Фильтры для очистки воды: принципы и применение.

Введение

Устройство для очистки воды от примесей.

Водный фильтр удаляет примеси, уменьшая загрязненность воды посредством тонкого физического барьера, химического или биологического процесса. Фильтры очищают воду в различной степени для таких целей, как: сельскохозяйственное орошение, обеспечение доступной питьевой водой, содержание общественных и частных аквариумов, а также безопасное использование прудов и бассейнов.

Методы фильтрации

Фильтры используют просеивание, адсорбцию, ионный обмен, биопленки и другие процессы для удаления нежелательных веществ из воды. В отличие от сита или экрана, фильтр потенциально способен удалять частицы, намного меньшие, чем отверстия, через которые проходит вода, например, нитраты или микроорганизмы, такие как криптоспоридии. Среди методов фильтрации примечательными примерами являются осаждение, используемое для отделения твердых и взвешенных частиц от воды, и обработка активированным углем, при которой кипяченую воду пропускают через ткань для улавливания нежелательных остатков. Кроме того, применяются машины для опреснения и очистки воды путем ее последовательной фильтрации через несколько резервуаров. Эта технология предназначена для фильтрации воды в больших масштабах, например, для обеспечения водой целых городов, а также используются биологические фильтры, такие как скрубберы для водорослей.

Фильтры для точки использования

Фильтры для бытового использования включают гранулированные фильтры с активированным углем, используемые для угольной фильтрации, глубинные фильтры, фильтры из металлических сплавов, микропористые керамические фильтры, угольные блочные смолы, микрофильтрационные и ультрафильтрационные мембраны. Некоторые фильтры используют несколько методов фильтрации одновременно. Примером такой системы является многоступенчатая фильтрация. Фильтры-кувшины подходят для небольших объемов питьевой воды. Встроенные фильтры имеются в некоторых чайниках, в основном для снижения образования накипи.

Портативные фильтры для воды

Водные фильтры используются туристами, гуманитарными организациями во время гуманитарных кризисов и военными. Эти фильтры обычно небольшие, портативные и легкие. Как правило, они фильтруют воду с помощью механического ручного насоса, хотя некоторые используют систему самотека (сифонную систему) для проталкивания воды, а другие встроены в бутылки для воды. Грязная вода прокачивается через гибкую силиконовую трубку с сетчатым фильтром в специализированный фильтр и затем попадает в емкость. Эти фильтры удаляют бактерии, простейшие и микроскопические цисты, которые могут вызывать заболевания. Фильтры могут иметь мелкие сетки, которые необходимо заменять или очищать, а керамические фильтры для воды требуют очистки внешней поверхности, когда они засоряются примесями. Эти водные фильтры не следует путать с устройствами или таблетками для дезинфекции воды, которые удаляют или уничтожают вирусы, такие как гепатит А и ротавирус.

Керамические фильтры для воды

Керамические фильтры – это экономичное решение для фильтрации воды, которое широко применяется, несмотря на свою давнюю историю. Эти фильтры можно встретить не только в домах, но и в промышленности (в качестве высокотемпературных фильтров) для различных технологических процессов. Традиционные керамические фильтры, используемые для повседневной очистки воды, известные как фильтры-свечи, работают за счет силы тяжести и центрального фильтрующего элемента, что существенно замедляет процесс фильтрации.

Водяная полировка

Термин "водная полировка" может относиться к любому процессу, который удаляет мелкие (обычно микроскопические) частицы или очень низкие концентрации растворенных веществ из воды. Сам процесс и его значение различаются в зависимости от контекста: производитель аквариумных фильтров может заявлять, что его фильтры осуществляют водную полировку, улавливая "микрочастицы" в нейлоновых или полиэстеровых прокладках, в то время как инженер-химик может использовать этот термин для описания удаления магнитных смол из раствора путем пропускания раствора через слой магнитных частиц. В этом смысле водная полировка – это просто другое название для систем фильтрации воды для всего дома. Водная полировка также применяется в больших масштабах на очистных сооружениях.

