Очистка и фильтрация воды. Водоподготовка питьевой воды

В частных владениях воду берут преимущественно из скважин или колодцев. Последние считаются поверхностными источниками со всеми сопутствующими им недостатками. Промзоны, автомагистрали, сельхозугодья загрязняют водоносные горизонты. Вместе с тем даже на лоне природы вода может быть излишне минерализованной и содержать вредные примеси. Именно поэтому на сегодняшний день так важно иметь собственную систему водоподготовки питьевой воды, которая включает очистку и фильтрацию, а также обезжелезивание и умягчение воды.

Водоподготовка питьевой воды: делаем анализ.

Обустройство источника водоснабжения любого типа сопровождается химическим и бактериологическим анализом проб извлечённой из него воды (обычно по 25-30 показателям - расширенный вариант).

▲ Некоторые нормативные показатели состава и свойств воды

Воду для анализа заливают в чистую ёмкость. На банке с водой указывают сведения об источнике (место расположения, личные данные владельцев и т. д.). Ёмкость закрывают крышкой, помещают в светонепроницаемый пакет и отправляют в лабораторию (чем быстрее вода попадёт на анализ, тем точнее будут результаты). На основании полученных данных принимается решение о подборе фильтров комплексной системы очистки воды.

В дальнейшем нужно осуществлять регулярный контроль основных показателей с целью своевременного выявления случайного загрязнения источника. Анализ проб заказывают в специализированных лабораториях районных СЭС. К тому же подобные услуги предлагают многие фирмы, занимающиеся поставкой оборудования для водоподготовки питьевой воды.

Кроме внешних загрязнений вода содержит разнообразные примеси, состав которых зависит от гидрогеологических свойств участка. Скажем, глубокие артезианские скважины хорошо защищены от проникновения антропогенной «грязи» (при условии правильного бурения). Однако для извлечённой из них воды характерно превышение предельно допустимой концентрации (ПДК) соединений железа, марганца, калия, фтора и других химических элементов.

Следует особо подчеркнуть, что качество питьевой воды во многом зависит от хозяев дома, а также их ближайших соседей. Важно, чтобы источник водоснабжения находился на безопасном расстоянии от потенциальных «генераторов» загрязнения (установок автономной канализации, траншей аэрации, автостоянок, компостных ям ит. п.). Излишне говорить, что водоотведение (очистка и сброс сточных вод) должно быть организовано в строгом соответствии с действующими санитарными нормами и правилами. Малейшее нарушение нормативов - и болезнетворные микроорганизмы уже дефилируют по водопроводным трубам.

Очистка и фильтрация воды.

Высококачественная очистка и фильтрация воды (до питьевого уровня) - удовольствие дорогое. Чтобы оптимизировать затраты на очистку и фильтрацию, систему водоподготовки питьевой воды комплектуют по ступенчатой схеме. Обычно наружный водопровод разделяют на две ветви. Одна предназначена для полива участка, другая питает систему водоснабжения дома.

Вода, используемая для хозяйственно-бытовых нужд, проходит через фильтрационную установку. Здесь она освобождается от вредных примесей (песка, бактерий, соединений железа, марганца, кальция и т. д.), после чего направляется к точкам водоразбора: кранам, душу, сливному бачку, стиральной и посудомоечной машинам.

Наконец, последний этап - тонкая очистка воды, в результате которой вода становится пригодной для питья и приготовления пищи.

▲ Схема водоподготовки питьевой воды

Водоподготовка питьевой воды начинается с фильтра механической очистки воды, который задерживает песок, окалину, осадочные взвеси и т. д. Подобные устройства бывают сетчатыми (промывными), картриджными и осадочными. Рабочим элементом сетчатых фильтров служит сетка из нержавеющей стали. Чем меньше размер ячеек, тем выше качество очистки и фильтрации воды. В домах постоянного проживания обычно используют автоматизированные фильтры, которые самостоятельно очищают сетку от скопившегося осадка путём обратной промывки (RBM, Италия; Honeywell, Syr – обе Германия и др.). Главный враг сетчатых фильтров - илистые (коллоидные) загрязнения. Отмыть сетку от клейкой субстанции практически невозможно.

К разряду промывных относятся и дисковые фильтры (Azud, Израиль). Они содержат пакет полимерных дисков, с обеих сторон которых по диагонали нанесены канавки определённого размера. При сжатии соседних дисков образуется объёмная сетчатая структура, задерживающая песчинки и соринки.

