Фильтрация воды

Фильтрация — это процесс прохождения воды через фильтрующий материал, с целью удаления из неё твердых частиц и других примесей. Фильтруемая вода может содержать широкий спектр загрязняющих веществ,включая:

• Нерастворимые частицы (ил, глина, песок)
• Биологические вещества (бактерии, планктон, споры, цисты)
• Тяжёлые металлы и химические соединения (железо, цинк, свинец)
• Минеральные вещества (т.н. соли жёсткости)

Материал, используемый в фильтрах для муниципального водоснабжения обычно представляет собой слой песка, угля или другого зернистого вещества. Процесс фильтрации на муниципальных водоочистных станциях обычно классифицируется как медленный или быстрый.

Медленные песчаные фильтры являются классическим прототипом систем фильтрации. В промышленных масштабах, медленные песчаные фильтры были впервые использованы в Лондоне в 1820 году для очистки воды из реки Темза.

Начиная с 1930-х годов прошлого века методы водоподготовки путем коагуляции, быстрой гравитационной фильтрации и фильтрации под давлением стали постепенно вытеснять медленные песочные фильтры.

Однако в последние десятилетия процесс очистки воды с помощью медленных песочных фильтров снова стал популярен, благодаря его низкой стоимости и превосходной способности удалять патогенные микроорганизмы (в т.ч. Giardia lamblia and Cryptosporidium).

Сегодня, для очистки воды в промышленных масштабах используется серия последовательных технологических процессов. Выбор тех или иных методов очистки воды напрямую зависит от конечной цели водоочистки.

Типичные процессы очистки воды

• Отделение и удаление крупных загрязнений органического и минерального происхождения (скрининг).
• Коагуляция и кондиционирование (разрушение коллоидной стабильности, регулирование pH для оптимальной коагуляции).
• Смешивание химических веществ с сырой водой, содержащий мелкие частицы, которые плохо или медленно выпадают в осадок (химическая обработка).
• Объединение мелких, лёгких частиц в более крупные глыбы, с целью облегчения процессов осадкообразования и фильтрации (коагуляция и флокуляция).
• Осаждение больших взвешенных частиц (седиментация).
• Формирование всплывающих загрязнений с последующим их отделением в форме концентрированного пенного продукта (флотация).
• Быстрая гравитационная фильтрация для удаления остатков взвешенных частиц.
• Медленная песчаная фильтрация (включая биологическое методы очистки).
• Уничтожение/ инактивация болезнетворных организмов (добавление хлора в систему распределения).
• Коррекция уровня pH (контроль коррозионных свойств воды).
• Добавление фтора для предотвращения кариеса у населения (фторирование).

Механизмы и принципы фильтрации

Относительная важность тех или иных механизмов очистки воды будет во многом зависеть от особенностей фильтруемой воды, выбора системы фильтрации, степени предварительной очистки и характеристик фильтра.

Фильтрация, по существу, является физико-химическим процессом и, в случае медленного песочного фильтра, биологическим. Фактические механизмы фильтрации воды взаимосвязаны и довольно сложны, но основные методы удаления цвета и мутности воды должны учитывать следующие основополагающие факторы:

• химические характеристики воды (в особенности — качество исходной воды);
• природа загрязнений (физическая и химическая характеристики частиц, присутствующих в воде);
• тип и степень предварительной очистки (коагуляция, флокуляция и т.п.); а также тип фильтра для воды и его действие.

Для обеспечения высокой эффективности очистки воды используется ряд взаимосвязанных механизмов в самом фильтрующем материале. Эти механизмы удаления могут включать в себя следующие процессы:

• осаждение (эффект сита);
• адсорбция;
• поглощение;
• биологическая очистка