Е. А. Хохрякова

Фильтры для очистки воды

Введение

Вода, которую используют люди, живущие в самых различных условиях, поступает из многих источников. Это могут быть реки и озера, болота, другие водотоки и водоемы, колодцы и артезианские скважины. Соответственно, вода, добываемая из разных по происхождению источников, различается по своим качествам и свойствам.

Качество воды, потребляемой человеком, должно соответствовать определенным требованиям – она должна быть безопасной для здоровья человека и иметь оптимальный химический состав. В воде практически всегда присутствуют микроорганизмы и хорошо растворяются многие природные минералы и химические вещества, синтезированные человеком. Поэтому природные воды помимо огромного количества живых микроорганизмов, содержат минеральные и органические вещества природного и антропогенного происхождения.

В дополнение к этому масштабное загрязнение окружающей природной среды в результате деятельности человека привело к тому, что значительная часть природных вод оказалась загрязненной настолько, что употребление этой воды без очистки оказалось вредным для здоровья человека.

Вода, добываемая из разных источников, поступает на очистные сооружения, а далее в распределительные водопроводные сети. При этом значительная часть распределительных сетей в нашей стране настолько низкого качества, что они сами становятся источником загрязнения, т. е. питьевая вода, достаточно хорошо очищенная на городских очистных сооружениях, загрязняется при транспортировании ее к потребителю.

Такое вторичное загрязнение привело к тому, что основной мировой тенденцией в подготовке питьевой воды, стала ее доочистка с помощью фильтров малой производительности.

В настоящее время существует огромное количество фильтров и других устройств очистки воды. Потребность в воде у всех разная, поэтому существуют фильтры и фильтровальные установки, различающиеся по производительности – от нескольких литров до десятков и сотен кубометров в час.

Вода поступает к потребителям из различных источников, и эта причина тоже влияет на конечный выбор устройства для ее очистки.

Конечный результат зависит от достоверности сведений о составе воды (на основании химического анализа), квалифицированного подбора оборудования, правильно выполненного монтажа и запуска оборудования в эксплуатацию, от грамотного и своевременного обслуживания. В основном оно сводится к своевременному пополнению расходных реагентов и замене расходных материалов, например, таких, как сменные картриджи.

Главная задача этого издания – дать основные сведения, касающиеся состава природных вод из разных источников, дать краткую характеристику основным загрязняющим примесям и способам их удаления из воды.

Здесь даны начальные сведения об организации рационального водопотребления, сравнительный обзор нормативных документов, определяющих качество питьевой воды, принятых в России и за рубежом.

Значительная часть материала посвящена картриджным фильтрам, конструкциям их корпусов и различных сменных элементов, отличающихся по функциональному назначению: механических (разных конструкций), сорбционных, на основе угольных материалов, ионообменных и т. д. Дана информация по средствам и методам обеззараживания воды.

В конце книги приведены несколько типовых схем водоподготовки.

Происхождение воды

Источники получения питьевой воды в зависимости от водозабора подразделяют на две основные группы – подземные воды и поверхностные воды.

Подземные воды

Артезианские воды

Речь идет о водах, которые с помощью насоса поднимаются на поверхность из подземного пространства. Они могут залегать под землей в несколько слоев или так называемых ярусов, которые изолированы друг от друга и отделены хотя бы одним водонепроницаемым слоем от подрусловой воды. Пористые грунты (особенно пески) оказывают фильтрующее и, следовательно, очищающее действие, в отличие от трещиноватых горных пород. При длительном нахождении воды в пористых грунтах артезианская вода достигает средних температур почвы (8–12 °С) и свободна от микробов. Химический состав артезианской воды, как правило, является постоянным. Благодаря этим свойствам артезианская вода является особо предпочтительной для целей питьевого водоснабжения.

Подрусловые воды

Эта вода добывается насосами из скважин, глубина которых соответствует отметкам дна ручья, реки или озера. Качество такой воды в значительной степени определяется поверхностной водой в самом водотоке, т. е. вода, добытая при помощи инфильтрационного водозабора, является тем более пригодной для питьевых целей, чем чище вода в самом ручье, реке или озере. При этом могут иметь место колебания ее температуры, запаха, химического состава.

Родниковая вода

Речь идет о подземной воде, самоизливающейся естественным путем на поверхность земли. Родниковая вода по своему составу испытывает сильные колебания не только в кратковременные периоды времени (дождь, засуха), но и по временам года (например, таяние снега).

Поверхностные воды

Речная вода

Речная вода сильнее всего подвергается загрязнению, поэтому в последнюю очередь пригодна для целей питьевого водоснабжения. Она загрязняется продуктами жизнедеятельности людей и животных. В еще большей степени загрязнение речных вод происходит поступающими сточными водами промышленных предприятий.

Способность реки к самоочищению может лишь частично справиться с этими загрязнениями. Подготовка речной воды для целей питьевого водоснабжения затрудняется из-за сильных колебаний загрязнения речной воды, как в количественном отношении, так и по своему составу.

Озерная вода

Эта вода, даже добытая с больших глубин, крайне редко является безупречной в биологическом отношении и поэтому должна проходить специальную очистку до питьевых кондиций.

Вода из водохранилищ

Речь идет о воде из небольших речек и ручьев, которые запружены в верхнем течении, где вода менее всего загрязнена. При выборе способа и объема необходимых мероприятий по водоподготовке решающим является то, насколько сильно эта вода загрязнена и насколько высока самоочищающая способность этого «хранилища питьевой воды».

Морская вода

Морская вода не может без обессоливания подаваться в сеть питьевого водоснабжения. Она добывается и проходит водоподготовку только у морского побережья и на островах, если нет возможности использовать другой источник водоснабжения.

Показатели качества воды и их определение. Влияние на здоровье человека

Под качеством природной воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования (ГОСТ 17.1.1.01–77), при этом критерии качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды.

Органолептические показатели

Любое знакомство со свойствами воды начинается с определения органолептических показателей, т. е. таких, для определения которых мы пользуемся нашими органами чувств (зрением, обонянием, вкусом).

Органолептическая оценка приносит много прямой и косвенной информации о составе воды. К органолептическим характеристикам относятся: цветность, мутность (прозрачность), запах, вкус, привкус.

Мутность и прозрачность

Мутность воды вызвана присутствием тонкодисперсных примесей, обусловленных нерастворимыми или коллоидными неорганическими и органическими веществами различного происхождения.

Качественное определение проводят описательно: мутность не заметна (отсутствует), слабая опалесценция, опалесценция, слабомутная, мутная и сильная муть. В России мутность чаще всего измеряют в нефелометрических единицах мутности НЕФ (NTU) для небольших значений в пределах 0–40 НЕФ (NTU), например для питьевой воды. В условиях большой мутности обычно применяется измерение единиц мутности по формазину (ЕМФ). Пределы измерений – 40–400 ЕМФ.

Наряду с мутностью, особенно в случаях, когда вода имеет незначительные окраску и мутность, и их определение затруднительно, пользуются показателем «прозрачность».

Мера прозрачности – высота столба воды, при которой можно наблюдать опускаемую в воду белую пластину определенных размеров (диск Секки) или различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа (шрифт Снеллена). Результаты выражаются в сантиметрах (табл. 1).

Таблица 1. Характеристика вод по прозрачности

Мутность не только отрицательно влияет на внешний вид воды. Главным отрицательным следствием высокой мутности является то, что она защищает микроорганизмы при ультрафиолетовом обеззараживании и стимулирует рост бактерий. Поэтому во всех случаях, когда производится дезинфекция воды, мутность должна быть минимальной для обеспечения высокой эффективности этой процедуры. В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды мутность не должна превышать 1,5 мг/л по каолину.

Запах

По характеру запахи делят на две группы:

• естественного происхождения (живущие и отмершие в воде организмы, загнивающие растительные остатки и др.);

• искусственного происхождения (примеси промышленных и сельскохозяйственных сточных вод).

Интенсивность запаха оценивают по шестибалльной шкале – табл. 2.

Таблица 2. Характеристика вод по интенсивности запаха

Таблица 3. Запахи естественного происхождения

Запахи второй группы (искусственного происхождения) называют по определяющим запах веществам: хлорный, бензиновый и т. д.

Вкус и привкус

Интенсивность вкуса и привкуса определяется также по 6-балльной шкале – табл. 4.

Таблица 4. Характеристика вод по интенсивности вкуса

Для питьевой воды допускаются значения показателей вкуса и привкуса не более 2 баллов.

Различают четыре вида вкусов: соленый, горький, сладкий, кислый.

Качественную характеристику оттенков вкусовых ощущений – привкуса – выражают описательно: хлорный, рыбный, горьковатый и так далее. Наиболее распространенный соленый вкус воды чаще всего обусловлен растворенным в воде хлоридом натрия, горький – сульфатом магния, кислый – избытком свободного диоксида углерода и т. д. Порог вкусового восприятия соленых растворов характеризуется такими концентрациями (в дистиллированной воде), мг/л: NaCl – 165; CaCl_2 – 470; MgCl_2 – 135; MnCl_2 – 1,8; FeCl_2 – 0,35; MgSO_4 – 250; CaSO_4 – 70; MnSO_4 – 15,7; FeSO_4 – 1,6; NaHCO_3 – 450. По силе воздействия на органы вкуса ионы некоторых металлов выстраиваются в следующие ряды: катионы: NH_4+ > Na+ > K+; Fe2+ > Mn2+ > Mg2+ > Ca2+; анионы: ОН- > NO_3- > Cl- > HCO_3- > SO_42-.

Цветность

Показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды и обусловленный содержанием окрашенных соединений, выражается в градусах платино-кобальтовой шкалы и определяется путем сравнения окраски испытуемой воды с эталонами.

Цветность природных вод обусловлена главным образом присутствием гумусовых веществ и соединений трехвалентного железа, колеблется от единиц до тысяч градусов – табл. 5.

Таблица 5. Характеристика вод по цветности

Взвешенные примеси

Взвешенные твердые примеси, присутствующие в природных водах, состоят из частиц глины, песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, планктона и различных микроорганизмов. Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды.

Содержание в воде взвешенных примесей, измеряемое в мг/л, дает представление о загрязненности воды частицами, в основн ом, условным диаметром более 10-4 мм – табл. 6.

Таблица 6. Характеристика вод по содержанию взвешенных примесей

Водородный показатель (рН)

Величина pH воды – один из важнейших показателей качества вод для определения стабильности воды, ее накипеобразующих и коррозионных свойств, прогнозирования химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. Если рассматривать воду без примесей, то физическая сущность рН может быть описана следующим образом.

Вода, хотя и весьма незначительно, диссоциирует на ионы водорода H+ и гидроксила ОН- по уравнению:

Н_2О ↔ H+ + ОН-

Произведение концентраций этих ионов, являющееся при данной температуре постоянной величиной, называется ионным произведением воды – КW.

КW = (H+) (ОН-) =10-14

Увеличение концентрации водородных ионов вызывает соответствующее уменьшение гидроксид-ионов и наоборот.

Для нейтральной среды [H+]=[ОН-] = √10-14 =10-7 = моль/л.

Для оценки кислотности и щелочности среды удобно пользоваться не концентрацией водородных ионов, а водородным показателем рН. Он равен десятичному логарифму концентраций водородных ионов, взятому с обратным знаком.

pH = −lg[H+]

Если в воде растворено какое-либо вещество, которое само источник ионов H+ и ОН- (примеры: кислоты НСl, H_2SO_4, HNO_3 и др.; щелочи: NaOH, KaOH, Ca(OH)2 и др.), то концентрации ионов H+ и ОН- не будут равны, но их произведение КW будет постоянно.

Если в воде пониженное содержание свободных ионов водорода, по сравнению с ионами ОН-, то рН>7 и вода будет иметь щелочную реакцию, а при повышенном содержании ионов Н+ вода будет иметь кислую реакцию и рН<7.

Воду в зависимости от рН рационально делить на семь групп (табл. 7).

Таблица 7. Классификация вод по рH

От величины pH зависит развитие и жизнедеятельность многих организмов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. Величина pH воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ.

В соответствии с требованиями к составу и свойствам питьевой воды, величина pH не должна выходить за пределы интервала значений 6,0–9,0. Контроль уровня рН особенно важен на всех стадиях водоочистки, так как его «уход» в ту или иную сторону может не только существенно сказаться на запахе, привкусе и внешнем виде воды, но и повлиять на эффективность водоочистных мероприятий.

При низком рН вода обладает высокой коррозионной активностью, а при высоких уровнях (рН>11) вода приобретает характерную мылкость, неприятный запах, вызывает раздражение глаз и кожи.

Минерализация

Минерализация – суммарное содержание всех найденных при химическом анализе воды минеральных веществ. Минерализация природных вод, определяющая их удельную электропроводность, изменяется в широких пределах. Большинство рек имеет минерализацию от нескольких десятков миллиграммов в литре до нескольких сотен. Их удельная электропроводимость варьирует от 30 до 1500 мкСм/см. Минерализация подземных вод и соленых озер изменяется в интервале от 40–50 мг/л до сотен г/кг (плотность в этом случае уже значительно отличается от единицы). Удельная электропроводимость атмосферных осадков с минерализацией от 3 до 60 мг/л составляет значения 10–120 мкСм/см.

Таблица 8. Характеристика вод по минерализации

Предел пресных вод – 1 г/л – установлен в связи с тем, что при минерализации более этого значения вкус воды неприятен – соленый или горько-соленый.

Предел – граница между солоноватыми и солеными водами – принят на том основании, что при минерализации около 25 г/л температура замерзания воды и температура наибольшей плотности морской воды совпадают, и при этом меняются некоторые свойства воды.

Граница 50 г/л между солеными водами и рассолами обусловлена тем, что соленость больше этого значения не бывает в морях; такая соленость характерна только для соленых озер и некоторых подземных вод.

Таблица 9. Характеристика вод по общей минерализации (наиболее распространенная градация)

В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды суммарная минерализация не должна превышать величины 1000 мг/л. Вода, содержащая большое количество солей, отрицательно влияет на растения и человека, вызывает образование накипи на стенках котлов, коррозию, засоление почв. Регулярное употребление высокоминерализованной воды ведет к болезням пищеварения, обмена веществ, повышенной сухости кожи.

Жесткость

Жесткость воды обусловливается наличием в воде ионов кальция (Са2+), магния (Mg2+), стронция (Sr2+), бария (Ва2+), железа (Fe2+,Fe3+), марганца (Mn2+). Но общее содержание в природных водах ионов кальция и магния несравнимо больше содержания всех других перечисленных ионов – и даже их суммы. Поэтому под жесткостью понимают сумму количеств ионов кальция и магния – общая жесткость, складывающаяся из значений карбонатной (временной, устраняемой кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткости. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, вторая – наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов. Однако при значении жесткости воды более 9 ммоль/л нужно учитывать содержание в воде стронция и других щелочноземельных металлов.

По стандарту ИСО 6107-1-8:1996, включающему более 500 терминов, жесткость определяется как способность воды образовывать пену с мылом. Содержание в питьевой воде кальция и магния играет важнейшую роль для человеческого организма. Недостаточность кальция в организме негативно сказывается на функции сердечной мышцы и на активности некоторых ферментов. А недостаток содержания кальция в крови ведет к понижению возбуждаемости нервной системы и, как следствие, к возникновению судорог. Кальций необходим для формирования костных тканей, в том числе зубов. Соли магния также необходимы человеку, поскольку входят в ряд жизненно важных ферментов. Дефицит магния приводит к коронарной болезни сердца; с другой стороны, повышенное содержание магния угнетающе действует на нервную систему, поражая двигательные нервные окончания.

По значению общей жесткости природные воды делят на группы – табл. 10.

