СПОСОБИ ФІЛЬТРАЦІЇ ВОДИ, ЇХ ПЕРЕВАГИ ТА НЕДОЛІКИ

Розрізняють декілька способів фільтрації води, у кожного з них є свої переваги і недоліки. Розглянемо ці методи і області їх застосування докладніше.

Методи фільтрації води:

• механічна фільтрація
• хімічна фільтрація
• фізико-хімічна
• біологічна очистка

Розглянемо кожен метод окремо

Механічна фільтрація дозволяє усунути тверді і нерозчинні суспензії. Цей метод є одним з найдешевших і відноситься до попереднього етапу очищення стічних вод.

Хімічне очищення спрямоване на усунення в стічних водах хімічних сполук за допомогою використання хімічних реагентів. На даному етапі і при цьому методі очищення стічні води втрачають колір і запах, а також знезаражуються.

Фізико-хімічне очищення нейтралізує біологічні тверді домішки, дозволяє відфільтрувати дисперсійні частки. Даний метод очищення є високоефективним, так як в ньому задіяні і фізичний, і хімічний способи очищення води.

Біологічне очищення нейтралізує органічні сполуки. При такому методі очищення води основну місію виконують мікроорганізми, які розкладають органічні сполуки.

Розрізняють деякі різновиди очищення води:

Метод часткового заморожування води цікавий тим, що після нього вода набуває цілющих властивостей. У чому полягає цей спосіб очищення? Вода заморожується наполовину. У лід перетворюється лише чиста від хімічних сполук вода, а та частина, яка містить домішки, залишається замороженою. Суть даного методу полягає в тому, що лід відділяється від води. Розморожений лід стає, в наслідку, корисною водою, яка змінює свою структуру.

Зворотний осмос – це метод очищення води, при якому використовується тонкоплівкова мембрана. Цей спосіб перевершує за результативністю інші способи. Тонкоплівкова мембрана пропускає через себе тільки молекули води, кисню і водню. Інші з’єднання не можуть пройти крізь структуру мембрани. Відбувається глибоке очищення води.

Озонування передбачає очищення води за допомогою озону. Озонування води набагато безпечніше очищення води за допомогою хлору і різних його сполук. Багато країн Європи віддають перевагу саме такому способу очищення води. Хлор негативно впливає на навколишнє середовище, людський організм, шкіру, волосся, нігті, зуби, псує одяг і залишає наліт після того, як вода висихає. Озон, в порівнянні з хлором, є повністю безпечним. Кислотно-лужний баланс води залишається природним, а вода, що пройшла озонування, не дратує слизову.

Способи очищення води можуть бути як дорогими, так і вельми доступними, крім того, вони можуть бути екологічно безпечними та передовими або «класичними», але більш жорсткими. Який би спосіб не був обраний, до процесу фільтрації води слід ставитися відповідально і серйозно, адже від якості води залежить, в першу чергу, здоров’я. Монтажна компанія Profinstall здійснює проектування і монтаж інженерних мереж, в тому числі, водопроводу і каналізації, задіюючи справжніх професіоналів.

1.6: Фільтрація

Фільтрація є остаточною і найважливішою вимогою видалення, що вимагається Правилом обробки поверхневих вод (SWTR). Вода проходить через такі матеріали, як пісок, гравій та антрацитове вугілля, щоб видалити флоки та хвороботворні мікроорганізми з готової води. Фізичне видалення колоїдів також досягається під час осідання, але ця фільтрація є завершальним етапом. Це процес, коли з води видаляються зважені колоїдні частинки. Поряд з видаленням можливого патогенного матеріалу у воді досягається і видалення каламутності, яка могла б приховати патогенні організми і додати кольору готової воді.

Малюнок \(\PageIndex\) : Зображення очищення води EPA знаходиться у відкритому доступі

SWTR встановлює керівні принципи для всіх державних водних агентств, які використовують поверхневі води як джерело. Поверхневі води були покриті в розділі #1 і є будь-якою водою, відкритою для атмосфери, яка сприйнятлива до стіку. Мінімальними вимогами до обробки є дезінфекція, але більшість джерел води не відповідають цим дуже суворим рекомендаціям.

Ефективність фільтрації заснована на декількох важливих факторах. Правильна фільтрація відбувається виходячи з якості вхідної вихідної води. Наприклад, штормова подія біля вихідної води може спричинити вищу вхідну каламутність, ніж очисна споруда використовується для обробки. Можуть знадобитися експлуатаційні зміни, такі як промивні фільтри. Фізико-хімічні характеристики суспензійного матеріалу також вступають в дію під час обробки. Занадто багато або занадто мало хімічної речовини може призвести до неефективної фільтрації. Щоб наслідувати приклад події шторму, оператору може знадобитися внести зміни в дози коагулянту та полімеру, щоб врахувати підвищену каламутність та частинки, що надходять на очисну споруду. Нарешті, тип фільтрації, що використовується очисним спорудом, також дуже важливий. Це рішення в основному виходить з рук операторів, оскільки інженери та експерти з якості води вирішать, який найбільш ефективний процес очищення вихідної води перед будівництвом очисного споруди.

На фото нижче представлений фільтр в нормальному режимі роботи.

Технології лікування

У Сполучених Штатах існує чотири затверджені технології лікування. Найбільш широко використовувані технології обробки включають звичайну обробку, пряму фільтрацію, обробку діатомовою землею та повільну фільтрацію піску. Нижче наведені описи:

Установки для повільної фільтрації піску стають все рідше через велику кількість часу, необхідного для обробки води та великої кількості простору, необхідного для споруд. Швидкість фільтрації для повільної фільтрації піску становить від 0,05 до .10 ГПм/кв. Фут. Частинки адсорбуються в хімічному шарі, відомому як шмуцдеке. Через деякий час біологічний шар повинен бути вручну видалений оператором або обслуговуючим персоналом. Повільний час та інтенсивна праця роблять цей метод лікування найменш ідеальним, особливо в районах з більшою популяцією.

