Фильтры для воды физические принципы фильтрации

Обновлено: 15.05.2024

Методы физически воздействуют на воду или примеси и извлекают из потока крупные частицы, коллоиды, взвеси, соли металлов, растворенные газы, хлор в свободном состоянии. Удаление крупной фракции снижает нагрузку на оборудование, идущее на следующих этапах, например, для очистки методом обратного осмоса.

К физическим методам относят: отстаивание, кипячение, фильтрование (включая центробежное), обработка ультрафиолетом.

Фильтрование — самый популярный физический способ очистки воды: поток проходит через сетчатый или засыпной фильтр грубой очистки. Сетчатый фильтр – это компактная, небольшая по габаритам, конструкция, которую легко снять и промыть. Представляет собой решетку или мелкоячеистую сетку из нержавеющей стали. Металлические ячейки надежны и долговечны, даже если интенсивность потока немного превышает стандартный напор. Единственный недостаток — низкая грязеемкость. В промышленной фильтрации используют специальные дисковые конструкции.

Сменную фильтрующую матрицу для физической очистки воды изготавливают из разных материалов: полипропилена, активированного угля и т.д.. Последний используют в виде загрузки в засыпном модуле. Фильтрующая матрица избавляет от неестественного вкуса, запаха, удерживает органику, свободный хлор.

Засыпной фильтр ставят сразу после сетчатого, чтобы удержать более тонкую фракцию, например, пылевые песчинки. Прогрессивный метод очистки воды удаляет мутность, осветляет воду. Фильтрующую колонну с засыпками отличают солидные габариты, но обслуживание не представляет трудностей.

Термический метод или кипячение удаляет микробиологическое загрязнение, некоторую органику, частично жесткость. Совершенно безопасен по сравнению, например, с химическими методами очистки воды. Переход воды в газообразную фазу и последующая конденсация снижает концентрацию солей жесткости в воде. В ёмкости остается белый налет – карбонат кальция, углекислый газ улетучивается. Именно на эти два компонента распадается гидрокарбонат кальция.

Отстаивание используют на водоочистительных предприятиях – грязевые частицы опускаются на дно большого резервуара под силой тяжести. По мере накопления осадок удаляют.

§ 31. Вода

1. Поясните, как при помощи анализа и синтеза можно установить качественный и количественный состав воды и вывести ее химическую формулу.

Анализ проводят при помощи электролиза воды. В итоге получают составные компоненты — водород и кислород в объемном соотношении 2 : 1.

При нормальных условиях 1 л водорода имеет массу 0,089 г, а 1 л кислорода — 1,429 г. Таким образом, массовые отношения выделившихся газов: (0,089 * 2) : 1,429 = 1 : 8

Т.к. Ar (O) = 16 а. е. м. то массовые отношения логично записать как 2 : 16. Т.е. в молекуле воды содержится 1 атом кислорода и 2 атома водорода.

При синтезе используют эвдиометр, который помогает измерить объем образовавшийся воды. Оставшийся газ можно проверить горящей лучинкой — если ярко вспыхивает, то остался кислород; если газ начинает гореть — остался водород; если происходит хлопок — это смесь водорода и кислорода.

В случае синтеза из двух объем водорода и 1 объема кислорода образуется вода.

Таким образом, путем анализа и последующего синтеза можно установить качественный и количественный состав воды.

2. В эвдиометре взорвали смесь, состоящую из 1 мл водорода и 6 мл кислорода. Какой газ и в каком количестве остался после взрыва?

В задании выше мы уже установили, что водород и кислород вступают в реакцию в объемном соотношении 2 :1.

По условиям задачи у нас всего 1 мл водорода. Значит, на реакцию с кислородом будет потрачено 1/2 = 0,5 мл кислорода.

Ответ: после взрыва останется 5,5 мл кислорода.

3. В чем заключается очистка питьевой воды?

Очистка питьевой воды заключается в удалении примесей и ее дезинфекции.

Нерастворимые примеси (песок, ил, глина, органические вещества) удаляют при помощи отстаивания и фильтрации.

Некоторые растворимые примеси (соединения железа, газы) удаляют при помощи аэрации — насыщения воды кислородом.

Дезинфекцию осуществляют при помощи хлора, озона или ультрафиолета.

На бытовом уровне вода проходит последний этап очистки в виде домашних фильтров и кипячения.

4. Как получают дистиллированную воду и где ее применяют? Можно ли дождевую воду назвать дистиллированной? Ответ поясните.

Дистиллированную воду получают путем перегонки (дистилляции) очищенной воды. Суть процесса: воду нагревают до кипения, а водяной пар отводят и охлаждают, получая дистиллированную воду.

Дистиллированную воду применяют в медицине, промышленности, автотранспорте (аккумуляторы), лабораториях.

Дождевую воду нельзя назвать дистиллированной, т.к. она содержит определенное количество примесей, полученных из воздуха.

Без понятия, что за проект. Это вам должен объяснить учитель.

Физико-химические методы очистки воды

К таким методам относят:

метод обратного осмоса;
метод сорбции;
метод экстракции воды;
метод ионного обмена.

Очистка методом обратного осмоса: небольшое давление порядка трех атмосфер продавливает поток через полимерную мембрану, которая задерживает посторонние молекулы, пропуская только воду и кислород. Перед пористым барьером остаются загрязнения, которые сливают в дренаж.

Сорбцию используют на последних этапах и считают эффективным методом для глубокой физико-химической очистки воды даже больших объемов. Метод извлекает из раствора нефтепродукты, фенолы, хром, медь. Технология подразумевает фильтрацию или перемешивание через гранулы или порошки. Результативность метода сорбции зависит от точного подбора наполнителя. Сорбент бытового фильтра для очистки воды задерживает органику, коллоиды, взвеси размером от 100 до 0,1 мкм.

