Методы очистки воды

Вода - наиболее ценный природный ресурс, имеющий наряду с воздухом, которым мы дышим, огромное значение в существовании человеческой жизни. Поэтому качество воды должно соответствовать определенным нормам и стандартам чистоты. В соответствии с требованиями нормативных документов РФ (СанПиН 2.1.4.1074-01) , питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства. Вещества, в зависимости от их состава и характера действия, нормируются по лимитирующему показателю вредности (ЛПВ), под которым понимают наибольшее отрицательное влияние, оказываемое данными веществами.

Как правило, вода, перед тем как попасть в наши дома и квартиры, проходит обработку на водоочистных станциях и на выходе уже должна соответствовать нормам СанПиНа. Но зачастую, уже непосредственно у потребителя вода становится непригодной к употреблению (мутный цвет, запахи и.т.д.). Причиной такого состояния воды являются старые коммуникации и изношенность трубопровода по которым вода поступает к конечному потребителю.

Для определения веществ содержащихся в воде, а также для определения их количественного показателя проводится специальный химический анализ воды. Как уже было сказано, содержание в воде допустимых веществ лимитируется определенными нормами (см. Приложение №1). Поэтому исходя из данных хим. анализа определяются вещества, уровень содержания которых необходимо снизить, а также выбираются методы водоподготовки и необходимое оборудование.

Фильтры очистки воды, предназначение, устройство, принцип работы, схема использования.

Самой первой ступенью в водоподготовке воды является ее механическая очистка от разного рода примесей и грязи с помощью фильтров грубой и тонкой очистки, которые могут устанавливаться как префильтры перед последующими ступенями очистки, так и замыкающими цепочку оборудования для окончательного удаления грязи и запахов.
Механические фильтры очистки воды предназначены для удаления инородных примесей, в частности, частиц ржавчины, песчинок, волокон пеньки и т.п. В качестве рекомендации нашим заказчикам мы советуем использовать сетчатые фильтры производства немецкой компании Honeywell, которые обеспечивают постоянное снабжение водой и предохраняют от проникновения механических примесей. Преимуществом данных фильтров является их саморегенерация, т.е. при засорении фильтроэлемента не нужно его заменять, а достаточно воспользоваться режимом обратной промывки. В процессе обратной промывки поток воды проходит через дополнительный участок сетки, очищается, ускоряется во вращающейся турбине, промывает основной участок сетки изнутри и, захватывая мусор на дне колбы, удаляется. Во время обратной промывки чистая вода продолжает поступать потребителям. Режим промывки включается простым поворотом ручки шарового клапана. Возможна автоматизация процесса путем установки привода автоматизации или реле давления, которые обеспечивают активацию системы обратной промывки фильтров без участия человека.
В линейке фильтров Honeywell существуют комбинированные узлы, объединяющие в один прибор обратный клапан, фильтр тонкой очистки с обратной промывкой, редукционный клапан и запорный вентиль (см. рис).
Фильтры имеют разный диапазон по производительности – от полупромышленного назначения (3-4 м3/час) до индустриально-промышленных моделей (до 158 м3/час), которые используются в крупных жилых зданиях, установках центрального водоснабжения, на промышленных и торговых площадях. Для сетей с высоким давлением предусмотрены специальные угловые сетчатые фильтры, которые за счет оптимальной гидродинамической конструкции корпуса работают при давлении до 40 бар.
Степени фильтрации: 500, 300, 200, 100 мкм (для фильтров грубой очистки) и 50, 20 мкм (для фильтров тонкой очистки).
Для осуществления более тонкой фильтрации можно использовать фильтра типа «Big Blue», которые состоят из корпуса и сменного фильтроэлемента (картриджа). Степень фильтрации воды может, в зависимости от выбранного картриджа, может составлять от 50 мкм до 1 мкм .

Фильтры засыпного типа. Помимо загрязнений механического характера, основными видами загрязнения вод являются растворенное железо, соли кальция и магния, обуславливающие жесткость воды. Вследствие этого вода приобретает мутный вид, неприятный привкус железа, плохо отстирывает белье, оставляет рыжие разводы на сантехнике и образует накипь в нагревательных элементах и механизмах стиральных машин. Для удаления этих загрязнений используются фильтры для очистки воды засыпного типа (фильтры с зернистой загрузкой).

