Яка технологія фільтрації води найкраща? Очищення води у побутових умовах

Від якості питної води без перебільшення залежить якість нашого життя. Здоров'я, самопочуття та зовнішній вигляд – все це може суттєво покращитись при споживанні очищеної від шкідливих домішок води. Фільтрація останньої – життєва необхідність як умовах великих міст, і у сільській місцевості.

Існують різноманітні способи (методи) очищення води у побуті та на виробництві. Пропоновані на ринку фільтри розрізняються за конструкцією, пропускною спроможністю, споживанням електроенергії, застосовуваним технологіям, вартістю. Щоб придбати найкращий фільтр за співвідношенням "ціна-якість", необхідно уявляти собі, від чого і яким чином вам потрібно очистити воду.

Сучасні технології очищення

Щоб очистити воду від шкідливих домішок, потрібно пропустити її через спеціальне середовище – це суть технології фільтрації. Залежно від того, яким буде це середовище, зміняться властивості води на виході. Різні середовища мають різний ресурс роботи. Щоб забезпечити допустимий вміст домішок у воді, змінювати фільтри доводиться до того, як їхній ресурс буде повністю вичерпаний. Частота зміни фільтрів залежить від характеристик та обсягів води.

Зворотноосмотичні фільтри

Найсучасніші фільтри для очищення води. У них використовуються тонкоплівкові мембрани з розміром осередків, порівнянним із розміром молекули води. Така мембрана видаляє із води практично всі розчинені компоненти, органічні домішки, солі важких металів, бактерії. Вона повністю виробляє свій ресурс за 18–36 місяців. Щоб продовжити термін служби мембрани перед нею ставиться кілька префільтрів.Вони повинні затримувати частинки розміром понад 5 мкм, забезпечувати первинне хімічне очищення. Відфільтровані префільтрами солі та різні домішки змиваються у дренаж примусовим потоком води. За рахунок цих заходів підвищуються продуктивність та термін служби мембрани.

Назад осмотичні фільтри бувають прямоточними і накопичувальними. Накопичувальні економніші: вода з них зливається в спеціальний бак і використовується в міру необхідності. Це дозволяє знизити час використання мембрани та ефективніше витрачати очищену воду. Такі фільтри зручно використовувати у побуті, коли споживання води протягом доби нерівномірне. У промислових цілях використовують прямоточні зворотноосмотичні фільтри.

Однак слід мати на увазі, що фільтри, що працюють за принципом зворотного осмосу, очищають воду не тільки від шкідливих домішок, а й від необхідних організму організму мікро- і макроелементів. Тому таку питну воду доцільно додатково піддавати мінералізації.

Іонообмінні фільтри

Найбільш універсальний вид фільтрів, в якому використовуються іонозамінні смоли. При пропущенні води через таку смолу в останній іони кальцію та магнію замінюються на іони натрію та хлору. За рахунок цього відбувається пом'якшення твердої води, яка створює масу проблем при використанні без очищення.

Про високу жорсткість води свідчить поява осаду білого кольору на сантехніці, в чайниках після кип'ятіння, на нагрівальних елементах пральних машин. Така вода може мати гіркий смак і несприятливо впливає на травну та жовчовивідну системи.

Необхідна потужність фільтра для побутових цілей розраховується в залежності від витрати води, для промислових – залежно від часу на очищення. Щоб іонообмінний фільтр працював ефективно, необхідно періодично промивати розчином хлориду натрію. Іонообмінні смоли повністю вичерпують свій ресурс у середньому через 3 роки.

Безреагентні фільтри знезалізнення води

Високий вміст заліза, марганцю та сірководню у воді надає їй неприємного присмаку та запаху, а також сприяє корозії труб та сантехніки. Постійне вживання такої води для пиття може спричинити розвиток хронічних захворювань. Щоб вивести ці речовини з води у вигляді осаду, достатньо забезпечити надлишковий вміст у ній кисню, який запустить окисні реакції. Цей екологічний метод очищення, як правило, вигідний і з економічної точки зору, оскільки не потрібно постійно купувати будь-які реагенти.

З повітряною аерацією

Технологія заснована на обробці води звичайним атмосферним повітрям, в якому міститься достатня кількість кисню для окислювальних реакцій. Повітряна аерація може проводитися за допомогою нагнітання повітря у воду під тиском або за допомогою розпилення води всередині ємності, на дні якої потім осідає.

З електрохімічною аерацією

Технологія заснована на перетвореннях хімічної та електричної енергії. У переважній більшості випадків вона економічно вигідніша та енергетично ефективніша за інші технології. Аерація відбувається усередині спеціального модуля, оснащеного електродами. При пропусканні через воду електричного струму концентрація вільних іонів кисню в ній підвищується і вони окислюють іони заліза, марганцю та сірководню.

