Подробное руководство по 9 распространенным методам очистки воды — знаете ли вы их все?

К наиболее распространенным методам водоподготовки относятся: осадочная фильтрация, умягчение воды, адсорбция на активированном угле, деионизация. Обратный осмосУльтрафильтрация, дистилляция, ультрафиолетовая (УФ) дезинфекция и биохимическая обработка.

1. Фильтрация осадка

Целью осадочной фильтрации является удаление взвешенных частиц или коллоидных веществ из источника воды. Если эти частицы не будут удалены, они могут повредить чувствительные фильтрующие мембраны, используемые на последующих этапах очистки воды (например, для воды, используемой в диализе), или даже вызвать засоры в водопроводных линиях. Это древний и простой метод очистки воды; следовательно, этот этап часто используется в качестве предварительного этапа в процессах очистки воды. Кроме того, при необходимости в трубопроводную систему могут быть установлены дополнительные фильтры для удаления более крупных примесей. Для отсеивания взвешенных частиц используется широкий спектр фильтров, включая сетчатые фильтры, гранулированные фильтры (например, из кварцевого песка) и Мембранный фильтрЛюбые частицы, размер которых превышает размер пор фильтра, будут эффективно улавливаться и удаляться. Однако этот метод не может удалять ионы, растворенные в воде.

2. Умягчение воды

Для умягчения жесткой воды необходимо использовать метод ионного обмена. Его цель — использовать катионообменные смолы для обмена ионов натрия на ионы кальция и магния, присутствующие в жесткой воде, тем самым снижая концентрацию ионов кальция и магния в источнике воды.

3. Активированный уголь

Активированный уголь получают путем высокотемпературной сухой дистилляции и карбонизации различных материалов, таких как древесина, древесные отходы, косточки фруктов, скорлупа кокосовых орехов, уголь или нефтяные остатки. После производства материал должен пройти процесс активации с использованием горячего воздуха или пара. Его основная функция заключается в удалении хлора, хлораминов и других растворенных органических веществ с молекулярной массой от 60 до 1000 Дальтон. Поверхность активированного угля зернистая, а его внутренняя структура сильно пористая; эти поры содержат многочисленные капилляры размером от приблизительно 10 нм до 1 Å. Один грамм активированного угля обладает внутренней площадью поверхности, достигающей 700–1400 м²; именно на внутренних поверхностях этих капилляров, а также на внешних поверхностях гранул, происходит процесс адсорбции.

4. Деионизация

Цель деионизации — удаление неорганических ионов, растворенных в воде. Как и процесс умягчения воды, этот метод также основан на принципах работы ионообменных смол. В этом процессе используются два типа смол: катионообменная смола и анионообменная смола. Катионообменная смола использует ионы водорода (H+) для обмена на катионы, а анионообменная смола использует ионы гидроксида (OH-) для обмена на анионы; ионы водорода и ионы гидроксида впоследствии соединяются, образуя нейтральную воду.

5. Обратный осмос
Обратный осмос — эффективный метод удаления растворенных неорганических веществ, органических соединений, бактерий, пирогенов и других твердых частиц из воды; он является важнейшим компонентом в очистке воды, используемой для диализа. «Осмос» — это процесс, при котором два раствора с разной концентрацией разделяются полупроницаемой мембраной. Если растворенное вещество не может пройти через мембрану, молекулы воды будут мигрировать со стороны с более низкой концентрацией на сторону с более высокой концентрацией до тех пор, пока концентрации с обеих сторон не сравняются. До достижения этого равновесия можно постепенно прикладывать давление к стороне с более высокой концентрацией, чтобы временно остановить вышеупомянутое движение молекул воды; давление, необходимое для достижения этого, называется «осмотическим давлением». Если приложенное давление превышает осмотическое давление, движение молекул воды изменит направление — они начнут течь со стороны с более высокой концентрацией на сторону с более низкой концентрацией — явление, известное как «обратный осмос».

6. Ультрафильтрация
Ультрафильтрация, как и обратный осмос, использует полупроницаемую мембрану; однако она не позволяет контролировать удаление ионов, поскольку размер пор мембраны относительно велик и обычно составляет от 10 до 200 ангстремов (Å). Она способна удалять только бактерии, вирусы, пирогены и твердые частицы, но не может фильтровать водорастворимые ионы. Основная функция ультрафильтрации — предварительная обработка перед обратным осмосом, предотвращающая бактериальное загрязнение мембраны обратного осмоса. Она также может использоваться в качестве постобработки в системах очистки воды для предотвращения загрязнения воды, поступающей в трубопровод, бактериями. Как правило, эффективность ультрафильтрационной мембраны контролируется путем наблюдения за разницей давлений между входом и выходом; подобно фильтрам с активированным углем, мембрана периодически очищается методом обратной промывки для удаления накопившихся примесей.

7. Дистилляция
Дистилляция — древний, но эффективный метод очистки воды. Он способен удалять все нелетучие примеси, однако не может устранить летучие загрязняющие вещества. Для этого процесса требуются большие резервуары для хранения очищенной воды; как ни парадоксально, эти резервуары и связанные с ними трубопроводы часто являются значительными источниками повторного загрязнения. Следовательно, этот метод обычно не используется для очистки воды, применяемой в гемодиализе.

8. Ультрафиолетовая (УФ) дезинфекция
Ультрафиолетовая дезинфекция (УФ) — один из наиболее широко используемых методов очистки воды. В отличие от некоторых других методов, УФ-дезинфекция не образует вторичных загрязняющих веществ и относится к технологиям дезинфекции нового поколения. Отличаясь широким спектром действия, низкими эксплуатационными расходами, длительным сроком службы, высокой производительностью и отсутствием загрязнения окружающей среды, УФ-дезинфекция постепенно стала основным методом дезинфекции в развитых западных странах. Механизм стерилизации включает разрушение нуклеиновых кислот — генетического материала, необходимого для жизни, — внутри бактерий, что делает их неспособными к размножению. Ключевой реакцией в этом процессе является димеризация пиримидиновых оснований в молекулах нуклеиновых кислот. Обычно это достигается с помощью ультрафиолетового (УФ) излучения с определенной длиной волны 253,7 нм, генерируемого искусственно ртутными разрядными лампами низкого давления (бактерицидными лампами). Принцип работы УФ-бактерицидных ламп идентичен принципу работы люминесцентных ламп; Однако, в отличие от люминесцентных ламп, внутренняя поверхность трубки не покрыта люминесцентным фосфором, а сама трубка изготовлена ​​из кварцевого стекла, обладающего высокой степенью пропускания ультрафиолетового излучения. В целом, устройства УФ-стерилизации подразделяются на три типа в зависимости от области применения: системы облучения, погружные системы и проточные системы.

9. Биохимические методы
Биохимические методы очистки воды используют различные встречающиеся в природе бактерии и микроорганизмы для разложения и преобразования органических веществ, содержащихся в сточных водах, в безвредные вещества, тем самым очищая очищенные стоки. Эти биохимические методы очистки можно условно разделить на процессы с использованием активного ила, биопленочные процессы, биологические окислительные башни, системы очистки сточных вод на суше и анаэробные биологические методы очистки воды.
Типичная технологическая схема биохимической очистки воды выглядит следующим образом: Исходная вода → Решетки → Уравнительный резервуар → Резервуар контактного окисления → Отстойник → Фильтрация → Дезинфекция → Очищенные сточные воды.