Метод экстракции воды хорош для сточных потоков, когда извлеченные ингредиенты технически ценны. Стоки смешивают с экстрагентом, который растворяет извлекаемый компонент лучше, чем вода. Например, для извлечения фенола, экстрагентом выступает бензол. Метод экстракции востребован в промышленной очистке воды.

Очистка методом ионного обмена умягчает воду. Растворенное двухвалентное железо часто сопровождает марганец, осложняющий применение других методов. Очистка методом ионного обмена успешна при правильной комбинации синтетических ионообменных смол.

Перекись водорода

С помощью перекиси также можно обеззаразить воду. Принцип расчёта — одна столовая ложка на литр жидкости. Если вода загрязнена очень сильно, может потребоваться. Поскольку после процедуры очищения остаются продукты распада перекиси, следует поместить в ёмкость пару таблеток активированного угля.

Однако, если вы решите обеззаразить воду перекисью, будьте готовы к тому, что она может иметь немного специфический привкус.

Необходимо быть осторожным с количеством перекиси водорода

И наконец, если ни один из перечисленных способов не подходит и вы не знаете, как обеззаразить воду, воспользуйтесь йодом. Для очищения потребуется баночка с 10-процентным спиртовым раствором. В среднем берётся от 10 до 20 капель средства на литр воды. Пропорции определяются на глаз в зависимости от степени загрязнённости. Чем грязнее, тем больше йода следует в неё добавить. Недостаточная концентрация вещества может привести к тому, что обеззаразить получиться не полностью. При достаточно высокой температуре воздуха (в летнее время) раствору нужно настояться примерно 20–30 минут. При низких температурах следует подождать около часа. По возможности лучше настаивать жидкость как можно дольше, чтобы гарантированно избавить её от всех вредных веществ.

Подобный метод является аварийным, когда нет возможности использования более щадящих способов дезинфекции. Жидкость, очищенная йодом, отличается неприятными вкусовыми свойствами. Также она может нанести вред людям, у которых есть проблемы с щитовидной железой.

Если под рукой нет чистой воды, а она вам срочно необходима, воспользуйтесь подручными средствами. Их применение позволит обеззаразить имеющуюся жидкость от опасных веществ, сделав её пригодной для питья.

КАК ОЧИСТИТЬ ПИТЬЕВУЮ ВОДУ В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ

В нашей стране еще есть регионы, в которых жители пьют из собственных колодцев и скважин, или получают в трубах воду низкого качества. Проще всего ее очистить, приобретя бытовые фильтры. Они бывают малыми и большими, настольными и стационарными. Есть приверженцы и дедовских способов улучшения питьевой воды: процеживанием, отстаиванием, серебром, кипячением, кремнем и замораживанием. Но долго кипятить хлорированную водопроводную воду нежелательно. Образуются тяжелые соединения, опасные для здоровья.

Магистральные фильтры

Самая полноценная механическая очистка воды, комфортная для использования, на сегодня обеспечивается магистральными фильтрами.

Среди фильтров, которые позволяют пользоваться существующими кранами обычным образов, есть несколько вариантов:

насадка на кран,
фильтр под мойку,
обратный осмос.

Насадка на кран

Насадка на кран – самый бюджетный и компактный вариант очистки проточной воды. Очищенная вода идет прямо из крана. Фильтрующий картридж встраивается в саму насадку, однако, картридж нужно часто менять, а такая быстрая очистка будет менее эффективной, чем это возможно при других существующих сегодня вариантах. Однако, такие фильтры могут быть единственным выходом, если нет возможности подключиться к водопроводу.

Водопроводный фильтр под мойку

Фильтр подключается к водопроводу, имеет несколько степеней очистки, эффективность которых зависит от картриджей, которые необходимо будет менять. Фильтр под мойку представляет из себя систему очистки, снабженную отдельным краном, из которого можно получить качественно очищенную воду.

Очищенную воду можно получать параллельно с технической, экономя таким образом сменный картридж.

Картридж удаляет механические частицы, смягчает воду, удаляет железо и чистит от хлора. Большинство таких фильтров неспособно защитить от биозагрязнений.

Однако существует группа фильтров с утрльтрафильтрационной мембраной – со специальной глубокой очисткой воды с удалением бактерий. Они очищают лучше, но не гарантируют полное очищения воды от бактерий.

Обратный осмос

Обратный осмос – технология, которая гарантирует 99,9% очищения воды. Такой фильтр состоит из блока предфильтров, мембраны, накопительного бака для сбора воды, фильтра-минерализатора и крана чистой воды.

Картриджи в таком фильтре меняются раз в полгода, а замена мембраны проводится раз в два года. Таким образом, установив такой фильтр, можно забыть о постоянном обслуживании и спокойно пользоваться чистой водой из крана.

Недостатками такого решения является стоимость оборудования и медленная очистка воды, поэтому для полного комфорта использования следует выбирать фильтры с большим баком.

Важным требованием для установки фильтра обратного осмоса является достаточное давление в магистрали – от 2,5 атмосфер.

Обзор фильтров обратного осмоса смотрите в видео:

Картриджи

Качество фильтрации напрямую зависит от качества и своевременной смены картриджей. Для разных типов фильтром существуют картриджи разной цены и эффективности.

Узнать о картриджах для фильтров можно, просмотрев видео:

Общие понятия о химическом составе воды

Прежде чем заниматься установкой приборов для очистки воды, необходимо знать состав:

количество нерастворенных или малорастворенных механических примесей;
количество растворенного железа и марганца;
жесткость;
мутность;
цветность;
окисляемость;
уровень PH;
наличие запаха, привкуса;
бактериологическая загрязненность.

Эти данные необходимы для понимания того, какая система тонкой очистки будет оптимальна в Вашем случае.

Нормативная документация

Если вас интересует, как правильно обеззаразить воду, в первую очередь вам следует знать, что ее качество регулируется четкими законодательными нормами и нормативными документами.