Таблица 10. Классификация воды по жесткости

В естественных условиях ионы кальция и магния, определяющие жесткость, поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с карбонатными минералами и других процессов растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов являются также микробиологические процессы, протекающие в почвах. Обычно преобладает жесткость, обусловленая ионами кальция (до 70 %); однако в отдельных случаях магниевая жесткость может достигать 50–60 %. Жесткость морской воды и океанов значительно выше (десятки ммоль/л). Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего – в период половодья.

Росстандартом в качестве единицы жесткости воды установлен моль на кубический метр (моль/м^3). Один моль на кубический метр соответствует массовой концентрации эквивалентов ионов кальция (Ca2+) 20,04 г/м^3 (мг/л) или ионов магния (Mg2+) 12,153 г/м^3 (мг/л). Т. е., 1 моль/м^3 = 1 ммоль/л = 1 мг-экв/л = 1 мг-экв/дм^3. В зарубежных странах широко используются такие единицы жесткости, как немецкий градус (do, dH), французский градус (fo), американский градус (ppm CaCO^3).

Основные единицы жесткости воды и их соотношение:

Повышенная жесткость воды негативно отражается на здоровье человека. В быту появление накипи приводит к уменьшению срока службы водонагревателей, ухудшаются моющие свойства мыла и стиральных порошков, из-за горьковатого привкуса ухудшаются вкусовые свойства воды.

Порог вкуса для иона кальция лежит в диапазоне 2–6 ммоль/л, в зависимости от соответствующего аниона. Порог вкуса для магния и того ниже, наилучшие вкусовые свойства имеет вода с жесткостью 1,6–3,0 ммоль/л.

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) не регламентирует величину жесткости по показаниям влияния на здоровье. В материалах ВОЗ говорится о том, что несмотря на выявленную статистическим путем зависимость между жесткостью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, этих данных недостаточно для вывода о причинном характере этой связи. Однозначно не доказано и то, что мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека.

Растворенный кислород

Поступление кислорода в водоем происходит путем растворения его при контакте с воздухом (абсорбции), а также в результате фотосинтеза водными растениями, т. е. в результате физико-химических и биохимических процессов. Содержание растворенного кислорода зависит от температуры, атмосферного давления, степени турбулизации воды, минерализации воды и др. В поверхностных водах содержание растворенного кислорода может колебаться от 0 до 14 мг/л и подвержено значительным сезонным и суточным колебаниям. В зимний и летний периоды количество кислорода в воде различается. Дефицит кислорода чаще наблюдается в водных объектах с высокими концентрациями загрязняющих органических веществ и в водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ. ПДК растворенного в воде кислорода для рыбохозяйственных водоемов – 6 мг/л (для ценных пород рыбы) и 4 мг/л (для остальных пород).

Скорость потребления кислорода увеличивается с повышением температуры, количества организмов и веществ, подвергающихся химическому и биохимическому окислению.

Концентрация кислорода в воде определяет направление и скорость процессов химического и биохимического окисления органических и неорганических соединений. Понижение содержания кислорода до 2 мг/л вызывает массовую гибель рыбы в водоемах. Неблагоприятно сказывается на состоянии водных объектов и чрезмерное насыщение воды кислородом в результате процессов фотосинтеза, если это происходит в водоемах с застойной водой.

Содержание кислорода в водоемах с различной степенью загрязненности:

Таблица 11. Уровень загрязненности воды и класс качества

Биогенные элементы

Вопросы контроля качества воды внесли в понятие биогенных элементов широкий смысл: к ним относят соединения (точнее, компоненты воды), которые, во-первых, являются продуктами жизнедеятельности различных организмов; во-вторых, являются «строительным материалом» для живых организмов. В первую очередь к ним относятся соединения азота (нитраты, нитриты, органические и неорганические аммонийные соединения), фосфора (ортофосфаты, полифосфаты, органические эфиры фосфорной кислоты и др.).

Соединения серы интересны в этой связи, в меньшей степени, так как сульфаты уже рассматривали в аспекте компонента минерального состава воды, а сульфиды и гидросульфиты, если присутствуют в природных водах, то в очень малых концентрациях и могут быть обнаружены по запаху.

Нитраты

Нитраты являются солями азотной кислоты. Повышенное содержание нитратов в воде может служить индикатором загрязнения водоема в результате распространения фекальных либо химических загрязнений (сельскохозяйственных, промышленных). Согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 для питьевой воды ПДК нитратов составляет 45 мг/л. Питьевая вода и продукты питания, содержащие повышенное количество нитратов, могут вызывать заболевания, в первую очередь у младенцев (так называемая метгемоглобинемия), а также людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями. Допустимое суточное потребление по рекомендациям ВОЗ – 5 мг/кг массы. В этом случае особенно опасны грунтовые воды и питаемые ими колодцы, поскольку в открытых водоемах нитраты частично потребляются водными растениями. Вместе с тем, растения не так чувствительны к увеличению содержания в воде азота, как фосфора.

Фосфаты и общий фосфор

Фосфор является необходимым элементом для жизни, однако его избыток приводит к ускоренной эвтрофикации водоемов. Большие количества фосфора могут попадать в водоемы в результате естественных и антропогенных процессов – поверхностной эрозии почв, неправильного или избыточного применения минеральных удобрений и др.

ПДК полифосфатов в воде водоемов составляет 3,5 мг/л в пересчете на фосфат-ион РО_43-, лимитирующий показатель вредности – органолептический.

Биохимическая потребность в кислороде (БПК)

БПК – показатель качества воды, характеризующий суммарное содержание в воде органических веществ. Природными источниками органических веществ являются разрушающиеся останки организмов растительного и животного происхождения, как живших в воде, так и попавших в водоем с листвы, по воздуху, с берегов и т. п. Кроме природных, существуют также техногенные источники органических веществ.

В естественных условиях находящиеся в воде органические вещества разрушаются бактериями с образованием двуокиси углерода. При этом на окисление потребляется растворенный в воде кислород. Таким образом, в процессе биохимического окисления органических веществ в воде происходит уменьшение концентрации кислорода, и эта убыль косвенно является мерой содержания в воде органических веществ.

Чаще определяют биохимическое потребление кислорода за пять суток – БПК5, и, как правило, этот показатель в поверхностных водах находится в пределах 0,5–4,0 мг/л.

Таблица 12. Характеристика вод по БПК5

Особенностью биохимического окисления органических веществ в воде является сопутствующий ему процесс нитрификации (окисление азотсодержащих соединений нитрофицирующими бактериями), искажающий характер потребления кислорода.

Норматив на БПК для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования – 3 мг/л, для водоемов культурно-бытового водопользования – 6 мг/л.

Аммоний

Катионы аммония являются продуктом микробиологического разложения белков животного и растительного происхождения. Образовавшийся таким образом аммоний вновь вовлекается в процесс синтеза белков. По этой причине аммоний и его соединения в небольших концентрациях обычно присутствуют в природных водах.

Аммонийные соединения в больших количествах входят в состав минеральных и органических удобрений, кроме того, аммонийные соединения в значительных количествах присутствуют в нечистотах (фекалиях). По этим причинам повышенное содержание аммонийного азота в поверхностных водах обычно является признаком хозяйственно-фекальных загрязнений.

ПДК аммиака и ионов аммония в воде водоемов составляет 2,6 мг/л. Согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 ПДК аммония в питьевой воде составляет 2,0 мг/л. По данным ВОЗ, содержание аммония не должно превышать 0,5 мг/л. Постоянный прием внутрь воды с повышенным содержанием аммония вызывает хронический ацидоз и изменения в тканях.

Нитриты

Нитритами называются соли азотистой кислоты. Нитрит-анионы являются промежуточными продуктами биологического разложения азотсодержащих органических соединений. Благодаря способности превращаться в нитраты, нитриты, как правило, отсутствуют в поверхностных водах. ПДК нитритов (по NО2-) в воде водоемов составляет 3,3 мг/л, для питьевой воды – 2,0 мг/л.

Фтор (фториды)

Фтор в виде фторидов может содержаться в природных и грунтовых водах. Избыток фтора в организме вызывают разрушение зубной эмали, осаждает кальций, что приводит к нарушениям кальциевого и фосфорного обмена. По этим причинам определение фтора в питьевой воде, а также грунтовых водах (например, воде колодцев и артезианских скважин) и воде водоемов хозяйственно-питьевого назначения, является очень важным. ПДК фтора в питьевой воде для разных климатических районов составляет от 0,7 до 1,5 мг/л.

Металлы

Железо общее

Железо – один из самых распространенных элементов в природе. Его содержание в земной коре составляет около 4,7 % по массе, поэтому железо, с точки зрения его распространенности в природе, принято называть макроэлементом.

В природной воде железо содержится в виде соединений, в которых железо может быть двух– или трехвалентным. В свою очередь, соединения железа могут образовывать истинные или коллоидные растворы. На воздухе двухвалентное железо быстро окисляется до трехвалентного, растворы которого имеют бурую окраску.

Таким образом, поскольку соединения железа в воде могут существовать в различных формах, точные результаты могут быть получены только при определении суммарного железа во всех его формах, так называемого «общего железа», хотя иногда возникает необходимость определить железо в его индивидуальных формах.

Двухвалентное железо (Fe2+) почти всегда находится в воде в растворенном состоянии, хотя возможны случаи при определенных уровнях рН, когда гидроксид железа (II) выпадает в осадок. Реакция окисления Fe2+ ↔ Fe3+ широко распространена в природе. Трехвалентное железо (Fe3+) – гидроксид железа (III), Fe(OH)3 – нерастворим в воде. Органическое железо встречается в воде в разных формах и в составе различных комплексов. Органические соединения железа, как правило, растворимы или имеют коллоидную структуру и очень трудно поддаются удалению.

Железобактерии встречаются практически везде. Их «визитной карточкой» можно считать ржавую слизь, покрывающую трубы водопровода. Некоторые виды бактерий (например, Gallionella ferruginea, вид стебельчатых, лентоподобных бактерий) «питаются» растворенным железом в процессе своей жизнедеятельности. При этом происходит преобразование двухвалентного железа в трехвалентное, которое сохраняется в желеобразной оболочке вокруг бактерии, при отмирании железобактерии откладываются в виде вышеупомянутой слизи.

Коллоидное железо – это нерастворимые, невидимые глазу частицы размером менее 1 микрона. Из-за малого размера их очень сложно удалить фильтрованием с помощью гранулированных фильтрующих материалов. Крупные органические молекулы (такие как танины и лигнины) также попадают в эту категорию. Коллоидные частицы из-за своего малого размера и высокого поверхностного заряда, отталкивающего частицы друг от друга и препятствующего их укрупнению, создают в воде суспензии, которые не выпадают в осадок, а находятся во взвешенном состоянии. Коллоидное железо характерно для поверхностных вод (коллоиды Fe(OH)3).

Некоторые органические молекулы способны связывать железо в сложные растворимые комплексы, называемые хелатами. Так, прекрасными хелатообразующими агентами являются фульво– и гуминовые кислоты, играющие важную роль в почвенном ионообмене.

Основной формой железа в поверхностных водах являются комплексные соединения трехвалентных ионов железа с растворенными неорганическими и органическими соединениями, главным образом с солями гуминовых кислот – гуматами. В болотных водах, где много гумусовых веществ, всегда много железа. При рН = 8,0 основной формой железа в воде является гидроксид железа Fe(OH)3, находящаяся во взвешенной коллоидной форме. В подземных водах железо присутствует в основном в растворенном двухвалентном виде. Трехвалентное железо при определенных условиях также может присутствовать в воде в растворенном виде как в форме неорганических солей (например, сульфатов), так и в составе растворимых органических комплексов.

Согласно СанПиН 2.1.4.1074-01 содержание железа не должно превышать 0,3 мг/л (а по нормам Европейского сообщества даже 0,2 мг/л). При уровне установленного ВОЗ (Всемирной организацией здравоохранения) переносимого суточного потребления (ПСП) железа, равном 0,8 мг/кг массы тела человека, безопасное для здоровья суммарное содержание железа в воде составляет 2 мг/л. Избыток железа, в первую очередь, оказывает токсическое влияние на печень, селезенку, головной мозг; может усиливать протекание воспалительных процессов.

Дефицит железа в организме приводит к анемии, патологиям сердечной мышцы и скелетных мышц, а также может быть причиной снижения иммунитета. Железо незаменимо в процессах кроветворения и внутриклеточного обмена.

Тяжелые металлы

Понятие «тяжелые металлы» не относится к строго определенным. Разные авторы в составе группы тяжелых металлов указывают разные химические элементы. В экологических публикациях в эту группу включают около 40 элементов с атомной массой более 50 атомных единиц.

Н. Ф. Реймерс относит к тяжелым металлы с плотностью более 8 г/см^3, выделяя при этом подгруппу благородных металлов. Таким образом, к собственно «тяжелым» отнесены медь, никель, кадмий, кобальт, висмут, ртуть, свинец.

Группа специалистов, работающая под патронажем Европейской экономической комиссии ООН и занимающаяся мониторингом выбросов в окружающую природную среду тяжелых металлов, включает в эту группу также цинк, мышьяк, селен, сурьму.

Есть и другие классификации. Тяжелые металлы по характеру биологического воздействия можно подразделить на токсиканты и микроэлементы, имеющие принципиально различный характер влияния на живые организмы.

Как видно из рис. 1, токсиканты оказывают отрицательное воздействие на организмы при любой концентрации, в то время как микроэлементы имеют область недостаточности, вызывающей отрицательный эффект (менее С_1), и область необходимых для жизни концентраций, при превышении которых снова возникает отрицательный эффект (более С_2). Типичными токсикантами являются: кадмий, свинец, ртуть; микроэлементами – марганец, медь, кобальт.

Медь. Медь является микроэлементом, содержится в организме человека, главным образом, в виде комплексных органических соединений и играет важную роль в процессах кроветворения. Отравления соединениями меди могут приводить к расстройствам нервной системы, нарушению функций печени и почек и др. ПДК меди в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения составляет 1,0 мг/л, лимитирующий показатель вредности – органолептический.

Цинк. Цинк является микроэлементом и входит в состав некоторых ферментов. Отрицательное воздействие соединений цинка может выражаться в ослаблении организма, повышенной заболеваемости, астмоподобных явлениях и др. ПДК цинка в воде водоемов составляет 1,0 мг/л, лимитирующий показатель вредности – общесанитарный.

Кадмий. Соединения кадмия очень ядовиты. Действуют на многие системы организма – органы дыхания и желудочно-кишечный тракт, центральную и периферическую нервные системы. ПДК кадмия в воде водоемов составляет 0,001 мг/л, лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический.

Ртуть. Ртуть относится к ультрамикроэлементам и постоянно присутствует в организме, поступая с пищей. Соединения ртути вызывают глубокие нарушения функций центральной нервной системы, сердца, сосудов, нарушения иммунной системы организма и другие. ПДК ртути в воде водоемов составляет 0,0005 мг/л, лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический.

Свинец. Соединения свинца – яды, действующие на все живое, но вызывающие изменения особенно в нервной системе, крови и сосудах. Органические соединения свинца (тетраметилсвинец, тетраэтилсвинец) – сильные нервные яды, являются активными ингибиторами обменных процессов. Для всех соединений свинца характерно кумулятивное действие. ПДК свинца в воде водоемов составляет 0,03 мг/л, лимитирующий показатель – санитарно-токсикологический.

Рис. 1. Характер эффекта, оказываемого элементом на организмы, в зависимости от его концентрации в воде: а – токсиканты, b – микроэлементы.

Органические вещества

Спектр органических примесей очень широк:

• группа растворенных примесей:

• гуминовые кислоты и их соли;

• гуматы натрия, калия, аммония;

• некоторые примеси промышленного происхождения;

• часть аминокислот и белков;

• группа нерастворенных примесей:

• фульвокислоты (соли) и гуминовые кислоты и их соли;

• гуматы кальция, магния, железа;

• жиры различного происхождения;

• частицы различного происхождения, в том числе микроорганизмы.

