Обзор современных технологий фильтрации воды

С ростом угроз загрязнения водных ресурсов, а также увеличением потребительского интереса к качеству воды инновационные методы очистки развиваются очень быстро. В этой статье расскажем о современных технологиях фильтрации воды — основных трендах и комплексных системах.

Мембранные технологии

Метод предполагает применение мембран, которые позволяют различным веществам проходить или задерживаться в зависимости от размера, заряда молекул. Рассмотрим основные виды мембранных технологий.

Ультрафильтрация

Ультрафильтрация — способ очистки жидкости с помощью полупроницаемых мембран, поры которых расположены в диапазоне от 1 до 100 нанометров. Это позволяет убирать из воды бактерии, вирусы, коллоидные вещества, органические молекулы и некоторые тяжелые металлы, сохраняя при этом растворенные соли, жидкости.

Принцип работы:

Подавление градиента концентрации заставляет жидкость проходить через мембрану. Во время фильтрации загрязняющие вещества остаются на мембране, в то время как очищенная вода проходит дальше. Этот процесс может быть непрерывным или периодическим в зависимости от требований процесса.

Преимущества ультрафильтрации:

• Эффективность удаления загрязнителей: обеспечивает степень очистки до 99% для бактерий и вирусов, между тем как большинство коллоидных частиц также эффективно удаляются.
• Низкое потребление энергии: по сравнению с другими мембранными технологиями, такими как обратный осмос, ультрафильтрация тратит меньше энергии для работы.
• Отсутствие химии: ультрафильтрация осуществляется без применения химических реагентов, делая жидкость экологически чистой.
• Гибкость применения: может быть использована как для очистки питьевой воды, так и в технологии обработки сточных вод.

Фильтры с обратным осмосом

Обратный осмос (ОО) — это способ очистки H2O, который активно применяют в водоснабжении, промышленности, бытовых системах. Метод основан на использовании полупроницаемых мембран, которые эффективно устраняют загрязняющие вещества, обеспечивая высокое качество питья.

Принцип работы ОО:

• Подготовка воды: перед фильтрацией жидкость проходит предварительную обработку (например, механическую фильтрацию), чтобы удалить крупные частицы, органические вещества.
• Создание давления: H2O подается на мембрану под высоким давлением. Оно превышает естественное осмотическое давление раствора, обеспечивая движение молекул воды через мембрану.
• Фильтрация: полупроницаемая мембрана задерживает крупные молекулы, ионы (соли, тяжелые металлы, микроорганизмы), в то время как вода проходит сквозь нее, образуя очищенную жидкость.
• Сбор очищенной воды: чистая H2O попадает в отдельный бак, а загрязняющие вещества концентрируются и отводятся в стоки.

Достоинства:

• Высокая степень фильтрации: ОО удаляет до 99% растворенных солей, тяжелых металлов, органики, вирусов, бактерий.
• Универсальность: ОО подходит для очистки пресной, сточной и морской H2O.
• Долгий срок службы мембран: при правильном уходе мембраны обратного осмоса могут служить несколько лет.

Ионообменнные технологии

Эти методы основаны на возможности ионообменных смол обмениваться ионами с растворенными веществами в воде. Это позволяет удалять нежелательные компоненты, улучшать качество жидкости.

Принцип работы

Ионообмен проходит в ионообменниках, которые содержат ионообменные смолы. Эти смолы бывают катионными или анионными, в зависимости от того, какие ионы они удерживают и какие могут обменивать.

Катионный обмен

При катионном обмене происходит замена положительно заряженных ионов (катионов) в H2O, таких как кальций (Ca2+), магний (Mg2+), натрий (Na+), на более подходящие ионы, например, натрия. Это позволяет смягчить воду, удаляя жесткие катионы, которые могут вызывать накипь в трубах и оборудовании.

Анионный обмен

При анионном обмене происходит замена отрицательно заряженных ионов (анионов) в воде, таких как хлорид (Cl−) и сульфат (SO42−), на другие анионы, например, гидроксид (OH−). Этот процесс позволяет удалять специфические загрязняющие вещества, такие как нитраты, фосфаты, органические соединения.

