Видалення з води мінеральних солей, демінералізація води, деионизация, дистиляція, електродіаліз

Видалення з води мінеральних солей

Процес, який використовується для видалення з води всіх мінеральних речовин, називають демінералізацією.

Демінералізації, що проводиться за допомогою іонного обміну називають Деионизация. В ході цього процесу вода обробляється в двох шарах ионообменного матеріалу для того, щоб видалити всі розчинених солей було більш ефективним. Використовується одночасно або послідовно катіонообменная смола, «заряджена» іонами водню H +. і аніонообмінна смола, «заряджена» іонами гідроксилу ОH -. Оскільки всі солі, розчинні у воді, складаються з катіонів та аніонів, суміш катіонообменной і аніонообмінної смоли повністю замінює їх в очищується воді на іони водню H +. і гідроксилу ОH -. Потім в результаті хімічної реакції ці іони (позитивні і негативні) об'єднуються і створюють молекули води. Фактично відбувається повне знесолення води.

Деионизированная вода має широкий спектр застосування в промисловості. Вона використовується в хімічній і фармацевтичній галузях, при виробництві телевізійних електронно-променевих трубок, при промисловій обробці шкір і в багатьох інших випадках.

Дистиляція заснована на випаровуванні оброблюваної води з подальшою концентрацією пара. Технологія є дуже енергоємною, крім того, в процесі роботи дистилятора на стінках випарника утворюється накип.

Електродіаліз заснований на здатності іонів переміщатися в об'ємі води під дією напруженості електричного поля. Іоноселективні мембрани пропускають через себе або катіони, або аніони. В обсязі, обмеженому іонообмінними мембранами, відбувається зниження концентрації солей.

Зворотний осмос є дуже важливий процес, який є складовою частиною високопрофесійної очищення води. Спочатку зворотний осмос був запропонований для опріснення морської води. Разом з фільтрацією і іонним обміном зворотний осмос значно розширює можливості очищення води.

Принцип його надзвичайно простий - вода продавлюється через напівпроникну тонкопленочную мембрану. Через дрібні пори, що мають розміри, порівнянні з розмірами молекули води, здатні проникнути під тиском тільки молекули води і низькомолекулярні гази - кисень, вуглекислий газ, а всі домішки, що залишаються по іншу сторону мембрани, зливаються в дренаж.

За ефективністю очищення мембранні системи не мають собі рівних: вона становить майже 97-99,9% за допомогою одного з видів забруднень. В результаті виходить вода, за всіма характеристиками нагадує дистильовану або сильно обессоленную воду.

Проводити глибоке очищення на мембрані можна тільки з водою, що пройшла попередню комплексну очистку. Видалення піску, іржі та інших нерозчинних суспензій здійснюється механічним картриджем з осередками до 5 мікрон. Картридж на основі високоякісного гранульованого кокосового вугілля сорбує розчинені у воді сполуки заліза, алюмінію, важких і радіоактивних металів, вільний хлор і мікроорганізми. Дуже важлива остання стадія попереднього етапу, де відбувається остаточне очищення від дрібних доз хлору і хлорорганічних сполук, руйнівно впливають на матеріал мембрани. Вона проводиться картриджем з пресованого кокосового вугілля.

Після комплексної попередньої очистки вода подається на мембрану, після проходження якої виходить питна вода найвищого класу очищення. А щоб прибрати з неї розчинені гази, які надають неприємний запах і присмак, воду на заключному етапі пропускають через високоякісний пресований активоване вугілля з добавкою срібла. Та обставина, що в воді після очищення в мембранної системі майже повністю відсутні мінеральні солі, вже не один рік викликає жваві дискусії. Хоча необхідне для організму кількість макро- і мікроелементів набагато ефективніше отримувати через їжу (див. Вище), але багато настільки звикли до смаку, який надають воді мінеральні солі, що при їх відсутності вода здається позбавленою смаку і «неживої». Однак повністю видалити шкідливі домішки, зберігши мінеральні речовини в корисних концентраціях, виявляється настільки складно і дорого, що зазвичай воду спочатку максимально очищають, а потім вносять добавки, якщо це необхідно.

Домашні установки зворотного осмосу зазвичай укомплектовуються накопичувальними баками для очищеної води, так як швидкість фільтрації води через мембрану невелика. Накопичувальний бак, як правило, загальною ємністю 12 л, представляє з себе гідроакумулятор, розділений всередині еластичною силіконовою перегородкою. З одного боку перегородка контактує з очищеною водою, а з іншого накачаний повітря під тиском 0,5 атм. Такий бак здатний накопичити в собі не більше 6-8 л очищеної води. Зазвичай для цього потрібно від 2 до 6 годин. Для забезпечення працездатності системи при недостатньому тиску в магістралі (менше 2,5 - 2,8 атм) встановлюється підвищуючий насос.

Слід зазначити, що якщо вихідна вода дуже жорстка, містить надмірну кількість механічних або розчинених домішок, то перед системою зворотного осмосу рекомендується установка додаткових систем водопідготовки (обезжелезіватель, пом'якшувач, системи знезараження, механічного очищення і т. П.).