Содержание органических веществ в воде оценивается по методикам определения окисляемости воды, содержания органического углерода, биохимической потребности в кислороде, а также поглощения в ультрафиолетовой области.

Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью. Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая (методики определения двух последних применяются редко).

Окислители могут действовать и на неорганические примеси, например, на ионы Fe2+, S2-, NO-2, но соотношение между этими ионами и органическими примесями в поверхностных водах существенно сдвинуто в сторону органических примесей, то есть «органики» в решающей степени больше.

В подземных водах (артезианских) это соотношение – обратное, то есть органических примесей гораздо меньше, чем указанных ионов. Практически их совсем нет. К тому же неорганические примеси могут определяться непосредственно индивидуально.

Для природных малозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость (перманганатный индекс); в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК).

Окисляемость перманганатная измеряется мгО/л, если учитывается масса ионов кислорода в составе перманганата калия, пошедшего на окисление «органики», или мг KMnО_4/л, если оценивается количество перманганата калия, пошедшего на окисление «органики» – табл. 13.

Таблица 13. Характеристика вод по перманганатной окисляемости

Интегральные показатели качества вод – индексы качества

Каждый из показателей качества воды в отдельности хотя и несет информацию о качестве воды, все же не может служить мерой качества воды, т. к. не позволяет судить о значениях других показателей. Вместе с тем, результатом оценки качества воды должны быть некоторые интегральные показатели, которые охватывали бы основные показатели качества воды (либо те из них, по которым зафиксировано неблагополучие).

Гидрохимический индекс загрязнения воды

В простейшем случае, при наличии результатов по нескольким оцениваемым показателям, может быть рассчитана сумма приведенных концентраций компонентов, т. е. отношение их фактических концентраций к ПДК.

Сумма приведенных концентраций может рассчитываться только для химических веществ с одинаковым лимитирующим показателем вредности – органолептическим и санитарно-токсикологическим.

При наличии результатов анализов по достаточному количеству показателей можно определять классы качества воды, которые являются интегральной характеристикой загрязненности поверхностных вод. Классы качества определяются по индексу загрязнения воды (ИЗВ), который рассчитывается как сумма:

где Сί – фактическая средняя концентрация ί-й примеси за контролируемый период, мг/л;

ПДКί – предел допускаемой концентрации ί-й примеси, мг/л; N – количество примесей. Должны анализироваться не менее 7 примесей, которые в данном водоисточнике считаются наиболее значимыми по санитарно-токсикологическому признаку.

Значение ИЗВ рассчитывают для каждого пункта отбора проб (створа). Далее по таблице 15, в зависимости от значения ИЗВ, определяют класс качества воды.

Таблица 14. Характеристики интегральной оценки качества воды

В число 7 основных, так называемых «лимитируемых» показателей, при расчете ИЗВ в обязательном порядке входят: концентрация растворенного кислорода и значение БПК5, а также значения еще четырех показателей, являющихся для данного водоема (воды) наиболее неблагополучными или имеющих наибольшие приведенные концентрации.

Для расчета ИЗВ показатели выбираются независимо от лимитирующего признака вредности, однако при равенстве приведенных концентраций предпочтение отдается веществам, имеющим санитарно-токсикологический признак вредности (как правило, такие вещества обладают относительно большей вредностью).

Задачи интегральной оценки качества воды практически совпадают с задачами гидрохимического мониторинга, т. к. для окончательного вывода о классе качества воды необходимы результаты анализов по целому ряду показателей в течение продолжительного периода.

Микробиологические показатели

Уровень загрязненности и класс качества водных объектов иногда устанавливают в зависимости от микробиологических показателей. Одна из классификаций приведена в таблице 14.

Таблица 15. Оценка качества вод по микробиологическим показателям

Нормативно-технические документы водно-санитарного законодательства

Вода, которую используют люди, живущие в самых различных условиях, поступает из многих источников. Это могут быть реки и озера, болота, другие водотоки и водоемы, колодцы и артезианские скважины. Соответственно, вода, добываемая из разных по происхождению источников, различается по своим качествам и свойствам.

Существует большая вероятность того, что даже вода из близко расположенных друг к другу источников будет значительно отличаться по качеству.

Промышленные предприятия, здравницы, коммерческие компании, больницы и прочие лечебные учреждения, сельские жители и жители мегаполисов – все предъявляют свои, особые, требования к качеству воды.

Именно поэтому фильтрация воды необходима тогда, когда качество воды не отвечает требованиям потребителей.

Требования к качеству и безопасности воды установлены в следующих основных нормативных документах, перечисленных в таблице.

Существуют также технологические нормативы и требования, связанные с проектированием систем водоподготовки:

Для обеспечения требований, предъявляемых к очищенной воде, выбору метода очистки и оборудования, обязательно нужно учитывать три важнейших параметра, а именно:

• происхождение и состав исходной воды – данные, получаемые в результате химического анализа воды. Анализ воды позволяет определить, от каких загрязняющих компонентов следует (или желательно) очистить воду;

• конечные цели использования воды в каждом конкретном случае (какая именно степень очистки необходима в конкретном случае);

• требуемое потребителю количество очищенной воды (производительность системы очистки).

Водопотребление

Водопотребление является важнейшим показателем, который используется при учете расхода воды. Данный параметр необходим на стадии проектирования систем водоснабжения и при их дальнейшей эксплуатации.

В процессе проектирования систем водоснабжения для различных объектов и целей, самым главным вопросом является расчет максимального количества необходимой воды должного качества. При этом учитываются различные показатели и критерии, из которых складывается общая картина необходимого количества (расхода) воды.

Централизованная система водоснабжения в России построена таким образом, что вся поступающая в дом или квартиру вода является водой питьевых стандартов. Поэтому и вода в бачке вашего унитаза является, по сути, питьевой.

При проектировании индивидуальной системы водоснабжения правильнее разделять воду на три потока по назначению. Первый поток – это вода для хозяйственных нужд (техническая), второй – вода санитарного назначения и третий – вода для питьевых нужд.

Во всех трех случаях требования к качеству воды будут разные, т. к. если всю воду довести до стандарта – питьевая, – то это потребует больших финансовых затрат.

Получение воды для хозяйственных нужд технически не сложно. Из нее нужно убрать механические взвеси и понизить концентрацию вредных веществ до разумных (приемлемых) значений. Эту воду можно использовать для полива растений, слива в системах канализации и других бытовых целях. Система очистки воды при этом будет простой и дешевой. Для подготовки воды санитарного назначения может потребоваться многостадийная очистка воды (умягчение, обезжелезивание, фильтрация на фильтрах тонкой очистки, улучшение органолептических свойств воды – запаха, цветности и т. д.). Обработанную на этой стадии воду можно применять в системах горячего водоснабжения, подавать в посудомоечные и стиральные машины, использовать для гигиенических процедур.

Последней, самой ответственной частью системы очистки воды является получение питьевой воды. Для этого применяют различные фильтры тонкой очистки, системы многоступенчатой очистки, включая системы с технологией обратного осмоса. При расчетах необходимого расхода желательно руководствоваться СНиП 2.04.01–85 и, в зависимости от благоустройства и оснащения жилья бытовыми приборами, можно принять величину социальной потребности – 150–200 л/сутки на человека. В домах с повышенным уровнем комфортности цифра возрастает до 250–400 л/сутки на человека. Количество питьевой воды, рекомендуемой для применения в расчетах – 5 литров на человека в сутки. Потребление технической воды индивидуально, т. к. ее используют для мойки машин, садового инвентаря, дорожек, полива растений и т. д., и потребность в этом у всех разная. Рекомендуем принять для расчета среднее значение – 50 литров хозяйственно-бытовой воды в сутки.

Для подбора систем водоподготовки важнейшим параметром является пиковое потребление воды (л/мин) и суточное потребление воды (л/сутки). При расчете пикового потребления необходимо учитывать вероятность одновременного открытия нескольких кранов. Например, если даже в доме проживает семья из 5 человек, то вряд ли они все одновременно будут принимать душ или мыть руки.

Рассчитаем максимальное единовременное потребление санитарной воды, в л/мин по формуле:

10 л/мин × ½ от количества проживающих людей.

Таким образом, для семьи из 5 человек получается:

10 л/мин × ½ × 5 чел = 25 л/мин,

где 10 л/мин – средний расход воды на один сантехприбор.

Параметр пикового потребления воды является главным для подбора производительности системы очистки. Неправильно подобранное по производительности оборудование не обеспечит нужной степени очистки и может привести к проскоку неочищенной воды.

Расчет суточного потребления санитарной воды производится, исходя из количества проживающих и средней нормы расхода на одного потребителя.

Для семьи из 5 человек:

5 × 300 л/сутки = 1500 л/сутки, где 300 л/сутки – норма расхода потребителя См. табл. 17: жилые дома квартирного типа с водопроводом, канализацией и ваннами длиной от 1500 до 1700 мм, оборудованными душами).

Часто возникает вопрос о соотношении холодной и горячей воды при суточном расходе. Для упрощенных расчетов можно принять следующие соотношения: 60 % – холодной воды, 40 % – горячей.

Таким образом, при подборе оборудования для водоподготовки можно использовать следующие параметры: среднесуточное потребление на человека – 300 л, из них: питьевой – 5 л, холодной санитарной – 145 л, горячей – 100 л, хозяйственно-бытовой (технической) – 50 л.

Вот почему существует три ступени фильтрации:

• первая – фильтрация всей воды – бытовой, санитарной и питьевой;

• вторая – санитарной и питьевой;

• третья – только питьевой.

Такое разделение позволяет экономно и наиболее правильно подобрать систему водоподготовки для вашего дома.

Конечно, приведенные расчеты и рекомендации потребления технической и санитарной воды являются только оценочными и не учитывают специфику каждого человека в отдельности – у одного есть сад, у другого – огород, кто-то имеет в своем доме одну душевую кабину, а кто-то – джакузи и баню.

Но в качестве ориентира для расчета и подбора оборудования для подготовки воды эти данные вполне можно использовать.

СНиП 2.04.01–85: данные по расходу воды санитарными приборами указаны в таблице 16, данные по нормам расхода воды потребителем указаны в таблице 17.

Таблица 16. Расходы воды и стоков санитарными приборами

Таблица 17. Нормы расхода воды потребителем

Питьевая вода

Определение

Основные требования к питьевой воде состоят в том, что вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства. Соответствующая таким требованиям вода может потребляться человеком неограниченно на протяжении всей его жизни.

Качество воды питьевой должно соответствовать гигиеническим требованиям перед ее поступлением в распределительную сеть, а также в точках водоразбора наружной и внутренней водопроводной сети.

Российские нормативы качества питьевой воды зафиксированы в документах: СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества»; СанПиН 2.1.4.1175-02 «Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников». СанПиН 2.1.4.1116-02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества». Нормы европейского качества изложены в Директиве Совета Европейского союза – «По качеству питьевой воды, предназначенной для потребления человеком» 98/83/ЕС от 03.11.1998 г.; в международных рекомендациях всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) «Руководство по контролю качества питьевой воды 1994 г.» и в нормах Агентства по охране окружающей среды США.

Актуально также сближение российских норм качества питьевой воды с нормами Европейского союза и Всемирной организации здравоохранения.

Нормативы контроля качества вод

Нормирование качества питьевой воды становится с годами более скрупулезным и включает новые показатели. Число нормируемых химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения до 1954 года равнялось 6, в 1973-м – 420, в 1982 г. – 951, в 1988-м – 1345, а в настоящее время – согласно ГН 2.1.5.689-98 и ГН 2.1.5.690-98 – в питьевой воде нормируется содержание около 1500 веществ. Разрабатываются более точные методы анализов, исследователи находят новые, до сих пор неизвестные или ранее неопределяемые примеси. И увеличению количества нормируемых показателей не видно конца…

Вещества, в зависимости от их состава и характера действия, нормируются по лимитирующему показателю вредности (ЛПВ), под которым понимают наибольшее отрицательное влияние, оказываемое данными веществами. Все вещества разделены по трем ЛПВ – органо-лептические, санитарно-токсикологические или общесанитарные.

К органолептическим лимитирующим показателям относятся нормативы для тех веществ, которые не устраивают потребителя по вкусу, запаху, цвету, пенистости. К ним также относят ПДК для имеющих окраску соединений III и VI валентного хрома, имеющих запах и характерный привкус керосина и хлорофоса, образующего пену сульфолана и т. п.

Лимитирующие общесанитарные показатели устанавливаются в виде нормативов для малотоксичных и нетоксичных соединений – например, уксусной кислоты, ацетона, дибутилфталата и т. п.

Для остальных вредных веществ установлены лимитирующие санитарно-токсикологические показатели вредности.

Безопасность воды в эпидемическом отношении

Безопасность воды в эпидемическом отношении определяется общим числом микроорганизмов и числом бактерий группы кишечных палочек. По микробиологическим показателям питьевая вода должна соответствовать требованиям, указанным в таблице 18.

Таблица 18

*Индикаторные параметры качества воды. Только в целях мониторинга государства – члены ЕС на своей территории или ее части могут устанавливать дополнительные параметры, но введение этих дополнительных параметров не должно ухудшать здоровье людей (здесь и далее для таблиц 19, 20, 21).

**Обязательные параметры (здесь и далее для таблиц 19, 20, 21).

1Значение, указанное в скобках, может быть установлено по постановлению Главного государственного санитарного врача соответствующей территории для конкретной системы водоснабжения на основании оценки санитарно-эпидемиологической обстановки в населенном пункте и с учетом применяемой технологии водоподготовки (здесь и далее для таблиц 19, 20, 21).

Безопасность воды в радиационном отношении

Радиационная безопасность воды определяется ее соответствием нормативам по показателям α– и β-радиоактивности, указанным в таблице 19.

Таблица 19

Требования к органолептическим свойствам

Благоприятные органолептические свойства определяются нормативами, указанными в таблице 20.

Таблица 20

Безвредность питьевой воды по химическому составу

Безвредность питьевой воды по химическому составу определяется ее соответствием нормативам:

– по обобщенным показателям и содержанию вредных химических веществ наиболее часто встречающихся в природных водах РФ, а также веществ антропогенного происхождения, получивших глобальное распространение (таблица 21);

Таблица 21

– по содержанию вредных веществ, поступающих и образующихся в воде в процессе ее обработки в системе водоснабжения (таблица 22.)

Таблица 22

Сегодня многие жители городских квартир, коттеджей и загородных домов беспокоятся о качестве воды, используемой для питья и бытовых нужд.

В централизованных системах водоснабжения вода проходит очистку на муниципальных станциях водоподготовки. Ни для кого не секрет, что состав и качество воды в наших квартирах оставляет желать лучшего. Причиной этого прежде всего является вторичное загрязнение воды, которое происходит при транспортировке воды с местной станции водоподготовки до крана конечного потребителя. Обусловлено это высокой степенью изношенности водопроводных сетей. Характерными примесями являются нерастворимые частицы (песок, окислы железа и т. д.). Наличие этих примесей, присутствие хлора, нежелательный запах и вкус водопроводной воды, появление накипи – все это заставляет задуматься об установке дома специальных фильтров для очистки воды, которые бы устраняли все эти проблемы. Установка в квартире фильтров – привычное явление для миллионов граждан. В таких фильтрах происходит очистка от остаточного хлора, механических примесей, часто – от повышенного содержания солей жесткости и избыточной минерализации. При этом также происходит гарантированная очистка от солей тяжелых металлов.

В частных загородных домах и коттеджах, где водоснабжение происходит из местных источников – колодцев, артезианских и подрусловых скважин вода может иметь существенно более широкий круг примесей и диапазон их концентраций. Также существенным обстоятельством является то, что очистке подвергается практически весь объем потребляемой воды (за исключением воды используемой для полива). Задачу водоснабжения следует решать еще на этапе планирования индивидуального строительства, поскольку привычная подача воды из скважин (по своим физическим, биологическим и химическим характеристикам) в большинстве случаев не соответствует санитарным требованиям. Ошибочное представление о чистоте подземной воды часто становится причиной многочисленных проблем со здоровьем и неожиданных сбоев в работе котельного и климатического оборудования, бытовой техники. Содержание опасных примесей, повышенное количество солей жесткости может за небольшой промежуток времени нанести существенный вред здоровью человека и полностью вывести из строя стиральную или посудомоечную машину, бойлер или ванну с гидромассажем. Вот почему очистка воды для коттеджа – необходимое условие для нормальной жизни, обеспечивающее защиту Вас и Вашего дома.