Для оценки качества питьевой воды используются и такие нормативные документы:

ГОСТы:
включают в себя правила, по которым проводится контроль качества сточных и питьевых вод, а также методики осуществления анализов в полевых условиях.
СНиПы:
эти строительные нормы и правила определяют требования к возведению очистных сооружений, систем водоснабжения и монтажа водопроводных труб.
СанПиНы:
свод санитарно-гигиенических правил, определяющих требования к питьевой воде и ее разделению на группы по составу.

Можно сделать вывод, что качество питьевой воды контролируется регулярно и подлежит регулированию соответствующими нормативными документами.

Для фильтрации воды применяют специальные фильтры, которые продаются в строительных и специализированных магазинах

Вследствие плохого качества питьевой воды, поступающей из труб, ее фильтрация сегодня считается обязательной мерой. К сожалению, результатами постоянного употребления неочищенной жидкости становятся ухудшение здоровья или испорченные блюда. Следует изучить вопрос о том, что представляет собой фильтрация воды и какие есть способы очистки.

Методы фильтрации

Фильтрование является обязательной мерой, если необходимо нейтрализовать загрязнения, провести осветление жидкости от песка (из озер, рек) или сделать более качественной водопроводную воду.

Перед покупкой фильтра стоит прочитать о нем отзывы в интернете

Методы очищения бывают:

Химическими. Посредством химических реагентов происходит разложение загрязнений или образуется осадок, задерживаемый фильтром. Это смягчает воду, приводит в норму кислотность. Однако данный способ нельзя использовать для фильтрации питьевого источника.
Физическими. Этапы такой очистки представлены в виде процеживания жидкости, отстаивания, фильтрования (поток воды должен пройти сквозь пористый фильтрующий материал) и обработку ультрафиолетом.
Физико-химическими. Данная методика способствует удалению загрязняющих веществ. Используется для предварительной обработки и тогда, когда требуется глубокая очистка.
Биологическими. Подобные способы применяются для чистки водоемов. Посредством живых бактерий можно удалить из жидкости нитраты и химические вещества.

При правильном очищении можно удалить инородные частицы мусора, осадок и отделить ржавчину. Благодаря качественному фильтрованию удается защитить водораспределительную сеть от серьезного загрязнения.

Фильтр для очистки

Сегодня имеется множество фильтров для очистки жидкости. Абсолютно все изделия характеризуются одинаковым назначением, но могут отличаться своей мощностью, формой или принципом действия.

Для дома могут быть использованы:

Механическая схема. Особенностью процесса является задержка нерастворимых примесей. Этот вариант включает в себя сетчатые детали (обеспечивают задержку мелких частиц), сменные кассеты или же многослойные фильтры.
Обратный осмос. Указанная фильтрация предполагает использование пятиступенчатой очистки. Жидкость обрабатывается путем прохождения сквозь мембрану. Благодаря осмосу удается избавиться от всех примесей, убрать частицы мусора. Данный фильтр монтируется под мойку.
Угольное очищение. Характеризуется высокой эффективностью. Посредством специального сорбента угольные кассеты извлекают примеси органического происхождения, убирают неприятный привкус. Такие фильтры могут быть вмонтированы непосредственно в систему водоснабжения или же устанавливаются под мойку. Замена кассет осуществляется 1 раз в квартал.

При использовании любого из приведенных вариантов удастся значительно улучшить качества водопроводной воды.

Преимущества и недостатки

Современные системы фильтрации и очистки воды имеют как положительные, так и отрицательные характеристики. Однако в зависимости от типа фильтра они могут отличаться.

Особенности проточной системы очищения:

Данные изделия можно без труда установить, они очень компактные;
Такая система предполагает наличие отдельного крана, через который поступает уже отфильтрованная жидкость;
При помощи проточной водоочистки удается избавить воду от ржавчины, хлора и вредных веществ;
Однако угольные картриджи проточного типа не способны выводить ртуть из поступающей жидкости;
На кассете со временем могут появиться бактерии из-за оседания на нее поверхность мелких частиц.

Отдельно следует отметить характеристики очищения воды посредством обратного осмоса. Пористая мембрана фильтра может удалить мелкий мусор, при этом получаемая жидкость будет идеально очищенная.

Такое устройство (внутренняя сетка) не будет накапливать мусор, поэтому возможность развития бактерий сводится к минимуму.

Многие предпочитают приобретать фильтры настольного типа. Подобные приспособления отличаются доступной ценой, легкостью применения. Однако при выборе данного способа очищения следует быть готовым к частой замене кассетного материала. Качество воды, получаемой из настольных кувшинов, будет несколько хуже, чем при использовании другого способа очистки.

Физические способы фильтрации

Физические способы очистки воды используют, если необходимо устранить нерастворимые включения крупного типа. В некоторых случаях подобные методы применяются в качестве способа воздействия на биологические объекты.

В фильтре для воды следует регулярно менять те конструкционные элементы, которые отвечают за очистку

Физическое очищение представляет собой:

Следует знать, что перед обработкой и очисткой жидкости ультрафиолетом должно быть проведено ее предварительное очищение.

Химическая и физико-химическая очистка

Помимо физических методов, существуют способы химической очистки. При взаимодействии определенных реагентов с веществами, загрязняющими жидкость, удается получить реакцию, при которой происходит разложение веществ или же образование осадка.

Правильно подобрать фильтр поможет продавец-консультант

Типы химического очищения:

Нейтрализация. В содержащую определенную кислотность воду необходимо добавить реагенты, посредством которых создается щелочная или же кислая среда. Далее необходимо нейтрализовать кислую среду путем применения специальных щелочных составов.
Окисление, восстановление. Для очищения водопроводной воды принято использовать окисление. Реакцией становится превращение загрязняющих включений в безвредные составляющие. Применяются хлор, озон.

Не менее эффективным способом очищения жидкости являются физико-химические методы. Они включают в себя флотацию (пропускание через воду газа), экстракцию (использование средства, растворяющего загрязняющие включения), ионный обмен и сорбцию.

