Размещено на http://allbest.ru

Фильтр для воды

Фильтр для воды -- устройство для очистки воды от механических, нерастворимых частиц, примесей, хлора и его производных, а также от вирусов, бактерий, тяжелых металлов и т. д. Бытовые фильтры используемые для получения питьевой воды условно можно разделить на 3 категории -- простейшие бытовые фильтры, средней степени очистки и бытовые фильтры высшей степени очистки. К лучшей (высшей) степени очистки относится очистка обратноосмотическими бытовыми фильтрами -- наиболее качественная и передовая технология на сегодняшний день. К простейшим относятся кувшины и насадки.

1.Типы фильтров для воды по способу очистки

фильтр вода очистка

Механические

Процесс очистки воды имеет несколько стадий. Сначала удаляются механические загрязнения, то есть вещества, находящиеся в воде в виде взвеси, а не раствора. Для удаления из воды крупных частиц (свыше 5-50 микрон) используют сетчатые или дисковые фильтры грубой очистки, или предфильтры, подсоединяемые к водопроводу. Для очистки от грубых примесей в многоступенчатых фильтрах применяются намоточные картриджи из полипропилена или из полимерной пены. Эти фильтры предназначены для защиты сантехники и бытовой техники.

Ионообменные

Ионный обмен как метод обработки воды известен довольно давно и применялся (да и теперь применяется) в основном для умягчения воды. Раньше для реализации этого метода использовались природные иониты (сульфоугли, цеолиты). Однако с появлением синтетических ионообменных смол эффективность использования ионного обмена для целей водоочистки резко возросла. С точки зрения удаления из воды железа важен тот факт, что катиониты способны удалять из воды не только ионы кальция и магния, но и другие двухвалентные металлы, а значит и растворенное двухвалентное железо. Причем теоретически, концентрации железа, с которыми могут справиться ионообменные смолы, очень велики. Достоинством ионного обмена является также и то, что он «не боится» верного спутника железа -- марганца, сильно осложняющего работу систем, основанных на использовании методов окисления. Главное же преимущество ионного обмена то, что из воды могут быть удалены железо и марганец, находящиеся в растворенном состоянии. То есть совсем отпадает необходимость в такой капризной и «грязной» (из-за необходимости вымывать ржавчину) стадии, как окисление.

Обратного осмоса

Обратный осмос

Метод обратного осмоса является самым экологически оправданным методом очистки воды. Системы обратного осмоса обеспечивают самую лучшую фильтрацию воды. Удаляются бактерии и вирусы, все вредные вещества (нитраты, нитриты, мышьяк, цианиды, асбест, фтор, свинец, сульфаты, железо, хлор и т. п.), которые могут быть в водопроводной воде. Добросовестные производители бутилированной питьевой воды очищают её методом обратного осмоса. Вода, очищенная домашней системой обратного осмоса будет такая же, как и у известных производителей. Поэтому это самая эффективная очистка воды, которая не имеет аналогов. Поток воды продавливается через обратноосмотическую мембрану. Происходит полное удаление солей из жидкости.

Биологические

При биологической фильтрации воды происходит очистка воды микроорганизмами, принимающими активное участие в обменных процессах. Если механическая фильтрация справляется только с нерастворимой органикой (кусочки корма, остатки растений и т. п.), то бактерии очищают воду от органических веществ, растворившихся в ней, путем разложения их на нитраты. Биологическая очистка применяется в основном в аквариумных фильтрах и в установках очистки сточных вод.

Физико-химические

Из физико-химических методов распространён метод сорбция -- процесс избирательного поглощения примесей из жидкостей или газов поверхностями твердых материалов (адсорбентов). Особенностью адсорбционных методов улавливания примесей является их относительно высокая эффективность при малых концентрациях примесей при значительных расходах перерабатываемых потоков. В качестве адсорбентов используются мелкодисперсные материалы: зола, торф, опилки, шлаки и глина. Наиболее эффективным сорбентом является активированный уголь. Сорбцию применяют для очистки воды от растворимых примесей. Процессы сорбции могут протекать:

· на поверхности (адсорбция)

· в объёме (абсорбция)

Электрические

Фильтр для чистки воды аквариума.