Все фильтры для очистки воды засыпного типа имеют практически одинаковую конструкцию и состоят из следующих элементов:

1. Корпуса в виде баллона (бака, минерального бака) из коррозионностойкого материала (стеклопластика, нержавеющей стали и т.п.).
2. Блока управления (контроллера, клапана управления) для автоматической регенерации фильтра.
3. Входного и выходного патрубков, а также дренажного патрубка для слива промывной воды.
4. Центрального распределительного стояка (водоподъемной трубы).
5. Нижнего распределителя (щелевой экранирующей фильеры).
6. Гравийной подложки (поддерживающего слоя из гравия).
7. Фильтрующей среды (зернистой загрузки, засыпки).

Прицип действия такого фильтра прост: неочищенная вода через входной патрубок поступает внутрь фильтра, проходит сверху вниз через слой фильтрующей среды и, очистившись, через нижнюю фильеру попадает в водоподъмную трубу, по которой уже движется вверх к выходному патрубку.
В процессе работы фильтры для очистки воды засыпного типа засоряются, поэтому периодически их необходимо промывать водой или восстанавливать (регенерировать). При этом различают как обратную, так и прямую промывку, а также реагентную регенерацию, когда фильтрующая среда промывается специальным реагентом, например, марганцовкой.

В связи с этим фильтры засыпного типа подразделяются на два подтипа:

Фильтры засыпного типа с безреагентной регенерацией путём обратной промывки.
Наиболее часто технологический цикл регенерации такого фильтра состоит из двух ступеней:
а) Обратная промывка.
Заключается в том, что неочищенная вода со входного патрубка подается сразу в водоподъемную трубу (стояк). Через нижний распределитель вода проходит снизу вверх сквозь фильтрующую среду, взрыхляет ее, вымывает все засоряющие фильтр частицы и через дренаж сливается в канализацию. Таким образом, направление потока воды здесь меняется на обратное, откуда и название - обратная промывка.
б) Прямая промывка.
Здесь вода течет в том же направлении, что и при нормальном цикле фильтрации, однако очищенная вода поступает не в выходной патрубок, а сбрасывается в дренаж. Смысл ее в том, чтобы сбросить через дренаж остатки загрязняющих частиц и уплотнить фильтрующую загрузку после цикла обратной промывки.
Следует отметить, что засыпные фильтры с безреагентной регенерацией для обезжелезивания воды должны применяться в сочетании с предварительной подготовкой воды с помощью аэрационной, дозирующей или аэрационно-дозирующей системы. Выбор метода предварительной подготовки воды зависит от ряда условий, связанных с качеством исходной воды и других особенностей конкретного водоисточника.

Фильтры засыпного типа с реагентной (химической) регенерацией фильтрующей среды.
Данный вид регенерации используется, в основном, для ионообменных или многофункциональных фильтров засыпного типа, так как позволяет наиболее полно восстановить окислительную способность каталитической загрузки (например, Manganese Greensand). Технологический цикл регенерации этих фильтров, как правило, включает три ступени:
а) Обратная промывка.
б) Промывка фильтрующей среды реагентом.
Концентрат регенерирующего раствора (соль, марганцовка) находится в специальной емкости, расположенной рядом с баком фильтра и соединенной с полостью фильтра отдельным трубопроводом. По сигналу с контроллера раствор начинает засасываться в клапан управления и смешиваться в определенной пропорции с поступающей на фильтр водой, при этом выходной патрубок перекрывается и открывается дренаж. Проходя через слой фильтрующей загрузки растворенный реагент восстанавливает ее фильтрующую способность и затем сбрасывается в дренаж. Направление потока воды такое же, как и в цикле нормальной фильтрации.
в) Прямая промывка.
г) Наполнение водой реагентного бака.

Принципиальная схема использования фильтров разных типов может выглядеть следующим образом:

1-фильтр грубой очистки, 2-фильтр тонкой очистки, 3-установка обезжелезивания, 4-установка умягчения, 5-фильтр тонкой фильтрации (угольный)

Типы установок и методы очистки воды

Существует множество методов очистки воды, здесь будут приведены наиболее часто применяемые и основные из них.

Осветление воды фильтрованием

Фильтрование является важнейшим этапом приготовления воды и применяется для самых различных целей. При подготовке питьевой воды, подаваемой из общественных водопроводных сетей, как правило, применяется тонкое фильтрование с использованием сетчатых фильтров с промывкой или картриджных фильтров. В технике подготовки вода из индивидуальных или поверхностных источников водоснабжения наиболее широко применяют скорые напорные фильтры. В качестве фильтрующего материала в зависимости от целей фильтрации применяется кварцевый песок, антрацит, активированный уголь, доломит, керамзит и др. Высота фильтрующего слоя в напорных фильтрах определяется качеством исходной воды и крупностью фильтрующего материала.
Для восстановления фильтрующей способности загрузки, как правило, применяется обратная промывка током воды или водовоздушной смесью. Объем поступающей противотоком промывной воды обеспечивает удаление налипших загрязнений.
В качестве оборудования для решения этой задачи можно использовать фильтры тонкой очистки (например Honeywell) или установку для очистки воды от механических примесей серии ФМ.