Сегодня качество водопроводной воды оставляет желать лучшего. Чтобы получить пригодную для использования жидкость, многие хозяева предпочитают прибегать к ее фильтрации. Благодаря множеству разнообразных способов каждый сможет подобрать оптимальный для себя метод очищения питьевой воды.

Вода, единственное соединение на планете существующее в природе в виде трех агрегатных состояний: жидкое, твердое, газообразное. Является универсальным растворителем, обладает “памятью”, необходима для жизни всех без исключения одноклеточных и многоклеточных живых существ на Земле. Статистика последних лет показывает, что количество пресной воды на планете уменьшается. В результате зарегулирования рек, строительства на них водохранилищ, периодически возникающих аварийных ситуаций, выброса промышленных отходов и неочищенных коммунально- бытовых стоков в русло пресных водоемов приводят к загрязнению не только наземных, но и подземных бассейнов. Качество пресной воды ухудшается из-за увеличения цветности, появления привкусов и запахов, наличия повышенного содержания органических примесей, пестицидов и других химических соединений. Используемые фильтры и обеззараживающие соединения в водопроводных очистных сооружениях не эффективны, а порой даже не безопасны. В результате в питьевой воде, потребляемой населением, содержатся практически те же загрязнения, что и в природной. Проблема обеспечения населения питьевой водой, отвечающей требованиям стандарта, является одной из основных и требует комплексного и эффективного решения. С неэффективностью очистительных фильтров местных водонапорных станций мы сталкивакмся ежедневно, поэтому исследовательская работа посвящена поиску создания фильтра способного устранять или улучшать качество питьевой воды. Это стало главной целью исследований. Главная задача в создании фильтров – подбор компонентов способных устранять запах, улучшать вкусовые качества, задерживать не только не растворимые в воде примеси, но и примеси находящихся во взвешенном состоянии. Для решения поставленной задачи использованы различные методы исследования: анализ литературных и интернет источников, химический анализ на определение жесткости и кислотно – щелочной среды, способы очистки воды от примесей, анализ и подбор наиболее безопасного для здоровья, но эффективного обеззараживающего метода.

1. Теоретическая часть

1.1 Способы очистки воды методом отстаивания

Отстаивание используют для удаления из воды хлора. Для этого водопроводную воду наливают в емкость и оставляют на несколько часов. Газообразный хлор удаляется с 1/3 глубины от поверхности воды. После отстаивания воду необходимо кипятить.

1.2 Способы очистки воды методом фильтрования

Данный способ очищает воду только от нерастворимых примесей, при этом растворимые соли, вирусы, бактерии, микроорганизмы остаются.

1.3 Способы очистки воды методом кипячения

Кипячение используют для уничтожения вирусов. Бактерий, микроорганизмов, удаления хлора. Недостатки: при кипячении вода меняет структуру из-за испарения кислорода, концентрация солей в оставшемся объеме увеличивается из-за испарения воды, многие вирусы гибнут при более высокой температуре, образуется дополнительный хлороформ вызывающий раковые заболевания.

1.4 Способы очистки воды методом кристаллизации

Метод основан на химическом законе, согласно которому при замерзании жидкости, сначала в наиболее холодном месте кристаллизуется основное вещество, а в наименее холодном затвердевает все, что было растворено в основном веществе. Недостатки: метод требует медленного замораживания, не все растворимые соли осаждаются на дне сосуда.

1.5 Способы очистки воды методом дистилляции

Метод основан на свойствах воды изменять агрегатное состояние в зависимости от температуры. Так при кипячении вода из жидкого состояния переходит в газообразное. Оставляя на дне емкости растворимые в ней соли, вирусы, бактерии. Поднимаясь вверх и двигаясь по газоотводному приемнику дистиллятора охлаждается и переходит в жидкое состояние. Недостатки: легкая хлорорганика перегоняется вместе с водяным паром, уничтожаются важные микроэлементы, дистиллированная вода при длительном употреблении вымывает из организма соли кальция, железа и многие другие.

1.6 Методы обеззараживания воды алюмокалиевыми квасцами

В домашних условиях обеззараживание воды от бактерий осуществляют путем добавления 1гр соли на 4л воды. Алюмокалиевые квасцы очищают воду за счет образования продуктов гидролиза от бактерий, взвешенных частиц и примесей органических веществ, выделившаяся серная кислота нейтрализует воду, имеющую щелочную реакцию. Выпавший осадок удаляется фильтрованием.

Один из наиболее реальных и высокоэффективных методов очистки воды, позволяющий существенно улучшить качество питьевой и очищенной сточной воды, решить проблемы здравоохранения и экологии. Преимущества метода: возможность получения озона на месте применения; высокая активность озона в отношении обеззараживания воды от бактерий и вирусов; одновременно с обеззараживанием происходит обесцвечивание воды, устраняются запахи и привкусы; не изменяет натуральные свойства воды; заменяет традиционные методы хлорирования, ультразвук, фильтрацию и другие. Недостатки: большие затраты электроэнергии.

Хлор давно используется в качестве основного обеззараживающего реагента практически во всех очистных предприятиях России. Механизм бактерицидного действия хлора заключается во взаимодействии с составными частями клетки микроорганизма, что приводит к нарушению обмена веществ в клетке и отмиранию микроорганизмов. Недостатки: хлор сильнодействующее ядовитое вещество; способствует образованию в воде токсичных и хлорорганических соединений; обладает последействием; очистные станции использующие хлор являются объектами повышенной опасности.

1.9 Гипохлорит натрия

Применяется в жидком виде, получают на месте применения электрохимическим способом. Эффективен против большинства болезнетворных микроорганизмов, безопасен при использовании и хранении.

Недостатки: неэффективен против цист; при хранении теряет активность и выделяет газообразный хлор; после использования образует большое количество побочных продуктов; требует немедленного использования сразу после получения.

