Полезные ископаемые для очистки и доставки питьевой воды

Вода лежит в основе жизнедеятельности всех живых существ. Однако, с каждым годом, чистой воды на планете становится всё меньше. Загрязнение её происходит в результате активной промышленной и бытовой деятельности человека. В связи с этим, одной из наиболее актуальных экологических проблем становится очистка воды. Для этого разработано множество способов и технических устройств. Рассмотрим, какие способы очистки воды существуют сегодня, какова их эффективность, особенности их применения.

Какие существуют способы очистки воды

ходеГлавными источниками загрязнения водных ресурсов выступают:

• Промышленные стоки.
• Бытовые канализационные сбросы.
• Химикаты, используемые в сельском хозяйстве.

Экологи выделяют четыре формы загрязнения воды, каждое из которых по-своему влияет на окружающую среду, неся определённую опасность:

• Физическое.
  В данном случае в водоёмы попадают нерастворимые примеси, которые накапливаются в них во взвешенном состоянии.
• Химическое.
  Вызывается сбросом в водные источники вредных химических веществ, которые, концентрируясь, вызывают гибель всего живого.
• Биологические.
  При определённых условиях, например, нарушении экологического баланса, происходит бурное размножение вредных обитателей водоёмов. Самый распространённый случай – зарастание озёр и прудов водорослями и тиной, превращение в болота.
• Тепловое.
  Вызывается промышленной деятельностью человека, в результате чего температура в водоёмах повышается. Это приводит к нарушению экологического баланса, исчезновению целого ряда населяющих их видов и «цветению» воды.

В результате этих негативных процессов запасы питьевой воды на планете неуклонно уменьшаются. Для борьбы с этим учёными разработаны разнообразные способы очистки воды.

На сегодня имеются следующие современные методы, классифицируемые по группам:

• Биологические.
• Физические.
• Химические.
• Физико-химические.

Все эти разновидности используются в зависимости от характера загрязнений, объёмов жидкости, технических возможностей. Связано это с различиями процесса и особенностями воздействия на определённые группы загрязнителей.

Рекомендуем статьи:
Обратный осмос: вся правда о вреде и пользе.
Как очистить воду от железа.
Фильтры для очистки воды под мойку.

В ряде ситуаций, для достижения большего эффекта, приходится использовать комплексный подход, задействовав сразу несколько способов и методов очистки воды. Чаще всего, такая необходимость возникает для нейтрализации канализационных сбросов, идущих с больших промышленных предприятий или бытовых городских систем. Рассмотрим каждый из перечисленных методик подробнее.

Биологические

Подобный способ заключаются в использовании для удаления из воды вредных примесей различных живых организмов. Это направление считается сегодня наиболее перспективным, предоставляющей широкие возможности в борьбе с самыми разными загрязнителями, содержащимися в стоках.

Чаще всего, в качестве «живых чистильщиков» используют различные виды бактерий, способных разлагать и перерабатывать химические и физические загрязнители. Иногда для этих целей применяются водоросли и представители микроскопических грибков.

Одним из плюсов использования такого метода очистки представляется возможность подбирать микроорганизмы-чистильщики в зависимости от характера и состава веществ, подлежащих удалению. Как пример, можно рассмотреть нитрофицирующие микроорганизмы.

В процессе своей жизнедеятельности они разлагают и обезвреживают азотосодержащие химические компоненты. Другие бактерии могут пожирать фосфорсодержащие компоненты.

Размножаясь в водоёмах, скопления таких полезных организмов, осуществляющих фильтрацию воды, образуют целые колонии. Чаще всего они концентрируются в придонных слоях, в виде тёмно-бурой или чёрной массы. Все применяемые при биологической очистке воды бактерии условно подразделяются на две группы:

1. Аэробные, которые в процессе своей жизнедеятельности нуждаются в кислороде.
2. Анаэробные. Этим микроорганизмам для роста и размножения кислород не нужен.

Для каждого из этих разновидностей необходимы свои технологические условия. Это могут быть:

• Открытые водоёмы-отстойники.
• Фильтрационные поля.
• Устройства-биофильтры.
• Канализационные аэротанки.
• Метантанки.

