В предыдущих статьях цикла мы рассмотрели бытовые фильтры, основанные на сорбционном методе очистки воды. Строго говоря, в настоящее время в фильтрах используется не одна, а одновременно несколько технологий очистки воды. Так, практически во всех сорбционных фильтрах используется еще и ионообменный способ очистки, при котором ионы тяжелых металлов эффективно удаляются при помощи соответствующих ионообменных смол. Фильтры на основе данных технологий обладают высокой степенью очистки, сохраняют в воде полезные вещества, достаточно компактны. Однако у систем такого типа имеются и недостатки. Пока поглотительный элемент новый, система работает прекрасно, но со временем микроорганизмы накапливаются на поверхности сорбента и начинают там размножаться. В этом случае очищенная вода может стать более загрязненной, чем исходная. Как правило, чтобы избежать такой ситуации, сорбционный материал покрывают серебром, что препятствует размножению микроорганизмов. В любом случае, со временем сорбент "насыщается", и его необходимо заменять. Рассмотрим методы очистки, рожденные современными технологиями. Первый, самый простой, тип - это фильтры, очищающие воду с помощью механической фильтрации. Новые технологии позволяют изготавливать так называемые ультрафильтры, которые способны задерживать даже такие мелкие частицы, как бактерии. Еще более глубокую очистку воды осуществляют системы на основе полупроницаемых тонкопленочных или ацетат-целлюлозных мембран (т. н. обратный осмос). В качестве фильтрующего элемента используется мембрана с порами диаметром 3-5 ангстрем. Очистка происходит практически на молекулярном уровне. Такие системы позволяют задерживать все частицы, кроме молекул воды, и получать на выходе воду, близкую по составу к дистиллированной.
Метод позволяет удалить более 95 процентов всех известных примесей. Первоначально он применялся для опреснения морской воды. Явление осмоса лежит в основе обмена веществ всех живых организмов и состоит в том, что при разделении двух солесодержащих растворов разной концентрации полупроницаемой мембраной молекулы воды будут стремиться разбавить собой раствор с большей концентрацией соли. При этом создается так называемое осмотическое давление Po (см. рис.1) Если искусственно создать давление со стороны раствора с большей концентрацией соли, превышающее Ро, то молекулы воды будут вытесняться в обратную сторону (к раствору с меньшей концентрацией). Поэтому такой процесс называется обратным осмосом. В процессе очищения воды концентрация солей со стороны входа возрастает, из-за чего мембрана может засориться и перестать работать. Для предотвращения этого вдоль мембраны создается принудительный поток воды, смывающий соли в дренаж. К сожалению, в дистиллированной воде нет полезных для организма человека микро - и ультрамикроэлементов, таких как кальций, магний, калий, натрий, литий, серебро, фтор, йод и другие. К тому же, системы на основе обратного осмоса довольно дороги. Экономичность таких систем по части расхода воды тоже довольно сомнительна - на каждый литр отфильтрованной воды 3 литра сбрасывается в канализацию. В качестве примера бытовых систем обратного осмоса можно привести фильтр фирмы Topway Global International, (США) TGI 315D. Он предназначен для использования в стандартных водопроводных линиях с давлением 3 - 4 атмосферы (3-4 bar). Это трехступенчатая универсальная система, пригодная для работы с хлорированной водой. Кроме мембраны снабжена предварительным осадочным фильтром на 20 микрон и угольным фильтром. Эффективность очистки при применении ацетат целлюлозной мембраны: Биологическое загрязнение (бактерии, вирусы, простейшие) >99%, органические вещества (ПАВ, ядохимикаты, масла, фенолы, спирты, ацетон)>90%, механические частицы/мутность> 99%, неорганические элементы (радионуклиды, нитраты, тяжелые металлы) - 85-95%, нитраты - 40-50%. Более высокие показатели можно получить с помощью тонкопленочной композитной мембраны. Иногда достаточно дорогие системы очистки комплектуются специальной ультрафиолетовой лампой. Ультрафиолетовые лучи с длиной волны 254 нанометров (коротковолновый ультрафиолет), испускаемые ртутно-кварцевой лампой, вызывают изменения в ДНК всех видов микроорганизмов (простейшие микроорганизмы, бактерии, вирусы) на генетическом уровне, препятствуя их жизнедеятельности и размножению.