2. Экспериментальная часть

Для проведения эксперимента были взяты образцы воды из трех разных источников: водопроводная, вода подземного бассейна, вода из природного водоема г.Краснодара, п.Северного. проведен анализ каждого образца и выбран для дальнейшего исследования наиболее загрязненный источник. Все исследования проводились поэтапно независимо от способа очистки в одинаковой последовательности.

получить фильтр максимально очищающий воду от примесей;
уменьшить показатель щелочной среды;
очистить воду от неприятных запахов;
улучшить вкус воды;
снизить содержание растворимых солей;
уменьшить показатель жесткости воды.

подобрать компоненты фильтра на основе их характеристик удовлетворяющие поставленным целям;
определить фильтр наиболее эффективно очищающий воду от примесей и неприятных запахов;
определить наиболее безопасный, но эффективный обеззараживающий способ очистки воды;
по результатам исследований разработать ряд рекомендаций для органов местного самоуправления по использованию в водоочистительных станциях наиболее эффективных способов очистки воды.

отстаивание;
фильтрование;
определение кислотно-щелочной среды раствора или фильтрата;
определение жесткости раствора или фильтрата.

Метод исследования: химический (экспериментальный).

Оборудование: образцы проб трех различных источников, универсальная индикаторная бумага, шкала определения рН среды, мыльный раствор туалетного мыла, ватные диски, активированный уголь, песок, древесные опилки, поваренная соль, стеклянные: колбы, воронки, палочки.

Предмет исследования: Химия. Здоровье человека.

Актуальность исследования: Вода жизненно важное соединение и от ее качества зависит здоровье, долголетие человека, а так же всех живых организмов.

2.1 Анализ образцов проб воды из разных источников

Для анализа взяты образцы проб пресной воды из трех различных источников: образец №1 - водопроводная вода, образец №2 - вода подземного бассейна (колодезная), образец №3 - вода из природного водоема г. Краснодара, п.Северного (приложение 1).

В результате проведения ряда последовательных экспериментов получены следующие результаты: отстаивание представленных образцов (приложение 2а) показало наличие не растворимых солей в каждом образце; фильтрование (приложение 2б) – наличие загрязнителей во всех образцах даже после отстаивания; определение кислотно – щелочной (рН) среды раствора – все три образца (приложение 3) имеют щелочную среду, причем содержание щелочи в водопроводной воде значительно выше чем в колодезной, но меньше чем у природного источника. Вывод: не рекомендуется пить сырую водопроводную воду из-за повышенного содержания щелочи, купаться или брать воду для хозяйственных нужд из природного источника; определение жесткости воды (приложение 4) показало содержание во всех трех образцах повышенное содержание солей кальция и магния.

Для дальнейших исследований выбрана вода наиболее загрязненного источника – природного водоема (образец №3).

2.2 Очистка воды методом кристаллизации

Выбранный образец (приложение 5) подвергли кристаллизации с последующим удалением нижней части содержащей нерастворимые примеси. Произвели размораживание при комнатной температуре и провели анализ полученного образца. Результат выявил не эффективность данного метода по очистке воды от растворимых солей (приложение 5).

2.3 Очистка воды из природного водоема сложными фильтрами и ее анализ

2.3.1 Фильтровальный диск - опилки

Анализ полученного фильтрата (приложение 6) показал не эффективность использования при очистке воды данного фильтра, так как показатель щелочной среды не изменился, жесткость воды осталась в неизменном виде, о чем говорит масса хлопьев на поверхности фильтрата.

2.3.2 Фильтровальный диск – песок - опилки

Через трехслойный фильтр (приложение 7) пропустили исследуемый образец. Проанализировали полученный фильтрат (приложение 7). Результат: щелочная среда фильтрата уменьшилась с интервала 10 – 11 до 9 – 10; количество хлопьев на поверхности фильтрата значительно сократилось, что доказывает снижение содержание солей кальция и магния, уменьшение жесткости воды.

2.3.3 Фильтровальный диск – активированный уголь

Активированный уголь выступает в роли сорбента при фильтровании поглощая вредные примеси и неприятный запах, поэтому он был выбран в качестве компонента фильтра. Произвели фильтрование образца №3 через фильтр, фильтрат подвергли поэтапному химическому анализу. Результат: свойства фильтрата в сравнении с образцом не изменились (приложение 8). Вывод: активированный уголь не способствует снижению содержания солей и щелочной среды.

2.3.4 Фильтровальный диск – активированный уголь - опилки

Показатель жесткости воды и рН среды в полученном фильтрате изменился, но незначительно (приложение 9). Вывод: данный фильтр улучшает качество воды, но не является эффективным.

2.3.5 Фильтровальный диск – активированный уголь – поваренная соль – активированный уголь

Анализ фильтрата полученного из сложного четырехслойного фильтра (приложение 10) показал эффективность его использования, так как: 1 – щелочная среда фильтрата уменьшилась по сравнению с исходным образцом с интервала 10 – 11 до 8 – 9; 2 – жесткость воды уменьшилась, что доказывает снижение содержание растворимых солей.

3. Заключение

Проведенные исследования проб воды взятой из трех разных источников показали:

1 - неэффективность использования очистительных фильтров в водоочистительных станциях. Водопроводная вода содержит растворимые и нерастворимые в воде соли содержание которых превышает установленные нормы, вода жесткая, с повышенной щелочной средой;

2 - вода подземного бассейна содержит различные загрязнители так же превышающие установленные нормы;

3 – проба воды взятой из наземного природного водоема вызывает наибольшие опасения из – за наличия цветности, запаха, примесей во много раз превышающие нормы и тем самым опасны для нормальной жизнедеятельности живых организмов водоема, показатель щелочной среды находится на критической отметке.