Пруды-отстойники и фильтрационные поля представляют собой искусственный водоём или просто поле, куда сбрасываются стоки. В них происходит процесс очистки попадающей туда жидкости при помощи обитающих на дне (водоём) или в почве (поле) микроорганизмов.

Недостаток их заключается в довольно длительном процессе очистки, и малой эффективности при работе с сильными загрязнениями. Плюсом таких устройств является малые затраты на их эксплуатацию и поддержание в работоспособном состоянии.

В биофильтрах очистка стоков осуществляется с помощью фильтрации через слой биологического материала. Он состоит из аэробных бактерий, поэтому для качественной очистки требуется хороший доступ кислорода.

Аэротанк представляет собой сложное техническое сооружение, в котором процесс фильтрации производится аэробными организмами. Активный ил, содержащийся внутри, постоянно насыщается кислородом. Аэрация позволяет значительно ускорить процесс очистки сточных вод.

Анаэробные бактерии, которым для жизнедеятельности не требуется наличие кислорода, используются в устройствах под названием метантанк. В результате попутного продукта от разложения загрязнителей в них получают метан – горючий газ, который может использоваться для хозяйственных нужд.

Таким образом, устройство служит не только для очистки канализационных сбросов, но и для получения экологичного топлива. Для ускорения процесса очистки, метантанки оборудуются системами подогрева. Оптимальная температура для процесса активного брожения внутри устройства составляет от +30 до +50оС.

Физические

Физические методы очистки подразумевают удаление из сточных вод относительно крупные включения, растворённые в них в виде крупно- и мелкодисперсных взвесей.

Подобные способы по большей части входят в состав комплексных методик, в качестве предварительной стадии фильтрационных работ. Физические методы могут применяться для очистки больших объёмов жидких стоков.

Некоторые современные способы физического удаления загрязнений позволяют осуществлять глубокую очистку, однако производительность их недостаточна для работы с большими объёмами воды. Примером тонкой физической очистки могут служить мембранные фильтры, способные задерживать даже патогенные микроорганизмы, молекулы тяжёлых металлов, солей и оксидов.

Все способы физической очистки воды подразделяются на несколько видов:

• Процеживание.
  В этом случае грязная вода пропускается сквозь приспособления, имеющие ячейки определённого диаметра – решётки, сита. При процеживании удаляются крупные нерастворимые частицы загрязнителей. После этого жидкость направляется на более тонкую очистку.
• Отстаивание.
  Суть процесса отстаивания заключается в осаждении механических частиц из водной массы на дно. Метод не требует приложения никаких внешних воздействий и затрат энергии. Весь процесс происходит естественно, под воздействием сил гравитации. Затем верхние слои воды, избавленные от механических загрязнений, сливаются в отдельные ёмкости, а осадок удаляется. Процедура производится в специальных резервуарах-отстойниках.
• Фильтрование.
  Современные способы фильтрации воды позволяют добиться высокой степени очистки, вплоть до удаления растворённых в ней химических микроэлементов. Производится она путём пропуска воды через фильтрующие материалы, либо в центрифуге. В последнем случае, при помощи центробежных сил, происходит дифференциация молекул воды и прочих веществ, содержащихся в ней. Используется данный способ, как для бытовых нужд, так и в промышленных масштабах.

• [info-box type=”bold”]Дезинфекция ультрафиолетом.[/info-box]
  Предназначается для уничтожения патогенных микроорганизмов, способных вызывать различные инфекционные заболевания. Ультрафиолет не позволяет очистить воду от механических загрязнителей, поэтому относится к физическим методам условно. Уничтожение вирусов и бактерий происходит посредством разрушения структуры их ДНК УФ-волнами с диапазоном излучения до 400 нанометров.

Химические

Химические способы очистки питьевой воды основаны на реакции взаимодействия между определёнными веществами. Реагенты добавляются в загрязнённые стоки, где они начинают реагировать с растворёнными загрязнителями. В результате происходящих химических процессов соединения, содержащиеся в воде, разлагаются на безопасные компоненты. Другой вариант – загрязнители связываются реагентами, превращаясь в нерастворимые вещества, которые выпадают в осадок.