Діатомова фільтрація землі здійснюється за допомогою фільтрації під тиском. Його також можна назвати фільтрацією попереднього покриття. Фільтруючий матеріал в цьому випадку додається у вигляді суспензії в посудину для обробки. Всередині посудини прокладається труба, відома як перегородка. Суспензія прикріплюється до перегородки і вода проходить через посудину, де патогенний і підвішений матеріал захоплюється і напружується з готової води. Цей процес лікування дуже поширений для компаній з лікування басейнів та напоїв. Цей тип методу обробки, як правило, не використовується більшими муніципалітетами через велику кількість утилізації мулу та постійну закупівлю фільтруючого матеріалу.

Малюнок \(\PageIndex\) : Зображення COC OER ліцензовано відповідно до CC BY

Гравітаційна фільтрація складається з двох остаточних затверджених технологій очищення води. Пряма фільтрація та звичайна обробка є найбільш широко використовуваними технологіями лікування в Сполучених Штатах. Він описується як гравітаційна фільтрація, оскільки тиск напору води змушує воду подорожувати через фільтровані середовища, щоб видалити домішки з питної води. Пряма фільтрація відрізняється від звичайної обробки тим, що процес осідання пропускається. Райони з джерельною водою вищої якості можуть вибрати пряму фільтрацію, щоб зменшити витрати, а кількість земельної площі для басейнів відстійників може бути значною. Середня швидкість фільтрації для гравітаційних фільтраційних ліжок становить 3,0 ГПм/кв. фут. – 6,0 GPM/кв. фут.

Малюнок \(\PageIndex\) : Пряма фільтрація – зображення EPA знаходиться у відкритому доступі Малюнок \(\PageIndex\) : Звичайне лікування – Зображення EPA знаходиться у відкритому доступі

Альтернативні методи очисних споруд можуть бути затверджені в кожному конкретному випадку. Нові технології, такі як мембранна фільтрація та зворотний осмос, були використані, оскільки технологія покращилася, а витрати, пов’язані з проведенням цих конкретних операцій, зменшилися. Вода в долині Санта-Кларіта (SCV) використовує альтернативну технологію, відому як уточнення висхідного потоку. SCV Water здатна використовувати цю технологію через дуже низький рівень каламутності у воді, що забезпечується озером Кастаїк. Це більш конденсований варіант звичайної обробки і вимагає набагато менше місця через відсутність відстійників.

Фільтруючий матеріал

Тип середовища, що використовується в гравітаційних фільтрах, – пісок, антрацитове вугілля і гранат. Гранат – це мінеральний пісок червоного кольору, що складається з силікатів (кальцію, заліза, марганцю та магнію) і його щільність більша, ніж пісок. Гравій також використовується як фільтр під шаром нижче використовуваного фільтруючого матеріалу. Він повинен бути важчим, ніж фільтруючий матеріал, щоб він міг осідати назад під середовищем після завершення циклу промивання фільтра.

При виборі фільтруючого матеріалу важливо підбирати носій, який має хороші гідравлічні характеристики, довговічний, не має домішок, не розчиняється у воді, не розчиняється і не вступає в реакцію зі складовими у водопроводі. Медіа класифікуються за чотирма параметрами, включаючи його ефективний розмір, рівномірну ефективність, питому вагу та твердість середовища. Ефективний розмір – це отвір сита в середовищі, яке дозволяє воді проходити, збираючи домішки у воді. 90 відсотків частинок повинні бути більшими за отвір для фільтрації частинок.

При вирішенні питання про те, який носій вибрати для фільтра, важливо враховувати кількість часу, необхідного для прориву каламутності фільтра. Наприклад, ви експлуатуєте очисну споруду, яка вимагає індивідуальних фільтрів, скажімо, нижче 0.3 NTU (або нефелометричних одиниць каламутності). Після того, як індивідуальний фільтр виходить за цю межу, його потрібно промити. По-друге, втрата напору повинна бути врахуванням. Втрата напору відбувається після того, як матеріал накопичується з часом під час процесу фільтрації. Втрата напору призведе до більш тривалого часу фільтрації та призведе до підвищення рівня фільтра. Після того, як фільтр досягає термінальної втрати напору, його потрібно знову промити. Засоби масової інформації не завжди є причиною втрати напору і прориву каламутності. Як обговорювалося раніше, оператори повинні переконатися, що вони правильно дозують хімічні речовини, оскільки неправильне дозування може спричинити вищезгадану втрату голови та прорив.

Рівномірний коефіцієнт – це співвідношення між різними розмірами середовищ, що складаються в фільтрувальному шарі. Чим менше рівномірний коефіцієнт означає, що носій ближче до того ж розміру, ніж якби він був вище. Нижчий показник ефективності додає до вартості носія.

Виробництво фільтра – це кількість води, яку даний фільтр може виробляти за добу. Цей потік зазвичай припадає на мільйон галонів на день (MGD). Індивідуальні швидкості фільтрації розраховуються шляхом ділення витрати фільтра в галонів в хвилину на площу поверхні фільтра. Швидкість фільтрації для гравітаційних фільтрів може бути між 2gpm-10gpm/квадратний фут. Ця тема буде розглянута більш детально під час математичної частини цієї глави.

Малюнок \(\PageIndex\) : Швидкий гравітаційний пісочний фільтр – Зображення Відкритого університету ліцензовано відповідно до CC BY-NC-SA

Зображення Мартіна Олссона ліцензовано відповідно до CC BY-SA 3.0