Для дальнейших исследований был выбран образец пробы воды из природного водоема показавший наиболее отрицательный результат. В ходе проведения экспериментальных работ и анализа полученных фильтратов возникли трудности в подборе слоев фильтра способных максимально устранить выявленные ранее отрицательные показатели. Однако, не смотря на всю сложность эксперимента, были достигнуты неплохие результаты. Если использовать сложный многослойный фильтр, состоящий из: фильтра, активированного угля, поваренной соли и песка в комплексе с озонированием будет достигнут конечный результат удовлетворяющий поставленным целям. На основании вышеизложенного составлен ряд предложений рекомендательного характера для органов местного самоуправления:

1. Использовать в имеющихся очистительных водонапорных станциях комплексного подхода в очистке питьевой воды от примесей состоящего из: сложного четырехслойного фильтра с последующим озонированием фильтрата;

2. Закончить строительство водоочистительной станции в г. Краснодаре, п.Северном и подключить жителей к централизованному водопроводу.

Проблема качества питьевой воды и способов ее очистки всегда была, есть и будет актуальной. Исследование в данном направлении нельзя прекращать, а методику данных исследований включить в один из разделов элективного курса по выбору “Практическая химия”.

1. Методы очистки воды.
Сегодня, во всем мире людей волнует качество питьевой воды. При употреблении некачественной воды возникают массовые проблемы со здоровьем, по статистике около 500 миллионов человек имеют заболевания, напрямую связанные с употреблением некачественной и плохо очищенной воды из основных источников.

Согласитесь, что если представить себе колодец, то сразу возникнет представление о кристально чистой, свежей и холодной воде. Такое представление скорее обусловлено и подкреплено литературными произведениями. Но, если поинтересоваться у тех людей, которые живут в частном доме или коттедже и употребляют воду из скважин, то можно услышать совершенно иное мнение. Так же, весьма актуальна проблема воды плохого качества в мегаполисах.

Почему так происходит? Давайте разбираться.

Причин загрязнения воды огромное множество и это, зачастую, связано с источниками воды. Человечество изрядно истощает земные ресурсы. Раньше в экосистемах поддерживался баланс, и водоемы были способны к самоочищению. На данный момент, в связи с колоссальным ростом крупных городов, промышленности и сельского хозяйства, природные источники воды находятся на грани исчерпания.

Именно для того, чтобы иметь шанс на здоровую, продуктивную жизнь в дальнейшем, воду необходимо очищать и для этих целей применяются различные методы очистки воды, которые мы и рассмотрим подробнее.

1.1 Механическая очистка воды.
Этот метод является наиболее простым и самым примитивным. Суть методов физической очистки воды заключается в отстаивании, фильтрации, процеживании воды в результате чего, воды очищается от крупных, твердых примесей. Такие методы относят к первичной очистке воды из основных источников, так как без них, все последующие методы окажутся безрезультативными.

Какой бы чистотой не славился источник, без грубой очистки обойтись практически невозможно в принципе. Гарантировать, что в воду не попадут частички ила, известкового налета, окалины, песчинки, ржавчина не может никто. Если не исключить вероятность абразивного воздействия, то пострадают не только водопроводные трубы и их фитинги, а быстро выйдет из строя крупная бытовая техника и сантехника, картриджи смесителей, бойлеры, керамические элементы кранов.

Воде из скважин присуща другая особенность, а именно излишняя минерализация воды. Воду насыщают солями (растворенным железом, сульфидами, хлоридами кальция и магния) постоянные контакты с геологическими пластами почвенных пород.

Разумеется, что о качественной очистке речь не идет, именно здесь и вступают в работу фильтры физической очистки.

Фильтры механической очистки:

Грязевики. Самый дешевый и незамысловатый вариант фильтрации. Его принцип состоит в применении сетки, которая устанавливается на входе воды. Сетка пропускает через себя воду, задерживая крупные частицы, размер которых составляет до 100 мкм и более. Грязевики первыми встречают поток жидкости из источника, очищая его от крупных включений. В основе многих грязевиков используют принцип гравитационного оседания, вода попадает в расширяющееся пространство, тем самым теряя скорость, а все крупные примеси оседают под действием силы притяжения. Грязевики бывают в форме цилиндров, именно в них использован гравитационный принцип, косые, где фильтрующая камера расположена к трубе наклонно. Конструктивно фильтры представляют собой кусок трубы с установленной в ней металлической сеткой, которая выполнена из простой, нержавеющей стали и боковым ответвлением, в котором накапливается весь мусор.

По методу врезки могут быть фланцевыми и муфтовыми. Фланцевое исполнение более удобное, поскольку не требует особых усилий, при очистке, достаточно лишь открутить фланец, достать сетку, промыть ее для последующего использования. Особую актуальность грязевики имеют при использовании для очистки систем отопления, так как увеличивают КПД системы, выравнивают теплоотдачу батарей, продлевают срок службы каждого элементы системы отопления, снижают расходы на отопление всего дома. Фильтры грязевики уменьшаю вероятность появления течи и соответственно аварийной ситуации, исключают необходимость ручной промывки всей системы.

Сетчатые фильтры грубой очистки. Наиболее удобным вариантом является промывной фильтр, снабженный несколькими муфтами для врезки в трубу. Корпус металлический. Снизу к корпусу герметично закреплен металлический или прозрачный пластиковый стакан. К стакану прикручен кран и сливной патрубок, что позволяет беспрепятственно осуществлять промывку потоком воды.

Фильтры механической очистки картриджного типа. Эти фильтры предназначены для более тонкой очистки. Наиболее часто используют картриджи из полипропиленового волокна или веревки. Полипропилен химически нейтрален, не разрушается воздействием бактерий. Такие патроны способны очистить воду как от более крупных взвесей (песка, ржавчины, ила) так и от более мелкодисперсных, растворенных в воде частиц до 1 мкн=0,001 мм., которые часто вызывают мутность воды.

От 10 до 120 мнк используют на магистральных фильтрах картриждного типа – это колба, которая врезается в магистраль, туда вставляется картридж, что служит неплохой защитой для насосного оборудования, бойлеров, различных приборов, которые используют воду.