Схемы очистки воды для квартиры указаны в приложении 1, для загородного дома и коттеджа в приложении 2.

Индивидуальные магистральные фильтры – промывные

Любая вода, из каких бы источников она ни была бы получена, в большей или меньшей степени содержит нерастворимые частицы: песок, ил, ржавчину, а иногда – выпавшие минеральные отложения и коагулированные коллоидные системы. В целом, наличие примесей может привести, во-первых, к уменьшению пропускной способности; во-вторых, к формированию коррозии и застойных зон, которые ведут к замене внутренних труб и ремонту подводящих; в-третьих, к выходу из строя блоков управления оборудования очистки и подачи воды и запорной арматуры. Поэтому самой первой ступенью любой схемы очистки воды должно быть удаление механических примесей. Для удаления таких загрязнений используются фильтры механической очистки, разделяющиеся по конструкции и принципу действия.

Назначение оборудования

Индивидуальные магистральные промывные фильтры предназначены для очистки холодной и/или горячей воды от механических примесей. Степень очистки определяется размером ячейки фильтрующего элемента – фильтрующей сетки.

Конструкция и техническое описание

Принцип действия сетчатых промывных фильтров очевиден. Фильтр состоит из корпуса, имеющего патрубки для ввода и отвода воды, и внутреннего фильтрующего элемента – сетки, выполненной в виде цилиндра.

Основной проблемой при использовании сетчатых фильтров является их загрязнение в процессе работы. Во время эксплуатации вода проходит через ячейки фильтрующей сетки. Механические примеси – песок, глина, окалина и другие вещества – скапливаются на поверхности фильтрующей сетки и оседают на дне колбы фильтра, фильтрующая сетка постепенно зашлаковывается, и способность к фильтрации утрачивается. Основным приемом очистки сетчатых фильтров является промывка, при которой поток воды направляют в прямом или обратном направлении (зависит от конструктивного исполнения фильтра). Задержанные примеси удаляются через специальный сливной кран.

Для фильтров прямой промывки направление движения жидкости при фильтрации и промывке совпадает – сверху вниз. Поток воды захватывает мусор, а слив осуществляется в подставленную емкость, либо в канализацию (требуется врезка). Режим промывки прекращается простым поворотом ручки шарового клапана. Для фильтров обратной промывки промывку проводят в направлении, противоположном направлению фильтрации, т. е. движение жидкости осуществляется сверху вниз.

Самые простые устройства предполагают запуск процесса промывки самим пользователем. Они могут оснащаться, например, механическим календарем или электронной системой со звуковым оповещением о необходимости промывки. Наиболее «продвинутые» модели имеют автоматику, активизирующую режим промывки по сигналам таймера или датчика давления. Некоторые приборы могут оборудоваться и таймером, и электронной системой с датчиком давления.

Как правило, конструктивное исполнение фильтров с обратной промывкой позволяет не прекращать снабжение очищенной водой даже во время промывки фильтрующего элемента. Для улучшения качества промывки некоторые компании используют дополнительные приспособления, позволяющие улучшить качество промывки. Например, в фильтрах происходит отсасывание загрязнений при помощи специального щелевого элемента. В фильтрах во время промывки вода, двигаясь по штоку вниз, создает разряжение в щелевом элементе, и происходит отсос загрязнений.

На рынке присутствуют модели с ручной и автоматической промывкой. Ручная промывка производится простым поворотом ручки шарового крана. Автоматическая запускается по истечении установленного интервала времени – так называемая промывка по таймеру или по датчику дифференциального давления. При втором варианте измеряется разница давления между входом неочищенной и выходом очищенной воды из фильтра. При достижении настроечного дифференциального значения (около 0,8 бар) датчик запустит обратную промывку.

Существуют модели, в которых промывка может быть выполнена как по таймеру, так и по датчику дифференциального давления. Обратная промывка запускается приоритетно по дифференциальному давлению. Если в течение установленного интервала между промывками из-за сильного загрязнения фильтрующего элемента будет превышено настроенное значение, датчик дифференциального давления запустит обратную промывку. Отсчет установленного интервала между промывками запускается заново. Этот способ организации промывки является предпочтительным.

Фильтры выпускаются в двух вариантах – для холодной (прозрачная ударопрочная чаша) и для горячей воды (непрозрачная латунная чаша).

Фильтрующий элемент

Сетки, используемые в таких фильтрах, могут быть сделаны из различных материалов. В последнее время, кроме традиционных, выполненных из стального листа или переплетенных нитей, большой популярностью пользуются сетки, отлитые или сплетенные из полимеров.

Именно конструкция и материал фильтрующего элемента определяют эксплуатационные показатели сетчатого фильтра – эффективность и производительность фильтра. Понятие эффективности для фильтров можно пояснить конкретными физическими характеристиками. Эффективность очистки – процент задержанных частиц с дисперсностью, равной или превышающей величину ячейки сетки. Коэффициент проскока – процент частиц, не задержанных фильтром. Проскок частиц вызван тем, что многие из нерастворенных частиц имеют неправильную геометрическую форму и при определенном положении могут пройти через сетку. Наименьшей эффективностью очистки обладают фильтры, у которых угол между направлением потока и сеткой составляет 90°. Еще одним важным показателем, влияющим на эффективность очистки, является скорость прохождения воды через ячейки фильтрующей сетки. Увеличение скорости приводит к увеличению гидравлического сопротивления сетки.

Повышенная скорость воды снижает дисперсность (размер) примесей, но увеличивает вероятность проскока, препятствует осаждению примесей на сетку и приводит к застреванию нерастворимых частиц в ячейках фильтрующего элемента. Для снижения скорости воды необходимо увеличить площадь сетки, но на практике это непросто, т. к. связано с конструкцией корпуса промывного фильтра.

Использование технологии лазерной пробивки при изготовлении просечно-вытяжной сетки из тонколистовой (0,1 мм) нержавеющей стали привело к улучшению работоспособности фильтров.

Сетка промывного фильтра должна противостоять коррозии, так как фильтры применяют как для фильтрации холодной водопроводной воды, так и горячей, в которой присутствует остаточный хлор. Это улучшает фильтрацию и в том случае, если фильтр применяется для скважин с сильноминерализованной водой.

Степень химической коррозии фильтрующего элемента зависит от содержания в воде веществ, обуславливающих растворение металлов. Такими веществами являются CO_2, O_2, H_2S, HCl, H_2SO_4. Для изготовления сеток фильтров используется легированная сталь марок AISI 316 (04Х19Н11М3), AISI 304 (08Х18Н9). Повышенное содержание никеля и наличие молибдена в марке AISI 316 сделало сетку стойкой к остаточному хлору, который может присутствовать в водопроводной воде.

Фильтрующие элементы (сетки) из нержавеющей стали широко распространены как в бытовых фильтрах, так и в промышленных.

Полимерные армированные фильтрующие элементы по своим прочностным свойствам уступают изготовленным из нержавеющей стали, но гумусовые частицы и частицы гидроокиси железа не налипают на нее, что положительно сказывается при промывке фильтрующего элемента.

Это свойство особенно ценно, когда идет речь об очистке воды, поступающей из открытых водоемов (поверхностных источников воды), в которых содержание глинистых частиц во много раз больше, чем в водопроводной.

Сетчатый фильтр часто устанавливают на входе в систему водоснабжения и перед системами очистки воды для того, чтобы механические примеси не забивали водоразборную арматуру и управляющие приборы.

Производители рекомендуют устанавливать перед сантехническим оборудованием фильтры со степенью очистки 100 мкм. Для более тонкой фильтрации существуют сетки – 20, 50, 70 мкм.

Монтаж и эксплуатация оборудования

Фирмы-производители в сопровождающей технической документации обязательно подробно указывают особенности монтажа и эксплуатации оборудования. Ниже приведены основные подходы/правила монтажа и эксплуатации.

Монтаж оборудования

При монтаже оборудования необходимо соблюдать требования к проведению монтажных работ, гигиенические нормы и технические требования к устанавливаемой модели фильтра. Устанавливать в отапливаемом помещении, так как рабочей средой является вода. Фильтры необходимо монтировать колбой вниз, на горизонтальном или вертикальном трубопроводе. Возможность установки на вертикальном трубопроводе зависит от конструкции фильтра и обязательно указывается производителем в документации. При установке фильтра следует обратить внимание на направление потока, показанного стрелкой на крышке фильтра.

Для фильтров с автоматической промывкой следует предусмотреть подключение к электрической сети.

Условия эксплуатации

• Соблюдать температурный режим эксплуатации – температура очищаемой воды и температура воздуха в помещении. Не устанавливать рядом с источниками тепла более 40 °С (только для фильтров на холодную воду).

• Соблюдать режим эксплуатации по давлению. Превышение давления в водопроводной сети может привести к порче оборудования и выходу его из строя.

• Регулярно очищать фильтрующий элемент с помощью промывки, минимум 1 раз в 6 месяцев. Степень загрязнения можно определить по разности давления воды до и после фильтра, а также и визуально, через прозрачный цилиндр колбы.

• Не превышать пропускную способность фильтра.

Картриджные фильтры тонкой очиски

Корпуса фильтра стандартов SLIM LINE и Big Blue. Описание и технические характеристики

В настоящее время получило распространение два стандарта корпусов фильтров – европейский SLIM LINE (SL) и американский Big Blue (ВВ).

Фильтры серии SLIM LINE имеют небольшой диаметр и размер. Благодаря этому они легко размещаются в наших квартирах. Диаметр картриджа к фильтру серии SLIM LINE ~ 60–65 мм.

Диаметр корпусов фильтров Big Blue и картриджей к ним гораздо больше, чем у стандартных магистральных фильтров SLIM LINE. Соответственно, их производительность и ресурс картриджа тоже несравнимо больше. Диаметр картриджей к таким корпусам ~ 110–115 мм. Фильтры серии Big Blue предназначены для установки в домах, коттеджах, кафе, ресторанах, турбазах, на производстве, в промышленности и т. д. Эти фильтры нашли свое применение и в многоступенчатых системах очистки воды.

Корпуса фильтров Big Blue и SLIM LINE различаются по своей длине: 10" (дюймов) и 20" (Big Blue), 5" и 7" (SLIM LINE). При этом диаметр для соответствующего типа картриджа остается одним и тем же, независимо от длины корпуса фильтра.

Конструктивно корпуса фильтров Big Blue состоят из двух частей – колбы и крышки. Конструкция корпуса фильтра SLIM LINE может быть как двух-, так и трехэлементной – колба, крышка, накидная гайка.

На рынке можно приобрести как прозрачные, так и непрозрачные колбы для картриджных фильтров.

Прозрачные колбы позволяют наблюдать за потоком воды и состоянием фильтрующего элемента, не прерывая процесс фильтрации, что, на первый взгляд, очень удобно. Однако в процессе работы в колбе скапливаются грязь, микробы и бактерии, и при наличии освещения или проникновения солнечного света в помещение колба в скором времени «зацветет», т. к. на ее внутренней поверхности образуются водоросли, затрудняющие фильтрацию.

Конечно, можно поставить такую колбу в темное место, но есть и более простой выход – колба из непрозрачного пластика. Это менее удобно с точки зрения визуального контроля, но такие колбы дешевле и гигиеничнее прозрачных.

В верхней части корпуса фильтра – крышке – расположен клапан, предназначенный для сброса давления воды в системе и облегчения процедуры замены картриджа.

Для присоединения корпуса фильтра к водопроводу в крышке предусмотрены резьбовые соединения. Расположенные в теле крышки фильтра, они могут быть выполнены как из пластика, так и из металла – латуни, латуни никелированной. Более надежными являются фильтры, у которых резьбовая часть выполнена из металла. При изготовлении такого типа крышки металлические закладные монтируют на стадии ее производства. Присоединительные размеры – от ½" до 2".

Наиболее востребованными являются корпуса фильтров Big Blue с присоединительным размером 1", для SLIM LINE – ½".

Применяемые при изготовлении таких фильтров материалы:

• Корпуса фильтров выполнены из ударопрочного гигиеничного пластика.

• Непрозрачные колбы изготовлены из полипропилена, прозрачные – из стирин-акрилонитрила.

• Крышка – из полипропилена.

• Привод кнопки сброса давления (пружинный механизм) – из нержавеющей стали.

• Уплотнительное кольцо – из резины пищевых марок или подобного по свойствам материала.

При выборе и установке корпуса фильтра следует обязательно обратить внимание на заявленные производителем технические характеристики оборудования и условия эксплуатации. Основными параметрами являются температура и давление, и, как правило, производитель указывает из диапазон в технической инструкции на изделие.

Для монтажа корпусов фильтров на их крышках предусмотрены 4 отверстия под болты-саморезы, через которые при помощи кронштейна корпус фильтра крепится к стене.

Корпуса фильтра SLIM LINE имеют сравнительно небольшой вес, поэтому иногда их допускается закреплять прямо на трубе без применения кронштейна. Для корпусов серии Big Blue применение кронштейна обязательно.

При установке корпуса фильтра следует обратить внимание на направление потока, который обычно указывается стрелочкой на крышке фильтра. Сужение входного и выходного отверстия также не рекомендуется, так как это приводит к падению давления в системе водоснабжения. Для упрощения расчетов без учета особенностей конструкции внутренних каналов и типа установленного картриджа потерю давления в корпусе фильтра можно принять равной 0,1 бар.

Фильтры, предназначенные для холодной воды, нельзя устанавливать для фильтрации горячей. Невыполнение данного условия может создать много неприятностей – например протечки в местах соединения составных частей корпуса фильтра.

Следует учесть, что если давление в системе окажется выше заявленного в техническом паспорте на изделие, то это приведет к потере герметичности конструкции фильтра. Как правило, давление в системе водоснабжения городской квартиры не превышает 6 бар, поэтому большая часть колб, представленных на российском рынке, имеет рабочее давление 6–8 бар.

Однако в трубопроводах могут быть скачки давления (гидроудары), при которых реальное давление может превышать рабочее в несколько раз.

Такая ситуация может привести к частичному растрескиванию и даже полному разрушению корпуса фильтра.

Для упреждения проблем, связанных с потерей герметичности фильтра – протечки, залив квартиры или дома – необходимо устанавливать перед ним дополнительные устройства: регуляторы давления или приборы, прекращающие подачу воды в квартиру – так называемые «аква-стопы».

Корпус фильтра для горячей воды

Как в коттеджах, так и в многоэтажных домах (квартирах) существует две различных магистрали – для горячей и холодной воды. Соответственно, для каждой из них необходим отдельный магистральный фильтр.

Поскольку фильтры для горячей воды работают в более жестких условиях, к ним предъявляются более серьезные требования, и стоят они дороже. Горячая вода более агрессивна, поэтому для изготовления корпусов фильтров используют такие материалы, как нержавеющая сталь, латунь, бронза, либо термостойкий композитный материал.

В соответствии с действующими нормативными документами, температура горячей воды в местах водоразбора:

• для систем централизованного ГВС, присоединяемых к закрытым системам теплоснабжения, должна быть не ниже 60 °С;

• присоединяемых к открытым системам теплоснабжения – не ниже 50 °С;

• для обоих типов систем – не выше 75 °С.

Для нецентрализованных систем ГВС температура определяется настройками оборудования котельной, однако, в соответствии со СНиП 31-02-2001, температура воды не должна превышать 60 °С.

Фильтры могут быть изготовлены из композитных материалов или из нержавеющей стали.

