Системы очистки воды¶

Системы очистки воды — совокупность технологических устройств и сооружений, предназначенных для удаления из воды загрязнений различного рода — механических примесей, растворённых солей, органики, микроорганизмов, тяжёлых металлов — до уровней, допускаемых санитарными нормами для питьевой воды или технических нужд. Классификация систем определяется составом исходной воды, требуемой степенью очистки и назначением: бытовые фильтры для квартир, промышленные системы водоподготовки, станции муниципального водоснабжения.

¶Классификация

По масштабу применения системы делятся на бытовые (компактные фильтры, системы обратного осмоса), коммерческие (для кафе, ресторанов, офисов) и промышленные (станции водоподготовки, системы для котельных, электростанций, химических производств). По назначению различают системы питьевой очистки, технической водоподготовки (для оборотных контуров, котлов) и очистки сточных вод.

¶Основные технологии

¶Механическая фильтрация

Самый распространённый метод — задержание взвешенных частиц (песок, ржавчина, ил) на пористых средах. Различают грубую очистку (сетки, картриджи с ячейкой 5–100 мкм) и тонкую (1–5 мкм). Механические фильтры — обязательный первый этап большинства систем, защищающий последующие ступени от засорения.

¶Сорбция на активированном угле

Угольные фильтры удерживают хлор, органические соединения, придающие воде запах и вкус, а также часть тяжёлых металлов. Активированный уголь производится из угля, кокса, скорлупы кокоса; наиболее эффективны гранулированные и брикетированные формы. Сорбция не удаляет соли жёсткости и нитраты, поэтому часто используется как предочистка перед обратным осмосом.

¶Обратный осмос

Технология мембранной фильтрации, при которой вода под давлением проходит через полупроницаемую мембрану с порами порядка 0,0001 мкм. Задерживаются до 95–99 % растворённых солей, тяжёлые металлы, бактерии, вирусы, пестициды. Степень очистки — одна из самых высоких среди бытовых систем. К недостаткам относят образование концентрата (до 3–5 л отходной воды на 1 л очищенной), необходимость предварительной сорбционной ступени и минерализации готовой воды. Обратный осмос широко распространён в России как бытовая система, а также применяется в промышленности и опреснении морской воды.

¶Ионный обмен

Смолы-иониты замещают ионы кальция и магния (жёсткость воды) на натрий или водород. Системы ионного обмена применяются для умягчения воды, обессоливания и обезжелезивания. Требуют регенерации раствором соли или кислоты. В промышленной водоподготовке — стандартный метод подготовки питательной воды котлов.

¶Ультрафильтрация и нанофильтрация

Мембранные методы с порами 0,01–0,1 мкм (ультрафильтрация) и 0,001 мкм (нанофильтрация). Ультрафильтрация задерживает бактерии, вирусы, коллоиды, но не соли; нанофильтрация частично умягчает воду и удаляет органику. Применяются в пищевой промышленности, при подготовке воды для фармацевтики, в системах повторного использования воды.

¶Ультрафиолетовая обработка

УФ-обеззараживание разрушает ДНК микроорганизмов, не изменяя химический состав воды. Не требует добавления реагентов, не образует побочных продуктов. Эффективно против бактерий и вирусов, но не удаляет механические примеси и растворённые соли, поэтому обычно сочетается с механической фильтрацией.

¶Обезжелезивание и удаление марганца

Природные воды, особенно в подземных источниках, часто содержат железо и марганец в растворённой форме. Методы: аэрация с последующей фильтрацией окисленных форм, каталитическая фильтрация, ионный обмен. Наличие железа сверх нормы (0,3 мг/л по СанПиН) проявляется в виде накипи, металлического привкуса, окрашивания белья.

¶Бытовые системы

Российский рынок бытовых фильтров представлен тремя основными типами. Кувшинные фильтры — простейшие устройства с картриджем на основе активированного угля; удерживают хлор и часть примесей, но не меняют жёсткость воды. Системы проточного типа устанавливаются под мойку и содержат несколько картриджей (механический, угольный, ионно-обменный или мембранный). Системы обратного осмоса — наиболее продвинутые бытовые устройства, обеспечивающие питьевую воду высокой степени очистки; часто комплектуются минерализатором и УФ-лампой.

¶Промышленные системы

Промышленная водоподготовка строится по каскадной схеме: механическая очистка → аэрация → коагуляция и флокуляция → отстаивание → фильтрация → обеззараживание. Для котельных и электростанций применяют обессоливание обратным осмосом или ионным обменом, дегазацию, обработку реагентами для предотвращения коррозии и накипи. В нефтегазовой и химической промышленности России системы водоподготовки включают ступени удаления нефтепродуктов, фенолов, сульфидов.

¶Нормативные требования

В России качество питьевой воды регулируется СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы качества воды водных объектов питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения» и техническим регламентом ТР ТС 044/2017. Нормируются более 50 показателей: микробиологические, органолептические, химические. Степень очистки системы должна обеспечивать соответствие этих нормативов на выходе.

¶Источники

• СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы качества воды водных объектов питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения»
• ТР ТС 044/2017 «О безопасности воды питьевой, воды минеральной природной, воды питьевой натуральной, воды питьевой, подвергнутой обработке»
• ГОСТ Р 51232-98 «Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества»
• Справочник «Водоподготовка» под ред. Б. В. Соколова
• Монография «Мембранные технологии в водоподготовке» (НИИ Водоканал)