Другой вариант - картриджные фильтры (Aquafilter, Safe Water Technology, US Filter - все США; Atlas Filtri, Италия; «Гейзер», «Русфильтр», Россия и др.). В них вода проходит через картриджи, заполненные намоткой из полипропиленовой нити или другим фильтрующим материалом. Картриджные фильтры достаточно эффективны, недороги и неприхотливы в обслуживании. Замена картриджей порой обходится в кругленькую сумму (на долю сменного элемента приходится более трети общей стоимости прибора).

С илом, глиной и другими механическими примесями прекрасно справляются осадочные фильтры. Они представляют собой баллоны из пищевого полиэтилена, высокопрочного стеклопластика или нержавеющей стали, содержащие многослойную засыпку (отборный песок, антрацит, гравий или гранулированный силикат алюминия).

▲ Осадочные фильтры в системе водоподготовки, смонтированной компанией «Национальные водные ресурсы» (Россия).

Осадочные фильтры задерживают частицы размером менее 80 микрон. При этом они отличаются высокой надёжностью и хорошо переносят внештатные ситуации (мощные гидравлические удары, скачки давления и т. д.). Однако стоят осадочные фильтры дорого (от 300 долларов, при производительности 1 м3/ч плюс фирменный монтаж и техобслуживание).

Отметим также, что на рынке присутствуют комбинированные устройства для очистки и фильтрация воды. Они удаляют железо, снижают жёсткость. Освобождают воду от нитратов, сульфатов и других вредных примесей. Стоят такие устройства для водоподготовки питьевой воды заметно дороже, чем специализированные. Правда, универсальность далеко не всегда идёт на пользу качеству. Скажем, регулирование умягчения в этом случае невозможно. К тому же комбинированные фильтры рекомендуется применять при умеренном превышении ПДК железа и солей жёсткости.

Если вода имеет неприятный привкус или попахивает болотом, то в систему водоподготовки питьевой воды включают угольные (адсорбционные) фильтры. Корпус таких приборов заполнен гранулированным активированным углем (из скорлупы кокосового ореха или более доступный и менее эффективный берёзовый). Чтобы в засыпке не поселились микроорганизмы, угольный фильтрат импрегнируют серебром. Адсорбционные фильтры поглощают органические примеси, улавливают остаточный хлор, устраняют запах и улучшают вкус воды. Собранную «грязь» удаляют при промывке. Правда, подобная регенерация не обеспечивает длительного срока службы. Угольную засыпку меняют не реже одного раза в год. Обновление фильтрующего материала (в зависимости от объёма корпуса) обходится в 3 тыс. руб. и более.

▲ Питьевая установка Woda-Pure (BWT, Германия) со сменным картриджным фильтром для очистки воды в системе холодного водоснабжения. От 6300 руб.

При комплектации системы водоподготовки питьевой воды учитывают уровень рН, который характеризует кислотно-щелочной баланс воды. Если показатель выходит за рамки (6-9 единиц), значит, в водной среде превалирует кислотная или щелочная составляющая. «Несбалансированная» вода вызывает сухость кожи, портит вид сантехприборов (краны тускнеют и темнеют), а также слегка попахивает. Чтобы исправить «перекос», устанавливают специальные фильтры-корректоры, которые поддерживают уровень рН в норме.

Затраты на устройство системы водоподготовки питьевой воды окупаются за счёт существенного продления срока службы дорогостоящей бытовой техники и сантехнических приборов. Не говоря уже о здоровье обитателей дома или квартиры, которое, как известно, ни за какие деньги не купишь.

▲ Подбор фильтров для очистки зависит от расхода воды в доме. Даже по самым скромным расчётам (малочисленный состав семьи, низкая пиковая нагрузка) нужна весьма внушительная скорость очистки и фильтрации воды. Если производительность установки не будет соответствовать водопотреблению, то с очисткой возникнут проблемы. Решить вопрос позволяют ёмкости для очищенной воды. Каждый фильтр снижает давление воды. Для оборудования скважины под воду, скважинный насос должен быть достаточно мощным, чтобы прокачать воду через все препятствия. Если это не так, то устанавливают повышающие насосы.

▲ Домашняя станция водоподготовки питьевой воды от компании Oventrop (Германия) включает фильтр механической очистки воды с функцией обратной промывки, устройства для понижения давления и поворотного присоединительного штуцера для вертикального или горизонтального монтажа.

Тонкая очистка воды.

Для получения воды питьевого качества используют установки тонкой очистки. Существует два основных типа подобных агрегатов: комплексы адсорбционных фильтров (производятся и моноблочные устройства) и мембранные системы обратного осмоса. Первые действуют по принципу, описанному выше, то есть в них вода очищается за счёт фильтрующей засыпки. Вторые - мембранные установки обратного осмоса - функционируют иначе. Своё название они получили от главного элемента - полимерной мембраны, которая, словно сито, просеивает молекулы воды.

