Как выбирать фильтры для очистки воды из водопровода.

Admin 25 июня 2015

Первов А.Г.

доктор технических наук, проф.

ФГБОУ ВПО МГСУ, г. Москва


В статье рассмотрены наиболее эффективные методы подготовки качественной питьевой воды с учётом её состава, а также проблемы, с которыми наиболее часто сталкиваются при водоподготовке. В зависимости от исходного источника водозабора в воде могут преобладать те или иные загрязнения. Для каждого вида загрязнений существуют свои методы очистки, и эти методы лежат в основе создания водоочистных устройств. Перечислены современные способы доочистки питьевой воды с применением патронных фильтров и мембранных методов (ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос).


Каждый пункт рекламного каталога или каждой продающейся единицы продукции сопровождается описанием технических характеристик продукции, в частности, уровнем снижения различных загрязнений.

На каждом фильтре, каждой единице продукции указана эффективность работы фильтрующих элементов: «удаление железа», «удаление взвеси»,«снижение содержания тяжелых металлов»,«удаление радионуклидов» и так далее.

Неискушенный покупатель сам себе задает вопрос: какую же мне следует установить систему дома? И следует ли ее вообще устанавливать?

Ведь в городском водопроводе тоже питьевая вода. Выбор товаров очень большой: каждая фирма предлагает различные системы различного назначения, сильно отличающиеся по цене. Но если верить их характеристикам, все они одинаково эффективны.

Как быть покупателю, как правильно подойти к выбору водоочистной установки?

Прежде всего, покупатель перед покупкой должен сам себе задать вопрос: «Для чего мне нужен фильтр?». Для большинства людей ответ заключается в необходимости пить и использовать в приготовлении пищи воду высокого качества. Тогда покупатель вправе задать еще один важный вопрос: «А почему вода из моего крана в моей квартире не годятся для питья?». Критерием, «эталоном» качества питьевой воды являются «стандарты», т.е. допустимые концентрации различных веществ в питьевой воде,рекомендуемые Всемирной Организацией Здравоохранения (ВОЗ). Именно на этих показателях качества основаны требования к качеству питьевой воды «САНПиН». Качество питьевой воды («воды из-под крана») зависит от типа водоисточника. Источники можно разбить на три группы.

1. Водопроводная вода крупных городов. В крупных городах (Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Самара, Владимир, Иркутск, Новосибирск, Красноярск, Калуга, Тула, Рязань и др.) питьевая вода подготавливается путем очистки воды из поверхностных источников (рек). Водоочистные сооружения крупных городов «добросовестно» очищают воду, но проблемы с качеством воды все же имеют место. Для водопроводной воды крупных городов проблема качества питьевой воды определяется «вторичным» загрязнением водопроводной воды после пропускания ее через водопроводную сеть - вода загрязняется продуктами коррозии труб (гидроокисью железа), взвешенными веществами (от осадков, находящихся в трубах). Кроме того, в больших городах имеются «сезонные» проблемы с качеством воды во время паводков (весной и осенью). В это время в поверхностные водоисточники с дождями «смываются» органические вещества. Для очистки от органических веществ на очистных сооружениях применяют их интенсивное окисление хлором, что придает воде неприятный запах. Часто именно этот запах является причиной недоверия потребителей к качеству водопроводной воды. Таким образом, если Вы живете в крупном городе, и Ваш город снабжается водой из реки, то основными типами загрязнений в питьевой воде из-под крана являются: взвешенные вещества (повышенная мутность воды), коллоидное железо (продукты коррозии трубопроводов), хлорорганические вещества. Кроме того, часто водопроводная вода больших городов (речная вода) содержит недостаточное количество биологически важных компонентов, таких как фтор, кальций, магний и др. Концентрации этих компонентов также регламентированы в САНПиН. Например, в Москве в питьевой воде наблюдается пониженное (в соответствии с нормами САНПиН) содержание фтора, в Санкт-Петербурге, Архангельске и Петрозаводске (северных городах) наблюдается пониженное содержание в воде ионов кальция и магния. Поэтому, кроме очистки воды от взвеси, железа и хлорорганических веществ, в питьевую воду в этих случаях следует добавлять биологически (физиологически) важные компоненты (фтор,кальций, магний).

