Бытовые устройства глубокой очистки водопроводной воды

При определении области применения бытовых водоочистных устройств (БВУ) прежде всего следует ясно представлять, для какой исходной воды оно предназначено. Характеристика исходной воды должна обязательно содержаться в технической доку­ментации на изделие и в информации для потребителя.

Оценка эффективности водоочистного устройства, предназначенного для доочист­ки питьевой воды, производится при исходной воде, соответствующей гигиеническим требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01. Водоочистное устройство предназначено в данном случае лишь для улучшения ее качества.

Обеззараживание воды, являющееся важным этапом в подготовке воды для систем коммунального водоснабжения, связано с использованием соединений хлора, способно­го реагировать с другими компонентами, растворенными в воде. При этом при наличии в водопроводной воде некоторых соединений возможно образование новых токсичных загрязнений.

В БВУ чаще всего используется сорбционная (фильтрование через активированный уголь) и мембранная (нанофильтрация и обратный осмос) технологии. Реже применя­ются ионный обмен, озонирование и комбинированная водообработка ультразвуком и ультрафиолетом.

Чаще всего доочистку воды на БВУ проводят от остаточного свободного хлора и побочных продуктов хлорирования воды (например, хлорорганических соединений). Эффективно очистить воду от этих соединений способны водоочистные устройства, со­держащие активированный уголь, имеющий высокоразвитую поверхность. Активиро­ванный уголь применяют в водоочистных устройствах в виде гранул, дробленых частиц, пористых блоков, волокон и волокнистых материалов (войлоков, тканей).

Эффективность сорбции загрязнений из воды зависит от скорости ее протекания через сорбент, т.е. производительности водоочистного устройства. Активированный уголь способен поглотить лишь определенное количество загрязнений из воды. Поэто­му для угольных фильтров важным требованием является установление оптимального ресурса, выраженного объемом очищенной воды. Ресурс должен устанавливаться с оп­ределенным «запасом». Как показывают практика и анализ зарубежных документов, его величина составляет 20%.

Эффективность очистки воды к концу ресурса водоочистного устройства может не­сколько снижаться, но не до полного отказа.

Фильтры на основе активированного угля подвержены микробиологическому обра­станию. Введение в активированный уголь серебра в качестве бактериостатического агента решает проблему не полностью. Потребитель должен быть обязательно преду­прежден о необходимости промывки сорбционных водоочистных устройств перед каж­дым применением, особенно после перерывов в работе.

Отработанный фильтрэлемент с активированным углем должен быть заменен на новый.

Регенерация активированного угля в домашних условиях не должна поддерживать­ся при сертификации БВУ.

Сравнивая адсорбционные методы очистки с мембранными, можно отметить сле­дующие их достоинства: хорошее извлечение органических примесей; доступность и многообразие адсорбентов, отсутствие частичного сброса очищаемой воды (реализует­ся принцип «один вход - один выход»).

Однако цена тонны отечественного активированного угля превышает 40,0 тыс. руб. (в ценах 2001 года). В бытовом же устройстве (индивидуальном) обычно используется от 0,5 до 1,0 кг адсорбента.

К недостаткам адсорбционных методов относятся:

• уголь (активированный) и другие сорбенты являются питательной средой для раз­личного рода микроорганизмов, причем активность микроорганизмов возрастает в про­цессе адсорбции органических и неорганических (в меньшей мере) примесей. Практи­чески всегда количество микроорганизмов и коли-индекс (бактерии группы кишечной палочки) в фильтрате больше, чем в исходной воде. Исключение составляют «посереб­ренные» угли. Однако следует иметь в виду, что применение серебра неизбежно приво­дит к тому, что в организм может попасть избыточное количество ионов серебра. Для более или менее надежного удаления микроорганизмов установки снабжаются бактери­цидными лампами, что усложняет и удорожает эти приборы;
• адсорбционная емкость всех сорбентов - величина конечная. Поэтому все эти си­стемы требуют регенерации сорбентов, процесса сложного и трудоемкого (несколько стадий, различные реагенты или высокотемпературный пиролиз). Чаще патрон с сор­бентом просто заменяют новым, а отработанный выбрасывают;
• адсорбционный слой задерживает механические частицы размером более 50 мкм. Механические примеси меньшего размера при этом не задерживаются; более того, в процессе фильтрации уголь перетирается и сам генерирует механические примеси, по­падающие далее в организм.

Для доочистки питьевой воды также применяются ионообменный метод (с целью снижения жесткости воды, содержания тяжелых металлов и др.), обратноосмотический метод (с целью полномасштабной доочистки воды) и фильтрация от нерастворенных ве­ществ.

Снижение жесткости воды приводит к улучшению вкуса питьевой воды, напитков, приготовленных на ее основе, а также ведет к уменьшению образования накипи в быто­вых приборах.

Основными достоинствами и недостатками баромембранных методов очистки (об­ратный осмос, нано-, ультра- и микрофильтрация) по сравнению с адсорбционными яв­ляются следующие.

Достоинства:

• возможная полная деминерализация солоноватых вод и артезианской воды;
• практически полное отсутствие в фильтрате механических примесей;
• относительно низкая стоимость полимерных мембран;
• возможность использования тангенциальных методов фильтрации, что обеспечи­вает высокую производительность при более длительном сроке эксплуатации мембран­ной установки.

Недостатки:

• часть обрабатываемой воды необходимо сбрасывать в виде концентрата или тех­нической воды;
• низкая степень извлечения органических примесей.