К электрическим методам можно отнести очистку воды озоном. Системы очистки воды озоном позволяют эффективно очищать воду от всех возможных окисляемых растворенных в ней загрязнений, наиболее распространенными из которых являются: железо, марганец, сероводород, хлор, хлорорганические соединения, азот аммонийный, нефтепродукты, соли тяжелых металлов, и др. Кроме того, системы очистки воды озоном снижают до минимума такие показатели, как: мутность, цветность, привкус, запах, показатели БПК, ХПК, перманганатная окисляемость. Одновременно происходит полное обеззараживание воды, включая бактерии, микробы, споры, вирусы и т. д. Достоинства систем очистки воды озоном: озон имеет гораздо более высокую окислительную и стерилизующую способности, чем лампа УФ, марганцовка, хлор, кислород, гипохлорит, хлорамин и т. п. Отсутствуют отработанные реагенты в стоках. Недостатки: высокая энергоёмкость процесса -- при производстве около одного килограмма озона расходуется 18 кВт·ч электроэнергии.

2.Промышленная водоподготовка

В процессе промышленной водоподготовки применяют механические, физические, химические и физико-химические методы: осветление, умягчение, ионный обмен, обескремнивание и дегазацию. Питьевую воду, кроме того, дезинфицируют. В приведенной на рис. 1.1 схеме показаны основные методы промышленной водоподготовки. Осветление воды осуществляется в основном методами осаждения примесей, выделяющихся из воды в виде осадка. Эти методы называют также реагентными, так как для выделения примесей в воду вводят специальные реагенты. К процессам осаждения, применяемым для осветления воды в промышленной водоподготовке, относятся коагуляция, известкование и магнезиальное обескремнивание.

Рис. 1.1. Схема очистки воды

Под коагуляцией понимают физико-химический процесс слипания коллоидных частиц и образования грубодисперсной микрофазы (флокул) с последующим ее осаждением. В качестве реагентов для промышленной водоподготовки, обычно применяют сульфаты Al₂(SO4)₃ и FeSO₄. Повышение эффекта коагуляции достигается при добавлении флокулянтов (полиакриламида, активной кремниевой кислоты и др.). При этом ускоряется образование хлопьев и улучшается их структура. Образовавшуюся хлопьевидную массу, состоящую в основном из гидроксидов Аl и Fe и примесей, выделяют из воды в отстойниках или специальных осветлителях (осадок в них поддерживается во взвешенном состоянии потоком поступающей снизу воды), напорных или открытых фильтрах и контактных осветлителях с загрузкой из зернистых материалов (кварцевый песок, дробленый антрацит, керамзит, шунгизит и др.), а также во флотаторах, гидроциклонах, намывных фильтрах. Для частичного удаления крупнодисперсных примесей и фитопланктона, образующегося при цветении водоемов, применяют сетчатые микрофильтры, плоские и барабанные сетки.

Известкование воды производится для снижения гидрокарбонатной щелочности воды. Одновременно с этим уменьшаются жесткость, солесодержание, концентрации грубодисперсных примесей, соединений железа и кремниевой кислоты. Реагентом для этого процесса является гашеная известь Са(ОН)₂, которая подается в воду в виде суспензии (известкового молока). Для повышения эффективности удаления кремниевой кислоты при водоподготовке воду добавляют каустический магнезит (70…80 % MgO). Эти процессы, как правило, совмещаются и проводятся одновременно в одном аппарате - осветлителе. Окончательная очистка от осадка осуществляется с помощью фильтрования. В зависимости от соотношения размеров фильтруемых частиц и эффективного диаметра пор удержание частиц может происходить как в объеме фильтрующего слоя (адгезионное фильтрование), так и на его поверхности (пленочное фильтрование). В качестве фильтрующих материалов в основном используют кварцевый песок, дробленый антрацит, сульфоуголь, целлюлозу, перлит, вулканические шлаки, керамзит и др.