В ряде городов вода из поверхностных водоисточников содержит антропогенные загрязнения: пестициды, ПАВы и др. органические загрязнения. Водопроводные очистные сооружения в таких случаях часто не обеспечивают эффективной очисткой от этих загрязнений. Получение качественной питьевой воды в этих случаях требует применения дополнительных водоочистных устройств.

2. Подземные воды областных городов или городских районов.


Ряд районов Москвы (Бутово, Митино) снабжается водой из артезианских скважин. Областные города Подмосковья (Троицк, Нарофоминск, Зеленоград, Железнодорожный, Жуковский и т.д.) снабжаются также из подземных источников, состав воды в которых часто не соответствует гигиеническим требованиям. Как правило, основными компонентами, которые следует удалять из большинства подземных водоисточников, являются ионы железа и жесткости (кальций и магний). Практически во всех случаях в подземных водах железо содержится в концентрациях, превышающих гигиенический норматив САНПиН (0,3 мг/л). В областных городах существуют системы очистки воды от железа, но железо всегда присутствует в водопроводной воде вследствие коррозии трубопроводов. Норматив содержания ионов жесткости в питьевой воде установлен на уровне 7 мг-экв/л. Такое содержание ионов жесткости имеют большинство подземных вод. Современные требования Всемирной Организации Здравоохранения рекомендуют содержание жесткости в питьевой воде на уровне 1 мг-экв/л. Это связано также с выпадением осадков (накипи) при кипячении воды с высокой жесткостью. Поэтому даже если водопроводная вода по показателю жесткости находится в пределах норматива (ниже значения 7 мг-экв/л), то для питьевых целей и приготовления пищи воду рекомендуется умягчать.

Ряд подземных вод содержит повышенные содержания фтора, стронция, мышьяка. Например, повышенные концентрации фтора встречаются в подземных водах на западе Московской области (Нахабино, Руза, Одинцово и др.) В районах Егорьевска, Жуковского в под-земных водах встречаются повышенные концентрации стронция и фтора.

3. В небольших населенных пунктах, дачных поселках и частных коттеджах для питьевого водоснабжения используют воду из артезианских скважин.

В большинстве случаев такая вода по целому ряду показателей не соответствует гигиеническим нормативам: помимо основных природных загрязнений (жесткости, железа, фтора) в зависимости от местоположения в воде встречаются загрязнения антропогенного характера - аммоний, нитраты, фенолы.

Подземные воды Северных районов (Тюменской обл., Ханты-Мансийского района) содержат железо, связанное с органическими веществами, и имеют высокую цветность.

Частные дома очень часто используют для водоснабжения воду из колодцев. Вода из открытых колодцев по своему составу соответствует поверхностным водам. Основными загрязнениями в такой воде являются органические вещества (цветность), бактерии и взвешенные вещества (мутность).

Теперь о водоочистных устройствах.

Для каждого вида загрязнений существуют свои методы очистки. Эти методы лежат в основе создания водоочистных устройств.

Очистка воды от взвешенных веществ (глинистых частиц, железной окалины) обычно ведется с помощью патронных фильтров из пористых материалов. Обычно для этого используются патроны из нитей или из вспененного полипропилена. Размер пор в таких фильтрах составляет 5 или 10 микрон.

