Технологии очистки питьевой воды

Устройства для очистки воды в городских квартирах или в коттеджах, помимо мембранной технологии, которая используется в фильтрах NEROX, можно разделить на следующие группы:

1. механические фильтры грубой очистки
2. ультрафиолетовые обеззараживатели
3. адсорбционные очистители
4. картриджные системы, в которых обычно сочетаются три процесса:
   • механическое фильтрование
   • химическое и адсорбционное взаимодействие воды с картриджем
   • химическое обеззараживание воды
5. электрохимические обеззараживатели

Первая, вторая и третья группы бытовых устройств для очистки воды относятся к безреагентным системам водоподготовки и, следовательно, в очищенную воду не поступают и в ней не образуются химические вещества, которые отсутствовали в исходной воде. Картриджные и электрохимические системы являются реагентными системами водоподготовки.

Механические фильтры грубой очистки

Механические фильтры грубой очистки обеспечивают удаление мелких частиц песка, ржавчины, глины и других взвешенных частиц, а также повышение качества питьевой воды за счет частичного снижения ее мутности и цветности.

Механические фильтры имеют размер пор 1-40 мкм. Они изготавливаются в виде пружин, тонких пластин или дисков (толщиной менее 1 мм), толстых пластин или дисков (толщиной 2-10 мм), полусфер, трубок, толстостенных цилиндров (толщина стенки более 5 мм) и зернистых слоев из металлов, металлокерамики, стекла, керамики, пористых полимеров, полимерных и углеродных волокон и песка.

Недостатки механических фильтров:

• Не все фильтры имеют гигиенический сертификат
• Производители этих фильтров часто по незнанию или умышленно завышают их возможности

К достоинствам механических фильтров грубой очистки следует отнести простоту конструкции и возможность использования в сочетании с другими видами бытовых фильтров в качестве одного из элементов устройства (картриджные фильтры) или самостоятельного устройства в одной из стадий очистки воды.

Такое использование механических фильтров грубой очистки позволяет повысить эффективность работы других бытовых устройств водоочистки, например, ультрафиолетовых обеззараживателей воды.

Ультрафиолетовые обеззараживатели воды

В отличие от всех других устройств, для бытовой очистки воды, ультрафиолетовые обеззараживатели не требуют периодической регенерации и со стабильной производительностью и эффективностью обеззараживают прозрачную воду.

В качестве недостатков этих устройств можно отметить следующие:

• При работе с водой повышенной цветности и мутности эффективность их обеззараживания значительно снижается, и они не выполняют свою функцию — обеззараживание воды.
• Некоторые конструкции требуют определенных защитных ограждений или отдельного помещения, чтобы устранить вредное влияние ультрафиолетового излучения на здоровье человека.
• Ультрафиолетовые обеззараживатели убивают, но не удаляют из воды микроорганизмы. Поэтому в очищенной воде содержатся мертвые микроорганизмы, которые при попадании в желудок человека разлагаются с выделением различных вредных веществ.

Исходя из вышесказанного, ультрафиолетовые обеззараживатели целесообразно использовать в сочетании с механическими фильтрами грубой очистки для предварительной очистки воды или с мембранными элементами микро- и ультрафильтрации для финишной очистки. Это позволяет повысить их эффективность и удалить из воды мертвые микроорганизмы.

Адсорбционные очистители

В качестве адсорбента в этих устройствах главным образом используется активированный уголь в виде гранул, углеграфитовых волокон или углеграфитовых тканей.

Эти фильтры позволяют проводить высокоэффективную очистку воды от свободного хлора (после хлорирования воды), большинства видов органических соединений, коллоидных частиц (гидроокись железа, гуминовые кислоты и др.) и практически не удаляют из воды катионы и анионы неорганических веществ. Коллоидные частицы хорошо сорбируются активированным углем, но интенсивно блокируют активную поверхность, существенно уменьшая эффективность очистки и срок эксплуатации фильтра. Для уменьшения влияния коллоидных частиц на работу адсорбционных фильтров можно рекомендовать проводить предварительную обработку воды с помощью механических фильтров грубой очистки воды.

Кроме малой эффективности очистки воды от неорганических ионов, к недостаткам углеродных адсорбентов следует отнести следующие:

• Данные фильтры плохо задерживают микроорганизмы, т.е. не обеспечивают обеззараживание воды. Это связано с тем, что для некоторых видов микроорганизмов такой сорбент является питательной средой. В то время, когда нет протока воды (например, ночью), фильтр не работает и происходит размножение микроорганизмов, а их количество в очищенной воде после фильтра может оказаться даже больше, чем в воде, поступающей на фильтрацию.
• Применение в быту термической или химической технологии регенерации активированного угля при условии, что не известен состав и количество осевших на нем загрязнений, является достаточно трудной задачей. Поэтому такие фильтры периодически заменяют, не проводя их регенерацию.
• Трудно определить срок замены адсорбционных фильтров, так как для этого необходимо периодически проводить анализ исходной и очищенной воды.

Несмотря на эти недостатки, следует признать, что при своевременной замене активированного угля адсорбционные фильтры являются наиболее проверенными, простыми, надежными и эффективными устройствами для очистки воды от указанных загрязнений. Поэтому данные фильтры используются также в качестве составных частей картриджных систем водоподготовки.