Умягчение воды в промышленной водоподготовке - очистка от соединений кальция и магния, обусловливающих жесткость воды. Одним из наиболее эффективных способов умягчения воды является известково-содовый в сочетании с фосфатным. Процесс умягчения основывается на следующих реакциях:

1. Обработка гашеной известью для устранения временной жесткости, удаления ионов железа и связывания СО₂:

Са(НСО3)₂ + Са(ОН)₂ > 2СаСО₃ v + 2Н₂О;

Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ > 2СаСО₃ v + Mg(OH)₂ v + 2H₂O;

FeSO₄ + Ca(OH)₂ > Fe(OH)₂ v + CaSO₄ v;

CO₂ + Ca(OH)₂ >CaCO₃ v + H₂O;

2. Обработка кальцинированной содой для устранения постоянной жесткости:

MgSO₄ + Na₂CO₃ > MgCO₃ v + Na₂SO4

MgCl₂ + Na₂CO₃ > MgCO₃ v + 2NaCl

CaS0₄ + Na₂CO₃ > CaCO₃ v + Na₂SO₄

3. Обработка тринатрийфосфатом для более полного осаждения катионов Са²⁺ и Mg²⁺:

3Ca(HCO₃)₂ + 2Na₃PO₄ > Са₃(РО₄)₂ v + 6NaHCO₃;

3MgCI₂ + 2Na₃PO₄ > Mg₃(PO₄)₂ v + 6NaCl.

Растворимость фосфатов кальция и магния ничтожно мала, что обеспечивает высокую эффективность фосфатного метода.

Сегодня в промышленной водоподготовке для умягчения, обессоливания воды и удаления кремня специалисты РХТУ им. Д.И. Менделеева применяют мембранные технологии (нанофильтрации и низконапорный обратный осмос), а также технологии ионного обмена. Сущность метода ионного обмена в том, что твердое тело - ионит - поглощает из раствора электролита положительные или отрицательные ионы в обмен на эквивалентное количество других, одноименно заряжен- ных ионов. В соответствии со знаком заряда обменивающихся ионов различают катиониты и аниониты.

Катиониты - практически нерастворимые в воде вещества, представляющие собой соли или кислоты с анионом, обусловливающим нерастворимость в воде; катион же (натрий или водород) способен вступать в определенных условиях в обменную реакцию с катионами раствора, в котором находится катионит. Катиониты соответственно называются Na-катионитами и Н-катионитами.

Аниониты - основания или соли с твердым нерастворимым катионом. Аниониты содержат подвижную гидроксильную группу (ОН-аниониты).

В качестве Na-катионитов в промышленной водоподготовке применяют алюмосиликаты: глауконит, цеолит, пермутит и другие; в качестве Н-катионитов - сульфоуголь, синтетические смолы; к ОН-анионитам относятся искусственные смолы сложного состава, например карбамидные. Ионный обмен между раствором и ионитом имеет характер гетерогенной химической реакции. Следует отметить, что примеси, удаляемые из воды методом ионного обмена, не образуют осадка, и что такая обработка не требует непрерывного дозирования компонентов. Важной характеристикой ионитов является обменная емкость, показывающая способность ионита поглощать определенное количество ионов в данных условиях. Обменная емкость определяет продолжительность рабочего цикла ионитовых фильтров. При достижении заданного предела обменной емкости ионита проводят процесс его восстановления (ионный обмен, проводимый в обратном порядке). В основе катионного процесса умягчения лежат реакции обмена ионов натрия и водорода катионитов на ионы Са2+ и Mg2+. Обмен ионов натрия называется Na-катионированием, а ионов водорода - Н - катионированием:

2R/Na⁺ + Ca²⁺ R₂/Ca²⁺ + 2Na⁺;

2R/Na⁺ + Mg²⁺ R₂/Mg²⁺ + 2Na⁺,

где R - комплекс матрицы и функциональной группы, не участвующей в ионном обмене (его принято считать одновалентным). Обмен катионов при Н-катионировании протекает согласно реакциям:

2R/H⁺ + Ca²⁺ R₂/Ca²⁺ + 2H⁺;

2R/H⁺ + Mg²⁺ R₂/Mg²⁺ + 2H⁺;

R/H⁺ + Na⁺ R/Na⁺ + H⁺.

