Фильтрационные
системы

         
Водородный показатель (pH)
    Водородный показатель характеризует концентрацию свободных ионов водорода в воде.
    Для удобства отображения был введен специальный показатель, названный рН и представляющий собой логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком, т.е. pH = -log[H+]. Для питьевой и хозяйственно-бытовой воды оптимальным считается уровень рН в диапзоне от 6 до 9.


Общая минерализация
    Общая минерализация представляет собой суммарный количественный показатель содержания растворенных в воде веществ. Этот параметр также называют содержанием растворимых твердых веществ или общим солесодержанием, так как растворенные в воде вещества находятся именно в виде солей. К числу наиболее распространенных относятся неорганические соли (в основном бикарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, калия и натрия) и небольшое количество органических веществ, растворимых в воде.

Жесткость
    Жесткостью называют свойство воды, обусловленное наличием в ней растворимых солей кальция и магния. Понятие жесткости воды принято связывать с катионами кальция (Са2+) и в меньшей степени магния (Mg2+).

Виды жесткости:
Общая жесткость. Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

Карбонатная жесткость. Обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН>8.3) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью. При нагреве воды гидро-карбонаты распадаются с образованием угольной кислоты и выпадением в осадок карбоната кальция и гидроксида магния.

Некарбонатная жесткость. Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).

Окисляемость перманганатная
    Окисляемость - это величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых (при определенных условиях) одним из сильных химических окислителей. Выражается этот параметр в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление этих веществ, содержащихся в 1 дм3 воды.
    Окисляемость является очень удобным комплексным параметром, позволяющим оценить общее загрязнение воды органическими веществами.

Щелочность
    Под щелочностью природных или очищенных вод понимают способность некоторых их компонентов связывать эквивалентное количество сильных кислот.
    Под общей щелочностью подразумевается сумма содержащихся в воде гидроксильных ионов (ОН-) и анионов слабых кислот (карбонатов, гидрокарбонатов, силикатов, боратов, сульфитов, гидросульфитов, сульфидов, гидросульфидов, анионов гуминовых кислот, фосфатов), которые в свою очередь, гидролизуясь, образуют гидроксильные ионы. Поскольку в большинстве природных вод преобладают карбонаты, то обычно различают лишь гидрокарбонатную и карбонатную щелочность.

Manganese greensand представляет собой марганцевый цеолит, полученный при обработке природного минерала глауконита, известного больше как "зеленый песок" (Greensand).
   Greensand эффективно удаляет из природной воды железо, марганец и сероводород. В результате реакции, происходящей на поверхности гранул greensand, растворимые соли марганца, железа и сероводород окисляются до нерастворимых форм и задерживаются в слое фильтрующей среды.
   После пропуска определенного количества исходной воды, другими словами, после исчерпания окислительной емкости, greensand регенерируется перманганатом калия.

Преимущества:
   Manganese greensand является достаточно гибким продуктом, который, благодаря своим каталитическим свойствам, может уменьшать содержание железа и марганца в воде до предельно низких уровней. Во многих случаях эффективность использования greensand выше, чем применение аэрирования, хлорирования и фильтрации.
   Кроме своих каталитических свойств greensand обладает несколькими уникальными свойствами, что позволяет ему максимально утилизировать окисляющие агенты, такие как перманганатом калия, хлор или растворенный кислород, что приводит к увеличению как скорости, так и полноты окислительных реакций.
   Форма гранул и их мелкий размер, простота использования, а также продолжительный срок службы приводят к высокой эффективности фильтрования на greensand даже после многих лет работы.

Физические и химические свойства:
Физическая форма Лилово-черные гранулы
Емкость по:
- марганцу (Mn), г/л
- железу (Fe), г/л
- сероводороду (H2S), г/л

0.7
1.4
0.25 - 0.36
Размер частиц в сухом виде, мм 0.25 - 1.0
Эффективный размер, мм 0.30-0.35
Коэффициент однородности 1.4 - 1.6
Насыпной вес, г/л Около 1350

Birm
   Использование фильтрующей среды birm - это эффективный и недорогой способ удаления растворенного железа из исходной воды.
   Birm действует как нерастворимый катализатор, ускоряющий реакцию между растворенным в воде кислородом и содержащимся в воде двухвалентным железом. Двухвалентное железо присутствует в грунтовых водах в растворенном состоянии и поэтому не поддается механической фильтрации. Birm, выступая как катализатор, способствует окислению двухвалентного железа до трехвалентного. В результате образуются нерастворимые частички гидроокиси железа (ржавчины), довольно легко удерживаемые в слое фильтрующей среды.
    Физические характеристики Birm делают данную фильтрующую среду весьма эффективной для удаления растворенного железа при соблюдении правильных режимов эксплуатации.
Birm легко очищается от задержанных веществ при обратной промывке, что делает его применение экономически эффективным. При его применении не требуется специального обслуживания, не используется регенерация химическими веществами, а необходима лишь периодическая обратная промывка.
   Прежде, чем использовать Birm, необходимо сделать химический анализ воды, так как она должна удовлетворять определенным условиям, обеспечивающим эффективную работу данной фильтрующей среды.
Birm может также использоваться и для удаления из воды растворенного марганца. Однако уровень pH исходной воды в этом случае должен быть в пределах 8.0-9.0. Причем, если одновременно с марганцем в воде присутствует и железо, то уровень pH уже не должен превышать 8.5. При более высоком уровне pH возможно образование в воде коллоидного железа, которое очень трудно удаляется. Остальные условия для эффективной работы фильтрующей среды Birm одинаковы как для удаления железа, так и удаления марганца.

Преимущества:
      Для восстановления фильтрующих свойств (регенерации) требует только периодической обратной промывки.
   Коэффициент удаления железа - очень высокий.
   Изготовлен из долговечного материала. Работает в широком диапазоне температур.
Физические свойства:
Физическая форма Лилово-черные гранулы
Плотность, г/см3 0.75 - 0.8
Эффективный размер, мм 0.61
Коэффициент однородности 1.72

Активированный уголь
   Одним из наиболее перспективных адсорбентов, используемых для удаления из воды примесей и загрязнений, обусловливающих ухудшение органолептических показателей, является активированный уголь. Применение его обеспечивает возможность устранения почти всех привкусов и запахов воды, значительное улучшение технологических показателей обработки воды другими реагентами и, наконец, интенсификацию обеззараживания в результате сорбции простейших, бактерий и других микроорганизмов. При помощи активированных углей помимо веществ, ухудшающих вкус и запах воды, удаляются некоторые гербициды и инсектициды и т.д.
   Обработка воды активным углем из-за универсальности действия является одним из наиболее перспективных методов дезодорации и обесцвечивания воды.
   AQUASORB - эта серия углей специально разработана для удаления растворенных в воде органических загрязнителей и восстановления ее естественной чистоты. Применяется при очистке водопроводной воды, включая устранение вкуса, запаха и цвета; очистке технологической воды при производстве напитков, пива, полупроводников; обработке сточных вод, при мытье машин.
   Пористая структура и большой общий объем пор делают его подходящим для адсорбции из воды широкого ряда органических соединений, как специфических микрозагрязняющих веществ, так и природных органических веществ (пестициды, гербициды).
   Структура частиц угля имеет очень большую поверхностную площадь, что обеспечивает прекрасную адсорбцию органических веществ, а однородность состава угля наряду с адсорбцией позволяет осуществлять и фильтрацию взвешенных твердых частиц, которые могут быть удалены во время регулярных обратных промывок.

AQUASORB эффективен при удалении из очищаемой воды свободного хлора, неприятного привкуса и запаха.

    Уголь AQUASORB имеет высокую плотность, что свидетельствует о высокой емкости на единицу объема, а его твердая основа обеспечивает хорошую механическую прочность, и в целом операционные потери незначительны.

    Высокая адсорбционная емкость и превосходные физические свойства позволяют рекомендовать активированный уголь AQUASORB для глубокой очистки вод из поверхностных источников, а также артезианской и водопроводной воды.