Картриджные системы фильтрации

Картриджные системы очистки воды можно разделить на две группы:

1. связанные с водопроводом стационарные системы, имеющие один общий картридж или несколько последовательно соединенных картриджей, выполняющих различные функции
2. переносные или встроенные в емкость сбора чистой воды, или в чайник и другие теплообменные устройства. В этом случае, неочищенная вода из крана заливается в верхнюю часть устройства, проходит через картридж, собирается в нижней его части и используется непосредственно в нем (фильтр-чайник) или переливается в другие емкости (чайник, кастрюля и другие)

Несмотря на такие конструктивные отличия (общий картридж или система картриджей), данные устройства принципиально имеют несколько однотипных уровней очистки и обеспечивают:

• Механическую очистку с использованием мелкоячеистых сеток, керамических дисков и других элементов, которые удаляют из воды взвешенные частицы размером более 5 мкм (ржавчина, глина, песок и др.).
• Очистку воды от солей жесткости и тяжелых металлов с использованием ионообменных смол, сорбентов или их смесей, полученных промышленным путем или в результате измельчения природного материала (например, шунгита). Иногда на этой стадии для обеззараживания воды вводится серебро.
• Снижение содержания хлора и органических веществ, которые осуществляют с помощью активированного угля в виде гранул, волокон или ткани. Одновременно с этим обычно проводится обеззараживание воды ионами серебра или фторирование воды.
• Финишную очистку воды от частиц смолы и угля с использованием сеток.
• В некоторых устройствах осуществляется намагничивание очищенной воды или обогащение воды кислородом, или минеральными компонентами (обычно без указания этих компонентов).

Анализируя достоинства и недостатки используемых в нашей стране картриджных фильтров, следует признать, что компактность этих систем является их основным достоинством.

Недостатков значительно больше, к ним относятся следующие:

• мертвые клетки микроорганизмов попадают в желудок человека с последствиями, о которых уже говорилось выше
• сложно или невозможно определить, когда исчерпался ресурс работы картриджа; последний зависит от состава воды, а состав воды изменяется в зависимости от местоположения жилого объекта и времени года, т.е., имеются еще и сезонные колебания состава воды, которые в реальных условиях учесть практически не возможно
• использование ионов серебра для очистки воды может оказать вредное влияние на здоровье человека при высоком содержании этих ионов или не обеспечить бактериологическую очистку воды при низком содержании ионов серебра
• в случае, когда картриджные фильтры действительно полностью удаляют из воды соли жесткости, это может негативно сказаться на здоровье человека при длительном употреблении такой воды

Так, при обследовании населения, употребляющего воду с низким содержанием магния, обнаружены боле высокая заболеваемость коронарной болезнью, а также случаи внезапной смерти по сравнению с районами, где население употребляет воду с нормальным содержанием данного микроэлемента.

Установлено, что ряд заболеваний у населения связан с употреблением мягкой маломинерализованной питьевой воды. Это характерно, в первую очередь, для гипертонической болезни, язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, хронического гастрита, холецистита, нефрита и ишемической болезни сердца. Физическое развитие детей и подростков лучше в районах, снабжаемых водой с оптимальным содержанием солей.

Присутствие в воде и пище ионов тяжелых металлов при одновременном дефиците кальция может явиться комплексом, способствующим напряжению регуляторноприспособительных систем организма вследствие увеличения токсичности металлов. Последнее объясняется способностью кальция конкурировать с ионами тяжелых металлов за специфический белок: чем больше в воде ионов кальция, тем меньше белка остается на долю тяжелых металлов. Следовательно, дефицит кальция может быть фактором, способствующим усилению токсического действия тяжелых металлов, содержащихся в воде и в пище, употребляемых человеком.

Приведенные выше выдержки из описаний и отмеченные недостатки картриджных систем позволяют заключить, что системы с малыми картриджами не достаточно эффективны и, видимо, в реальных условиях для потребителя воды исполняют роль «успокаивающего» фактора.

Установки с несколькими стационарными картриджами большой емкости, полностью удаляя из воды соли жесткости (Са2+ и Мg2+) и вводя для обеззараживания воды ионы серебра (Аg+) в неконтролируемом количестве, способны оказывать отрицательное влияние на здоровье человека, употребляющего такую воду.

Электрохимические обеззараживатели

Электрохимические обеззараживатели воды являются простыми по конструкции и надежными в эксплуатации устройствами, снабженными двумя электродами. На поверхности и вблизи этих электродов в воде протекают различные электрохимические и окислительно-восстановительные реакции, в результате которых происходит образование окислителей (О2, Сl2, О3) и обеззараживание воды.

Данные устройства имеют следующие недостатки

• Вода не обладает высокой электропроводностью, а водные растворы солей являются хорошими проводниками электричества, поэтому в воде должны содержаться минеральные вещества (соли) в количестве не менее 0,12 г/л.

Наличие в воде органических веществ, мертвых клеток микроорганизмов, О2 и С12 (в результате централизованного хлорирования и побочных химических реакций) приводит к образованию в ней хлорорганических веществ и диоксинов. Диоксины разрушают иммунную систему человека, т.е. их действие на организм человека подобно действию ВИЧ-инфекции. Необходимо отметить, что в зависимости от вида и концентрации диоксина стоимость одного анализа воды на содержание диоксина может достигать $2000.

• Все процессы электролиза протекают с растворением одного из электродов — анода. При этом процессе ионы металла (анода) переходят в питьевую воду. Следовательно, одни тяжелые металлы, которые содержались в воде, заменяются на другие тяжелые металлы, содержащиеся в аноде с возможно еще большей токсичностью, так как материал электродов в описании некоторых установок не указывается.

Таким образом, устройства для обеззараживания воды, в которых используется электрохимическая технология, следует признать опасными для здоровья человека.