Преимущества ионообменных технологий:

• Эффективность: ионообменные технологии обладают высокой эффективностью удаления ионов. Это позволяет достигать требуемых стандартов качества питья.
• Гибкость: метод подходит для обработки различных источников воды.
• Непрерывная работа: ионообменные системы могут работать постоянно, что делает их особенно удобными для промышленных применений.
• Отсутствие химических реагентов: в отличие от химических методов обработки, ионообмен не требует добавления химических веществ, что минимизирует воздействие на окружающую среду.

Адсорбционные методы

Адсорбционные технологии очистки — одни из наиболее эффективных способов удаления загрязнителей из водных растворов. К ним относятся угольные фильтры.

Принцип действия

Адсорбция — это процесс, при котором молекулы загрязняющих веществ, находящиеся в растворенном состоянии, прилипают к поверхности твердого вещества, называемого адсорбентом. Жидкость, проходя через слой адсорбента, очищается от различных веществ, загрязнителей.

Преимущества адсорбционных методов:

• Эффективность: адсорбция обеспечивает высокий уровень удаления загрязнителей, включая органические вещества, токсичные соединения.
• Простота, доступность: способ может быть реализован в домашних условиях, а также в промышленных масштабах.
• Низкие затраты: применение адсорбционных технологий требует значительно меньших капиталовложений по сравнению с другими методами очистки.

УФ-дезинфекция

Ультрафиолетовое излучение — часть спектра электромагнитного излучения и делится на три основных диапазона: UVA, UVB, UVC. Для дезинфекции используется диапазон UVC, который имеет длину волны от 200 до 280 нанометров.

Принципы работы УФ-дезинфекции

Ультрафиолетовая (УФ) дезинфекция — это метод обработки, который использует ультрафиолетовые лучи для уничтожения микроорганизмов, таких как бактерии, вирусы, грибки. Этот процесс не только обеспечивает высокий уровень очистки, но и сохраняет физико-химические свойства жидкости.

Основные этапы процесса дезинфекции:

• Генерация ультрафиолетового света: УФ-лампы излучают свет в диапазоне UVC, который содержит достаточно энергии, чтобы проникать в клетки микроорганизмов.
• Воздействие на микроорганизмы: когда вода проходит через камеру с УФ-лампами, солнечные лучи воздействуют на ДНК или РНК микроорганизмов. Это воздействие приводит к разрыву их генетической информации, предотвращая возможность размножения и вызывая их уничтожение.
• Поток воды: жидкость может проходить через стерилизатор в непрерывном потоке или в виде батч-процесса, в зависимости от конкретных условий и требований к обработке.

Преимущества УФ-дезинфекции:

• Эффективность: УФ-стерилизатор уничтожает до 99,9% бактерий, вирусов и других патогенов.
• Отсутствие химических реагентов: в отличие от хлорирования, метод не требует добавления химикатов, исключая образование побочных продуктов, потенциально вредных для здоровья.
• Сохранение качества воды: УФ-дезинфекция не меняет вкус, запах или цвет H2O.
• Скорость очистки: дезинфекция УФ-лучами происходит мгновенно, поэтому вода сразу готова к использованию.

Озонирование

Озонирование воды — это метод очистки, основанный на использовании озона (O3) как мощного окислителя. Процесс позволяет эффективно удалять микробиологические загрязнения, химические соединения, неприятные запахи.

Принципы озонирования

Озон — разновидность кислорода, состоящая из трёх атомов кислорода, обладает сильными окислительными свойствами.

Основные этапы озонирования:

• Генерация озона: элемент получают из обычного кислорода (O2) при помощи электрического разряда (озонаторы), ультрафиолетового излучения или других методов. Воздействие на молекулы кислорода приводит к их разложению и образованию озона.
• Введение озона в воду: полученный озон вводится в H2O через диффузоры, где он смешивается с жидкостью.
• Окисление, дезинфекция: озон вступает в реакцию с микробиологическими загрязнениями (бактериями, вирусами, грибками) и химическими веществами (пестициды, фенолы, тригалометаны), окисляя их, разрушая клетки.
• Разложение остатков озона: элемент быстро разлагается, превращаясь обратно в кислород. Это означает, что остаточного озона в очищенной воде практически нет, поэтому она не имеет неприятных запахов или вкусов.