1.2 Аэрация воды.
Аэрация-это очистка воды путем насыщения ее кислородом. Вместе с очисткой состава жидкости, происходит удаление неприятных запахов. Метод аэрации применяют при очистке водоемов, прудов и аквариумов. В последнем случае это более актуально, так как насыщение воды кислородом позволяет значительно улучшить существование живых организмов и дает им возможность дышать, потому что в дыхании нуждаются не только рыбы, но и улитки, креветки и даже полезнетворные бактерии, которые селятся в аквариуме. И плюс еще! Не забывайте, что растения, тоже дышат, поглощая кислород в ночное время. За счет аэрации воды многие газы просто выветриваются, так же исключаются из воды такие вещества как аммиак, углекислота, сероводород, метан.

Каким образом можно насытить воду кислородом? Существует три основных типа аэрации:

Механический. Этот способ самый простой, он менее энергоемкий и затратный. Если рассматривать аэрацию воды в рамках водоема, то это выглядит следующим образом: в водоеме оборудуют столик, вода спускается в водоем по трубчатому шлангу или трубе, разбивается о поверхность, взлетая, обогащается кислородом, возвращаясь обратно в пруд.

Более производительным считаются дождевальные установки, это своеобразные мельницы, вращающиеся распылители, которые зачастую используются в сельском хозяйстве на полях и приусадебных участках.

Так же существуют более мощные, специальные аэраторы. Эти устройства представляют собой полый винт или ротор, который приводит в действие электродвигатель. Вся система установлена на понтонах. Ротор вращаясь, производит захват воды, образуя водовоздушное облако, которое, потом, обогащенное кислородом падает обратно в водоем. Такие системы позволяют обогащать до 5 Га водной площади.

Биологический. Это естественный способ насыщения воды кислородом. Основным производителем кислорода в водоемах является фитопланктон. Логично предположить, что чем больше одноклеточных в водоеме, тем выше насыщенность кислородом. Соответственно, существуют естественные механизмы по стимулированию роста фитопланктона. Например, такие рыбы как белый амур и толстолобик способны в разы увеличить численность фитопланктона. Белый амур является растительноядной рыбой, он поглощает более старые и крупные клетки планктона, стимулируя тем самым рост молодых клеток. Молодые клетки являются более активными и производят кислород интенсивнее. Белый амур использует в пищу жесткую растительность, что препятствует излишнему зарастанию водоемов и способствует активному развитию фитопланктона.

Так же существует альтернативный метод, основанный на применении биологических и минеральных удобрений.

Химический. Этот метод основан на применении искусственных реагентов, которые соединяясь с молекулами воды, производят кислород. К веществам для химической аэрации воды относят: Перекись водорода (H ₂ O ₂ ), марганцовокислый калий (KMnO ₄ ), перекись кальция (Ca ₂ O). В процессе химической аэрации каждое из веществ имеет разную степень эффективности.

Допустим, если в воду погружается 4,5 кг. перекиси кальция, то в результате мы имеем один килограмм кислорода и 4,6 кг. гашеной извести.

Казалось бы, для чего использовать этот недешевый и не совсем безопасный метод, когда можно обойтись механическими способами, применив помпу или аэратор?

В рыбоводческих хозяйствах нередко возникают критические ситуации, связанные с отключением энергии, нехватка ГСМ. В такие моменты, необходимо экстренно повысить концентрацию кислорода в воде, чтобы избежать гибели рыбы.

К тому же, применение химических реагентов окисляет органические вещества такие как, остатки корма, экскременты рыб и т.д. Естественный процесс окисления требует много времени и затрат растворенного кислорода.

Так что, вопреки устоявшемуся мнению, о краткосрочности таких мер, можно достичь более длительного эффекта.

При принятии решения о использовании химии в своем водоем, необходимо точно выдержать дозировку, учитывая все возможные риски и побочные эффект, дабы избежать причинения вреда человеку, рыбе, планктону и другим живым организмам.

1.3 Обезжелезивание воды.
Такая проблема как железо и ржавчина в роде особенно актуальна, для тех людей, у которых есть коттедж, загородный дом или дача. Ну и разумеется это касается тех потребителей, у кого есть колодец или скважина.

Если мы набираем воду из скважины, железо является в такой воде растворенным, то есть, двухвалентным. Через полчаса, постояв в стакане, вода становится бурового цвета, либо ярко коричневая, все зависит от концентрации железа. Что это значит? Железо двухвалентное, растворенное в воде окисляется и становится трех валентным. Соответственно, выпадает в осадок.

Существует два основных способа обезжелезивания воды из скважин и колодцев:

Безреагентный способ. К этому способу относятся все виды аэрации: озоновая, электролитическая, эжекторная, компрессорная.

Компрессорная аэрация самый стандартный способ. Компрессор нагнетает в колонну воздух. Кислород в воздухе окисляет растворенное железо двухвалентное в трехвалентное в осадок. Следующая присоединенная колонная отфильтровывает все окисленное железо.

Эжекторная аэрация это по сути, та же аэрация, что и компрессорная, только без компрессора. Что это значит?

Клапан автоматической промывки под давлением засасывает воздух в баллон, где кислород, который содержится в воздухе уже окисляет железо в осадок. Плюс в этом же баллоне, содержится специальная обезжелезивающая засыпка, которая доокисляет железо.

Озон очень эффективен при окислении железа, но озонные установки не пользуются большой популярностью, потому как достаточно дорогие.

Реагентный способ. Выделяют два основных: ионнообменные смолы и дозация гипохлоридом. Разумеется, самым бюджетным и распространенным вариантом является, если у вас не присутствует в воде сероводород(запах тухлых яиц) – это ионнообменные смолы. Это качественно и дешево.

1.4 Умягчение воды.
Прежде чем, решать проблему жесткости необходимо убедиться, что остальные показатели воды соответствуют нормам. Единицами жесткости в России является МГ-ЭКВ/Л или градусы жесткости.

Умягчение воды можно произвести используя магнитные, электромагнитные, мембранные, термические, химические способы.

Магнитный способ очищает воду благодаря наведению постоянного магнитного поля.