Сравнение основных баромембранных процессов, наиболее распространенных при очистке воды - обратный осмос (ОО), нанофильтрация (НФ), ультрафильтрация (УФ) и микрофильтрация (МФ), - показывает, что при увеличении селективности в ряду МФ-УФ- НФ-00 существенно снижается удельная производительность и возрастают удельные энергозатраты, достигая для процесса ОО величины порядка 1,0-1,5 кВтч/м³ пермеата.

Все четыре способа обеспечивают практически полное удаление микроорганизмов и бактерий, а также соединений железа и механических примесей.

Степень очистки по NaCl в ряду МФ-УФ-НФ-00 увеличивается: МФ-0%; УФ-10-20%; НФ-20-80%; 00-80-99,5%.

Области применения этих методов следующие:

• ОО-мембраны обеспечивают очень высокую селективность по солям и всем дру­гим загрязнениям при относительно высоких энергозатратах. Их выгодно использовать для опреснения сильносоленых вод (морская вода и пр.); при очистке водопроводной и артезианских вод для потребления человеком необходимо регулировать степень мине­рализации очищенной воды, что целесообразно только для крупных установок. Для ин­дивидуальных фильтров практически полное обессоливание нецелесообразно;
• НФ-мембраны целесообразно использовать для слабосоленых и сильнозагрязненных вод в крупных системах водоподготовки (возможно, с последующей минерализаци­ей), для индивидуальных фильтров - в районах с солоноватыми водами;
• УФ-мембраны целесообразно использовать для водоподготовки речной, озерной и колодезной воды. Их можно применять как в установках крупных центров водоподго­товки, так и в индивидуальных фильтрах, особенно в районах с неблагоприятной эколо­гической обстановкой;
• МФ-мембраны целесообразно использовать для очистки водопроводной и артези­анских вод с повышенным содержанием железа и других тяжелых металлов, а также микробиологических загрязнений и механических примесей. Они обеспечивают наи­высшую производительность при относительно низкой стоимости и весьма высоких степенях очистки. При этом содержание необходимых для организма человека солей из­меняется слабо.

Таким образом, для применения в индивидуальных и коллективных системах очи­стки воды целесообразно использовать баромембранные процессы (в условиях России это микро-, ультра- и нанофильтрация) в режимах тангенциальной фильтрации. При этом более целесообразно вместо полимерных использовать неорганические (преиму­щественно керамические) мембраны.

МФ с использованием керамических мембран получает распространение в схемах водоподготовки воды для потребления в быту, для пищевой, фармацевтической, микро­биологической, химической и других отраслей промышленности, в которых к чистоте воды предъявляются особые требования.

Возможность задержки микроорганизмов керамическими МФ-мембранами иссле­довалась на примере водопроводной воды, специально осемененной микроорганизма­ми. Результаты экспериментов показали значительное снижение общего числа микроор­ганизмов (ОМЧ) в фильтрате по сравнению с исходной водой - с 602 до 5 ОЧМ/мл во­ды (степень очистки - 99,2%). Значительно (до санитарных норм) снизился также и коли-индекс (число бактерий E-coli в 1 литре воды - с 53 до 3).

Начальная производительность таких фильтров колеблется от 15 до 1500 л/ч. Фак­тический срок их службы определяется динамикой прироста остаточных потерь напора и снижением производительности и зависит во многом от эффективности регенерации мембран, основанной на обратной промывке чистой воды и выжигании осадка.

Изменение концентрации основных загрязнений в фильтрате в зависимости от времени; W= 1 м/с (Re = 4000)

При использовании метода очистки с помощью обратного осмоса происходит прак­тически полная деминерализация воды. Поэтому очищенную воду рационально исполь­зовать для приготовления напитков и пищи и нежелательно ее использовать для питья.

Потребитель должен быть обязательно предупрежден об особенности этого метода очистки воды. В выдаваемых сертификатах соответствия на обратноосмотические водо­очистные устройства должна делаться специальная запись о значительном снижении общей минерализации воды после очистки.

Фильтрацию воды через инертные загрузки от нерастворенных веществ применя­ют как отдельно, так и в качестве предварительного этапа при указанных выше мето­дах доочистки воды.

Размер частиц, от которых очищают воду такие водоочистные устройства, колеб­лется от сотен микрон до десятых долей микрона. Необходимость установки таких фильтров связана с неудовлетворительным состоянием водопроводных систем и, как следствие, наличием в воде, подаваемой потребителю, частиц ржавчины, песка и др. Ус­тановка фильтров в качестве предварительной стадии к другим методам доочистки во­ды значительно увеличивает ресурс водоочистных устройств.

Оценку эффективности водоочистного устройства при сертификационных испыта­ниях проводят на модельных растворах с концентрацией загрязнителей не более одного ПДК. Исследования, проводимые с использованием воды централизованных систем пи­тьевого водоснабжения, в большинстве случаев малоинформативны, т.е. концентрации многих загрязнителей в ней значительно ниже ПДК и часто сопоставимы с погрешнос­тью метода измерения. Однако при большом заявленном ресурсе водоочистного устрой­ства целесообразно проводить испытания на водопроводной питьевой воде, «нагружая» водоочистное устройство модельными растворами только в контрольных точках.

Испытание на микробиологическое обрастание материалов водоочистного устрой­ства при сертификации следует проводить с целью обнаружения вторичного микробио­логического загрязнения воды.

Вернуться к списку