипи и попадают в организм человека. Накапливаясь в организме человека, соли приводят к различным заболеваниям — начиная от болезней суставов, образованию камней в почках и окаменению (циррозу) печени, и заканчивая артериосклерозом, инфарктом и мн. др.

— многие виды вирусов могут перенести кипячение воды, поскольку для их уничтожения требуются более высокие температуры.

— при кипячении воды удаляется только газообразный хлор. В лабораторных исследованиях был подтвержден тот факт, что после кипячения водопроводной воды образуется дополнительный хлороформ, даже если перед кипячением воды была освобождена от хлороформа продувкой инертным газом. Это опасное для здоровья канцерогенное вещество может вызывать онкологические заболевания.

Таким образом, после кипячения мы получаем «мертвую» воду, в которой имеется мелкая взвесь и механические частицы, соли тяжелых металлов, хлор и хлорорганика, вирусы и др.

2. Отстаивание.

Отстаивание, в основном, применяют для удаления из воды хлора. Для отстаивания водопроводную воду наливают в большое ведро или банку и оставляют на 8-12 часов. Без дополнительного перемешивания воды удаление газообразного хлора происходит примерно с 1/3 глубины от поверхности воды, поэтому для получения заметного эффекта необходимо следовать разработанным методикам отстаивания.

Важно помнить, что соли тяжелых металлов самостоятельно из отстоянной воды не исчезнут — в лучшем случае они осядут на дне. Поэтому следует использовать лишь 2/3 содержимого банки, стараясь не взбалтывать ее в процессе переливания воды, чтобы осадок на дне не смешался с более-менее очищенной водой.

Эффективность отстаивания воды обычно оставляет желать лучшего. Для усиления эффекта воду так же настаивают на кремнии и/или шунгите. После отстаивания воду обычно подвергают кипячению.

3. Заморозка или вымораживание.

Этот способ применяют для эффективной очистки воды с помощью ее перекристаллизации. Вымораживание гораздо эффективнее кипячения и перегонки, поскольку фенол, хлорфенолы и легкая хлорорганика перегоняются вместе с водяным паром.

Большинство людей под процессом вымораживания понимают следующие действия:

1. налить воду в посуду и поставить ее в холодильник до замерзания
2. вынуть посуду со льдом из холодильника и разморозить ее для питья.

Эффект очистки воды таким способом близок к нулю, хотя вода получается немного лучше водопроводной воды.

Правильное вымораживание основывается на химическом законе, согласно которому при замерзании жидкости прежде всего в наиболее холодном месте кристаллизуется основное вещество (вода), а затем в наименее холодном месте затвердевает все, что было растворено в основном веществе (примеси). То есть чистая пресная вода замерзнет быстрее, чем вода с примесями солей. Этому закону подчиняются все жидкие вещества. Самое главное — обеспечить медленное замораживание воды, и вести его так, чтобы в одном месте сосуда его было больше, чем в другом. (подробнее смотрите в книге: «Осторожно! Водопроводная вода! Ее химические загрязнения и способы доочистки в домашних условиях.», авторы: Скоробогатов Г.А., Калинин А.И. – Санкт-Петербург, издательство Санкт-Петербургского университета, 2003).

Следите за процессом замораживания, и когда вода наполовину замерзнет, незамерзшую воду вылейте (в ней остались все вредные примеси), а замороженную воду можно растопить и использовать для питья и приготовления пищи.

Размороженная (талая) вода, выпитая сразу после оттаивания, является чрезвычайно полезной и целебной, она способна ускорить восстановительные процессы в организме, повысить работоспособность, облегчить состояние при различных заболеваниях.

4. Очищение воды с помощью поваренной соли. Заполните двухлитровую емкость водой из-под крана, затем растворите в ней одну полную столовую ложку соли. Через 20-25 минут вода будет свободна от вредных микроорганизмов и солей тяжелых металлов, однако такую воду не рекомендуется использовать ежедневно.

5. Очистка воды с помощью кремния помогает очистить воду от примесей. Этот способ объединяет отстаивание воды и очистку кремнием. Предварительно кремний необходимо хорошо промыть в теплой проточной воде. Затем положите кремний в двухлитровую банку, заполните ее холодной водой, накройте сверху марлей и поставьте на свету вдали от прямых лучей солнца. Через два-три дня очищенная вода будет готова к использованию. Величина кремниевого камня подбирается из расчета 3-10 грамм кремния на 1-5 литров воды. Очищенную воду аккуратно слейте в другую емкость, оставив 3-5 сантиметров воды с осадком. Затем осадок выливается, кремний и банка моются и заполняются новой порцией воды.