В фильтрах, выполненных из композитных материалов, колба и крышка изготовлены, как правило, из полипропиленов и его композиций, стойких к температурным воздействиям и циклическим нагрузкам от давления воды в системе ГВС; уплотнительные кольца – из термостойкой резины на базе силиконовых композиций.

Фильтры из нержавеющей стали – гигиеничные, надежные, долговечные, коррозионностойкие и имеют красивый современный дизайн. Но, вместе с тем, они дорогие и поэтому менее распространены в быту.

Фильтрующие элементы – картриджи

Основной частью любого картриджного фильтра является фильтрующий элемент, с помощью которого и производится очистка воды. Конструкция сменных элементов картриджных фильтров, а также их размеры были разработаны в 60-х годах фирмами Millipor и Pall, которые сделали их мировыми стандартами.

Различают два основных типа картриджей: с плоскими торцами и со специальными фланцами, снабженными уплотнительными кольцами. Остальные конструкции фильтров представляют собой их варианты: это картриджи, предназначенные для различных корпусов, а также соединения из нескольких картриджей, которые подбирают в зависимости от исходного анализа очищаемой воды.

Уровень и вид фильтрации зависит от используемого элемента. Например, картриджные фильтры механической очистки способны задерживать частицы размером 0,5–150 мкм, а фильтрующий элемент, предназначенный для удаления железа, извлекает из воды и осаждает внутри себя растворенное в воде железо.

Регенерация картриджей, как правило, не предусматривается, поэтому такие фильтры используются в основном для очистки воды с низким содержанием взвесей и других загрязнений.

Классификация картриджей по назначению и степени фильтрации

В соответствии со стандартами корпусов, картриджи также делятся на серии SL и BB и, соответственно, бывают 5,7, 10 и 20 дюймов.

По назначению все картриджи можно разделить на три группы:

• картриджи для удаления механических примесей;

• картриджи для улучшения органолептических свойств воды;

• картриджи специального назначения.

Картриджи для удаления механических примесей

Принцип очистки воды от механических примесей с помощью картриджей прост и понятен. Исходная вода, проходя через картридж, очищается от песка, ила, взвесей и т. д.

При фильтрации воды через фильтровальные перегородки, представляющие собою в разных конструкциях сетки – пористые, металлические, керамические; полимерные фильтрующие элементы; ткани; слой нетканых волокнистых материалов или слой зернистых насыпных материалов, – происходит задержание взвешенных (так называемых, механических) примесей, а также других примесей воды. Степень задержания и выделения из воды разных веществ – это функция дисперсности примесей воды и свойств фильтрующей перегородки.

На рынке получили распространение картриджи:

• из вспененного полипропилена;

• полипропиленовые нитяные картриджи;

• картриджи из гофрированного полиэстера, полипропилена или целлюлозы;

• полипропиленовые сетчатые.

Картриджи из вспененного полипропилена обладают высокой устойчивостью к воздействию бактерий и химикатов. Полипропиленовые волокна не привносят в воду дополнительных привкусов, запахов и окрашенности.

Присутствующие на рынке картриджи из вспененного полипропилена могут иметь однородную структуру или переменную степень фильтрации по глубине.

Первый тип картриджей имеет одинаковую степень фильтрации по всей своей глубине.

Второй тип может состоять из одного или двух слоев, один из которых находится внутри другого. Внешний слой (префильтр) предназначен для фильтрации частиц более крупного размера, внутренний (постфильтр) – для фильтрации более мелких частиц. Каждый из слоев изготовлен таким образом, что плотность волокон полипропилена возрастает от внешней поверхности к внутренней, что обеспечивает фильтрацию сначала более крупных, а затем – более мелких частиц. Благодаря этому улучшается качество процесса очистки воды. Такая конструкция увеличивает грязеемкость картриджа по сравнению с обычными фильтрующими элементам в 3 раза, а сам картридж служит гораздо дольше картриджей, имеющих однородную структуру. Ресурс картриджей сильно зависит от природы, дисперсности (распределения частиц по размерам) и количества взвесей, поэтому момент истощения фильтрующей способности определяют как превышение предельно-допустимого уровня потери давления, которое равно 0,6 бар. Обычно срок службы картриджей колеблется от 1 до 3 месяцев, это зависит от потребления пользователем воды.

В нитяных полипропиленовых картриджах картридж изготовлен из полипропиленового шнура. Намотка полипропиленового шнура производится с различной степенью плотности и натяжения, что позволяет получить картриджи с разным рейтингом фильтрации. Часто применяют сложный способ намотки – так, чтобы плотность намотки возрастала в направлении его сердцевины. Такая технология позволяет увеличить ресурс фильтра. В нитяных картриджах и картриджах из вспененного полипропилена реализован принцип объемной фильтрации.

Картридж – это многослойная конструкция со специально подобранным распределением пор по глубине. Обычно отверстия уменьшаются от периферии к центру, тонкость фильтрации воды обеспечивается самым мелкопористым слоем, а грязеемкость – всем объемом картриджа.

Фронтальная (тупиковая) фильтрация воды реализуется в картриджных (патронных) фильтрах, где сменный элемент представляет собой пленку или мембрану с отверстиями 0,1–100 мкм.

В настоящее время мировыми и отечественными производителями выпускается огромная номенклатура картриджей с тонкостью фильтрации воды от 0,05 до 100 мкм из самых разных материалов – полиэстера, полипропилена или целлюлозы. Повышение качества очистки воды с помощью таких картриджей достигается созданием одинаковых пор по всей поверхности мембраны, а повышение грязеемкости пленочных «бумажных» фильтров достигается увеличением их рабочей поверхности путем гофрировки, что понижает гидродинамическое сопротивление системы и повышает производительность фильтрации, или за счет придания объемности фильтрующим слоям.

Следует отметить, что «бумажные» элементы могут быть частично регенерированы от загрязнений струей воды, мягкой щеткой, а также с помощью обратной промывки.

Объемные элементы практически не поддаются регенерации.

Картриджи для улучшения органолептических свойств воды

Картриджи с активированным углем предназначены для сорбции органических и неорганических примесей (хлора, хлорорганических соединений, пестицидов, бензола). Активированный уголь устраняет неприятный запах, цветность, улучшает вкус и привкус воды.

Процесс очистки прост – вода протекает через угольный картридж, контактирует с углем, происходит сорбция загрязнений.

Адсорбционную способность древесных углей впервые заметили в конце XVIII века. Так, в 1773 г. химик из Штральзунда Карл Шееле сообщил об адсорбции газов на древесном угле. Через несколько лет, в 1785 г., Ловиц установил, что древесный уголь может обесцвечивать некоторые жидкости. Это открытие привело к первому промышленному применению древесного угля на английском сахаро-рафинадном заводе в 1794 г. После установления блокады на континенте в 1808 г. один из французских заводов также использовал древесный уголь для осветления сахарных сиропов.

Появление двух патентов Осгрейко в 1900–1901 гг. открыло путь современной технологии производства активных углей. Предмет одного из патентов – нагревание растительного материала с хлоридами металлов, второго – активирование древесного угля диоксидом углерода и водяным паром при нагревании до слабо-красного каления.

Свойства активированного угля зависят от исходного сырья, способов производства, методов активации поверхности, так как этими параметрами определяются два основных свойства, влияющих на очистку воды, – площадь поверхности и размер пор.

Активные угли делят:

По способу производства:

• дробленые – БАУ, КАД, ДАК и др.;

• гранулированные – АГ-3, АГ-5, СКТ и др.;

• порошковые – ОУ-А, ОУ-Б, КАД-молотый и др.

По исходному сырью:

• из древесины, самая известная марка – БАУ (березовый АУ);

• из каменного угля – КАД и КАД-йодный, АГ-3 и др.;

• из торфа – например, СКТ;

• из косточек фруктовых плодов и скорлупы – 207СР, Граносорб-Ф, – К и др.

Для сорбционной очистки воды больше всего используются активные угли, условно делящиеся на гранулированные и порошковые. Преобладающий размер частиц (не менее 90 %) гранулированных углей – от 0,18 до 7 мм, порошковых – не более 0,18 мм. При производстве активированного угля углеродсодержащее сырье (уголь, антрацит, древесина, торф, полимеры, промышленные отходы) подвергают карбонизации – обжигу при высокой температуре в инертной атмосфере без доступа воздуха. Полученный карбонизат обладает плохими адсорбционными свойствами, поскольку размеры его пор и внутренняя площадь поверхности невелики. Поэтому карбонизат подвергают активации. Активация углей может осуществляться посредством обработки водяным паром или специальными химическими реагентами. Активация водяным паром проводится при температуре 800–1000 °C в контролируемых условиях. При этом на поверхности пор происходит химическая реакция между водяным паром и углем, в результате чего образуется развитая структура пор и увеличивается их внутренняя поверхность.

При активировании углеродсодержащего материала происходит значительное уменьшение массы твердого вещества, в оптимальных условиях это аналогично увеличению пористости. Исходя их этого, можно простым весовым способом оценить увеличение активности угля.

Важными факторами, позволяющими сделать правильный выбор активных углей для определенных целей, являются гранулометрический состав, площадь внутренней поверхности (объема пор), распределение пор по размерам, природа и содержание примесей. По внешнему виду различают: порошковые угли (используются преимущественно для обесцвечивания), зерненые угли с неправильной формой зерен, а также формованные угли, которые в большинстве случаев состоят из цилиндрических гранул.

Значение удельной поверхности пор у лучших марок активных углей может достигать 1800–2200 м^2 на 1 г угля 0,5–1,6 нм, что соизмеримо с радиусами адсорбируемых молекул. Поры радиусом менее 0,5 нм практически недоступны для молекул органических примесей, задержание которых – основная цель использования активного угля. Суммарный объем пор радиусом 0,5–1,6 нм равен приблизительно 0,15–0,50 см^3/г.

Активные угли, изготовленные из скорлупы кокосовых плодов, более эффективны, чем те, которые изготовлены из каменного угля. При очистке питьевой воды от остаточного хлора, озона, «органики» их сорбционная способность больше в 2–4 раза.

Конструктивно изготавливают картриджи двух видов: засыпные и из угольных блоков. В засыпных картриджах фильтрующий материал – гранулированный активированный уголь – расположен внутри полимерного внешнего корпуса. Верхняя и нижняя крышка фиксируют фильтрующий материал. С внутренней стороны крышки монтируется расширитель, препятствующий прохождению потока воды в обход капсулы с углем. В фильтрующий элемент встроен 20-микронный постфильтр для удаления микрочастиц угля и прочих механических загрязнений.

Фильтрующий элемент состоит из прессованного угольного блока, внешней оболочки из полипропилена, которая фиксирует его и играет роль префильтра грубой механической очистки и сердечника, обеспечивающего жесткость всей конструкции. Все эти элементы фиксируются с помощью специальных наконечников.

Картридж из угольного блока рекомендован для удаления сложных хлорсодержащих соединений. Он позволяет улучшить вкус и запах воды, удалить органические соединения, пестициды и другие химикаты. Площадь фильтрации угольного блока практически вдвое больше площади обычного гранулированного угля, кроме того, он имеет большую адсорбирующую способность и более длительный срок службы.

После исчерпания сорбционной емкости активированного угля необходима его замена или регенерация. Для картриджей вопрос регенерации не стоит, при исчерпании сорбционной емкости картридж заменяют новым. Если это не сделать вовремя, то картридж начнет «отдавать» в воду поглощенные загрязнения и сам может стать источником загрязнения воды. Срок службы угольных картриджей зависит от качества исходной воды и конструкции очистной системы.

Картриджи специального назначения

Умягчение воды

С жесткой водой сталкивается каждый, достаточно вспомнить о накипи в чайнике.

Жесткость пресных природных водоемов меняется в течение года, имея минимум в период паводка. Например, в Москве, которую обслуживают четыре станции водоочистки, забор воды производится из Москвы-реки и из Волги (через канал им. Москвы), поэтому жесткость воды различна в разных районах и варьируется от 2,3 до 4,6 мг-экв/л. Артезианская вода, как правило, более жесткая, чем вода из поверхностных источников. В Подмосковье, например, жесткость артезианских вод меняется от 3 до 15–20 мг-экв/л в зависимости от места и глубины скважины.

Распространено мнение, что жесткая вода – это плохая вода, но в действительности ситуация с солями жесткости не так однозначна.

Начнем с бытовой техники. Высокая гидрокарбонатная (временная) жесткость воды делает ее непригодной для работы в системах с газовыми и электрическими паровыми котлами и бойлерами. Стенки котлов постепенно покрываются слоем накипи. Слой накипи в 1,5 мм снижает теплоотдачу на 15 %, слой толщиной 10 мм – уже на 50 %. Снижение теплоотдачи ведет к увеличению расхода топлива и электроэнергии, что, в свою очередь, ведет к образованию прогаров, трещин, вздутий в трубах и на стенках котлов, преждевременно выводя из строя как системы отопления, так и системы горячего водоснабжения.

В жесткой воде хуже пенится стиральный порошок и мыло. Жесткая вода снижает эффективность моющих средств. Соли жесткости могут выпадать в виде нерастворимых белых кристаллов, сокращая срок службы стиральных и посудомоечных машин, гидромассажных форсунок и душевых насадок. Они откладываются по краям бассейнов и на стенках унитазов. Частицы накипи наносят вред смесителям и шаровым кранам. Жесткая вода не годится при окрашивании тканей водорастворимыми красками, недопустима в пивоварении и производстве водки, негативно влияет на стабильность майонезов и соусов. Чай и кофе также необходимо заваривать мягкой водой, это улучшает их вкус.

С другой стороны, чрезмерная мягкость воды является одним из основных факторов, влияющих на ее коррозионную активность. Коррозия ведет не только к утечкам в металлических трубопроводах, разрушению и поломке оборудования, но и к ухудшению химического и микробиологического состава воды в водопроводе. На коррозионную активность воды, кроме жесткости, оказывает влияние водородный показатель рН, а также количество растворенного в воде кислорода. В неблагоприятных случаях, в результате коррозии в воде увеличивается содержание железа, цинка, меди, количество сульфатредуцирующих бактерий и железобактерий.

Подытоживая вышесказанное, рекомендуется для замкнутых систем отопления использовать воду с жесткостью 0,1–0,2 мг-экв/л, а для систем горячего водоснабжения – 0,5–1 мг-экв/л. Жесткость холодной воды, используемой, в том числе, для питья, согласно СанПиН 2.1.4.1074, не должна находиться в пределах от 1,5 до 7 мг-экв/л, при этом кальция должно быть не более 140 мг/л, а магния – не более 85 мг/л.

Самый распространенный метод умягчения воды (уменьшения в воде содержания ионов жесткости – кальция и магния) – натрий-катионирование; основано на способности ионообменных материалов обменивать на ионы кальция и магния ионы других веществ, не образующих накипь на теплонапряженной поверхности (трубные экраны котлов, теплообменники, поверхности жаротрубных котлов). Таких веществ немало, но в связи с доступностью и относительной дешевизной хлорида натрия именно он был выбран в качестве реагента для регенерации катионита.

При пропуске воды через слой катионита происходит ее умягчение. Слой катионита, умягчающий воду, называют работающим слоем или зоной умягчения. При дальнейшем фильтровании воды верхние слои катионита истощаются и теряют обменную способность. В ионный обмен вступают нижние слои катионита, и зона умягчения постепенно опускается. Через некоторое время наблюдаются три зоны: работающего, истощенного и свежего катионита. Жесткость фильтрата будет постоянной до момента совмещения нижней границы зоны умягчения с нижним слоем катионита. В момент совмещения начинается «проскок» катионов Са+2 и Мg+2 и увеличение остаточной жесткости до тех пор, пока она не станет равной жесткости исходной воды (что свидетельствует о полном истощении катионита). Тогда его следует регенерировать – пропустить через слой катионита раствор хлорида натрия, при этом обменная способность катионита восстановится.