Сорбційні фільтри

Найпоширеніші та недорогі фільтри. Використовуються як самостійно, і у складі складних систем очищення. Роль фільтруючого середовища відіграє активоване вугілля з кокосової шкаралупи, адсорбуючі властивості якого вчетверо вищі, ніж звичайного деревного вугілля. Вугільні фільтри здатні покращити смак, колір, запах води, видалити залишковий хлор, розчинені гази та органічні сполуки. При додаванні до вугілля іонообмінних речовин можливе очищення води від важких металів, бактерій, пестицидів, гербіцидів, азбесту, нафтопродуктів. Вугільні фільтри, адсорбуючи органіку, є сприятливим середовищем для розмноження мікроорганізмів та бактерій, тому їх можна використовувати лише разом із системами знезараження води. Ресурс вугільного фільтра повністю виробляється через 6-9 місяців.

УФ- та озонові фільтри

Це знезаражувальні фільтри, що вбивають бактерії та деякі віруси. Озон має властивість розкладатися у воді з утворенням кисню, що руйнує ферментні системи мікробних клітин. Озонові фільтри вирізняються високою витратою електроенергії, вимагають використання складної апаратури та кваліфікованого технічного обслуговування. Їх найчастіше застосовують для очищення води в басейнах і в медичних закладах. Високі технологічні та експлуатаційні характеристики мають УФ-фільтри, що набули більш широкого поширення: їх ставлять у будинках, котеджах, лабораторіях, ресторанах. Вони не використовуються реагенти, що спрощує технологічний процес очищення. Ультрафіолет має знезаражувальні властивості, знищує не тільки вегетативні, а й спорові форми бактерій і не змінює властивості води.

Жива вода: п'ять прогресивних технологій очищення

Кожен дев'ятий житель планети не має доступу до чистої води поряд з будинком. І ситуація постійно погіршується. Чи врятують людство технології очищення та вторинне використання води?

За оцінками ООН, до 2050 року на Землі житимуть 9,8 млрд людей. Зміна клімату, а також розвиток сільського господарства та промисловості для задоволення потреб постійно зростаючого населення призведуть до серйозного скорочення доступних водних ресурсів. Згідно з дослідницьким проектом WaterAid, 60% населення планети вже зараз живе в районах, де водопостачання не може або скоро припинить задовольняти попит. Водна криза найболючіше проявляється на Близькому Сході, в Центральній Азії та Північній Африці. Росія в рамках прогнозного горизонту 2040 знаходиться в зоні низько-середнього ризику.

Головні тренди ринку

Як розвинені, так і країни, що розвиваються, стикаються з однією загальною проблемою — зростанням обсягів промислових і міських стічних вод. Це, у свою чергу, спонукає розробників з різних країн до пошуку нових і більш досконалих технологій очищення води. Традиційні методи очищення включають використання адсорбентів, зворотного осмосу, іонного обміну та електростатичного осадження. Їх недоліки - висока вартість, погана можливість повторного використання та низька ефективність. Незважаючи на прогрес, досягнутий у розробці нових технологій за останнє десятиліття, їх використання обмежене в основному через властивості матеріалів та вартості. Згідно з аналітичним агентством Mordor Intelligence, у 2020 році обсяг світового ринку технологій очищення води оцінювався на рівні $50,5 млрд.До 2026-го ринок щорічно зростатиме приблизно на 7% через ресурси прісної води, що швидко скорочуються, у всьому світі. Попит зростає також із боку розробників родовищ сланцевих вуглеводнів, виробників біопалива та інших.

Негативно вплинула ринку пандемія COVID-19. Але ж вона призвела до появи нової технології, яка дозволяє виявити коронавірус у стічних водах. Метод дозволяє виміряти присутність РНК-генетичного матеріалу SARS-CoV-2 (рибонуклеїнова кислота) у людських фекаліях у системі збирання стічних вод. Дослідження в Нідерландах показали зв'язок між обсягом вірусного матеріалу у стічних водах та кількістю випадків зараження у даному районі та допомагають відстежувати епідеміологічну ситуацію та еволюцію вірусів. Ця методика була також протестована у 2020 році у більш ніж 40 штатах Америки, причому в університеті Арізони допомогла запобігти спалаху коронавірусу, де виявили двох людей з безсимптомним перебігом хвороби. Перерахуємо п'ять найбільш інноваційних, на нашу думку, технологій очищення води.

1. Мембранний поділ

Це давній та популярний метод очищення води від домішок та забруднювачів. Є багато технологій, які працюють як фільтр: пропускають воду через плівку із мікроскопічними отворами. Вода проходить, а забруднюючі частинки застряють на мембрані. Методи сучасного мембранного поділу, такі як зворотний осмос (видаляє частки навіть розміром 0,001-0,0001 мкм - солі жорсткості, сульфати, нітрати, іони натрію, барвники тощо) можуть очистити воду від 99,5% домішок. Але для цього розмір часу повинен бути меншим за мікрон. Основний недолік технології – висока вартість обслуговування (мембрани часто забиваються).

2. Опромінення

Як випливає з назви, цей процес заснований на дії радіації на стічні води, щоб знищити органічні забруднювачі. Джерела випромінювання - від гамма-променів до ультрафіолетового світла. Опромінення зазвичай використовують для знезараження, але деякі методи, наприклад, іонізуюче опромінення, у поєднанні з додаванням озону або перекису водню покращують ефективність розкладання органічних домішок, включаючи пестициди та феноли. Сучасні системи УФ-обробки пропонують використовувати світлодіодні лампи. Наразі такі лампи починають активно впроваджувати в комунальному секторі, а також використовуються NASA у космічних розробках агентства.