Такие фильтры используются для очистки водопроводной воды от взвеси и железа (железной окалины и частиц гидроокиси железа). Однако,каждый стандартный патрон может пропустить через себя (очистить) в среднем от 400 до 6000 литров воды (в зависимости от размеров содержащихся в воде частиц и их концентрации). Поэтому при использовании таких патронов, их следует часто менять, т.к. при загрязнении патронов взвешенными частицами производительность их резко падает. Для улучшения работы патронных фильтров, увеличения их «грязеемкости» используют «каскад» фильтров - сначала используют фильтры «грубой очистки» с размером пор 10-20 микрон, а затем - фильтры с размером пор 5 микрон.

Когда в воде содержатся растворенные органические и хлорорганические вещества, основным методом для их удаления является использование угольных фильтров. Фильтры (патроны), загруженные активированным углем, сорбируют из воды растворенные органические вещества - фенолы, ПАВы, хлороформ и др. Поэтому, при улучшении качества городской водопроводной воды обязательно используются патронные фильтры с активированным углем. Применение угольных фильтров имеет также ряд недостатков.

Сорбционная емкость угольных фильтров быстро истощается. Исследования показывают, что после пропуска 400-600 литров водопроводной воды через один патронный угольный фильтр эффективность задержания органических веществ падает в несколько раз. Угольные сорбционные материалы сорбируют далеко не все растворенные органические вещества - например, не сорбируют крупные органические молекулы, образующие цветность воды. Кроме того, загрузка сорбционных фильтров является хорошей средой для развития колоний бактерий - содержащиеся в водопроводной воде бактерии задерживаются фильтрами, и их колонии развиваются в сорбционной загрузке, что, в конце концов, приводит к их выносу из фильтра и бактериальному заражению очищенной воды. Поэтому сорбционные угольные фильтры следует применять осторожно и часто их менять (не реже 1 раза в полгода). Для очистки водопроводной воды фирма «Райфил» предлагает установки со сменными картриджами PU905W2-WF14-PR-EZ DUO; PU905W3-WF14-PR-EZ TRIO. Установки предназначены для монтажа в кухне под мойкой и имеют отдельный кран чистой воды. Для офисов компания «Райфил» предлагает настольные варианты со сменными фильтрами AM-3520-220-AM.

Для очистки водопроводной воды в настоящее время эффективно применяются ультафильтрационные мембраны. ультрафильтрационные полимерные мембраны имеют размер пор менее 0,1 микрона, поэтому эффективно задерживают не только взвешенные вещества, но также бактерии и вирусы. Поэтому применение ультрафильтрационных мембран позволяет получить воду более высокого качества, чем при использовании патронных фильтров. Как уже говорилось выше, в водопроводной воде содержатся хлорорганические вещества, поэтому ультрафильтрационные мембраны используются в сочетании с угольными сорбционными фильтрами. Установка для очистки воды из городского водопровода содержит сменные фильтры «грубой очистки» для продления срока службы мембран, угольные фильтры для удаления хлора и хлорорганических веществ, и ультрафильтрационные мембраны. «Райфил» предлагает системы для улучшения качества водопроводной воды с ультрафильтрационными мембранами PU905W5-WF14-PR-EZ. Производительность такой установки составляет порядка 100 литров в час. Замена ультрафильтрационной мембраны производится после получения 4000-6000 литров (в среднем 1 раз в 12 месяцев), а патронных фильтров - в среднем 1 раз в 6 месяцев. Для офисов имеется настольная система QM-95 c патроном-минерализатором для воды с низкой минерализацией.