Свойства углей:

Марка Тип Форма Йодное число мг/г Объем пор, см3/г Плотность, кг/м3 Твердость, % Применение
1000 уголь гранул. 900 0,89 470 96 Очистка водопроводной, технологической, сточной воды
2000 уголь гранул. 1050 1,04 410 96 Очистка водопроводной, технологической, сточной воды
CS уголь гранул. 1100 0,68 430 99 Очистка технологической воды
HS уголь гранул. 1100 0.68 430 99 Очистка технологической ультрачистой воды
GXB уголь прессован. 1000 0.76 490 99 Очистка технологической воды
BP2 уголь порошок 950 1,56 500 РАС Очистка водопроводной, технологической, сточной воды
A5 древесный порошок 1050 2,46 350 РАС Устранение вкуса, запаха, цвета

Ионообменные смолы
   Ионообменные смолы представляют собой нерастворимые высокомолекулярные соединения с функциональными ионогенными группами, способными вступать в реакции обмена с ионами раствора. Некоторые типы ионитов обладают способностью вступать в реакции комплексообразования, окисления-восстановления, а также способностью к физической сорбции ряда соединений.
   Иониты представлены анионитами материалами, способными к обмену анионов, и катионитами — материалами, обменивающими катионы.

Аниониты подразделяются на:
    • сильноосновные, способные к обмену анионов любой степени диссоциации в растворах при любых значениях рН:
    • слабоосновные, спсобные к обмену анионов из растворов кислот при рН 1 - 6;
    • промежуточной и смешанной активности.
Катиониты подразделяются на:
    • сильнокислотные, обменивающие катионы в растворах при любых значениях рН;
    • слабокислотные, способные к обмену катионов в щелочных средах при рН > 7.

   Как правило, иониты выпускаются в солевых (натриевая, хлорная) или смешанно-солевых формах (натрий-водородная, гидроксильно-хлоридная). Кроме того, выпускаются иониты, практически полностью переведенные в рабочую форму (водородную, гидроксильную и др.). Эти материалы используются в пищевой, фармацевтической, медицинской промышленности и для глубокой очистки конденсата на атомных электростанциях.

   Важной характеристикой ионообменных смол является емкость — весовая, объемная и рабочая. Весовая и объемная емкости, как правило, являются стандартными показателями, определяются в лабораторных условиях по стандартным методикам и указываются в паспортных данных на готовую продукцию. При этом рабочая ионообменная емкость не может быть измерена в лабораторных условиях, так как зависит от геометрических размеров слоя смолы и от конкретных характеристик обрабатываемых растворов (уровня регенерации, скорости потоков, концентрации растворенных веществ, требуемых показателей качества обрабатываемого раствора, точного размера частиц).
   Изготовители ионообменных смол с помощью дополнительных исследований определяют данные, на основании которых можно рекомендовать оптимальные технологии сорбции-десорбции.

Характеристики смол - аналогов различных производителей:

Характеристики Статич. емк.
мин.
мг-экв/л
Rohm
& Haas
Amberlite
Purolite Dow Отечественные
марки
cильнокислотный
катионит
стирол-ДВБ
(емк. 2,0)
IR-120
(емк. 2,0)
C100
(емк. 1,8)
Marathon C
(емк. 2,0)
КУ-2-8
(емк. 1,8)
сильноосновный
анионит
стирол-ДВБ
(емк. 1,3)
IRA 402/410
(емк. 1,3)
А600
(емк. 1,2)
A200\А300 (емк.1,3\1,4)
SBR
(емк. 1,2/1,4)
АВ-17-8, -чС
(емк1,0/1,15/1,2)
АВ-29-12П
(емк. 0,9)
низкоосновный
анионит
акрилат-ДВБ
(емк. 3,2)
IRA-67
(емк. 1,6)
А-830 (емк. 2,7)
А-845 (емк. 1,6)
MarathonWBA-2 (емк. 1,2) АН-31
(емк. 2,6)
низкоосновный
анионит
стирол-ДВБ
(емк. 1,5)
IRA96
(емк. 1,25)
A100
(емк. 1,2)
MWA-1
(емк. 1,2)
АН-31
(емк. 2,6)
низкоосновный
анионит
стирол-ДВБ
(емк. 1,7)
  A103 S
(емк. 1,6)
Marathon WBA
(емк. 1,25)
АН-31
(емк. 2,6)
карбоксильный
слабокислотный катионит (Н-форма)
акрилатный
(емк. 4,2)
IRC 86
(емк. 4,2)
C105
(емк. 4,2)
MАС-3
(емк. 3,8)
КБ-4
(емк. 3,5)
сильнокислотный
катионит
(для бытовых
фильтр.)
стирол-ДВБ
(емк. 1,9)
IRA-100
(емк. 1,9)
C100
(емк. 1,8)
HCR-S
(емк. 2,0)
КУ-2-8
(емк. 1,8)

Антрацит
    Фильтрующий материал антрацит изготавливается из высококачественных, высокопрочных, низкозольных, низкосеросодержащих сортов угля марки «антрацит». Размер зерен антрацита (фракция) зависит от технологии фильтрования воды на предприятии. Возможно изготовление как стандартных (0,5-2,0 мм, 0,8-1,8 мм, 0,8-2,0 мм, 1,5-3,0 мм и т.д.) так и любых других фракций на заказ.

Антрацит применяют для загрузки:
– скорых осветлительных фильтров для механической очистки воды от взвешенных частиц в системах подготовки, питающей воды для котлов, многоступенчатом цикле подготовки питьевой воды из поверхностных и подземных источников;
– натрий-катионитовых (анионитовых) фильтров в качестве подстилающего слоя для предупреждения выноса более дорогостоящего материала (катионита или анионита) в дренажную систему фильтра;
– фильтров для очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности от взвешенных частиц на 97%, органических загрязнений на 54%, масел на 99%.

Обладает высокой механической прочностью, химической стойкостью:
– зольность до 7,0%
– сера до 1,0%
– измельчаемость до 2,5%
– истираемость до 0,5%

Соль поваренная таблетированная
   Соль поваренная таблетированная используется в системах умягчения воды для восстановления рабочих характеристик ионообменных смол.
   Необходимый солевой раствор автоматически приготовляется в отдельной емкости, где концентрированная соль в виде таблеток постепенно растворяется.

Основные требования к таблетированной соли:
1) чистота;
2) таблетки в процессе растворения не должны распадаться на части или рассыпаться в порошок. Во время растворения таблетка должна постепенно уменьшаться в размерах до полного растворения или до того момента, когда раствор достигает 100%-й насыщенности! Соответствие этому требованию проверяется простым экспериментом. Достаточно положить две-три соляных таблетки, в чашку с водой и подождать несколько дней. Соль растворится очень медленно и постепенно, не рассыпаясь.

Обычную поваренную соль в сыпучем виде использовать нельзя, т.к. в этом случае:
1) твердые частицы нерастворенной соли, попадая в катионитный фильтр, засоряют и разрушают его
2) нерастворенная сыпучая соль спекается в сплошную твердую массу на дне бакарастворителя.

Обратный осмос
    Обратный осмос является одним из перспективных методов водоподготовки. Применяется для обессоливания вод с солесодержанием до 40 г/л, причем границы его использования постоянно расширяются. Анализ развития технологий обессоливания воды показывает, что наблюдается интенсивное внедрение метода обратного осмоса и даже вытеснение им таких отработанных методов, как дистилляция воды и электродиализ.
    Обессоливание (очистка воды от растворенных солей) достигается путем фильтрования под давлением исходной воды через специальную полупроницаемую мембрану, при этом происходит процесс перехода воды из более концентрированного раствора в менее концентрированный раствор.
    Степень задержания солей может достигать 99,6%. Мембранная очистка позволяет наряду с удалением из воды токсичных органических и неорганических загрязнений гарантировать и ее полное обеззараживание.
    Обратноосмотическое фильтрование происходит на молекулярном уровне и требует повышенного качества исходной воды. Это требование обеспечивается установкой надежных систем предварительной очистки, поскольку разовые выбросы загрязнений могут быть опасными для тонкопористых обратноосмотических мембран.
    Для повышения устойчивости работы установки и увеличения срока службы фильтрующих элементов предусматривается возможность комплектации установки блоком химической промывки.