Другий спосіб – це гідрооптичні технології. Вони дозволяють використовувати кілька разів енергію фотонів, оскільки ультрафіолетові промені відбиваються від стінок кварцової камери. Це підвищує ефективність дози УФ-опромінення для знищення складних вірусів, наприклад, коронавірусу або аденовірусу.

Артур Душенко, головний інженер VODACO, Росія: «Віруси та бактерії, що надходять у водойми зі стічними водами, надалі можуть потрапляти до систем комунального водозабору на тій же водоймі. Сучасні системи реагентної дезінфекції з використанням гіпохлориту натрію або рідкого хлору не здатні знешкодити всі бактерії, оскільки багато з них, такі як Cryptosporidium або Giardia (криптоспоридії або лямблії). РБК Тренди), стійкі до впливу хлору так само, як і складні форми вірусів - аденовірус та коронавірус (як яскравий приклад - SARS-CoV-2).Системи УФ-дезінфекції на базі технології HOD UV забезпечують дозу впливу на мікроорганізми в 120 mJ/cm2 і вище - це необхідна умова для знешкодження вірусу, руйнування ланцюжка РНК і пригнічення здатності до відновлення У Росії стандарт впливу обмежений на законодавчому рівні - 30 mJ /cm2».

3. Очищення наночастинками

Люди давно використовують такі речовини, як деревне вугілля, для очищення води шляхом адсорбції. При очищенні наночастинками використовується та ж механіка, але з частинками в наномасштабі. (УНТ), цеоліти і глина - виявилися ефективними матеріалами для очищення стічних вод. Їх використання усуває пестициди та важкі метали у воді.

4. Біоаугментація

Органічний спосіб очищення являє собою додавання у воду суміші мікроорганізмів, яка руйнує і видаляє забруднення. , порушувати процес очищення. Тому цю технологію поки не можна. використовуватиме отримання питної води.

Бацили. Використовуються в нафтопереробці для очищення від хіноліну (Фото: Mauritius Images / Science Source / Nano Creative)

5. Мембранна біоаугментація

Мембранні біореактори (MBR) - гібридна технологія, яка включає мембранний поділ та біоаугментацію. Стічні води після біологічного очищення за допомогою активного мулу подають у ємність, що називається біореактором. У цій ємності розташовуються мембрани, які поділяють стічні води на два потоки - активний мул, що використовується повторно для біологічної очистки, і чисту воду. На ринку представлені два основні типи MBR - це системи з вакуумним (або гравітаційним) потоком та системи під тиском. Вакуумні системи занурюються у воду і мають мембрани, встановлені або всередині біореакторів, або в наступному резервуарі. Другий тип MBR, де потік керується тиском, є внутрішньотрубні картриджні системи, розташовані поза біореактора. Перевага мембранної біоаугментації – невелика площа для біологічного очищення. MBR-реактори збільшують потужність очисних споруд без збільшення площі конструкцій.

• Механічна очистка включає грати, пісколовки, відстійники, у тому числі пресування та відмив покидьків (додаткове надходження органічних речовин у стоки) та преферментацію сирого осаду на стадії відстоювання (збільшення летких жирних кислот).
• Біологічна очистка заснована на технологічних схемах UCT (технологія Кейптаунського університету) та JHB (технологія Йоганнесбурзького університету).
• Хімічна обробка застосовується видалення фосфатів. Реагент, що використовується, - сульфат алюмінію.

Так як у Санкт-Петербурзі немає дефіциту води, то в місті немає ні вторинного використання очищеної води, ні планів щодо застосування таких технологій».

Необхідність через огиду

Повторне використання стічних вод для зрошення та інших непитних цілей стало звичайним явищем і існує не одне десятиліття. Так, наприклад, в Ізраїлі майже 90% стічних вод країни використовується повторно в сільському господарстві.

Для доочищення стічної води до питної необхідна надійна технологічна схема, яка включає як мінімум п'ять стадій. Повторно використовують очищені стічні води питної якості Австралія, Сінгапур, Намібія, Південна Африка, Кувейт, Бельгія, Великобританія та США (штати Каліфорнія та Техас). У цих країнах очищеною водою поповнюють підземні чи поверхневі водні джерела (греблі).

Річкова вода, що використовується в різних містах для виробництва питної води, містить великі обсяги стічних вод. Перероблена вода є безпечною для пиття, але деякі люди не можуть подолати почуття огиди. Періодично у всьому світі відбуваються акції з подолання психологічних бар'єрів. Так, засновник Microsoft Білл Гейтс випив склянку рідини, яка була перероблена з людських фекальних мас у питну воду за технологією Omniprocessor Фонду Білла та Мелінди Гейтс. А французька компанія Veolia запустила в Чехії спільний проект із пивоварнею Čížová, яка з перероблених стоків зварила пиво.