Каждый катионит обладает определенной обменной емкостью. Обменная емкость ионитов может быть представлена такими показателями: полная и рабочая.

Полная (общая) обменная емкость (ПОЕ) – общее количество ионообменных групп в единице объема влажного или массы сухого ионита. ПОЕ не зависит от концентрации и природы обменивающихся ионов, она постоянна для данного ионита, но изменяется под термическим, химическим и ионизирующим воздействиями. Эта величина имеет, скорее, теоретическое значение. ПОЕ «сухих» катионитов – около 5,0 ммоль/г.

Рабочая обменная емкость (РОЕ) – основная технологическая характеристика ионита, емкость, восстанавливаемая в процессе регенерации. Эту величину можно измерять до проскока сорбируемого иона в фильтрат. Обычно РОЕ = РОЕпр. ПОЕ учитывается для нового («свежего») ионита, РОЕ – для прошедшего регенерацию.

Рабочая обменная емкость ионита зависит от многих факторов: природы ионита; его гранулометрической характеристики; качества исходной воды. Причем зависимость определяется не только общим количеством улавливаемых ионов, но и их соотношением, наличием в исходной воде железа, марганца, органических примесей, значения рН исходной воды, удельного расхода регенеранта и т. д.

Обменная емкость измеряется в молях ионов, обмениваемых в 1 м^3 ионита в его влажном (набухшем) состоянии: моль/м^3 или ммоль/л. Так, например, если обменная емкость ионита равна 800 моль/м^3, это означает: 1 м^3 такого ионита может извлечь 800 моль ионов. Иногда обменную емкость выражают в молях ионов на 1 кг воздушно-сухого ионита – моль/кг.

Ионообменные смолы представляют собой специально синтезированные полимерные вещества, нерастворимые в воде, чаще всего – получаемые сополимеризацией полистирола или полиакрилата с дивинилбензолом (ДВБ). В полученный сополимер вводят функциональные группы с подвижным катионом – ионогенные группы, способные вступать в обменные реакции.

По структуре полимерного каркаса ионообменные смолы делятся на две группы: гелевые (непористые) и макропористые.

Гелевые иониты проявляют ионообменные свойства только в набухшем состоянии, в этих условиях их объем увеличивается в 1,5–3 раза. При набухании гелевого ионита его гранула как бы раскрывает скрытые в сухом ионите поры. Структура гелевого ионита в двухмерном и внемасштабном изображении показана на рис. 2, а, б. Удельная площадь поверхности пор у гелевых ионитов – не более 5 м^2 в 1 г ионита, а размер ячеек (условно – пор) – 0,5–2,0 нм.

В последние годы больше производят макропористые иониты, мало набухающие, но, вследствие изначально развитой поверхности пор, очень активные в сорбционных и обменных реакциях. Удельная площадь поверхности пор макропористых ионитов – 20–130 м^2/г ионита. Средний диаметр пор – 20–100 нм. Их структура представлена на рис. 2.16, в.

Ионообмен в макропористых ионитах проходит быстрее, чем в гелевых. Путь в порах, который должен пройти ион до встречи с активной группой матрицы, примерно одинаков: в макропористых ионах – до 100 мкм, в гелевых – до 500 мкм.

Поры гелевых ионитов имеют естественное происхождение, а макропористых – образованы введенными при синтезе ионитов спиртами, гептаном и жирными кислотами, которые впоследствии удаляются.

Рис. 2. Схема структуры сеток у различных видов полимерных ионитов (реальный масштаб не учитывается): а – обычный неоднородносетчатый («гетеропористый») ионит; б – однородносетчатый («изопористый») ионит; в – явнопористый («макропористый») ионит

Кроме обменной емкости, каждый ионит характеризуется многими параметрами, отвечающими за физические свойства, его химическую и термическую стабильность. Существует оптимальное соотношение среднего размера гранул и толщины слоя для различного применения. Уменьшение размера зерна-гранулы ионита (в пределе – до порошкообразного состояния, размер частиц – 0,04–0,07 мм) приводит к увеличению гидравлического сопротивления до неприемлемых значений. Например, намывные фильтры формируются из порошкообразного ионита; толщина слоя должна быть ограничена 3–10 мм. Оптимальные размеры зерен катионита, исходя из этих соображений, принимают в пределах 0,3–1,5 мм.

Картриджи на основе ионообменной смолы

В настоящее время на рынке представлены ионообменные смолы российских и иностранных производителей, которые применяются в картриджах для умягчения воды. Конструктивно картриджи изготовлены таким образом, что провести регенерацию ионообменной смолы невозможно. Если используется ионообменная смола на основе гельсополимерстирола или дивинилбензола, то емкость по солям жесткости для 10-дюймового картриджа составляет 1000 мг-экв, а для 20-дюймового – около 2000 мг-экв. Некоторые современные картриджи имеют емкость по солям жесткости 10 000 мг-экв. Однако даже их хватит на очистку только 5000–7000 л воды. Поэтому советуем ставить ионообменные или полифосфатные картриджи только на линию для подготовки горячей воды в индивидуальных системах водоснабжения.

Картриджи для обезжелезивания

Подземная вода, в которой содержится железо, прозрачна и чиста на вид. Однако даже при непродолжительном контакте с кислородом воздуха железо окисляется, придавая воде желтовато-бурую окраску. Уже при концентрациях железа выше 0,5 мг/л такая вода способна вызвать появление ржавых потеков на сантехнике и пятен на белье при стирке. При содержании железа выше 1 мг/л вода становится мутной, окрашивается в желто-бурый цвет, у нее ощущается характерный металлический привкус. Все это делает такую воду неприемлемой как для технического применения, так и для питья. Железо не позволяет нормально заварить чай или кофе, делать соки, компоты, квас, а при больших концентрациях – негативно влияет на здоровье. Высокие концентрации железа в воде вызывают аллергические реакции, могут привести к заболеваниям крови. Если железа больше 1 мг/л – желтеет кожа, волосы блекнут и теряют естественный цвет, седые и светлые пряди становятся рыже-коричневыми. При концентрации 10 мг/л волосы можно испортить за две-три недели, и никакие шампуни уже не помогут.

Стирка в «железистой» воде гибельна для белья – если концентрация железа больше 1,0 мг/л, белье желтеет. Добавка стиральных порошков, особенно отбеливателя, приводит к интенсивному образованию хлопьев железа уже при концентрации 0,3 мг/л. «Железистая» вода портит кафельную плитку, эмаль и фаянс сантехнических изделий. Желто-коричневые натеки на их глазурованной поверхности можно удалить только кислотосодержащими моющими средствами. Но кислота разрушает глазурь, которая является защитой для керамики. Как только она разрушается, железо проникает в поры керамики и эмали и откуда его уже никак не извлечь, а белизна ванн, раковин и унитазов навсегда утрачена.

В системе горячего водоснабжения проблемы, обусловленные повышенным содержанием железа, многократно возрастают. Уже при концентрации 0,5 мг/л идет интенсивное появление хлопьев, образующих рыхлый шлам, который забивает теплообменники, радиаторы, трубопроводы, сужает их проходное сечение. Шлам попадает в краны, смесители, приборы автоматики. При концентрации 1,5–3 мг/л шаровые краны и смесители выходят из строя, прослужив всего несколько месяцев. При высоких температурах шлам затвердевает в виде осадка на металлических поверхностях, что приводит к снижению теплоотдачи и коррозии.

Нерастворенное железо, присутствующее в воде в виде ржавчины или окалины, удаляется с помощью 5-микронных картриджей механической очистки. Для удаления растворенного железа необходимо сначала его окислить, а затем отфильтровать выпавший осадок гидроокиси.

При высоком содержании железа рекомендуется применять автоматические установки очистки воды от железа. Картриджи применяют для дач, домов сезонного проживания или при невысоком содержании железа. Конструктивно картридж для обезжелезивания аналогичен засыпным угольным картриджам или картриджам для умягчения воды. Наиболее часто применяется фильтрующий материал Birm. Средний срок службы фильтрующего элемента зависит от концентрации железа. Для увеличения срока службы перед фильтром обезжелезивания часто устанавливают фильтр с картриджем для удаления механических примесей.

Картриджи для удаления нитратов

Нитраты – это соли азотной кислоты. В воде эти соли легко распадаются на катионы металлов и отрицательно заряженные (анионы) нитрат-ионы NO3-. Специально разработанные для удаления нитратов нитратселективные (избирающие нитраты) анионообменные смолы обменивают ассоциированные на смолах анионы на нитрат-ионы, растворенные в воде.

Анионообменная смола – это длинная органическая молекула, на которую подвешены активные центры с положительным зарядом, защищенным слабо держащимся отрицательно заряженным анионом, чаще всего хлоридом. Вода проходит через смолу, нитраты заменяют хлориды и задерживаются на смоле. Хлориды попадают в воду вместо нитратов.

Что происходит, когда заканчиваются свободные активные центры с хлоридами? Нитраты перестают задерживаться, т. к. им не к чему прилипать. Главное, это не происходит сразу – количество активных центров снижается постепенно, по мере блокировки активных центров.

Точно так же возрастает степень загрязненности воды нитратами, которые не задерживаются, а проскакивают. Что делать, чтобы этого не происходило? Это зависит от того, как используется ионообменная смола. Если она используется в виде простого картриджа, то нужно чаще менять картридж. Если она используется в виде колонны – бака со смолой, то необходима частая регенерация смолы солью. Для удаления нитрат-ионов используются стандартные или селективные анионообменные смолы сильного основания (strong base anion – SBA), как правило, в Cl-форме. В качестве регенеранта используется раствор соли NaCl. При необходимости удаления нитратов из всей используемой в доме воды наилучшим выбором является ионообмен, а если необходима очистка только питьевой воды, лучшим решением является обратный осмос.

Нитраты попадают в воду через почву. Поэтому применение картриджа для очистки от них в проточном фильтре актуально при отсутствии центрального водоснабжения (особенно в местности, где занимаются сельским хозяйством).

Картриджи для деионизации

Картриджи для деионизации воды изготавливаются с использованием специальной смеси ионообменных смол. Такие фильтрующие элементы применяются в качестве постфильтров в многоступенчатых системах очистки воды. Они минимизируют суммарное содержание органических веществ и суммарное содержание растворенных солей до допустимых значений.

Деионизация воды достигается путем ионного обмена на специальных ионообменных смолах. По типам удаляемых из воды ионов ионообменные смолы делятся на катионообменные и анионообменные. Если на сетках механических фильтров и в порах угля и синтетических волокон частицы попросту физически задерживаются, то при ионном обмене они как бы встраиваются в структуру фильтрующего вещества. Извлечение из воды положительно и отрицательно заряженных ионов металлов происходит за счет взаимодействия с противоположно заряженными активными центрами ионообменной смолы. К положительно заряженным – относятся ионы металлы, в том числе катионы кальция и магния, к отрицательно заряженным – кислотные остатки минеральных и органических кислот.

Картриджи для ионизации воды находят широкое применение для очистки воды, которая используется в фармацевтическом, косметическом и парфюмерном производстве, медицине, лабораториях, лазерных установках, парогенераторах и увлажнителях воздуха, распылителях воды, в энергетическом оборудовании и т. д.

Картриджи для горячей воды

Картриджи к фильтрам для горячей воды изготавливаются из материалов, учитывающих высокую температуру и свойства горячей воды.

Производительность фильтров для горячей воды различна и определяется их габаритами, проходным сечением, а также размерами ячейки фильтрующего элемента. Гидравлические потери в фильтре могут составлять от 0,1 до 0,5 бар. Это особенно важно учитывать при низком давлении в водопроводе.

Существует великое множество картриджей для горячей воды: сетчатых (нержавеющая сталь, нейлон или полипропилен), из вспененного или плетеного полипропилена, из нетканого полиэстера, гофрированных, намоточных и т. д.

В зависимости от установленных картриджей и температуры фильтруемой воды фильтр решает задачи очистки от механических взвесей, ржавчины, тяжелых металлов, органических соединений, остаточного хлора, сорбций, и других различных примесей.

Степень очистки картриджей, предназначенных для горячей воды, – в пределах от 1 до 100 мкм.

Важно помнить то, что картриджи, предназначенные для холодной воды, нельзя ставить для фильтрации горячей. А вот наоборот, как правило, можно. Поэтому, установив в квартире магистральные фильтры на холодную и горячую воду, иногда удобно использовать одни и те же типы сменных картриджей.

Большинство картриджей для горячей воды являются одноразовыми и не подлежат восстановлению по окончании своего ресурса. Служат такие картриджи в среднем порядка 3–6 месяцев, хотя этот показатель является индивидуальным и зависит от количества потребляемой воды.

Большинство картриджей для горячей воды пригодно для использования при температуре не выше 93–95 °С.

Полифосфатные картриджи

Существуют фильтрующие элементы для очистки горячей воды, которые содержат полифосфаты. Полифосфатные соли могут быть в виде кристаллов различных размеров, гранул, порошка, таблеток, либо в состоянии концентрированного раствора, требующего, однако, специального насоса-дозатора. Проходя через фильтрующий элемент, полифосфат постепенно растворяется в проходящей через картридж воде, добавляя в нее фосфаты и тем самым предотвращая образование накипи и ржавчины.

Суть процессов такова: постепенно растворяясь, гранулы полифосфата образуют в воде комплексные соединения с солями жесткости, препятствуя тем самым образование накипи на поверхностях нагрева. На металлических поверхностях образуется защитная пленка, которая предохраняет металл от разрушения в результате действия кислот, щелочей, солей жесткости, хлора и прочих факторов, приводящих трубы и работающее с водой оборудование в неисправное состояние.

Подобный способ обработки воды рекомендован для котлов, бойлеров и прочих типов непищевого оборудования, контактирующего в работе с горячей водой. Кристаллы полифосфата помещаются в полипропиленовую капсулу с предварительным фильтром из полиэстера и полипропиленовым постфильтром. Скорость растворения гексаметафосфата увеличивается в теплой, кислой или мягкой воде.

К содержимому такого картриджа необходимо относиться с осторожностью, т. к. полифосфаты раздражают слизистую оболочку глаза. Также на рынке присутствуют дозаторы полифосфата. Пропорциональные порошковые дозаторы просты в установке и применяются для предотвращения образования накипи и коррозии в котлах и бойлерах, в стиральных и посудомоечных машинах. Пропорциональные дозаторы добавляют в воду составы на основе полифосфатов пропорционально ее расходу. Это не ухудшает качества воды, в то же время соли, которые могут выпадать в осадок и образовывать отложения, остаются в растворенном виде, а трубопроводы предохраняются от коррозии.

Такие меры защиты гидравлических систем сберегают энергию, снижают затраты на эксплуатацию системы и продлевает срок службы оборудования.

Многоступенчатые системы подготовки воды

Сегодня на рынке водоочистного оборудования присутствует множество моделей и типов фильтров, предназначенных для многоступенчатой доочистки питьевой воды. Конструктивно – это соединенные между собой картриджные фильтры проточного типа. Фильтры предназначены для доочистки воды до состояния питьевой в бытовых условиях, при этом подразумевается, что предварительная очистка воды проведена муниципальными службами, а бактериологический и химический состав воды находится в пределах предельно-допустимых уровней (ПДУ, ПДК). Проточные фильтры устанавливаются под кухонную мойку, хромированный кран питьевой воды монтируется на мойке или столешнице. Проточные питьевые фильтры эффективно очищают воду от механических примесей, хлора и его соединений, устраняют жесткость, мутность, неприятный запах и вкус, снижают содержание в воде органики, пестицидов, тяжелых металлов и других вредных веществ. Все системы поставляются с отдельным краном для питьевой воды и установочным комплектом (переходники, трубки и т. д.).