Обезжелезивание.

Все многообразие методов, применяемых в технологии обезжелезивания воды, можно свести к двум основным типам – реагентные и безреагентные.

В установках для удаления железа с безреагентной регенерацией (серия HFI) в качестве фильтрующего материала используется Birm – синтезированный алюмосиликат с пористой структурой, покрытый оксидами марганца и железа. Принцип действия – катализатор, ускоряющий процесс окисления двухвалентных железа и марганца растворенным в воде кислородом воздуха. Удаляет общее железо, марганец.
Для эффективной работы установки к исходной воде предъявляются следующие требования:
• железо общее – не более 7 мг/л, в том числе железо двухвалентное не менее 70%;
• марганец – не более 0.5 мг/л;
• водородный показатель рН 6.8;
• нефтепродукты - отсутствие;
• окисляемость перманганатная - не более 6.0 мг О/л;
• щелочность общая – не менее 2.5 ммоль/л;
• щелочность должна превышать более чем в 2 раза суммарную концентрацию сульфатов и хлоридов;
• содержание растворенного кислорода на 20% выше содержания общего железа (или железа и марганца);
• сероводород и сульфиды – не более 0.3 мг/л;
• температура- 5-35°С.

В установках для удаления железа с реагентной регенерацией (серия FGI) в качестве фильтрующего материала используется марганцевый цеолит (MZ), более известен как Марганцевьий зеленый песок (Manganese Greensand - MGS). Он может окислять железо или марганец до тех пор, пока не истощится по электронам. Эти электроны могут быть восстановлены непрерывно или периодически с дозированием окисляющих агентов, таких, как перманганат калия. Это свойство позволяет использовать МGS как в качестве каталитической, так и в качестве окисляющей загрузки. При отсутствии в воде окислителя для восстановления свойств МGS его регенерируют раствором марганцовки.
Для эффективной работы установки к исходной воде предъявляются следующие требования:
• взвешенные вещества - не более 5 мг/л;
• железо общее – не более 15 мг/л;
• марганец – не более 7.0 мг/л;
• сероводород и сульфиды – не более 5.0 мг/л
• водородный показатель рН ? 6.5;
• нефтепродукты - отсутствие;
• окисляемость перманганатная - не более 6.0 мг О/л
• температура- 5-26.7°С.

Умягчение воды.

Установки данного типа (серия HFS) предназначены для удаления солей жесткости. В качестве фильтрующего материала используется сильнокислотная катионообменная смола (сополимер стиролдивинилбензола) в натриевой форме . Умягчение воды основано на обмене ионов солей жесткости (кальция и магния) на ионы натрия при прохождении ее через слой ионообменной смолы. После истощения обменной емкости катионит теряет способность умягчать воду и его необходимо регенерировать. Регенерация Na-катионита достигается фильтрованием через него раствора хлорида натрия (поваренная соль) концентрацией 5-8%.
Для эффективной работы установки к исходной воде предъявляются следующие требования:
• жесткость общая - не более 20 ммоль/л;
• общее солесодержание - не более 1000 мг/л;
• цветность - не более 30 град;
• сероводород и сульфиды - отсутствие;
• свободный активный хлор не более 1 мг/л;
• окисляемость перманганатная - не более 6.0 мг O2/л,
• нефтепродукты – отсутствие
• взвешенные вещества - не более 5 мг/л;
• железо общее – не более 0.5 мг/л;
• температура- 5-35°С.

Очистка воды от органических соединений и хлора.

Установки данного типа (серия HFK) предназначены для удаления из воды хлора, органических соединений, устранение неприятного запаха и вкуса. В качестве фильтрующего материала используется гранулированный активированный уголь. Органические соединения, нефтепродукты и хлор адсорбируются на гранулах фильтрующей загрузки и в дальнейшем вымываются в дренаж при обратной промывке.
Для эффективной работы установки к исходной воде предъявляются следующие требования:
• железо общее – не более 0.5 мг/л;
• марганец – не более 0.1 мг/л;
• минимальное содержание механических примесей и масел;
• температура- 5-35°С.