Метод не требует сложного оборудования и легко может применяться, в бытовых комплексах водоподготовки в частных домах.
Ультразвуковая обработка воды. Колебания среды с частотами, превышающими 20000Гц, называются ультразвуковыми. При распространении ультразвука в воде, вокруг объектов, находящихся в ней и имеющих другую плотность, возникают микроскопические области очень высокого давления (десятки тысяч атмосфер), сменяющегося высоким разрежением. Это явление называют ультразвуковой кавитацией. Никакой микроорганизм не способен выдержать такие воздействия и происходит механическое разрушение бактерий.
В настоящее время этот способ еще не нашел достаточного применения в системах очистки воды, а в медицине он широко используется для дезинфекции инструментария и в так называемых ультразвуковых мойках.
Йодирование воды. Это метод дезинфекции, при котором применяются йодсодержащие соединения. Как бактерицидный агент, йод известен довольно давно и широко применяется в медицине. Сложности связаны с низкой растворимостью йода в воде, поэтому чаще всего используются его органические соединения.
Йодированием часто дезинфицируют воду в плавательных бассейнах. Существуют ряд препаратов (т.н. йодные таблетки), используемые для индивидуальной дезинфекции воды в походных условиях. По некоторым оценкам это наиболее эффективные средства обеззараживания малых объемов воды в полевых условиях.
Термический метод (кипячение). Это, наверное, самый старый и хорошо известный метод, которым мы пользуемся ежедневно. Кипячение является исключительно бытовым методом обеззараживания, однако он не дает полной гарантии гибели бактерий или их спор. Кроме того, при кипячении происходит удаление из воды растворенных в ней газов (кислорода, углекислого газа), что снижает ее вкусовые свойства.
При кипячении происходит частичное смягчение воды из-за того, что в осадок выпадает часть солей кальция и магния, которые из растворимых гидрокарбонатных солей переходят в нерастворимые карбонатные.
Другие методы обеззараживания воды.
Существует еще ряд методик обработки воды при которых также происходит ее обеззараживание. Но т.к. обеззараживание не является единственной целью их применения, стоит рассказать о них в следующем разделе (опреснение воды). Это такие методы как обратно осмотическая фильтрация и дистилляция воды.
Опреснение воды - методы удаления из нее растворенных солей и других примесей. Эту группу можно в свою очередь разделить на химические и физические методы. Рассмотрим их поподробнее.
Химическое осаждение. Этот метод основан на переводе растворенных солей в нерастворимые соединения, которые выпадают в осадок и удаляются. Применяемые реактивы меняются в зависимости от солевого состава опресняемой воды. К примеру, избыток солей магния осаждается содой, а сульфаты могут быть удалены обработкой гидратом окиси бария.
Метод химического осаждения требует использования дорогостоящих реактивов, каждый из которых направлен на строго определенную примесь воды, реагенты не подвергаются регенерации. По этой причине данный метод имеет очень ограниченное применение.
Ионный обмен. Метод основан на свойстве некоторых веществ обратимо обмениваться ионами с растворами солей. Эти вещества называют ионообменными смолами. Это своего рода твердые электролиты, которые делятся на катиониты и аниониты.
Катиониты - вещества типа твердых кислот, у которых анионы представлены в виде нерастворимых в воде полимеров.
Аниониты - по своей сути твердые основания, нерастворимую структуру которых образуют катионы. Их анионы (обычно это гидроксильная группа) подвижны и могут обмениваться с анионами растворов.
Химический механизм работы ионообменных смол заключается в последовательном прохождении воды через катионит и анионит. В итоге из воды удаляются катионы и анионы и она тем самым обессаливается. Обменная способность ионообменных смол (ионитов) не бесконечна, постепенно
она снижается, и, в конце концов, исчерпывается вовсе. В этом случае требуется регенерация раствором кислоты (катионит) или щелочи (анионит), что полностью восстанавливает исходные химические свойства смол. Эта ценная особенность позволяет использовать их в течение длительного времени.
Сложная процедура использования ионообменных смол и их последующей регенерации требует автоматизации, сложной системы управления и необходимое оборудование является довольно громоздким, что ограничивает его применение в быту. В настоящее время данный метод часто включается как один из элементов процесса водоподготовки в частных домах с автономной системой водоснабжения.