6. Очистка воды с помощью шунгита. В последнее время все более популярным становится очистка воды с помощью шунгита. Для очистки рекомендуют использовать крупные камни, тогда они реже будут нуждаться в замене на новые. Алгоритм очистки следующий: На каждый литр воды берут 100 граммовый камень шунгита. Воду наливают в емкость с камнями на три дня (не более!), после чего вода сливается так же, как и при приготовлении кремниевой воды.
Вода, настоянная на шунгите имеет противопоказания: склонность к онкологическим заболеваниям, тромбообразованиям, повышенной кислотности и наличие болезней в стадии обострения.

7. Очистка воды активированным углем. Для очистки воды вы можете воспользоваться активированным углем – он составляет основу большинства фильтров. Уголь является прекрасным нейтрализатором неприятных запахов (например, старых ржавых труб, хлора). Кроме этого уголь впитывает вредные вещества из водопроводной воды.
Поместите таблетки активированного угля (из расчета 1 таблетка на 1 литр воды) в марлю, заверните и поместите в емкость с водой. Уже через 8 часов будет готова чистая вода.

8. Очистка воды серебром. Серебром можно очищать воду, освобождая ее от химических соединений, вирусов и патогенных микроорганизмов. По антибактерицидному действию серебро обогнало карболовую кислоту и хлорку.
Поместите в емкость с водой на ночь серебряную ложку, монету или другой предмет. Через 10-12 часов очищенная вода будет готова к употреблению. Полезные свойства такая вода сохраняет продолжительное время.

9. Другие народные методы очистки воды:

— очистка воды гроздью рябины — гроздь рябины следует опустить на два-три часа в воду.

— очистка корой ивы, луковой шелухой, ветками можжевельника и листьями черемухи — процесс очищения длится 12 часов.

— очистка уксусом, йодом, вином. Вещество помещают в воду на 2-6 часов из расчета: 1 чайная ложку уксуса, либо 3 капли 5%-го йода, либо 300 грамм молодого сухого белого вина на 1 литр воды. При этом, хлор и некоторые микробы в воде все равно остаются.

II. Очистка питьевой воды с применением фильтров.

Для удаления вредных примесей из воды в промышленности, в коммунальном хозяйстве и в быту используют различные фильтры. Технологии очистки, применяемые в промышленных и бытовых фильтрах, могут совпадать, однако заметно отличается производительность бытовых и промышленных фильтров.

Рассмотрим классификацию фильтров.

По типам фильтруемых примесей различают фильтры для очистки воды от железа, от механических примесей, от органических соединений и т.д.

Различают фильтры предназначенные для технической воды и фильтры используемые для питьевой воды. Для фильтрации питьевой воды обычно применяют фильтры-кувшины и фильтры — насадки на кран, а так же сложные многокомпонентные фильтрующие системы. Их так же различают по степени очистки – простейшей степени очистки, средней степени и высшей степени очистки.

Бытовые фильтры различаются так же по способу установки: фильтры, устанавливаемые под мойку, настольные фильтры, фильтры-насадки на кран.

По способу фильтрации домашние фильтры для очистки питьевой воды можно условно разделить на два основных типа: – накопительные и проточные.

Накопительные фильтры обычно состоят из накопительной емкости для воды и фильтрующего картриджа для очистки воды. Чаще всего это фильтры-кувшины (Аквафор, Брита, Барьер и другие). Ресурс эффективной работы фильтрующего картриджа напрямую зависит от качества используемой воды. Сменные картриджи этого класса фильтров имеют тенденцию накапливать загрязнения, поэтому их необходимо своевременно менять на новые.

Проточные фильтры используют для более тщательной очистки воды. Степень очистки напрямую зависит от поставленной задачи.

Если требуется очистить воду только от запаха, привкуса или хлора, то можно ограничиться использованием угольного фильтра. С этим отлично справляется фильтр-насадка на кран, который содержит внутри фильтрующий воду картридж (полипропиленовый, угольный либо ионообменные смолы).

Если стоит задача получить хорошую питьевую воду, то целесообразно использовать ступенчатые проточные системы фильтрования воды. Для этого используют многоступенчатые фильтры средней степени очистки. В зависимости от модели такая система устанавливается под мойкой, либо на столе.

Двухступенчатые фильтры предназначены для механической очистки на первой ступени, вторая ступень очистки осуществляется с помощью активированного угля. Трехступенчатые фильтры, дополнительно к этим двум ступеням, имеют третью ступень очистки — ионообменную смолу или прессованный активированный уголь для тонкой очистки, обогащенный одной или несколькими добавками: серебро, ионообменное вещество, кристаллы гексаметафосфата и т.д..

Если требуется получить питьевую воду высокого качества, то целесообразно использовать ступенчатые системы фильтрования воды высшей степени очистки с мембранной фильтрацией – системы обратного осмоса, фильтры с ультрафильтрационной мембраной, нано-фильтры.