Преимущества озонирования:

• Озон убивает до 99,9% патогенов, в том числе бактерии, вирусы и одноклеточные организмы, что делает его мощным методом дезинфекции.
• В отличие от хлора и других химических реагентов, озон разлагается на безопасные соединения (кислород), что минимизирует образование вредных побочных продуктов.
• Озон эффективно удаляет не только микроорганизмы, но и запахи, мутность, а также органические, неорганические загрязнения.
• Озон — природный оксидант, практически не оставляет следов в окружающей среде. Он безопасен для человека и животных при правильном использовании.

Электрохимические методы

Электрохимические методы очистки основаны на применении электрической энергии для инициирования химических реакций, которые удаляют загрязняющие вещества из жидкости.

Виды:

• Электролиз: применение электрического тока для разложения H2O на составляющие — кислород и водород — с образованием свободных радикалов и хлора.
• Электрофлотация: электрический ток применяют для образования микропузырьков, которые поднимаются на поверхность и уносят с собой взвешенные частицы, превращая их в осадок.
• Электроокисление: окисление растворенных загрязняющих веществ при помощи электродов. Активные окислители, такие как озон, H2O2 и гипохлориты, образуются в результате реакции и разрушают органические соединения, микробы.
• Электродиализ: ионы в растворе переносятся через полупроницаемые мембраны при применении электрического поля. Это позволяет селективно удалять ионы загрязнителей, такие как тяжелые металлы или соли.

Преимущества электрохимических методов:

• Высокая эффективность: эти методы позволяют достигать высоких уровней очистки, в том числе удаления микробиологических загрязнений и токсичных веществ.
• Модульность: многие электрохимические системы настраиваются для работы с различными типами загрязненной воды.
• Потенциал повторного использования: качественная фильтрация сточных вод дает возможность их повторного внедрения в производственные циклы, снижая потребность в свежей воде.

Комплексные системы фильтрации

Комплексные системы играют важную роль в обеспечении чистой и безопасной воды для населения, защиты здоровья людей и природы. Они необходимы для эффективного решения современных проблем водоснабжения и загрязнения.

Технология Vi Tap — новый комплексный способ фильтрации питьевой воды. Она основана на сочетании нескольких современных методов очистки, которые обеспечивают высокую степень удаления загрязняющих веществ, микроорганизмов и патогенов.

Этапы очистки:

• Фильтрация: начальный этап включает многослойную очистку, которая устраняет крупные и мелкие частицы, таким образом уменьшая уровень мутности воды.
• Ультрафиолетовое (УФ) облучение: после предварительной фильтрации вода подвергается УФ-облучению, что позволяет уничтожить бактерии, вирусы и патогенные микроорганизмы.
• Обратный осмос: удаляет растворенные соли, тяжелые металлы и органику.
• Минерализация: после обработки система добавляет в воду необходимые минералы, которые улучшают вкус жидкости и делают ее безопасной для потребления.
• Мониторинг, автоматизация: Vi Tap оснащена современными системами мониторинга, которые отслеживают качество воды на каждом этапе очистки. Автоматизированные алгоритмы позволяют регулировать процессы в реальном времени, обеспечивая стабильные результаты.

Преимущества технологии Vi Tap:

• Высокая эффективность очистки: технология Vi Tap позволяет достигать уровня очистки, соответствующего жестким стандартам качества H2O.
• Безопасность для здоровья: использование УФ-облучения и обратного осмоса минимизирует риск наличия в воде патогенов и токсичных соединений.
• Экологичность: метод не требует использования химических веществ, снижая негативное влияние на окружающую среду.
• Гибкость и адаптивность: система может быть адаптирована под различные условия эксплуатации, включая разные источники поставки воды, требования к конечному продукту.
• Надежность: конструкция системы предполагает использование качественных материалов и компонентов.

Применение

Оборудование Vi Tap применяется в различных помещениях, например, ресторанах, гостиницах, офисах, конференц-залах и жилых домах. Оно обеспечивает сотрудников качественной питьевой водой и предоставляет возможность выбора между горячей, холодной и газированной водой.

Заключение

В условиях постоянного роста населения, а также потребности в чистой воде, инвестиции в современные системы фильтрации становятся важным шагом к обеспечению устойчивого водоснабжения и сохранению водных ресурсов для будущих поколений. Внедрение и развитие этих технологий играют ключевую роль в безопасности воды, которая является основой здоровья и благополучия общества.

Источник фото: freepik.com, bwater.ru