Электромагнитный - это усовершенствованный магнитный, с разницей лишь в том, что соли жесткости не только теряют способность выпадать в виде осадка, но и удаляются, через отстойник в канализационную систему.

Термический способ-это кипячение. Повышение температуры влияет на распад гидрокорбоната кальция. Он распадается на углекислый газ и нерастворимы карбонат кальция, который выпадает в осадок, а газ улетучивается. Происходит умягчение воды.

Отстаивание-это способ при котором, часть вредных примесей выпадает в осадок. В современном мире это метод больше похож на сказку, так как с солями он справляется плохо, а хлорка, которую принято добавлять в водопроводную воду быстро забродит.

Рассмотрим подробно самый популярный метод, а именно ионный обмен. Очистка от солей жесткости, в установках умягчения основывается на принципе ионного обмена. В процессе ионного обмена, в установках умягчения, соли жесткости, а именно катионы кальция Ca₂+ и магния Mn₂+, присутствующие в воде, замещаются на катионы натрия Na+. Катион-это положительно заряженная частица.

Для использования установок умягчения существует ряд ограничений. Обратите внимание на то, что максимальный уровень жесткости не должен превышать 15 градусов. Чем обусловлено это ограничение? А обусловлено оно тем, что уровень предельной концентрации ионов натрия в питьевой воде так же ограничен и составляет 200 мг/л. В случае повышенной жесткости из ионообменной смолы уйдет дополнительное количество натрия и вода уже не будет соответствовать ПДК по этому показателю.

Стоит еще сказать о ионном обмене. Регенерация ионообменной смолы, после того, как ее емкость полностью исчерпана, производится раствором обычной поваренной соли.

Поваренная соль для регенерации выполнена в форме таблеток, она хорошо растворяется и не комкуется, позволяя получить концентрированный раствор для регенерации ионной смолы.

Таким образом, вкусовые качества воды остаются неизменными и процесс умягчения можно без труда автоматизировать.

1.5 Обратный осмос.
Метод основан на прохождении трех ступеней предфильтрации. После их прохождения вода попадает на мембрану обратного осмоса, которая имеет сверхтонкие поры, через которые способны пройти исключительно молекулы воды. Мембрана задерживает все мельчайшие примеси, включая соли жесткости, бактерии, микроорганизмы и даже вирусы, что позволяет пить воду без предварительного кипячения. После мембраны обратного осмоса, концентрация загрязнений, а это приблизительно ¾ воды, сливается в канализацию. ¼ часть воды, очищенная от посторонних примесей поступает в накопительный бак. Бак наполняется примерно на ¾ своего объема. Вода не контактирует со стенками бака, а находится в каучуковой груше, вокруг которой в свою очередь находится воздух под давлением, что позволяет выталкивать воду из бака.

1.6 Ультрафильтрация.
Эта технология является одной из самых перспективных. Такие фильтры позволяют исключить из воды коллоидное железо, взвешенные частицы, железо окисленное, как правило, оно придает желтизну воде, органические соединения, бактерии.

Данный тип фильтров не сможет удалить из воды: растворенное в воде железо, соли жесткости, растворенный марганец.

Фильтр состоит из колбы, сделанной из нержавеющей стали и очень необычного картриджа. Картридж-это половолоконный элемент, состоящий из огромного количества трубочек. Оболочка этих трубочек имеет поры, размером 0,001 мкн. Неочищенная вода, подается на внешнюю сторону трубочек и через поры в поверхности проходит внутрь, а затем выходит очищенная через внутреннее отверстие фильтра. Такие мембраны имеют сверхтонкую структуру и способны пропускать через себя только микро молекулы и ионы. Раз за разом, оседающие на мембране молекулы, создают слой, который впоследствии, является дополнительным барьером для поступающих загрязнений и увеличивает сопротивление.

Существует два типа фильтров ультра очистки: с внутренним и внешним давлением.

Такие фильтры, в отличие от фильтров обратного осмоса не расходуют воду в процессе работы. То есть, сколько воды вы подали на вход, столько же чистой воды и получили на выходе.

Применяемость ультрафильтрации гораздо шире, чем фильтров умягчителей, систем обратного осмоса, так как позволяет решить проблему селективного удаления частиц.

Этот метод является самым высокотехнологичным и эффективным, так как позволяет удалить из воды почти 100% вирусов и вредоносных бактерий механическим способом.

2. Преимущества и Недостатки методов очистки воды.

2.1 Механическая очистка. Несомненными плюсами являются: низкая стоимость; подготовка воды для дальнейшей более тонкой очистки; отсутствие в необходимости использовать сложное оборудование.

Минусы: велика вероятность, в дополнительное очистке.

2.2 Аэрация воды. Плюсы: вода обогащается кислородом, становится приятной на вкус; не применяются химические реагенты; невысокая стоимость.

Минусы: дополнительное оборудование; снижение содержания CO₂; шум.

2.3 Обезжелезивание воды. Плюсы: простота использования; компактность. Минусы: необходимость в предварительном анализе воды; высокая стоимость.

2.4 Умягчение воды. Плюсы: многообразие установок и методов; простота монтажа; отсутствие химических реагентов; вода не теряет основные микроэлементы после очистки. Минусы: высокие расходы при замене реагентов; высокая стоимость установок; необходимость в правильной утилизации реагентов.

2.5 Обратный осмос. Плюсы: избавление воды от всевозможных примесей; отфильтровываются соли; железо уходит; нейтральное химическое состояние воды; прозврачность. Минусы: низкая пропускная способность; вода вместе с бактериями теряет все необходимые важные микроэлементы; дополнительные расходы на систему при некорректном общем давлении в водопроводе; габаритность.

Ультрафильтрация. Плюсы: низкая энергетическая затратность; высокие показатели умягчения воды; прочность мембран картриджей. Минусы: постоянное образование на поверхности картриджей гелиевого слоя, который требует тщательной очистки; высокая стоимость.

Читайте также: