Сорбционная очистка воды: от активированного угля до синтетических сорбентов

Чистая вода необходима как для бытовых нужд, так и для работы промышленных предприятий. Но вода из водопровода, скважины, колодца или другого источника далеко не всегда соответствует идеалу. Примеси, неприятные запахи, странный привкус – частые проблемы. Современные технологии водоочистки предлагают эффективные решения для борьбы с этим. Среди них особое место занимает сорбционная очистка.
Сорбция позволяет эффективно бороться с широким спектром загрязнения, делая воду безопасной и для повторного использования, и для сброса стоков в водоемы. Сорбция является наиболее востребованным методом в современных системах очистных сооружений. Давайте разберемся, что это за технология и почему она так популярна.

Сорбционная очистка – это процесс, основанный на явлении сорбции. Говоря простым языком, это поглощение одних веществ другими. В системах очистки используются специальные материалы – сорбенты. Они имеют пористую структуру с большой полезной поверхностью. Принцип действия основан на физическом или химическом взаимодействии молекул загрязнителей с активными центрами сорбента. Когда водный поток проходит через слой сорбента, молекулы различных примесей задерживаются в нем.
Существуют разные виды сорбции (адсорбция, абсорбция, хемосорбция), но конечная задача одна – очистить жидкость от вредных компонентов. Эффективность очистки зависит от типа сорбента, его структуры, концентрации примесей и скорости водного потока через фильтр для воды.

Сорбционная очистка решает множество задач. Прежде всего, она позволяет удалить из воды органические вещества природного и техногенного происхождения. Это различные пестициды, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества (ПАВ), продукты жизнедеятельности микроорганизмов. Именно эти соединения часто придают воде неприятные запахи, привкусы, несут опасность.
Сорбционные фильтры эффективно борются с остаточным хлором и его соединениями, которые попадают в воду после централизованного обеззараживания. Удаление хлора улучшает органолептические свойства жидкости, что важно для здоровья человека и благополучия окружающей среды. Также они применяются для удаления сероводорода, некоторых тяжелых металлов и улучшения цветности воды.
Область применения сорбции очень широка:

1. Бытовая водоподготовка. Фильтры для питьевой воды (кувшины, проточные системы под мойку, магистральные фильтры на весь дом или квартиру).
2. Промышленность. Подготовка жидкости для технологических процессов, очистка промышленных сточных вод перед сбросом в канализацию или окружающую среду. Используется на производствах пищевой, химической, фармацевтической отраслей.
3. Очистка сточных вод. Сорбционная очистка сточных вод (бытовых, промышленных, ливневых) позволяет удалить органические загрязнители, красители, ПАВ. Часто используется как стадия глубокой очистки после биологического или механического очищения. Могут применяться на автомойках, в котельных и на других объектах.

Сорбционная очистка позволяет значительно повысить качество воды, делая ее пригодной для питья, хозяйственно-бытовых нужд или технологических процессов. Выбор конкретной системы очистки зависит от исходного качества жидкости (рекомендуется сделать анализ воды) и требуемого уровня очистки.

Процесс сорбционной очистки обычно реализуется в специальных устройствах – сорбционных фильтрах. Конструктивно это чаще всего колонны или емкости, заполненные фильтрующим материалом – сорбентом. Корпус фильтра изготавливается из прочных, коррозионностойких материалов, например, могут быть пластиковые или стальные.
Вода под давлением подается в фильтр и проходит через слой сорбента. Во время контакта воды с материалом происходит поглощение примесей. Размер пор сорбента и его химическая активность определяют, какие именно вещества будут эффективно задерживаться. Очищенная вода собирается в нижней части фильтра (или проходит дальше по системе, если это многоступенчатая очистка) и отводится потребителю.
Со временем поверхность сорбента насыщается загрязнениями, и его поглощающая способность снижается. В этом случае требуется либо замена фильтрующего материала, либо его регенерация, то есть восстановление свойств. Регенерация возможна не для всех типов сорбентов и часто включает промывку специальными растворами-реагентами или обработку паром при высокой температуре.
На заметку. Современные системы часто оснащаются автоматическими блоками управления – клапанами, которые контролируют процесс фильтрации и запускают промывку по заданному режиму, к примеру, по времени или объему пропущенной жидкости.
Скорость фильтрации – важный параметр. Слишком высокая скорость не даст достаточного времени для контакта с сорбентом, что снизит эффективность очистки. Слишком низкая скорость может быть непрактичной для пользователя. Поэтому подбор оборудования должен учитывать требуемую производительность.

Хотя принцип сорбции един, используемые методы и материалы могут быть разными. Основное различие заключается в типе используемого сорбента. Выбор сорбента зависит от задачи очистки – то есть от того, какие именно примеси нужно удалить из воды. Существует несколько видов сорбентов.

Наиболее известный и широко применяемый – активированный уголь. Его получают из различных органических материалов (древесины, торфа, скорлупы кокосовых орехов, продуктов животного происхождения). Высокая эффективность активированного угля обусловлена его развитой пористой структурой с огромной удельной поверхностью. Микропоры угля эффективно задерживают органические молекулы, обеспечивая хорошее качество очистки.