Процесс очистки и фильтрации воды основан на явлении обратного осмоса. Осмотическое давление обеспечивает продвижение воды через мельчайшие ячейки-поры. Для других химических соединений проход закрыт. Отфильтрованные вещества сбрасываются в дренаж и затем в канализацию. Запас чистой воды обеспечивается за счёт мембранного бака, входящего в состав системы обратного осмоса. В обратноосмотическую мембрану должен поступать хорошо подготовленный продукт, то есть вода, прошедшая через фильтры предварительной подготовки воды (угольный и другие). Без них молекулярное сито быстро забьётся и выйдет из строя. Между тем в воде присутствуют не только вредные, но и полезные примеси. Однако установки обратного осмоса не разбирают «своих» и «чужих». А пить пусть и абсолютно чистую, но безвкусную воду, согласитесь, не так уж приятно. Неудивительно, что специалисты рекомендуют использовать её только для приготовления чая, травяных настоев, супов и т. п. В некоторых системах водоподготовки питьевой воды предусмотрены постфильтры, в частности, фильтр-минерализатор. Однако каких-либо общепризнанных стандартов в этой области нет. Остаётся лишь верить производителям на слово.

▲ Схема установки тонкой очистки воды.

▲ Структура обратноосмотической мембраны.

▲ Схема бака в системе обратного осмоса.

Комплексную установку водоподготовки питьевой воды располагают в отапливаемом помещении вместе с канализацией (для отвода стоков после отмывки фильтров). Обычно фильтры ставят в котельной, в которой «прописано» оборудование систем отопления и горячего водоснабжения. Однако по техническим причинам комплекс водоподготовки питьевой воды иногда переносят в другое помещение. Подобные вынужденные решения нередко принимаются из-за проблем с канализацией, вернее, с совместимостью автономной канализационной станции биологической очистки стоков с водоотведением промывочных стоков. Кстати, на каждый кубометр производительности фильтра приходится два кубометра воды для регенерации фильтрующей среды. Следовательно, расход воды на обслуживание оборудования водоподготовки воды должен быть учтён при проектировании системы автономной канализации.

▲ Обратноосмотическая система водоподготовки питьевой воды «Аквафор Кристалл Осмо» от «Аквафор» (Россия) с мембраной Ultra Teck (США) и сорбционными фильтрами «Аквафор», 6300 руб.

▲ Обратноосмотическая система тонкой очистка воды «Гейзер Престиж» от компании «Гейзер» (Россия) с мембраной Desal (США) и фильтром-минерализатором, 7350 руб.

▲ Комплексная станция водоподготовки питьевой воды УСОиКВ-Н от компании «Экодар» (Россия). Фильтры и другое оборудование компактно установлено на мобильную платформу. Помимо очистки и фильтрации станция обеспечивает обеззараживание и кондиционирование воды.

Системы обезжелезивания воды.

Артезианская вода насыщена растворимым двухвалентным железом. При контакте с кислородом воздуха оно становится трёхвалентным и окисляется. В результате образуется нерастворимый оксид железа, проще говоря, ржавчина. Сначала в воде появляются белые хлопья, затем они превращаются в рыжий осадок. Ржавчина портит внешний вид, а также вызывает повреждение сантехнических приборов и бытовой техники. Но главное – вода с большим содержанием железа вредна для здоровья человека.

Извлечением чёрного металла занимаются фильтры-обезжелезиватели двух типов - peaгентные и безреагентные. Принцип их действия основан на ускоренном окислении железа и последующем улавливании нерастворимого осадка. Скопившаяся ржавчина удаляется при периодической промывке фильтрующего устройства. Реагентные фильтры заполнены специальными гранулами, на которых закреплён реагент-ускоритель (катализатор) реакции окисления. Реагент нуждается в регулярной регенерации, которая обеспечивается при промывке фильтра водным раствором перманганата калия (марганцовки). Такое химическое восстановление создаёт дополнительную нагрузку на окружающую среду.

В безреагентных фильтрах ускоренное окисление железа достигается за счёт аэрации. По сигналу датчика потока включается компрессор, который нагнетает воздух в аэрационную колонну. Железо окисляется, а осадок улавливается засыпкой фильтра-обезжелезивателя. Промывку производят потоком воды.

▲ Схема фильтра-обезжелезивателя с применением реагента.

▲ Схема фильтровальной установки безреагентного обезжелезивания (напорная аэрация).

▲ Схема фильтровальной установки безреагентного обезжелезивания (естественная аэрация).