Теоретично, мембрани видаляють майже всі відомі нам мікроорганізми, в тому числі і віруси, проте, при використанні в побуті в системах питної води, мембрани не можуть забезпечити повний захист від мікроорганізмів. Потенційні порушення герметичності прокладок, виробничі дефекти можуть дозволити деяким мікроорганізмам проникнути в очищену воду. Саме тому невеликі домашні системи зворотного осмосу не повинні використовуватися в якості основного засобу для усунення біологічного забруднення.

Дуже важливо розуміти, що процес зворотного осмосу йде тільки при тиску води в системі не менше 2,5-2,8 атм. Справа в тому, що на напівпроникною мембрані з боку очищеної (знесоленої) води завжди є надлишкове осмотичний тиск, який перешкоджає процесу фільтрації. Саме цей тиск і необхідно подолати.

Як правило, залізо присутній в природних водах в різних формах:

1. двовалентні іони заліза, розчинні у воді (Fe 2+);
2. тривалентні іони заліза, розчинні тільки в дуже кислому воді (Fe 3+);
3. нерозчинна гідроокис тривалентного заліза [Fe (OH) 3];
4. окис тривалентного заліза (Fe 2 O 3), яка присутня у вигляді частинок іржі з труб;
5. в комбінації з органічними сполуками або залізними бактеріями. Залізні бактерії часто живуть у воді, що містить залізо. У міру розмноження, ці бактерії можуть утворювати червоно-коричневі нарости, які можуть забивати труби і знижувати напір води. Розкладається маса цих залізних бактерій може бути причиною неприємного запаху і смаку води, а також появи плям.

Залізо рідко знаходять в наземних водоймах. При попаданні на поверхню вода, що містить розчинене залізо, є зазвичай чистої і безбарвною, з яскраво вираженим смаком заліза. Під впливом повітря вода набуває певної молочну серпанок, яка незабаром забарвлюється в рудий колір (з'являється осад гідроксиду заліза). Така вода залишає сліди практично на всьому. Навіть при вмісті заліза у воді 0,3 мг / л вона залишає іржаві плями на будь-якій поверхні.

Присутність заліза у воді вкрай небажано. Зайве залізо накопичується в організмі людини і руйнує печінку, імунну систему, збільшує ризик інфаркту.

Задовільним способом видалення невеликих кількостей розчиненого заліза з води вважається використання іонообмінних умягчителей. Не можна відразу сказати, скільки заліза можна видалити. Відповідь на це питання в кожному окремому випадку залежить від конструкції пристрою, а також від інших конкретних умов. Залізо, яке у воді в нерозчиненій формі, пом'якшувачами не прибирається, більш того, воно їх псує. Тому в разі використання пом'якшувачів для видалення розчиненого заліза, наприклад, зі свердловини, ні в якому разі не можна допустити контакту свердловини води з повітрям.

Найефективнішим способом видалення середніх концентрацій заліза може бути використання окислюють фільтрів. Такий фільтр повинен встановлюватися на водопровідну трубу перед пристроєм для пом'якшення води. Окислюють фільтри зазвичай містять фільтруюче речовина, покрите двоокисом марганцю (MnO 2). Це може бути оброблений марганцем глауконітовий пісок, синтетичний матеріал з марганцю, натуральна марганцева руда та інші схожі матеріали. Окис марганцю перетворює розчинні іони двовалентного заліза, що містяться у воді, в тривалентне залізо. Крім того, сполуки марганцю є потужним каталізатором процесу окислення двовалентного заліза киснем, розчиненим у воді. Оскільки в підземній воді кисню дуже мало, для більш ефективного процесу окислення, воду перед Фільтри для видалення заліза, насичують киснем (повітрям). У міру формування нерозчинної гідроксиду тривалентного заліза, вона фільтрується з води гранульованим матеріалом, що знаходяться в фільтрі.

У разі високих концентрацій заліза, для додавання в воду хімічних окислювачів, таких, як гіпохлорит натрію (побутової відбілювач «Білизна») або розчин перманганату калію, можуть використовуватися маленькі насоси, ежектори і інші пристрої. Так само, як і двоокис марганцю в фільтрах для заліза, ці хімічні окислювачі перетворюють розчинене двовалентне залізо в нерозчинний трехвалентное.

Марганець зазвичай виявляють у железосодержащей воді. Хімічно, його можна вважати спорідненим залозу, тому що він зустрічається в таких же з'єднаннях. Марганець частіше присутній у воді у вигляді бікарбонату або гідроксиду, набагато рідше він міститься у вигляді сульфату марганцю. Стикаючись з чим-небудь, марганець залишає темно-коричневі або чорні сліди навіть при мінімальних концентраціях у воді. Відстій марганцю з'являється при проведенні слюсарно-водопровідних робіт, в результаті чого вода часто залишає чорний осад, стає каламутною. Надлишок марганцю небезпечний: його накопичення в організмі може привести до найтяжчого захворювання - хвороби Паркінсона.

