Содержание
Виды механического фильтрования
Впервые воду начали очищать пропусканием через песок и гравий в Индии еще за 2000 лет до начала н.э.
В Древнем Риме каналы для водоснабжения вырывали неподалеку от озер для того, чтобы вода проходила через пористые стенки. Муниципальная очистка водных потоков впервые была организована в Британии в конце 18 века.
В зависимости от размеров ячеек процесс происходит на следующих уровнях:
- макро;
- микро;
- ультра;
- нано.
У каждого вида механического фильтрования есть специфические особенности.
Макроуровень
Первичное механическое задержание макропримесей сначала проводится на сетках, сделанных из стойких металлических сплавов или полимеров.
Такие устройства часто называют грязевиками.
Они задерживают:
- самые крупные частицы;
- волокна,
- крупицы ила,
- ржавчины.
Грубое отделение примесей также успешно проводится на слое песка, измельченного щебня, гравия, других инертных пористых материалов. Первичная фильтрация может проводиться посредством пропускания потока через сетки и следующие конструкции:
- картриджи;
- колонки.
Сетки задерживают:
- примеси с размерами от полусотни до 500 мкм;
- картриджи – от 5 до 25 мкм;
- колонки – не более 30 мкм.
Микроуровень
Микропроцесс проводится на специальных активированных углях, других материалах, которые используются в следующем виде:
- мелкодисперсном;
- гранулированном;
- брикетированном посредством прессования.
При этом обеспечивается как механическое задержание, так и фиксирование по более сложному механизму частиц, минимальные размеры которых могут составлять несколько десятых долей микрометра.
Ультрауровень
Ультрафильтрация осуществляется с помощью фильтров из кокосовой стружки, других пористых материалов, часто имеющих волокнистую структуру.
При этом на мембранах с капиллярными размерами отверстий задерживаются примеси биологической (вирусы, микробы), органической природы с размерами до 0,01 мкм.
Недостаток метода заключается в том, что одновалентные ионы растворенных минеральных солей, имеющие слишком маленькие размеры, не задерживаются в порах ультрафильтров. Для удаления таких частиц нужны дополнительные усилия, основанные на обменных реакциях катионов.
Нанопроцесс
Фильтры с наноразмерами ячеек – результат инновационных разработок, которые пока на практике используются не очень часто.
Маркетологи часто прибавляют приставку нано к названиям некоторых методов для придания им весомости. При ближайшем рассмотрении выясняется, что размеры ячеек соответствуют уровню ультрафильтрации, которая многократно апробирована и безопасна при правильном проведении.
Метод обратного осмоса
Эффективный метод отделения органических и минеральных примесей, включая ионы самых маленьких размеров, — обратное осмотическое фильтрование.
Процесс производится на мембранах с частичной проницаемостью.
Технология получила широкое распространение в промышленных и бытовых водоочистителях, позволяет не только избавить воду от загрязнений любого происхождения, но и умягчить ее.
Суть процесса сводится к продавливанию воды через полупроницаемое мембранное полотно. В результате грязевые частицы концентрируются и выводятся с дренажными стоками, а очищенный поток подается к потребителям. Обратный осмос позволяет очистить воду почти на 100 %.
Применение сорбентов
Для очистки воды уже не одно столетие применяются разнообразные сорбенты – материалы с большой площадью активной поверхности, на которой благодаря физико-химическим взаимодействиям фиксируются частицы примесей.
В качестве сорбентов используются следующие материалы:
- углеродсодержащие соединения естественного происхождения;
- полимеры, например полипропилен;
- безуглеродные материалы (например глины, природные алюмосиликаты);
- графитовые композиты.
Пористый наполнитель картриджа или колонки не только обеспечивает сорбционные процессы, но и параллельно проводит механическую фильтрацию, что обеспечивает высокую суммарную результативность очистки.
Реагентные материалы
В процессе комплексной очистки воды используются методы совокупного воздействия на поток, при котором параллельно с механическим отделением частиц происходят химические реакции.
Ионный обмен
Наиболее яркий пример фильтрования, сопровождающегося реакцией, — это ионный обмен при умягчении воды. Жесткость придают, как известно, карбоновые соли кальция и магния, в то время как такие же соли щелочных металлов (калия, натрия) хорошо растворяются, не доставляют сложностей при пользовании водой.
Для умягчения поток пропускают через картридж или колонку с пористой массой, насыщенной подвижными ионами требуемых щелочных металлов.
Наполнитель представляет собой синтетические гранулы сферической или неправильной формы.
При пропускании воды через поры помимо обычного фильтрования происходит обмен катионами. В результате нормализуется солевой состав, уменьшается концентрация не только солей жесткости, но и в значительной мере ионов железа.
Каталитическое фильтрование
В некоторых ситуациях для отделения примесей, в частности железа, нужно провести окисление соединений, перевести их в нерастворимое состояние. Для этого на пористых сорбентах фиксируют измельченные катализаторы, при прохождении через которые происходит реакция окисления.
Образовавшийся осадок с размером крупиц от 10 до 25 мкм задерживается в порах поглотителя, обеспечивая таким способом очистку воды.
Биологический способ
Метод понижения концентрации аммиака в воде посредством пропускания через биофильтры применяется в рыбоводческих хозяйствах.
Рыбы при разведении после поедания 1 кг корма выделяют 31 г аммиака, обезвреживание которого могут обеспечить специальные бактерии.
Микробы, закрепленные на пластиковых гранулах, пористых пленках, песке или гравии, переводят токсичный аммиак водного потока в безопасный анионный вид.
Заключение
Фильтрование – это наиболее древний метод очистки воды, который по настоящее время остается базовым. Пропускание потока через сетки, ячеистые или пористые материалы проводится в промышленных, бытовых очистных комплексах. Иногда при этом помимо механического задержания примесей параллельно происходят процессы другой природы.
В последние года в медиа-источниках можно увидеть более широкую трактовку представлений о фильтрации, при которой рассматриваются способы очистки воды дистилляцией, пропусканием электрического тока, другими воздействиями. Такая постановка вопроса не совсем правомерна потому, что указанные процессы проходят без пропускания потока через фильтровальные материалы.