Сюда относятся природные минералы (цеолиты, глинистые породы) и синтетические материалы:

1. Цеолиты. Минералы с каркасной структурой, образующей каналы и полости определенного размера. Они способны работать как «молекулярные сита», задерживая молекулы, подходящие по размеру, а также могут проявлять ионообменные свойства, удаляя ионы тяжелых металлов, аммония.
2. Глинистые породы. Обладают слоистой структурой и хорошо развитой поверхностью, способны поглощать органические вещества, коллоидные частицы, красители. Их преимущество – доступность и невысокая стоимость.
3. Синтетические неорганические сорбенты. Гидроксиды металлов (например, алюминия, железа), силикагели и алюмогели. Они могут использоваться для специфических задач очистки.

Важно! Большинство сорбентов из третьей группы представлены в виде солей, поэтому для очистки воды от них нужны искусственно созданные органические катиониты и аниониты.

Это ионообменные смолы и синтетические полимерные сорбенты. Ионообменные смолы используются в основном для умягчения воды (удаления ионов кальция и магния) и обезжелезивания, но сам процесс ионного обмена – это частный случай хемосорбции. Полимерные сорбенты могут быть селективными к определенным типам органических соединений. Кроме того, они обладают осмотической стабильностью, стойкостью к механическим воздействиям, улучшенным обменом.
Правильный выбор сорбента или их комбинации (многокомпонентные засыпки) позволяет создавать универсальные или узкоспециализированные системы очистки воды для решения конкретных задач.

Это, пожалуй, самый распространенный метод сорбционной очистки, особенно в бытовой водоочистке. Активированный уголь (угольная засыпка или картриджи) является универсальным сорбентом для удаления широкого спектра органических загрязнителей.
Принцип работы основан на том, что вода проходит через слой активированного угля. Органические вещества, хлор, соединения, вызывающие неприятные запахи и привкусы, например, сероводород, ароматические соединения, адсорбируются на поверхности пор угля. Эффективность зависит от типа угля (кокосовый уголь считается одним из самых эффективных), размера гранул, толщины слоя и времени контакта.
Преимущества:

• высокая эффективность в удалении органики и хлора;
• улучшение вкуса, запаха и цветности воды;
• относительно невысокая стоимость материала;
• простота эксплуатации фильтров.

Но угольные фильтры не удаляют растворенные соли, то есть не умягчает воду. Их эффективность снижается при высокой концентрации взвешенных частиц, поэтому требуется предварительная механическая очистка. Также требуется проводить периодическую замену фильтрующего материала.
Угольные фильтры могут быть как простыми картриджами для проточных систем, так и большими колоннами для очистки всего объема воды, поступающей в дом или на производство. Часто угольная фильтрация используется как финишная стадия очистки после обезжелезивания посредством аэрационных колонн для окисления железа или умягчения, а также перед системами обратного осмоса для защиты мембраны.

Хотя ионный обмен – это химический процесс, его часто относят к сорбционным методам (хемосорбция), так как происходит поглощение одних ионов материала (ионообменной смолой) с выделением других. Основная задача таких установок – удаление из воды растворенных неорганических солей. Они могут быть колонного типа или кабинетного, представляющие собой автономные системы.
Вода также проходит через слой ионообменной смолы (катионита или анионита). Смола обменивает ионы, находящиеся в ней, на ионы примесей из воды. Например, при умягчении воды катионит в натриевой форме забирает из воды ионы кальция и магния (ионы жесткости), отдавая взамен ионы натрия. При обезжелезивании воды от железа могут использоваться специальные катиониты, способные удалять растворенное железо.
Основные применения:

• умягчение жесткой воды для защиты котлов, бойлеров, бытовой техники от накипи, коррозии);
• обезжелезивание воды – удаление растворенного железа, марганца, тяжелых металлов;
• деминерализация воды – глубокая очистка от всех солей при использовании катионитов и анионитов.

Ионообменные смолы требуют периодической регенерации – промывки растворами реагентов, обычно раствор поваренной соли для умягчителей, кислота или щелочь для других типов смол. Эффективность таких фильтров зависит от правильного подбора смолы под конкретный анализ воды. Системы требовательны к режиму эксплуатации и регенерации, для чего часто используются автоматические клапаны управления.
Ионообменные установки (умягчители, фильтры обезжелезивания) широко используются в быту, промышленности, для котельных, во время подготовки воды для разных технологических нужд.

Компания «Водополис» предлагает широкий выбор современных систем очистки воды, основанных на технологиях сорбции и других передовых методах водоподготовки. Мы понимаем, насколько важно качество воды для здоровья человека, комфорта и эффективности производства, поэтому предлагаем только проверенные и эффективные решения.
Мы предлагаем комплексные решения по очистке воды для малых и крупных предприятий. В ассортименте:

• канализационно насосные станции;
• локально очистные сооружения;
• блочно-модульные очистные сооружения (БМОС) для очистки бытовых и промышленных стоков.

Компания «Водополис» предоставляет полный комплекс услуг:

• проведение анализа воды;
• разработка проекта системы очистки с подбором оптимального оборудования и комплектующих;
• монтаж систем под ключ.
• техобслуживание установок (замена загрузки, картриджей, настройка режима работы).

С оборудованием от «Водополис» вы можете быть уверены в высоком качестве оборудования и услуг.

Сорбционная очистка воды – это проверенный временем, эффективный и часто незаменимый способ удаления различных примесей, в первую очередь органических веществ, хлора, соединений, ухудшающих вкус и запах воды. Использование активированного угля и других современных сорбентов позволяет значительно улучшить качество питьевой и технической воды, а также очищать сточные воды.
Компания «Водополис» предлагает готовые и индивидуальные решения по водоочистке и водоподготовке, а также сервисное обслуживание установленных систем. Мы поможем подобрать и установить оборудование, которое обеспечит вас чистой водой.