По типу воздействия реагентов, химические методы очистки бывают следующих видов:

• Нейтрализация.
  Происходит благодаря взаимодействию кислот и щелочей, одни из которых выступают загрязнителями, а другие – реагентами. В результате этого происходит их взаимное разложение на воду и соли, уравновешивается кислотно-щелочной баланс. Стоки, содержащие кислоту, нейтрализуются аммиачными растворами, кальцинированной содой, гидроксидами калия или натрия. Сбросы, загрязнённые щелочами, очищаются кислотосодержащими веществами – оксидами, кислыми газами.
• Окисление.
  В отличие от процесса нейтрализации, при окислении грязных стоков применяют гораздо более сильнодействующие вещества. Таким способом очищаются токсичные химические вещества, представляющие угрозу здоровью человека, при попадании их в организм. В данном случае необходимо произвести как можно более тщательную очистку, что не всегда обеспечивает процедура нейтрализации.

Метод окисления также позволяет очистить питьевую воду от вредных микроорганизмов. Для этого используют соединения хлора, калия, а также кислородсодержащие компоненты. Наиболее широко используемым и хорошо отработанным способом очистки питьевой воды является хлорирование, применяемое на большинстве водозаборных станций. После использования сильных кислотных реагентов производится процедура восстановления очищенной воды. Она предназначена для придания ей нормального показателя Ph, свойственного обычной природной воде.

Физико-химические

В данную группу включаются методы комплексного воздействия на загрязнители – физические и химические. Благодаря этому, возможна очистка загрязнённых сбросов от самых разных вредных компонентов, включая крупнодисперсные взвеси и ионы растворённых химических веществ. Используются в современных системах очистки воды и для предварительной, и для финишной фильтрации.

Имеется большое количество конкретных способов физико-химической очистки. Рассмотрим основные методы, применяемые в промышленности и в быту:

• Флотация.
  Используется для удаления нерастворимых посторонних частиц с помощью пропускания сквозь воду воздуха. В результате механические загрязнители поднимаются на поверхность воды, концентрируясь в виде пены. Затем верхний слой жидкости с пеной убирают, а воду направляют для дальнейшей, более глубокой очистки.
• Сорбация.
  Подразумевает избирательное поглощение и связывании загрязнителей с помощью сил физического или химического взаимодействия с реагентом. Благодаря высокой эффективности и способности устранять микроэлементы, даже растворённые в малых пропорциях, сорбация часто применяется на финальной стадии водоподготовки.
  В качестве сорбентов используется активированный уголь, цеолиты, силикатные и алюминиевые гели. С их помощью удаляются пестициды и гербициды, нитраты, ПАВ, фенолистые соединения.
• Ионный обмен.
  Применяется в основном для смягчения излишне жёсткой воды, на последних этапах водоподготовки. Этот способ очистки воды подразумевает обмен ионами между сточными водами и реагентом. В зависимости от значения заряда + или -, эти реагенты именуются катионами или анионами. Они могут быть природными веществами, как цеолиты, или искусственно синтезированными. Ресурса подобного фильтра, при очистке не сильно загрязнённых жидкостей хватает на длительное время. Поэтому они широко применяются в быту, для фильтрации воды из центрального водопровода.
• Электродиализ.
  Данная методика представляет собой комплексный процесс, основанный на мембранной фильтрации и электрохимическом разделении ионов. Проводится в специальном устройстве, имеющим несколько резервуаров, разделённых мембранами. Одни из них проницаемы для анионов, другие для катионов. Ионы в аппарате перемещаются под воздействием электрического поля в одну сторону. В результате, в одном резервуаре концентрируется грязный раствор, а в другом – чистая вода.
• Обратный осмос.
  Ещё один способ очистки питьевой воды, основанный на пропускании её сквозь фильтрующую мембрану. При этом поры её настолько малы, что способны пропускать только молекулы Н2О, задерживая мелкие взвеси, соли, оксиды, микроорганизмы. Фильтры такого вида широко применяются в бытовых фильтровальных устройствах. Единственный минус подобного метода – низкая производительность. Так, бытовые фильтры обратного осмоса способны выдавать в час не более нескольких литров очищенной воды.
• Термическая очистка.
  Производится воздействием на очищаемую жидкость пониженными или повышенными температурами. Наиболее эффективным, но и более энергозатратным вариантом является выпаривание. В результате получается дистиллированная вода высокой степени очистки, свободная от лишних химических компонентов. Метод вымораживания основан на том, что изначально начинает превращаться в лёд чистая вода, а лишь затем грязная. Для нейтрализации высокотоксичных загрязнений применяют сложный метод термического окисления.