При достижении катионитами заданного предела обменной емкости их регенерируют промывкой раствором NaCl или серной кислоты H₂SO₄. Регенерация Н-катионного фильтра производится 1…1,5 %-ным раствором серной кислоты. Регенерация анионитовых фильтров производится обычно 4 %-ным раствором NaOH.

На рис. 1.2 представлена схема установки для водоподготовки с последовательным применением Н - катионирования и ОН-анионирования. При прохождении воды через катионит она освобождается от ионов кальция и магния в Н-катионитовом фильтре 1, а затем в анионитовом фильтре 2 из нее удаляются анионы. Далее вода проходит через дегазатор 3, где она освобождается от кислорода и диоксида углерода, и далее через сборник 4 к потребителю. Для регенерации в фильтр 1 подается раствор серной кислоты, в фильтр 2 - гидроксида натрия.

Рис. 1.2. Схема установки для умягчения воды: 1 - катионитовый фильтр; 2 - анионитовый фильтр; 3 - дегазатор; 4 - сборник воды.

Важная часть комплексного технологического процесса водоподготовки - удаление из воды растворенных газов. Наличие газов в воде объясняется как их сорбцией и протеканием химических реакций в процессе образования примесей в природной воде, так и появлением их в процессе различных стадий очистки. Эти газы можно разделить на химически невзаимодействующие (Н₂, О₂, СН₄) и химически взаимодействующие с водой и ее примесями (NH₃, CO₂, Сl₂), а также на коррозионно-активные (О₂, СО₂, NH₃, Cl₂, H₂S) и инертные (N₂, H₂, СН₄). Концентрация газов в воде зависит от многих факторов, основные из них - физическая природа газа, степень насыщения, давление в системе и температура воды.

Основной способ удаления из воды растворенных газов процессе водоподготовки - десорбция (термическая деаэрация). Принцип ее заключается в создании контакта воды с паром, в котором парциальное давление газа, удаляемого из воды, близко к нулю, что является необходимым условием процесса десорбции. Этот процесс осуществляется, в основном, в деаэраторах (вакуумных, атмосферных, постоянного давления), которые по способу распределения воды и пара разделяют на струйные, пленочные и барботажные. Интервал рабочего давления в вакуумных деаэраторах составляет 0,0075…0,05 МПа.

Промышленная водоподготовка в ряде случаев требует использования химических методов. Так, для удаления кислорода в воду добавляют сильные восстановители; для удаления H₂S воду хлорируют.

Для получения дистиллята, необходимого для промышленного производства химически чистых реактивов, лекарственных препаратов, проведения различных анализов в лабораторной практике применяется термическое обессоливание воды для водоподготовки. Этот процесс осуществляется в испарителях кипящего типа. При этом дистиллят производят в основном из воды, предварительно умягченной на ионитовых фильтрах.

Наличие в воде болезнетворных микроорганизмов и вирусов делает ее не пригодной для хозяйственно-питьевых нужд, а присутствие в воде некоторых видов микроорганизмов (например, нитчатых, зооглейных, сульфатовосстанавливающих бактерий, железобактерий) вызывает биологическое обрастание, а иногда разрушение трубопроводов и оборудования для водоподготовки и водоснабжения. Обеззараживание воды осуществляют, в основном, путем хлорирования ее жидким или газообразным Сl₂, гипохлоритами - NaClO, Ca(СlО)₂, СlO₂. Для обеззараживания воды применяют также озон и ультрафиолетовое облучение.

Размещено на Allbest.ru