Системы двух-, трехступенчатые

Описание и назначение

Двух– и трехступенчатые системы представляют собой комплекс проточных фильтров, которые, в зависимости от комплектации соответствующими картриджами, эффективно очищают воду от механических примесей, хлора и хлорорганических соединений, устраняют жесткость, мутность, неприятный запах и вкус, снижают содержание в воде органики, пестицидов, тяжелых металлов и других вредных веществ.

Ступенчатые системы не предназначены для удаления бактерий, вирусов, хлоридов, нитратов, нитритов и фторидов.

Фильтры этой категории подразделяются:

• по количеству ступеней очистки (двух– и трехступенчатые фильтры очистки воды);

• по месту расположения – нижнее расположение «под мойкой», верхнее расположение «на столе»;

• одноколбовые (в одной колбе может содержаться как одна, так и три ступени очистки);

• многоколбовые (как правило, не более трех колб).

Двух– и трехступенчатые системы, как правило, комплектуются сменными картриджами ограниченного срока службы. Чаще всего в них применяются картриджи стандарта SLIM LINE (SL) – 10. Сменные элементы таких систем следует менять после того, как ресурс картриджа будет исчерпан. Прозрачный корпус первой колбы позволяет следить за степенью загрязнения картриджа для его своевременной замены.

Комплектация ступенчатых фильтров, как правило, следующая:

• двухступенчатые фильтры: 1-я ступень – механическая очистка, 2-я ступень – очистка активированным углем;

• трехступенчатые фильтры: 1-я ступень – механическая очистка, 2-я ступень – очистка активированным углем, 3-я ступень – очистка воды ионообменной смолой или прессованным активированным углем, обогащенным несколькими добавками, такими как серебро, кристаллы гексаметафосфата и т. д. Картриджи для 3-ей ступени подбираются, как правило, в зависимости от претензий к качеству воды.

Основные блоки двух– и трехступенчатых систем

Основными блоками двух– и трехступенчатых систем являются:

Первая ступень – картридж из вспененного или нитяного полипропилена, который обеспечивает предварительную очистку воды от песка, ржавчины и других механических примесей размером более 5–20 мкм. Частота замены этого картриджа зависит от конкретных условий эксплуатации (в среднем замена осуществляется один раз в полгода).

Вторая ступень – картридж, содержащий прессованный или гранулированный активированный уголь. Задерживает хлор и его соединения. Периодичность замены картриджа – 1–2 раза в год.

Третья ступень – картридж для обезжелезивания, умягчения или обеззараживания, в зависимости от претензий, предъявляемых к воде. Частота замены картриджа зависит от конкретных условий эксплуатации (в среднем – один раз-два раза в год).

Двух– и трехступенчатые системы поставляются с отдельным краном для питьевой воды и установочным комплектом (переходники, трубки, кран, установочный кронштейн, ключ и т. д.). Комплект для подключения (врезки) в водопровод предназначен для подключения системы к магистрали холодного водоснабжения.

На рынке водоочистного оборудования существует множество моделей и типов фильтров, предназначенных для многоступенчатой доочистки питьевой воды.

Некоторые из них могут быть укомплектованы угольным постфильтром (для придания приятного вкуса воде) или обеззараживающей ультрафиолетовой лампой (для доочистки воды, небезопасной в микробиологическом отношении).

Монтаж двух– и трехступенчатых систем

Ступенчатые фильтры врезаются в магистраль холодного водоснабжения под кухонной мойкой или над ней, кран питьевой воды монтируется на мойке или столешнице. Системы должны быть установлены в помещении, не допускающем замерзания воды, в противном случае возможно повреждение колб и протечка воды.

Системы с технологией обратного осмоса. Описание, принцип действия. Сменные элементы

Метод обратного осмоса возник в 1953 г., когда Рейдом и Бретоном (США) были открыты полупроницаемые свойства ацетилцеллюлозных мембран. Технология производства полупроницаемых мембран была усовершенствована Маникяном (США), разработавшим способ промышленного изготовления мембран из раствора ацетилцеллюлозы в ацетоне и формамиде. В дальнейшем были разработаны и изготовлены мембраны, которые можно хранить длительное время в сухом виде, а также мембраны в виде полых волокон и составные мембраны.

Одновременно с созданием мембран велись исследования по разработке обратноосмотических аппаратов. Обратноосмотическое опреснение начали внедрять в промышленность в 1969 г. – в городе Плейседе (США) пущена в эксплуатацию установка производительностью 400 м^3/сут. В нашей стране исследования обратноосмотического обессоливания были начаты по инициативе профессора В. А. Клячко в 1964 г. во ВНИИ ВОДГЕО под руководством профессора И. Э. Апельцина.

Таким образом, около 50 лет назад начала развиваться принципиально иная технология очистки воды – мембранная технология. Она основана на пропускании воды под давлением через полупроницаемую мембрану и разделении воды на два потока: фильтрат (очищенная вода) и концентрат (концентрированный раствор примесей).

Сущность метода обратноосмотического разделения растворов

Обратным осмосом называется метод опреснения, основанный на фильтровании соленой воды через полупроницаемую мембрану, пропускающую воду, но задерживающую ионы растворенных в воде солей. Если растворитель и раствор разделить полупроницаемой перегородкой, пропускающей молекулы растворителя и задерживающей молекулы растворенного вещества, то растворитель начнет переходить через перегородку в раствор. Этот самопроизвольный переход и называется осмосом.

Переход растворителя в раствор сопровождается увеличением объема раствора и возрастанием гидростатического давления в сосуде с раствором. При установлении равновесия отвечающее ему давление может служить количественной характеристикой явления обратного осмоса. Оно называется осмотическим давлением и равно тому давлению, которое нужно приложить к раствору, чтобы привести его в равновесие с растворителем, отделенным от него полупроницаемой перегородкой.

Чтобы осуществить опреснение воды, нужно создать избыточное давление и заставить воду фильтроваться через мембрану в направлении, противоположном осмотическому переносу, т. е. со стороны соленой воды.

В процессе обратного осмоса вода и растворенные в ней вещества разделяются на молекулярном уровне, при этом с одной стороны мембраны накапливается практически идеально чистая вода, а все загрязнения остаются по другую ее сторону.

Явление обратного осмоса используют для очистки воды от различных примесей, так как обратный осмос обеспечивает более высокую степень очистки, чем большинство традиционных способов очистки воды, основанных на фильтрации механических частиц и адсорбции ряда веществ с помощью активированного угля.

К тому же метод обратного осмоса гораздо проще и дешевле в эксплуатации по сравнению с ионообменными системами.

Бытовые системы обратного осмоса имеют небольшие размеры, и, как правило, размещаются под кухонной мойкой. Для их работы требуется давление 2,5–5 атмосфер, при более низком давлении требуется подключение встраиваемого насоса.

Основные блоки бытовой системы обратного осмоса

Основными блоками бытовой системы обратного осмоса являются:

Префильтры

Используются для предварительной очистки воды от нерастворимых частиц, хлора, органических веществ до того, как вода достигнет мембраны, и способствуют увеличению срока службы основного чистящего элемента системы – мембраны. В зависимости от степени загрязненности исходной воды рекомендуется выбирать модели с двумя или тремя префильтрами.

Первая ступень (первый префильтр) – картридж из вспененного или нитяного полипропилена, обеспечивающий предварительную очистку воды от песка, ржавчины и других механических примесей размером более 5–20 мкм. Частота замены этого картриджа зависит от конкретных условий эксплуатации (в среднем – один раз в полгода).

Вторая ступень (второй префильтр) – картридж, содержащий прессованный или гранулированный активированный уголь. Он задерживает хлор и его соединения. Периодичность замены картриджа – 1–2 раза в год.

Третья ступень (третий префильтр) – также картридж из вспененного или нитяного полипропилена, обеспечивающий более тонкую очистку воды от механических примесей размером более 1–5 мкм (в бытовой четырехступенчатой обратноосмотической системе эта ступень отсутствует). Частота замены этого картриджа также зависит от конкретных условий эксплуатации (в среднем – один-два раза в год).

Мембранный элемент

Четвертая ступень – заключенная в пластиковом корпусе мембрана, свернутая в рулон. Мембрана является главным элементом системы обратного осмоса. Мембрана разделяет поток воды после фильтрации на чистую воду (пермеат) и «грязную» (концентрат). Срок службы мембранного элемента при правильной эксплуатации и своевременной замене фильтров предварительной очистки – 2–3 года.

В среднем RO-мембраны задерживают 97–99 % всех растворенных веществ, бактерии, вирусы, соли, железо и гумусовые соединения, придающие воде цветность, патогенные вещества и пропускают лишь молекулы воды, растворенные газы и легкие минеральные соли. Такие мембраны используются во многих отраслях промышленности, где есть необходимость в получении воды высокого качества (разлив воды, производство алкогольных и безалкогольных напитков, пивоварение, пищевая промышленность, фармацевтика, электронная промышленность и т. д.).

Определить эффективность работы мембраны можно по производительности – следует убедиться, что давление в норме и картриджи не задерживают поток воды.

Современные обратноосмотические мембраны – композитные – состоят из нескольких слоев. Общая толщина 10–150 мкм, причем толщина собственно селективного слоя, который определяет селективность мембраны – не более 1 мкм. В бытовых системах в основном применяются мембраны из двух материалов – триацетат целлюлозы (международное название – СТА) и тонкопленочный композит (ТFC).

1 – префильтр – картридж из вспененного полипропилена (5 мкм); 2 – префильтр – угольный картридж; 3 – префильтр-картридж из вспененного полипропилена (1 мкм); 4 – четырехходовой клапан; 5 – мембранный элемент; 6 – гидроаккумулятор; 7 – постфильтер – посткарбон; 8 – ограничитель дренажа; 9 – кран для питьевой воды; 10 – байпасная линия; 11 – слив в дренаж; 12 – обратный клапан

В комплектацию обратноосмотических фильтров, как правило, входит:

Накопительная емкость

Представляет собой бак для хранения очищенной воды – гидроаккумулятор, общий объем которого 10–15 л (полезный объем – 6–8 л). Т. к. производительность мембраны очень мала, гидроаккумулятор необходим для создания некоего запаса очищенной воды, которая поступает к пользователю при открытии крана. Гидроаккумулятор состоит из металлического корпуса, внутри которого находится мембрана (груша). Очищенная вода накапливается внутри мембраны, давление в воздушной полости в пустом баке 0,5–0,6 атм.

Автоматический диафрагменный клапан, предназначенный для отключения подачи воды в бак при его наполнении.

Постфильтр

Это последний, финишный фильтр; представляет собой неразборный пластиковый корпус с активированным углем, который после выработки ресурса полностью заменяется. Если система обратного осмоса долгое время не используется, то очищенная вода, находящаяся в баке для хранения очищенной воды и трубках, может приобрести неприятный привкус или запах. Угольный постфильтр служит для устранения посторонних запахов и привкусов. Периодичность замены постфильтра – 1 раз в 3–6 месяцев или при появлении «горьковатого» привкуса в очищенной воде.

Минерализатор – картридж, который обогащает воду минеральными веществами (солями кальция, магния, калия, натрия).

Кран для питьевой воды

Каждая система комплектуется отдельным краном для очищенной воды, независимым от общего потока воды для хозяйственных нужд. Кран врезается в кухонную мойку или столешницу.

Комплект для подключения (врезки) в водопровод – предназначен для подключения системы обратного осмоса к магистрали холодного водоснабжения.

Комплект для врезки в сливную магистраль – предназначен для подключения системы обратного осмоса к канализации и слива концентрата в канализацию.

Мембранные системы очистки воды имеют ряд достоинств. Загрязнения не накапливаются внутри мембраны, а смываются потоком воды с поверхности мембраны и сливаются в дренаж, что исключает вероятность их попадания в очищенную воду. Благодаря такой технологии, даже при значительном ухудшении параметров исходной воды, качество очищенной воды остается стабильно высоким. Со временем лишь понижается производительность фильтра (в бытовых системах, устанавливаемых под мойкой, потребитель легко сможет их заменить самостоятельно). Другое преимущество – в конструкции фильтра отсутствуют какие-либо химические реагенты, что обеспечивает их экологическую безопасность.

Мембранные системы компактны и прекрасно вписываются в интерьер. Они просты в эксплуатации и не нуждаются в излишнем внимании со стороны пользователя.

Ультрафильтрационные системы. Описание, принцип действия. Отличия от обратного осмоса

Ультрафильтрацию, в отличие от обратного осмоса, используют для разделения систем, в которых молекулярная масса растворенных компонентов намного больше молекулярной массы растворителя. Например, для водных растворов принимают, что ультрафильтрация применима тогда, когда хотя бы один из компонентов системы имеет молекулярную массу от 500 и выше.

Ультрафильтрация заимствовала у обратного осмоса способы получения мембран, а также во многом подобна обратному осмосу и по аппаратному исполнению. Отличие заключается в гораздо более высоких требованиях к отводу концентрированного у мембранной поверхности вещества, способного формировать в случае ультрафильтрации гелеобразные слои и малорастворимые осадки.

Технологические возможности ультрафильтрации во многих случаях гораздо шире, чем у обратного осмоса. Так, при обратном осмосе, как правило, происходит общее задержание всех частиц. Однако на практике часто возникает задача селективного разделения компонентов раствора, т. е. фракционирования. Решение этой задачи является очень важным, поскольку при этом возможно отделение и концентрирование весьма ценных или редких веществ (белки, физиологически активные вещества, полисахариды, комплексы редких металлов и т. д.).

Ультрафильтрационные мембраны с размером пор от 0,01 до 0,1 мкм удаляют крупные органические молекулы (молекулярный вес больше 10 000), коллоидные частицы, бактерии и вирусы, не задерживая при этом растворенные соли. Такие мембраны применяются в промышленности и в быту и обеспечивают стабильно высокое качество очистки от вышеперечисленных примесей, не изменяя при этом минеральный состав воды. Это свойство ультрафильтрационных мембран задействовано для бытовых систем очистки воды.

Ультрафильтрационные мембраны бывают различных типов – одноканальные и многоканальные. Их изготавливают в виде плоских листов или полых волокон. Для систем водоподготовки обычно применят мембраны с полыми волокнами. Для бытовых систем ультрафильтрации, устанавливаемых под мойку, применяют одноканальные волокна с внутренним диаметром 0,8 мм или меньше, для исходной воды с высоким содержанием твердых веществ используются волокна с бóльшим внутренним диаметром – до 1,5 мм.

Малый диаметр применяемых волокон обеспечивает высокую плотность мембраны, простоту обратной промывки, малую загрязняемость, уровень эксплуатационных затрат, высокую проницаемость и в то же время высокую механическую прочность, обеспечивает целостность мембраны.

Механическая целостность мембраны напрямую зависит от наличия поврежденных волокон. Вследствие их малых размеров, одноканальные волокна подвержены повреждениям из-за высоких нагрузок, особенно во время частых циклов обратных промывок.

Обычно исходная вода проникает внутрь капилляров волокон, а отфильтрованная отводится с их внешней стороны (режим «in-out») Однако подача исходной воды может осуществляться и снаружи мембран, при этом отфильтрованная выходит из капилляров.

При обратной промывке направления потоков меняются на противоположные (в отличие от режима фильтрации).

На внешней поверхности волокон во время обратной промывки достигается большая скорость потока. Это обеспечивает выравнивание распределения потока вдоль всей длины волокна, что повышает эффективность удаления загрязнений из капилляров. При конфигурации «in-out» объем использованной загрязненной воды оказывается очень маленьким, так как вода проникает внутрь волокон и заполняет внутренний объем, который существенно меньше наружного.

Экономически выгодно производить обратные промывки через короткие интервалы времени, предотвращая образование загрязняющего слоя. При этом офф-лайновые химические промывки мембран можно будет производить гораздо реже.

Давление, необходимое для промывки фильтра, составляет 1–3 атм. Слив удаленных загрязнений происходит в канализацию.

Особенности монтажа и эксплуатации многоступенчатых систем

В сопровождающей технической документации на изделие фирмы-изготовители подробно указывают особенности монтажа и эксплуатации оборудования. Ниже приведены основные подходы/правила монтажа и эксплуатации многоступенчатых систем.