История

4000 лет назад в Индии и Китае индусы разработали первые стандарты для питьевой воды. Индусы нагревали загрязненную воду, кипятя ее и подвергая воздействию солнечного света, или погружая семь раз в раскаленные куски меди, после чего фильтровали ее через глиняные сосуды и охлаждали. Это была прогрессивная процедура для получения стерильной питьевой воды, а также для сохранения ее приятного внешнего вида. Этот метод был предназначен для индивидуального и домашнего использования, а не для обеспечения водой целых сообществ. Египтяне первыми открыли принцип коагуляции при очистке воды после 1500 г. до н.э. Они стали использовать химическое вещество, известное как квасцы, для осаждения взвешенных частиц. До изобретения микроскопа существование микроскопической жизни оставалось неизвестным. Прошло более двухсот лет, прежде чем был изобретен микроскоп и установлена связь между микроорганизмами и болезнями. В середине XIX века было доказано, что холера передается с загрязненной водой. В конце XIX века теория о клеточной природе патогенов, предложенная Луи Пастером, окончательно установила причинно-следственную связь между микроорганизмами и заболеваниями. Фильтрация как метод очистки воды была разработана в XVIII веке, а первый муниципальный водоочистительный завод был построен в Шотландии в 1832 году. Однако в то время большое значение придавалось эстетическим качествам воды, и эффективные стандарты качества воды появились только в конце XIX века. Персидский инженер Аль-Караджи (ок. 953 – ок. 1029) написал книгу «Извлечение скрытых вод», в которой было дано раннее описание процесса фильтрации воды. В XIX и XX веках бытовые фильтры для воды обычно делились на медленные песочные фильтры и быстрые песочные фильтры (также известные как механические фильтры и американские фильтры). Хотя до 1800 года существовало множество небольших систем фильтрации воды, город Пейсли в Шотландии обычно считается первым городом, получившим фильтрованную воду для всего населения. Фильтр в Пейсли начал работу в 1804 году и представлял собой ранний тип медленного песочного фильтра. На протяжении XIX века в Великобритании и на континентальной Европе были построены сотни медленных песочных фильтров. В 1893 году в Лоуренсе, штат Массачусетс, был построен и введен в эксплуатацию периодический медленный песочный фильтр из-за продолжающихся эпидемий брюшного тифа, вызванных загрязнением водоснабжения сточными водами. Первый непрерывно работающий медленный песочный фильтр был спроектирован Алленом Хейзеном для города Олбани, штат Нью-Йорк, в 1897 году. Наиболее полная история фильтрации воды была опубликована Мозесом Н. Бейкером в 1948 году и переиздана в 1981 году. В 1924 году Джон Р. Бейлис разработал систему обратной промывки с фиксированной решеткой, состоящую из труб с форсунками, которые впрыскивали струи воды в фильтрующий материал во время его разрыхления.

4000 years ago, in India and China, Hindus devised the first drinking water standards. Hindus heated dirty water by boiling it and exposing it to sunlight or dipping it seven times in hot pieces of copper, then filtering it through earthen vessels and cooling it. This was an enlightened procedure to obtain sterilized drinking water as well as to keep it aesthetically pleasing. This method was directed at individuals and households rather than for use as a community water source. The Egyptians first discovered the principle of coagulation in water treatment after 1500 BC. They adapted a chemical called alum for the settling of suspended particles. Until the invention of the microscope, the existence of microscopic life was undiscovered. More than 200 years passed before the microscope was invented and the relationship between microorganisms and disease became clear. In the mid 19th century, cholera was proven to be transmitted by contaminated water. In the late 19th century, Louis Pasteur's theory of the particulate pathogen finally established a causal relationship between microorganisms and disease. Filtration as a method of water purification was established in the 18th century, and the first municipal water treatment plant was built in Scotland in 1832. However, the aesthetic value of water was important at the time, and effective water quality standards did not exist until the late 19th century. Persian engineer Al Karaji (c. 953 – c. 1029) wrote a book, The Extraction of Hidden Waters, which gave an early description of a water filtration process. During the 19th and 20th centuries, water filters for domestic water production were generally divided into slow sand filters and rapid sand filters (also called mechanical filters and American filters). While there were many small scale water filtration systems prior to 1800, Paisley, Scotland is generally acknowledged as the first city to receive filtered water for an entire town. The Paisley filter began operation in 1804 and was an early type of slow sand filter. Throughout the 1800s, hundreds of slow sand filters were constructed in the UK and on the European continent. An intermittent slow sand filter was constructed and operated at Lawrence, Massachusetts in 1893 due to continuing typhoid fever epidemics caused by sewage contamination of the water supply. The first continuously operating slow sand filter was designed by Allen Hazen for the city of Albany, New York in 1897. The most comprehensive history of water filtration was published by Moses N. Baker in 1948 and reprinted in 1981. In 1924, John R. Baylis developed a fixed grid backwash assist system, which consisted of pipes with nozzles that injected jets of water into the filter material during expansion.