Фильтр для воды

Фильтр-кувшин со сменным угольным картриджем (как правило, катридж нужно менять раз в месяц) для бытового применения.

Фильтр для воды — устройство для очистки воды от механических, нерастворимых частиц, примесей, хлора и его производных, нефтепродуктов, а также от вирусов, бактерий, тяжёлых металлов и т. д.

Бытовые фильтры, используемые для получения питьевой воды, условно можно разделить на три 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, однако требующая реминерализации очищенной воды, применения насоса и подключения к канализации. К простейшим относятся распространëнные и недорогие фильтры-кувшины (см. фото) и насадки.

Типы фильтров для воды по способу очистки

Глиняный сосуд с «фильтром». Древний Египет, I династия. Музей Питри, Лондон

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 микрометров) 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. В энергетике широкое распространение получили засыпные фильтры с антрацитовой засыпкой ввиду дешевизны такого фильтрующего материала и возможности многоразового использования - фильтр переключается на взрыхление и промывку после достижения определённого перепада давления, после чего первая порция фильтрата сбрасывается, и фильтр вновь включается в работу.

Ионообменные

Ионный обмен как метод обработки воды известен довольно давно и применяется до сих пор 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.

В энергетике является необходимой стадией очистки (обессоливание) воды, фильтры работают чаще всего в три ступени. Первым идёт катионитный фильтр, затем анионитный, затем снова катионитный, но уже второй ступени, после которого работает декарбонизатор - устройство, похожее по принципу работы на деаэратор, состоит из резервуара и колонки. В этом агрегате через воду пропускается воздух с помощью компрессора, с верха колонки ("шлема") выходит воздух с унесëнным углекислым газом. После него идёт анионитный фильтр второй ступени, и окончательная обработка воды происходит в фильтре смешанного действия, загруженного смесью анионита и катионита, эта вода пригодна для использования в барабанных котлах, а для прямоточных на сверхкритические параметры требуется ещё одна ступень очистки - обратный осмос, о которой говорится далее в статье.

Обратного осмоса

Бытовая система фильтрации водопроводной воды с фильтром обратного осмоса, электронным блоком управления и электронасосом высокого давления.

Основная статья: Обратный осмос

Метод обратного осмоса является самым экологически оправданным методом глубокой очистки воды.

Системы обратного осмоса обеспечивают лучшую фильтрацию воды. Удаляются бактерии и вирусы, все вредные вещества (нитриты и нитраты, мышьяк, цианиды, асбест, фтор, свинец, сульфаты, железо, хлор и т. п.), которые могут быть в водопроводной воде. Поэтому это самая эффективная очистка воды, которая не имеет аналогов. Ввиду этого используется в энергетике вместе с ионным обменом на энергоблоках со сверхкритическими параметрами, где водно-химический режим требует очень высокого качества воды на подпитку.

Это "чистовая", окончательная стадия очистки воды, перед которой обязательно должны быть механические и ионообменные фильтры. В бытовых фильтрах для воды после осмотической мембраны устанавливается картридж-реминерализатор, поскольку вода, очищенная практически от всех минеральных примесей, непригодна для длительного употребления (питья) на постоянной основе - такая вода, качеством не отличающаяся от воды в прямоточном паровом котле на электростанции со сверхкритическими параметрами, будет вымывать из организма необходимые неорганические соединения макроэлементов и нарушать водно-электролитный баланс. Грубо говоря, вода становится слишком чистой, чтобы пригодной для постоянного питья, потому в бытовом фильтре требуется реминерализация, которая реализуется в виде сменного картриджа - этот картридж содержит соли натрия и кальция, которые медленно растворяются в потоке воды. Также, вода, не подвергнутая реминерализации, непригодна для аквариумов и акватеррариумов, для употребления домашними животными, зато идеально подходит для использования в электрических утюгах, увлажнителях воздуха, отпаривателях/парогенераторах, паровых очистителях, паровых швабрах, в системах отопления - накипь и налëт образовываться не будут.

Поток воды под высоким давлением, создаваемым насосом, проходит через обратноосмотическую мембрану. Происходит полное удаление солей и загрязнений из жидкости, поскольку поры в этой мембране крайне малы. Помлле очистки воды путем обратного осмоса в бытовом фильтре её подвергают реминерализации, для придания ей лучших органолептических свойств и для исключения нарушений водно-солевого баланса организма и вымывания из организма необходимых неорганических веществ.

Существуют системы обратного осмоса различных степеней очистки (к примеру, трёхступенчатые или пятиступенчатые фильтры).

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, путём разложения их на нитраты. Биологическая очистка применяется в основном в аквариумных фильтрах (нередко там же, где происходит механическая фильтрация) и в установках очистки сточных вод, где биологическая очистка становится необходимым и единственным экономически и экологически оправданным методом для очистки больших объёмов воды, загрязненных не только продуктами жизнедеятельности человека, но и различной бытовой химией, поверхностно-активными веществами.

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)

Другой распространенный метод — аэрация. Различают напорную и безнапорную аэрацию. При безнапорной аэрации, вода распыляется в большой резервуар из форсунок в виде воздушно-водяной смеси. Кислород атмосферного воздуха окисляет растворенное железо, марганец, органические вещества, после чего окисленные не растворенные примеси выпадают в осадок. Преимуществом данного метода является удаление практически любого содержания железа. Напорная аэрация осуществляется с использованием специальных аэрационных колон, в поток воды внутри которой с помощью насосного оборудования закачивается атмосферный воздух, а извлечение окисленных осадков осуществляется на последующем этапе методом механического осаждения.

Классический трёхступенчатый фильтр «Гейзер». Картрижди: слева — полипропилен для механической очистки, в центре — ионообменник, справа — с активированным углём. На фото фильтр после года использования: 1-й картридж покрылся ржавчиной, 2-й — почернел. Разумеется, раз в году картриджи подлежат замене

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.

По области применения

• Бытовые
  • для доочистки питьевой воды
  • магистральные для холодной и горячей воды
• для частного дома
• промышленные, в том числе для применения в тепловой и атомной энергетике, где требуются очень большие объёмы химически чистой воды
• туристические — как альтернатива отвариванию воды, малогабаритные, рассчитанные на очистку малого количества воды
• аквариумный фильтр
• фильтр прудовый — устройство, предназначенное для очистки воды в искусственных водоёмах (прудах, ручьях, водопадах, садовых аквариумах). Прудовые фильтры обеспечивают механическую, биологическую и химическую фильтрацию воды.

См. также

• Дистилляция
• Обратный осмос
• Водоподготовка
• Медленные фильтры
• Скорые фильтры
• Аквариумный фильтр

Литература

• Статья Фильтрование в Химической энциклопедии