Ультрафильтрационные мембраны с размером пор менее 0,1 мкм имеют невысокую производительность. Чтобы увеличить производительность, нужно увеличить размер пор, но это ведет к ухудшению эффективности фильтрования - «проскоку» высокомолекулярных органических соединений и коллоидов, а также вирусов. Корейская фирма «Ковей» (Coway), разработала новый тип фильтрующих материалов и фильтры на их основе - «Nanotrap». Такое новое решение можно считать альтернативой ультрафильтрам. Такие фильтры сочетают высокую производительность (в 3-4 раза выше производительности ультрафильтров с размером пор 0,04 мкм, а качество очищенной воды - на том же уровне: фильтры удаляют из воды взвесь, бактерии и вирусы. В основе разработки фильтрующего материала лежат «Нановолокна» - материал с очень развитой поверхностью. Волокна имеют положительно заряженное нано-алюминиевое покрытие. Фильтрующий материал имеет достаточно большой размер пор (2 микрона), что обеспечивает фильтрам высокую производительность. А волоконная структура позволяет эффективно задерживать органические и биологические загрязнения. Установки, аналогичные ультрафильтрационным, но укомплектованные фильтрами «Nanotrap», представлены маркой «Райфил».

Для наиболее эффективной доочистки водопроводной воды может быть использована система обратного осмоса. Обратноосмотические мембраны имеют размер пор, соизмеримый с размером молекул воды, поэтому такие мембраны обеспечивают очистку не только от взвешенных веществ, железа, бактерий и вирусов, но и от растворенных в воде ионов жесткости. Поэтому применение мембранных установок обратного осмоса обеспечивает высокое качество очищенной воды при долгой, надежной и стабильной работе установки, не требующей частой замены картриджей. Обратноосмотическая мембрана производит порядка 6 литров в час, очищенная вода набирается в напорный бак-накопитель, для чистой воды используется отдельный кран. В установке используются картриджные фильтры для «предочистки» исходной воды - удаления взвешенных веществ и хлора для продления службы мембранного элемента. Установив в кухне такую «стационарную» очистку, можно не беспокоиться за качество очищенной воды. Замену картриджей предочистки следует проводить 1 раз в 4-6 месяцев, а мембранный аппарат - через 1,5 - 2 года работы. Компания«Райфил» предлагает несколько видов обратноосмотических установок для доочистки питьевой воды, к примеру таких как: RO905-450-EZ GRAND04, RO 905-550-EZ GRANDO5 и настольные варианты (QM-72; QM-80-BP QM; QM-86; AM-3000).

Для подготовки качественной питьевой воды в настоящее время наиболее эффективны нанофильтрационные мембраны. Это обратноосмотические мембраны, только с большим размером пор.Такие поры пропускают часть солей, задерживая частично ионы жесткости, железа, органические молекулы. Нанофильтрационные мембраны эффективно применяются для доочистки водопроводной воды от органических загрязнений, железа, бактерий и вирусов. Для очистки воды из городского водопровода мембранные системы «РАЙФИЛ» комплектуются аппаратами с нанофильтрационными мембранами.

Существует еще одна проблема, с которой часто сталкиваются при водоподготовке - это высокая жесткость. Наиболее известным методом удаления жесткости является фильтрование воды через загрузку с ионообменной смолой. При этом образующие жесткость ионы кальция и магния обмениваются на содержащиеся в смоле ионы натрия. Для очистки воды от солей жесткости «Райфил» предлагает трехстадийную систему со сменными картриджами PU905-S3-WF14-EZ (TRIO-R). Для офисов предлагается настольный вариант AM-70 B, в комплектацию которого входят ультрафильтрационная мембрана и картридж с ионообменной смолой. Однако, в случаях, когда в воде содержатся в избытке ионы фтора, стронция, мышьяка и др., картриджные системы бессильны. В этом случае следует использовать мембранные системы «Райфил» с обратноосмотическимимембранами. Мембраны обеспечивают удаление бактерий, вирусов, ионов жесткости, растворенного железа, фтора, стронция, нитратов, аммония и других растворенных солей. Установки обратного осмоса работают под давлением водопроводной сети, оптимальным является давление порядка 2-3 атмосфер. В случаях, когда в загородных домах величина давления водопроводной сети оказывается меньше 2 атмосфер, используются системы обратного осмоса, доукомплектованные насосом (RO905-550BP-EZ GRANDO5 Plus; QM-90 (RO905-650BP-EZ-S).