Это касается не только вегетативных форм бактерий, но и спорообразующих. Ультрафиолетовый стерилизатор устанавливается непосредственно на линии потребления, чтобы избежать повторного заражения воды. Для эффективной работы рекомендуется использовать ультрафиолетовый стерилизатор на воду, прошедшую предварительную очистку. Недостатком этого метода очистки является высокая стоимость оборудования и необходимость дополнительных фильтрующих элементов со всеми присущими им недостатками. Электрохимический метод очистки воды в настоящее время признается одним из самых перспективных. Основные отличия этого метода: Находящиеся в воде микроорганизмы не задерживаются и не накапливаются на внутренних поверхностях установки, а подвергаются окислительной деструкции. То же происходит с вредными органическими примесями. Ионы тяжелых металлов нейтрализуются и превращаются в биологически неактивные и нетоксичные формы, характерные для естественного существования металлов в природе.
Избыточное содержание в воде солей жесткости и других диссоциирующих соединений корректируется за счет увеличения силы тока, проходящего через воду с повышенным содержанием ионов. Кроме того, под влиянием электрического поля структурная сетка водородных связей разрыхляется, молекулы воды обретают дополнительные степени свободы, что облегчает усвоение активированной в электрическом поле воды и ускоряет удаление биологических шлаков. Аналогом процесса структурной модификации воды в электрическом поле являются фазовые переходы при таянии льда (талая вода), структурные превращения воды в электрических разрядах грозовых ливней. Отечественная промышленность выпускает бытовую электрохимическую установку "Изумруд". ИЗУМРУД-К. Стоимость $110. Производитель - НПО ЭКРАН. Проточная стационарная система очистки воды. Метод очистки воды - окислительно-восстановительные реакции в электрохимическом и каталитическом реакторах. Производительность 50-60 л в час. Автоматическое отключение. Эффективность очистки: по тетрахлорэтилену - 98,8 процента, по фенолу - 97 процентов, по ионам тяжелых металлов - 98.3, полное обеззараживание. Потребляемая электрическая мощность - 30 Вт. Вес 1300 г. Ресурс водоочистителей "Изумруд" не менее 1000000 л без замены работающего элемента при правильном уходе за установкой. К достоинствам установки "Изумруд" можно отнести отсутствие сменных картриджей и высокую производительность (50-60 л в час). В отличие от фильтров, установки "Изумруд" имеют ресурс более 1000 тонн воды. В бытовых условиях это более 200 лет эксплуатации. Установка не имеет ограничений по длительности непрерывной работы и не требует смены каких-либо элементов. Ее достаточно промывать один раз в месяц 5% раствором соляной кислоты или обычным столовым уксусом, который можно приобрести в любом магазине.
Себестоимость очистки воды более чем в 100 раз ниже большинства бытовых очистительных установок. К недостаткам относится необходимость подключения к электрической сети. При прохождении воды через камеры фильтра идет электролиз и образующиеся атомарный кислород и водород в момент выделения активируют воду. При этом образуются активные частицы - свободные радикалы, которые являются чрезвычайно реакционно-способными. В связи с этим, не рекомендуется хранить очищенную воду в пластиковой посуде, так как возможны химические реакции активированной воды с полимерными материалами. В зависимости от состава воды, через некоторое время электроды покрываются пленкой, которая препятствует процессу очистки. Поэтому необходимо своевременно проводить обработку установки раствором уксусной кислоты. Вот, пожалуй, и все, что мы хотели рассказать о новых технологиях и современных системах очистки воды.