Электроосмос. Опреснение на принципе электроосмоса производится в специальных аппаратах, представляющих собой электролитическую ванну, разделенную двумя полупроницаемыми мембранами на три отделения. Исходная вода подается в среднюю камеру. Ионы находящихся в воде солей устремляются сквозь мембраны к электроду, имеющему противоположный 'заряд. Чистая вода остается в средней камере.
Данный метод требует затрат электроэнергии, хотя и является достаточно эффективным. Эффективность составляет более 90%. достигая в некоторых случаях 96%. Мембраны имеют ограниченный срок службы, который максимально составляет 5 лет, а при неблагоприятных условиях эксплуатации значительно меньше. Кроме того, этот метод, как и большинство других методов использующих полупроницаемые мембраны, требует предварительной подготовки о ч и щаемой воды.
Есть и еще одна особенность, которая значительно ограничивает применение данного метода. Это то, что все вещества, которые не превратились при растворении в ионы, не реагируют на электрическое поле. Т.е. большинство органических веществ, бактерий, вирусов и т.п. останется в растворе.
Опреснение вымораживанием. Этот метод основан на том, что образование кристаллов льда при снижении температуры ниже 0 градусов происходит только из молекул воды (явление криоскопии). Вследствие этого пресная вода выделяется в виде льда из раствора. Раствор становится все более и более концентрированным. Если затем слить образовавшийся рассол и растопить лед, то получится обессоленная вода.
Этот метод является крайне трудоемким, тем более что автоматизировать его очень сложно. Степень очистки таким методом сложно спрогнозировать и возможно потребуется несколько циклов замораживания-размораживания, чтобы получить действительно обессоленную воду. Кроме того, нельзя гарантировать полной дезинфекции этой воды. Есть и еще одна особенность, связанная с данным методом. Это накопление концентрации так называемой тяжелой воды: химически такой же, как и обычная, но имеющей в своем составе более тяжелый изотоп водорода, который является радиоактивным. Тяжелая вода замерзает первой и сразу включается в состав образующегося льда. Избежать этого можно только если убирать первую корочку льда, образующуюся в самом начале вымораживания. Это еще больше усложняет и без того не простую методику.
Опреснение фильтрацией. В процессе фильтрации используется множество различных фильтрующих устройств в зависимости от цели применения.
XVI СОВРЕМЕННЫЕ БЫТОВЫЕ ФИЛЬТРЫ
Наиболее часто используемые фильтры:
Фильтры-корректоры рН. Это фильтры способные изменять кислотно-щелочное равновесие (рН) проходящей сквозь них жидкости. Необходимость в изменении рН воды возникает в двух случаях:
1. для борьбы с коррозией, т.к. вода с высоким и низким рН обладает высокими коррозийными свойствами;
2. для обеспечения оптимальною режима эксплуатации систем
очистки воды, так как для нормальной работы некоторых видов фильтрующих средств требуется определенное значение pН
Фильтры-обезжелезиватели. Эти фильтры предназначены для удаления железа и марганца из воды. В качестве реактива в большинстве таких фильтров используется двуокись марганца. который служит катализатором реакции окисления, при которой растворенные железо и марганец переходят в нерастворимую форму и выпадают в осадок. Этот осадок задерживается фильтрующей средой и в дальнейшем вымывается в дренаж при обратной промывке.
Фильтры- умягчители. Они предназначены для снижения жесткости воды. Благодаря применению специальных засыпок фильтры этого типа могут обладать комплексным действием и способны удалять из воды определенные количества железа, марганца, нитратов, нитритов, сульфатов, солей тяжелых металлов.
Угольные фильтры. Активированный уголь уже достаточно давно применяется в водоочистке для улучшения некоторых показателей воды. В частности такими фильтрами удаляется многие неприятные привкусы и запахи, некоторые органические примеси и т.п.
Сейчас вместо активированного угля стали использовать уголь скорлупы кокосовых орехов, адсорбционная способность которого в 4 раза выше. Уже разработаны и другие сорбенты.
Угольные фильтры достаточно дешевы и поэтому приобрели довольно большое распространение. Однако их применение имеет ряд больших недостатков:
1. Маленькая пропускная способность. Это связано с тем, что качество фильтрации сильно зависит от скорости прохождения воды через него. Чем ниже скорость, тем лучше фильтрация и, наоборот, при увеличении скорости не только снижается качество фильтрации, но и может произойти сброс адсорбированных ранее примесей. В результате неправильной эксплуатации вода может дажеухудшить свой состав в результате этого сброса.