Основные параметры обратного осмоса
Мембраны Асимметричные или композиционные
Толщина, мкм 150 мкм
Верхний слой 1 мкм
Размер пор не более, нм 1
Движущая сила, бар для солоноватой воды 15-20
для морской воды 40-80
Принцип разделения Растворение-диффузия

Нанофильтрация
    Нанофильтрационный метод очистки воды основан на том же принципе, что и обратноосмотический. Т.е. это процесс перехода воды из более концентрированного раствора в менее концентрированный раствор под действием внешнего давления. Но нанофильтрационные мембраны удаляют частицы с большей молекулярной массой, чем обратноосмотические, поэтому работают на более низком давлении. Рабочее давление нанофильтрационных систем составляет 4-10 атм, в то время как рабочее давление обратноосмотических систем - 10-80 атм.
    Современные нанофильтрационные мембраны снижают содержание одновалентных ионов (Cl, F, Na) на 40-70 %, а двухвалентных (Ca, Mg) - на 70-90 %. Таким образом, солесодержание очищенной воды по сравнению с исходной уменьшается после обработки на мембранных установках всего в 2-3 раза. Это позволяет получить физиологически полноценную питьевую воду, т.е. воду с солезадержанием, соответствующим биологическим потребностям человека.
    Нанофильтрацию используют для концентрирования сахаров, двухвалентных солей, бактерий, белков и других компонентов, молекулярный вес которых свыше 1000 Дальтон. Селективность нанофильтрационных мембран увеличивается при повышении давления.
    В процессе фильтрации происходит концентрирование веществ, которые не проходят через мембрану. В результате возможно образование пересыщенных растворов малорастворимых соединений и, как следствие, осадкообразование на поверхности мембраны. Это существенно снижает производительность очистки. Для того чтобы избежать подобных проблем, мембранная система должна быть укомплектована соответствующими блоками предварительной очистки.

Основные параметры нанофильтрации
Мембраны Асимметричные или композиционные
Толщина, мкм Подложка150 мкм
Верхний слой 1 мкм
Размер пор, нм 2-10
Движущая сила, бар 4-10
Принцип разделения Растворение-диффузия

Ультрафильтрация
    Как все мембранные технологии, процесс ультрафильтрации состоит в пропускании исходной воды через мембрану под давлением. Однако рабочее давление в ультрафильтрации значительно ниже рабочего давления в нанофильтрации и обратном осмосе. Связано это с тем, что
    - ультрафильтрационные мембраны не задерживают неорганические ионы, создающие самое большое осмотическое давление. Осмотическое же давление, создаваемое крупными частицами, которые задерживаются ультрафильтрационной мембраной, часто ниже 1 атм.
     ультрафильтрационные мембраны не задерживают неорганические ионы, создающие самое большое осмотическое давление. Осмотическое же давление, создаваемое крупными частицами, которые задерживаются ультрафильтрационной мембраной, часто ниже 1 атм.
    - гидродинамическое сопротивление ультрафильтрационной мембраны значительно меньше, чем сопротивление обратноосмотических и нанофильтрационных мембран из-за большего размера пор. Это позволяет достигать высокой производительности при достаточно низком давлении.
    Ультрафильтрационная мембрана задерживает коллоидные частицы, бактерии, вирусы и высокомолекулярные органические соединения. При этом нижний предел отделяемых растворенных веществ соответствует молекулярным массам в несколько тысяч.
    В процессе фильтрации поры мембраны загрязняются отложениями сконцентрированных примесей. Ультрафильтрационные мембраны можно промыть обратным током - потоком воды со стороны фильтрата.
    Таким образом, использование мембранной ультрафильтрации для очистки воды позволяет сохранить ее солевой состав и осуществить осветление и обеззараживание воды без применения химических веществ, что делает эту технологию перспективной с экологической и экономической точек зрения.

Основные параметры ультрафильтрации
Мембраны Асимметричные пористые
Толщина, мкм 150 мкм
Размер пор, мкм 0,002-0,1
Движущая сила, бар 1-10
Принцип разделения Ситовый механизм