Способы очистки воды в домашних условиях

Вода, которой мы пользуемся в быту, несмотря на предварительную подготовку на водозаборных станциях, не всегда отвечает нормам СанПиН. Чаще всего она загрязняется на пути от водозабора до кухонного крана, идя по трубопроводам.

В домашних условиях доступно несколько способов очистки водопроводной воды:

• Кипячение.
  Прокипятив воду определённое время (свыше 10 минут) можно добиться гибели 90% содержащихся в ней микроорганизмов. Однако, избавиться таким образом от механических и химических примесей невозможно.
• Отстаивание.
  Способ сходен с промышленным: вода наливается в ёмкость, и оставляется на несколько часов или суток. В результате большая часть крупнодисперсных механических примесей осядет на дно.
• Заморозка.
  Для этого в пластиковую бутыль наливают воду и помещают её в морозильник. Через определённое время часть воды превратиться в лёд, а часть останется в жидком состоянии. Незамёрзшая половина содержит в себе примеси, и подлежит удалению.
• Очистка кремнием.
  Кремний используется для очистки водопроводной воды, и придания ей лечебных свойств. Для этого кремний заливается обычной водой и оставляется на несколько дней. Настоянную воду пьют небольшими порциями в течение нескольких дней для профилактики развития болезней внутренних органов.
• Активированный уголь.
  Один из самых эффективных адсорбентов, способный убирать из воды, как мелкодисперсные примеси, так и вредные химические элементы.
• Мембранные фильтры.
  Данный способ в последние годы набирает всё большую популярность. Мировыми производителями выпускается множество разновидностей бытовых фильтрующих систем, использующих мембраны с мелкими порами.

Как очистить воду в условиях похода

Особо актуальным вопрос очистки воды становится в условиях похода, когда качество воды из близлежащей реки или пруда вызывает большие сомнения.

Для её очистки применяются следующие основные методы:

• Самые простые методы – всё то же кипячение и отстаивание.
  Чем грязнее вода, тем дольше следует её кипятить. После этого неплохо дать ей отстояться, чтобы на дно осела механическая взвесь.
• Фильтрация песком или древесным углём.
  Для этого берётся ёмкость, на неё натягивается кусок ткани средней плотности. Поверх ткани насыпается слой мелкого чистого песка или истолчённого древесного угля. Проходя сквозь них, вода оставляет все примеси, и в ёмкость стекает очищенная жидкость.
• Дистилляция.
  Если вода из природного водоёма загрязнена настолько, что очистить её фильтрацией просто невозможно, используется метод длительного кипячения с дистилляцией пара. Для этого достаточно поставить на огонь наполненный чайник, а над носиком расположить любое приспособление для конденсации пара – кусок жестянки, металлическую миску, кастрюльку. Установить её необходимо таким образом, чтобы очищенный конденсат из неё стекал в подставленную под ней чашку. Метод этот не очень быстрый, но позволяет в итоге получить воду высокой степени очистки.

Вам могут быть интересны следующие статьи:
Как сделать фильтр для воды своими руками.
Фильтр для воды на дачу: как выбрать лучший вариант.

Используя перечисленные методы, можно очистить природную воду до вполне приемлемого уровня.

Вам была полезна эта статья? Ставьте палец вверх! Подпишитесь на мой канал и давайте общаться в комментариях!

С уважением, Пётр Андреевич.