При пониженном давлении в водопроводе для окисления железа применяют естественную аэрацию. Воду через распыляющую форсунку наливают в накопительную ёмкость, а затем с помощью насосной станции перекачивают в фильтр-обезжелезиватель. Правда, у такой технологии есть недостатки. Во-первых, для ёмкости большого размера нужно место, во-вторых, домашнее «водохранилище» подвержено микробиологическому заражению.

Для борьбы с микробами используют ультрафиолетовые стерилизаторы, которые уничтожают не только бактерии, но и их вегетативные образования и споры. Желательно, чтобы устройства были установлены рядом сточками водоразбора (во избежание повторного заражения). Однако на практике стерилизаторы обычно монтируют после угольного фильтра очистки воды. Иногда прибегают к химическому обеззараживанию. Болезнетворную «живность» убивают с помощью соединений хлора, активного кислорода и других препаратов. Попутно происходит окисление органики. Обезвреженный сор улавливается адсорбционными фильтрами тонкой очистки воды. Подобный метод имеет ряд очевидных недостатков и поэтому в частных владениях используется крайне редко.

▲ Система водоподготовки питьевой воды с комплексом обезжелезивания «Аметист» от компании «Вода Отечества», фильтром-умягчителем, угольным фильтром и ёмкостью для очищенной воды (проектирование, комплектация и монтаж от компании «Вода Отечества»).

▲ В систему водоподготовки питьевой воды (проектирование, комплектация и монтаж от компании «Экодар», Россия) входит высокоэффективный безреагентный фильтр-обезжелезиватель серии «Дуплет» производства Eco water Systems. США (очищает и фильтрует воду от железа, марганца, сероводородов и сульфидов), фильтр-умягчитель, УФ-стерилизатор, фильтр механической очистки воды и пр.

Умягчение воды в домашних условиях.

Испорченные ТЭНы водонагревателей, заросшие известью душевые лейки, закованные в «каменный» панцирь чайники и барабаны стиральных машин - вот далеко не полный перечень проблем, возникающих при использовании воды с запредельным содержанием ионов кальция и магния. Виной всему твёрдые известковые отложения, или накипь, которая образуется при кипячении очень жёсткой воды.

Снижением жёсткости (умягчением воды) занимаются фильтры-умягчители. Они заполнены гранулами из катионообменной смолы. Протекая через фильтр, вода лишается ионов кальция и магния, а взамен приобретает ионы натрия.

Умягчительную способность смоляной засыпки поддерживают за счёт регулярной регенерации. В ионообменник впрыскивают раствор поваренной соли, а затем осуществляют прямую и обратную промывку фильтра. При соблюдении правил эксплуатации смола не требует замены в течение почти 10 лет. Также выпускаются умягчители, которые обеспечивают обеззараживание воды (в состав засыпки входит серебро).

▲ Схема фильтра-умягчителя.

Очень мягкая вода имеет побочные эффекты. Ей свойственна повышенная мылкость. При использовании моющих средств образуется большое количество пены, что затрудняет стирку и мытьё посуды. К тому же создаётся ощущение скользкой плёнки на коже. Словом, не стоит доводить умягчение до крайности. В современных фильтрах-умягчителях предусмотрена функция регулирования уровня жёсткости воды (посредством подмешивания жёсткой воды к мягкой).

• Если вода из источника содержит мало твердых примесей, имеет смысл установить ручной сетчатый фильтр и тем самым снизить расходы на систему водоподготовки.

• Накипь вредит не только бытовой технике и сантехприборам, попадая в организм человека, она стимулирует мочекаменную болезнь, гипертонию и атеросклероз.

1. Фильтр-умягчитель от компания Hydra Filter (Россия).

2. Бытовой умягчитель воды Bewamat от компании BWT, от 1500 долларов. Применяется в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения и в системах водоподготовки для подпитки систем отопления. Поставляется в двух вариантах: с управлением по таймеру (отложенная регенерация) и по таймеру (немедленная регенерация).

3.  Для безреагентного умягчения воды в домашних условиях в системах отопления и горячего водоснабжения. Не изменяет химический состав воды; действует на химическое равновесие соединений кальция и угольной кислоты электрическими импульсами определённой частоты. Под действием электрического поля соли жёсткости образуют не склонные к отложению нанокристаллы.

▲ Фильтры из обновлённой серии Primus Plus от компании Honeywell обеспечивают высокое качество очистки и фильтраци воды и попутно регулируют давление, а также выполняют и другие функции. Устройства просты в эксплуатации и обслуживании, эргономичны. Все управляющие механизмы окрашены в красный цвет.

▲ Смеситель Grohe Blue от Grohe (Германия) со встроенным фильтром тонкой механической очистки и фильтраци воды.