В методе обратного осмоса основным фильтрующим элементом является обратноосмотическая мембрана, на которой происходит глубокая очистка воды от различных типов загрязнений: от солей тяжелых металлов, пестицидов, гербицидов, нитратов, вирусов и бактерий. Мембрана постоянно очищает саму себя частью фильтрующейся воды, сбрасывая весь мусор в канализацию. Это повышает расход воды. Такая очистка убирает из воды все соли и минералы, и регулярное употребление такой воды вымывает из организма кальций, фтор и прочие необходимые вещества.

Ступени очистки воды, обычно применяемые в обратноосмотических фильтрах:

1 ступень — картридж состоящий из витого или вспененного полипропилена, осущесвляющий предочистку от механических примесей и взвесей (15-30 мкм)

2 ступень — очистка активированным углем от хлора и хлорорганических соединений, газов.

3 ступень — тонкая очистка от механических примесей (1-5 мкм) или доочистка спрессованным активированным углем (CBC-CarbonBlock), увеличивающая срок службы тонкопленочной мембраны.

4 ступень — очистка тонкопленочной мембраной обратного осмоса (размер пор 0.3-1 нанометра)

5 ступень — угольный постфильтр

Иногда используется еще дополнительная ступент – минерализатор очищенной воды.

Проточные фильтры с ультрафильтрационной мембраной так же относится к способам мембранной очистки воды. Материалом для ультрафильтрационой мембраны служит трубчатый композит.

Внешне фильтрационная система очень похожа на обратноосмотическую систему, однако очистка способом обратного осмоса осуществляется более качественно по сравнению с очисткой ультрафильтрационной мембраной. Все отфильтрованные загрязнения остаются в порах мембраны, постепеннозабивая ее. Эти фильтры обычно не изменяют жесткость воды.

Фильтры с ультрафильтрационной мембраной так же имеют пятиступенчатую систему очистки воды. Она включает в себя следующие ступени фильтрации:

На первой ступени очистки вода проходит картридж предварительной механической очистки. Он удаляет механические частицы и взвеси размером до 10 мкм (микрон). Материалом для него служит вспененный или витой полипропилен.

На второй ступени очистки вода проходит через картридж с активированным гранулированным углем. На этом этапе вода очищается от хлора и его соединений, газов, органических веществ. При этом улучшаются вкусовые качества воды.

На третьей ступени очистки вода пропускается через картридж, содержащий спрессованный активированный уголь. При этом происходит дополнительное удаление из воды механических примесей диаметром до 0,5мкм (микрон) и хлорорганических соединений.

На четвертой ступени очистки вода проходит через ультрафильтрационную мембрану, имеющую отверстия диаметром 0,1-0,01 мкм, изготовленную из трубчатого композита. Мембраной удаляются практически все примеси, растворенные в воде, органические загрязнители, вирусы, бактерии, соли тяжелых металлов, таких как ртуть, железо, марганец, мышьяк. Затем вода проходит через in-line картридж, изготовленный из активированного кокосового угля. На этом этапе происходит окончательная доочистка воды, улучшается ее вкус, и удаляются запахи.

Нанофильтры — это последняя разработка японских ученых в области нано и биотехнологий. Это проточный семиступенчатый комплекс качественной очистки воды, позволяющий удалить из нее все вредные примеси и сделать воду максимально полезной для организма человека.

На выходе система выдает очищенную и структурированную питьевую воду, по своим свойствам аналогичную талой воде. При этом система позволяет регулировать уровень рН.

Количественный показатель ионов водорода в воде часто оказывает влияние на физико-химические свойства и биологическую активность белков и нуклеиновых кислот, поэтому для нормального функционирования организма поддержание кислотно-щелочного равновесия является задачей исключительной важности. Четвертая ступень, состоящая из биокерамических шариков, выполняет функцию регулировки уровня рН воды до уровня рН крови человека.

Анионы, излучаемые турмалином, входящим в состав пятого картриджа, оказывают положительное влияние на иммунитет, эндокринную систему, очищают сосуды, заряжают плазму крови.

Стоит заметить, что система с нанофильтрами имеет достаточно высокую стоимость.

Таким образом современному человеку доступно множество способов получения вкусной, безопасной и качественной воды. Производители фильтров и систем по очистке воды предлагают выбрать и использовать наиболее эффективные из них. Диапазон цен и широкий ассортимент позволяет людям, с различным уровнем дохода, выбрать для себя подходящее устройство, и наслаждаться преимуществами чистой и полезной воды.

А какие методы и способы очистки воды применяете Вы?

Напишите об этом в комментариях!

Вне зависимости от выбранного Вами способа и метода очистки, вода, которую вы получаете в результате обработки, должна стать правильной водой. Только тогда Ваш организм сможет извлечь из нее максимум пользы.

И еще важен один момент: правильная вода должна быть доступна вам, где бы вы не находились – дома, на работе, в отпуске, в дороге…

Как сделать из Вашей воды Правильную воду – узнайте тут.