Монтаж оборудования

При монтаже оборудования необходимо соблюдать требования к проведению монтажных работ, гигиенические нормы и технические требования.

Устанавливать водоочистные устройства необходимо в отапливаемом помещении, чтобы избежать замерзания воды.

Место установки водоочистных устройств необходимо выбрать так, чтобы была возможность легкого доступа для обслуживания и замены картриджей.

Монтажное положение – установить на горизонтальном трубопроводе, учитывая направление потока.

Необходимо убедиться, что давление в системе водоснабжения соответствует требованиям, изложенным в инструкции производителя системы. Обратить внимание, что для многоступенчатой системы с технологий обратного осмоса при давлении ниже 2,8 атм следует использовать повышающий давление насос.

При первом запуске системы, а также при перестановке в место с другим качеством исходной воды и после замены мембраны и/или сменных элементов до окончания процедур наладки и промывки не рекомендуется использовать очищенную воду для питьевых нужд.

Присоединение многоступенчатых систем к водопроводу выполнить, используя комплект для врезки в водопровод.

Установить кран чистой воды на горизонтальной поверхности мойки. Если на поверхности мойки нет места для установки крана, то его можно смонтировать на поверхности стола.

Системы обратного осмоса, требующие промывки мембранного элемента, обязательно соединить с дренажной магистралью, используя комплект для врезки в дренаж.

В случае обнаружения протечек или других неисправностей следует прекратить подачу воды в систему.

Условия эксплуатации:

• Соблюдать температурный режим эксплуатации – температуру очищаемой воды и температуры воздуха в помещении. Не устанавливать рядом с источниками тепла более 40 °С.

• Соблюдать режим эксплуатации по давлению. Превышение давления в водопроводной сети может привести к порче оборудования и выходу его из строя. При необходимости установить в систему водоснабжения клапан понижения давления.

• Проводить своевременную замену фильтрующих элементов.

• Не превышать пропускную способность фильтра.

Обеззараживание воды

Микробиологические загрязнения воды занимают первое место по степени риска для здоровья человека. Сегодня доказано, что опасность заболеваний от присутствующих в воде болезнетворных микроорганизмов в тысячи раз выше, чем при загрязнении воды химическими соединениями различной природы. Поэтому обязательным условием получения воды питьевого качества является ее обеззараживание до пределов, отвечающих установленным гигиеническим нормативам.

На сегодняшний день наибольшее распространение получили такие способы дезинфекции воды, как хлорирование, озонирование и обработка УФ-излучением. Электроплазменная технология и обеззараживание с использованием сорбционных материалов, модифицированных наноагрегатами серебра, в силу объективных причин широкого применения не нашли.

Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением

Ультрафиолетовым называется электромагнитное излучение в пределах длин волн от 100 до 400 нм. Для обеззараживания используется «ближняя область»: 200–400 нм (длина волн природного ультрафиолетового излучения у поверхности земли больше 290 нм). Наибольшим бактерицидным действием обладает электромагнитное излучение на длине волны 200–315 нм и максимальным проявлением в области 260±10 нм. В современных УФ-устройствах применяют излучение с длиной волны 253,7 нм.

Метод УФ-дезинфекции известен с 1910 г., когда были построены первые станции для обработки артезианской воды во Франции и Германии. Бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей объясняется происходящими под их воздействием фотохимическими реакциями в структуре молекулы ДНК и РНК, составляющими универсальную информационную основу механизма воспроизводимости живых организмов. Результат этих реакций – необратимые повреждения ДНК и РНК. Кроме того, действие ультрафиолетового излучения вызывает нарушения в структуре мембран и клеточных стенок микроорганизмов. Все это в конечном итоге приводит к их гибели.

УФ-стерилизатор представляет собой металлический корпус, внутри которого находится бактерицидная лампа. Она, в свою очередь, помещается в защитную кварцевую трубку. Вода омывает кварцевую трубку, обрабатывается ультрафиолетом и, соответственно, обеззараживается. В одной установке может быть несколько ламп. Мощности излучения современных конструкций ламп достаточно, чтобы в течение 3–5 с бактерицидное действие было максимальным: эффективность уничтожения бактерий и вирусов – 99,9 %

Основной параметр, определяющий эффективность работы установки, – доза УФ-излучения – D, мДж/см^2. В мировой практике требования к минимальной дозе облучения варьируются в пределах от 16 до 40 мДж/см^2. Минимальная доза, соответствующая российским нормативам, – 16 мДж/ см^2. Из-за различной сопротивляемости микроорганизмов доза ультрафиолета, необходимая для инактивации, например 99,9 %, сильно варьируется от малых доз для бактерий до очень больших доз для спор и простейших.

Доза определяется интенсивностью потока лучистой энергии, временем нахождения потока в зоне облучения (обычно 1–3 с) и прозрачностью обрабатываемой воды. Дело в том, что прозрачность воды влияет на количество поглощенной световой энергии, которая не расходуется на обеззараживание, и зависит также от толщины водного слоя. Поэтому реальные величины дозы облучения пропорциональны коэффициенту пропускания ультрафиолетовых лучей. Для воды из подземного источника он составляет 0,95–0,80, для воды из реки – 0,85–0,70, а для сточной воды – 0,40–0,60. При прохождении через воду УФ-излучение ослабевает из-за эффектов поглощения и рассеяния. Такое ослабление зависит от мутности и качества воды, особенно от содержания в ней железа, марганца, а также учитывается при расчете необходимой интенсивности излучения введением специального коэффициента.

Как правило, чтобы обеззараживание воды проходило эффективно, она должна удовлетворять следующим требованиям: прозрачность – не ниже 85 %; количество взвешенных частиц – не более 1 мг/л; жесткость – менее 7 ммоль/л; общее содержание железа – не более 0,3 мг/л; марганца – не более 0,1 мг/л; содержание сероводорода – не более 0,05 мг/л; твердых взвешенных частиц – менее 10 мг/л; мутность – не более 2 мг/л по каолину; цветность – не более 35 градусов; число бактерий группы кишечной палочки – не более 10 000 в 1 л. Все эти ограничения позволяют использовать УФ-установку стерилизации воды только как последнюю ступень очистки воды. В профессиональных УФ-установках очистка воды внутренней поверхности камеры от минеральных и органических загрязнений производится промывкой слабым раствором пищевой кислоты (щавелевая, лимонная). В некоторых установках для очистки защитных кварцевых чехлов применяется механическое очистное устройство плунжерного типа с ручным или электрическим приводом.

Важнейшим качеством ультрафиолетовой обработки воды является отсутствие изменения ее физических и химических характеристик даже при дозах, намного превышающих практически необходимые. Однако и этот способ имеет определенные недостатки. Подобно озонированию, УФ-обработка не обеспечивает пролонгированного действия, что делает проблематичным ее применение в случаях, когда временной интервал между воздействием на воду и ее потреблением достаточно велик. Этот способ энергозатратен, требует строжайшего соблюдения технологии, постоянной борьбы с биообрастанием источников излучения и жесткого контроля над прозрачностью воды (рассеивание лучей снижает эффективность обработки воды).

Другие методы обеззараживания

Хлорирование

Практически самым распространенным и проверенным способом дезинфекции воды является хлорирование.

Процесс хлорирования и недефицитность и дешевизна хлора обуславливают самое широкое распространение именно этого метода обеззараживания воды, к тому же технологически он является наиболее простым.

В настоящее время хлорированием обеззараживается 98,6 % воды.

Хлорирование позволяет не только очистить воду от нежелательных органических и биологических примесей, но и полностью удалить растворенные соли марганца и железа.

Другое важнейшее преимущество этого способа – способность обеспечить микробиологическую безопасность воды при ее транспортировании пользователю благодаря эффекту последействия.

Только метод хлорирования обеспечивает консервацию воды в дозах 0,3–0,5 мг/л, то есть обладает необходимым пролонгированным действием.

Существенным недостатком хлорирования является присутствие в обработанной воде свободного хлора, который ухудшает ее органолептические свойства (запах, цвет, прозрачность, вкус и т. д.) и является причиной образования побочных галогенсодержащих соединений (ГСС).

В качестве дезинфектантов применяют газообразный хлор (Cl_2), гипохлорит натрия (NaClO), диоксид хлора (ClО_2), хлорамин и другие соединения.

Озонирование

Преимущество озона (О_3) перед другими дезинфектантами заключается в присущих ему дезинфицирующих и окислительных свойствах, обусловленных выделением при контакте с органическими объектами активного атомарного кислорода. Впервые процессы озонирования для очистки питьевой воды были реализованы во Франции, где уже в 1916 г. действовало 26 озонаторных установок. Всего в Европе – 49. Первоначально озон использовался только для дезинфекции воды. Сейчас озонирование все чаще находит применение для одновременного обеззараживания воды, обесцвечивания, окисления железа и марганца, устранения привкуса и запаха.

Механизм действия озона на бактерии полностью пока еще не выяснен, однако это не мешает его широкому использованию.

По быстродействию озон эффективнее хлора: обеззараживание происходит быстрее в 15–20 раз. На споровые формы бактерий озон действует разрушающе в 300–600 раз сильнее хлора. Отсутствие в воде химических веществ, быстро реагирующих с озоном, позволяет провести эффективное разрушение E.coli при концентрации растворенного озона 0,01–0,04 мг/л. Следует отметить такое важное свойство озона, как противовирусоидное воздействие. Энтеровирусы, в частности, выводящиеся из организма человека, поступают в сточные воды и, следовательно, могут попадать в воды поверхностных водоисточников, используемых для питьевого водоснабжения.

Результатом многочисленных исследований установлено: остаточный озон в количестве 0,4–1,0 мг/л, сохраняемый в течение 4–6 мин, обеспечивает уничтожение болезнетворных вирусов, и в большинстве случае такого воздействия вполне достаточно, чтобы снять все микробиальные загрязнения.

По сравнению с применением хлора, озон не изменяет природные свойства воды, так как его избыток (непрореагировавший озон) через несколько минут превращается в кислород. С гигиенической точки зрения, озонирование – один из лучших способов обеззараживания питьевой воды. При высокой степени обеззараживания он обеспечивает ее наилучшие органолептические показатели и отсутствие высокотоксичных и канцерогенных продуктов в очищенной воде. Однако необходимо учитывать некоторые особенности озонирования. Прежде всего, нужно помнить о быстром разрушении озона, то есть отсутствии такого длительного действия, как у хлора. Метод озонирования технически сложен, требует больших расходов электроэнергии и использования сложной аппаратуры, которой необходимо высококвалифицированное обслуживание.

Приложение 1

Схема очистки воды для квартиры – эконом вариант

Схема очистки воды для квартиры – оптимальный вариант

Приложение 2. Схема очистки воды для загородного дома и коттеджа

Схема № 1.

Схема 1 позволяет очистить воду от механической взвеси, песка, железа и марганца при низком их содержании, сделать воду мягкой. Система с технологией обратного осмоса, устанавливаемая на кухне (только для питьевой воды) доочистит ее до высших стандартов.

При качестве исходной воды:

Железо – до 2 мг/л

Марганец – до 0,2 мг/л

Жесткость – до 8 ммоль/л

Мутность – до 3,5 мг/л

рН – не менее 6,8

Схема № 2.

Схему 2 также применяют для очистки воду от мутности, железа и марганца при их невысокой концентрации, сероводорода и получения умягченной воды. Обратноосмотическая установка (только для питьевой воды) обеспечивает доочистку воду до высших стандартов. В случае необходимости система дополняется ультрафиолетовым обеззараживателем.

При качестве исходной воды:

Железо – до 5 мг/л

Марганец – до 0,3 мг/л

Жесткость – до 10 ммоль/л

Мутность – до 3,5 мг/л

Запах – 1–2 балла

рН – не менее 6,8

Схема № 3.

Схему 3 применяют для очистки воду от мутности, железа и марганца при их значительной концентрации, сероводорода и получения умягченной воды. Схема эффективна, если вода имеет повышенную цветность и посторонний запах. Схема обеспечивает обеззараживание воды. Обратноосмотическая установка (только для питьевой воды) обеспечивает доочистку воду до высших стандартов.

При качестве исходной воды:

Железо – до 12 мг/л

Марганец – до 0,5 мг/л

Жесткость – до 10 ммоль/л

Мутность – до 8 мг/л

Запах – 3–4 балла

рН – не менее 6,5

Все приведенные схемы требуют периодической регенерации фильтров (в зависимости от степени загрязнения 1–2 раза в неделю в течении 1–2 часов), при этом потребление очищенной воды невозможно.

Схема для непрерывного водоснабжения очищенной водой состоит из двух независимых линий оборудования по любой из вышеописанных схем, на выходе каждой из них устанавливается электроклапан, перекрывающий поступление воды к потребителю в период проведения регенерации любого из фильтров, входящих в состав этой линии. Соответствующий электрический сигнал может быть снят с автоматических управляющих клапанов.

Приведенные схемы носят обобщенный характер. В зависимости от конкретных условий может потребоваться их существенная переработка и дополнение, например накопительными емкостями для чистой или исходной воды, насосами-повысителями, средствами автоматизации и управления.

Content

Е. А. Хохрякова
Фильтры для очистки воды

Введение

Происхождение воды

Подземные воды

Артезианские воды

Подрусловые воды

Родниковая вода

Поверхностные воды

Речная вода

Озерная вода

Вода из водохранилищ

Морская вода

Показатели качества воды и их определение. Влияние на здоровье человека

Органолептические показатели

Мутность и прозрачность

Запах

Вкус и привкус

Цветность

Взвешенные примеси

Водородный показатель (рН)

Минерализация

Жесткость

Растворенный кислород

Биогенные элементы

Нитраты

Фосфаты и общий фосфор

Биохимическая потребность в кислороде (БПК)

Аммоний

Нитриты

Фтор (фториды)

Металлы

Железо общее

Тяжелые металлы

Органические вещества

Интегральные показатели качества вод – индексы качества

Гидрохимический индекс загрязнения воды

Микробиологические показатели

Нормативно-технические документы водно-санитарного законодательства

Водопотребление

Питьевая вода

Определение

Нормативы контроля качества вод

Безопасность воды в эпидемическом отношении

Безопасность воды в радиационном отношении

Требования к органолептическим свойствам

Безвредность питьевой воды по химическому составу

Индивидуальные магистральные фильтры – промывные

Назначение оборудования

Конструкция и техническое описание

Фильтрующий элемент

Монтаж и эксплуатация оборудования

Монтаж оборудования

Условия эксплуатации

Картриджные фильтры тонкой очиски

Корпуса фильтра стандартов SLIM LINE и Big Blue. Описание и технические характеристики

Корпус фильтра для горячей воды

Фильтрующие элементы – картриджи

Классификация картриджей по назначению и степени фильтрации

Картриджи для удаления механических примесей

Картриджи для улучшения органолептических свойств воды

Картриджи специального назначения

Умягчение воды

Картриджи на основе ионообменной смолы

Картриджи для обезжелезивания

Картриджи для удаления нитратов

Картриджи для деионизации

Картриджи для горячей воды

Полифосфатные картриджи

Многоступенчатые системы подготовки воды

Системы двух-, трехступенчатые

Описание и назначение

Основные блоки двух– и трехступенчатых систем

Монтаж двух– и трехступенчатых систем

Системы с технологией обратного осмоса. Описание, принцип действия. Сменные элементы

Сущность метода обратноосмотического разделения растворов

Ультрафильтрационные системы. Описание, принцип действия. Отличия от обратного осмоса

Особенности монтажа и эксплуатации многоступенчатых систем

Монтаж оборудования

Условия эксплуатации:

Обеззараживание воды

Обеззараживание воды ультрафиолетовым излучением

Другие методы обеззараживания

Хлорирование

Озонирование

Приложение 1

Приложение 2. Схема очистки воды для загородного дома и коттеджа