Для вирішення проблеми видалення марганцю підходять ті ж самі методи, що й для заліза.

Зворотний осмос - метод, за допомогою якого можна знизити концентрацію фтору у воді в домашніх умовах.

Солі натрію присутні у всій природній воді. Вони не утворюють ні накипу при кип'ятінні, ні творожистого осаду в суміші з милом. Їх високі концентрації підсилюють корозійну дію води і можуть надавати їй неприємний смак. Великі кількості іонів натрію заважають роботі іонообмінних пристроїв для пом'якшення води. Там, де вода - дуже жорстка і містить багато натрію, в пом'якшеній воді може залишатися багато іонів, що обумовлюють жорсткість.

Ефективним методом видалення натрію з води в домашніх умовах є зворотний осмос.

Як правило, грунт містить невелику кількість природних нітратів. Наявність нітратів у воді свідчить про те, що вона забруднена органічними речовинами. В основному, вода, забруднена нітратами, зустрічається в неглибоких свердловинах і колодязях, але іноді така вода буває і в глибоких свердловинах. Навіть така низька концентрація нітратів, як 10-20 мг / л, може викликати серйозні захворювання у дітей, відомі випадки смертей.

Нітрати можуть бути видалені з води за допомогою зворотного осмосу.

Хлоридів і сульфатів (Cl -. SO4 2-)

Воду можна очищати від хлоридів і сульфатів за допомогою зворотного осмосу.

Сірководень - це газ, який іноді міститься в воді. Присутність цього газу легко визначити по огидному запаху "тухлих яєць", який з'являється вже при низьких його концентраціях (0.5 мг / л).

Існує кілька способів видалення з води сірководню. Більшість з них зводиться до окислення і перетворення газу в чисту сірку. Потім, цей нерозчинний порошок жовтого кольору видаляється фільтруванням. Для видалення дуже низьких концентрацій сірководню цілком достатньо фільтра з активованим вугіллям. При цьому, вугілля просто адсорбує газ на свою поверхню.

Одним з найбільш небезпечних типів промислових відходів є фенол. У хлорованій воді фенол вступає в хімічні реакції з хлором і створює володіють неприємним "медичним" присмаком і запахом хлорфенольного з'єднання. При цьому неприємний запах з'являється при концентраціях фенолу рівних однієї частини на мільярд. Фенол і хлорфенольного з'єднання видаляються пропусканням води крізь активоване вугілля.

Встановлено, що основною радіаційний фон на нашій планеті (по крайней мере, поки) створюється за рахунок природних джерел випромінювання. За даними вчених, частка природних джерел радіації в сумарній дозі, що накопичується середньостатистичною людиною протягом усього життя, становить 87%. Решта 13% припадають на джерела, створені людиною. З них 11.5% (або майже 88,5% "штучної" складової дози опромінення) формується за рахунок використання радіоізотопів в медичній практиці. І тільки що залишилися 1.5% є результатом наслідків ядерних вибухів, викидів з атомних електростанцій, витоків з сховищ ядерних відходів і т.п.

Серед природних джерел радіації "пальму першості" впевнено тримає радон, який зумовлює до 32% загальної радіаційної дози.

Радон дуже добре розчиняється у воді, і при контакті підземних вод з радоном вони дуже швидко їм насичуються. У разі, коли для постачання будинку водою використовуються свердловини, радон потрапляє в будинок з водою. Розчинений у воді радон діє двояко. З одного боку, він разом з водою потрапляє в травну систему. З іншого боку, коли вода витікає з крана, радон виділяється з неї і може накопичуватися в значних кількостях в кухнях і ванних кімнатах. Концентрація радону в кухні або ванній кімнаті може в 30-40 разів перевищувати його рівень в інших приміщеннях, наприклад, в житлових кімнатах. Інгаляційний спосіб впливу радону вважається більш небезпечним для здоров'я.

У Одессае рівень вмісту радону в свердловинних водах коливається від 10 до 100 Бк / л, в окремих районах (Нижня Ельцовка, Академмістечко та ін.) Доходячи до декількох сотень Бк / л. В українських Нормах Радіаційної Безпеки (НРБ-99) граничний рівень вмісту радону в воді, при якому вже потрібне втручання, встановлений на рівні 60 Бк / л (американські нормативи набагато жорсткіше - 11 Бк / л).

Один з найбільш результативних методів боротьби з радоном - аерація води ( "пробульківаніе" води бульбашками повітря, при якому практично весь радон в прямому сенсі "відлітає на вітер"). Тому тим, хто користується муніципальної водою турбуватися практично нема про що, так як аерація входить в стандартну процедуру водопідготовки на міських водоочисних станціях. Що ж стосується індивідуальних користувачів свердловини води, то дослідження, проведені в США, показали досить високу ефективність активованого вугілля. Фільтр на основі якісного активованого вугілля здатний видалити до 99.7% радону. Правда з часом цей показник падає до 79%. Використання ж перед вугільним фільтром умягчителя дозволяє підвищити останній показник до 85%.