1.2. Методы очистки, используемые в фильтрах разных марок

В фильтрах разных марок используются различные очищающие компоненты. Рассмотрим методы очистки воды, которые используются в бытовых фильтрах.

Механическая фильтрация

Например, колонки, заполненные гранулированным активированным углем с диаметром гранул 0,1 – 1 мм (100 - 1000 микрон), способны эффективно задерживать частицы примерно такого же размера. Большая часть нерастворенных в воде частиц имеет гораздо меньший - 0,1-20 микрон - размер. Правда, микроорганизмы не задерживаются при механической фильтрации, так как их размер - 0,4 - 3 микрона. Хотя активированный уголь работает и как адсорбент, о чем будет сказано ниже. Ионный обмен Ионный обмен - это специфический случай сорбции заряженных частиц (ионов), когда поглощение одного иона сопровождается выходом в раствор другого иона, входящего в состав сорбента. При этом ион, присутствие которого в воде нежелательно, фиксируется на сорбенте. Таким образом, происходит "замещение" одних ионов (назовем их "вредными") на другие (назовем их "безвредными"). Сорбенты, работающие по такому механизму, называются ионообменными материалами или ионитами. Иониты способны извлекать из воды одни растворенные соли, замещая их другими солями (например, соли кальция и магния могут заменяться на соли натрия). Чаще всего в процессе водоочистки ионный обмен используется для удаления из воды катионов тяжелых металлов (например, свинца), представляющих опасность для здоровья человека, а также для избавления от нитратов. Еще одно из применений ионитов – умягчение жесткой воды, то есть удаление из воды избыточного содержания ионов кальция и магния. Существенной характеристикой ионообменных смол является их обменная емкость, то есть способность "заместить" определенное количество "вредных" ионов. Одно из главных свойств ионообменных смол - это их способность к регенерации после исчерпания "ресурса". Обратный осмос Обратный осмос - это очистка воды при помощи обратноосмотической мембраны. Вода при таком способе очистки пропускается через мембрану (своеобразное "сито"), поры которой пропускают воду, но не пропускают растворенные в ней примеси (правда, установка не пропускает никакие примеси - ни вредные, ни полезные). Система обратного осмоса позволяет получать воду очень высокой степени очистки (близкую к дистиллированной). Обратным осмосом можно удалять из воды даже одновалентные ионы, например, ионы натрия и хлора. Обратноосмотические установки обязательно должны содержать активированный уголь, так как сама мембрана не задерживает низкомолекулярную высоколетучую органику (типа хлороформа) и бактерии. Качество воды, профильтрованной такой установкой, стабильно.

Однако этот способ имеет ряд минусов:

- во-первых, обратноосмотические установки очень дороги (стоимость - от 100 долларов и выше);

- во-вторых, они имеют, как правило, низкую производительность (20-25 литров в сутки), а потому в ряде случаев требуют установки накопительной емкости;

- в-третьих, вода перед обратноосмотической мембраной должна обязательно пройти тщательную механическую фильтрацию;

- в-четвертых, вода после такой обработки становится "слишком чистой" и не содержит необходимых организму микроэлементов, что требует их добавления в воду после фильтрации;

- в-пятых, при работе системы обратного осмоса в дренаж сбрасывается до 50-75% очищаемой воды. На выходе пользователь получает лишь 25-30% воды. Правда, воды очень хорошо очищенной. Сорбция Сорбцией называют поглощение примесей из газа или жидкости твердыми телами, которые называют сорбентами. Процесс сорбционной очистки состоит в пропускании газа или жидкости через сосуд, заполненный сорбентом – сорбционный фильтр. Если режим фильтрации и сорбент выбраны правильно, то достигается желаемый результат – удаление из газа или жидкости вредных примесей. Именно так работают противогазы и фильтры для воды. Не будет сильным преувеличением сказать, что сорбционные фильтры – это в первую очередь угольные фильтры. Активированные угли – наиболее широко используемые сорбенты, производимые миллионами тонн в год. Это универсальные сорбенты, применяемые для удаления примесей самой различной химической природы. Активация позволяет получить сорбент с площадью пор около 1000-1500 квадратных метров на 1 грамм угля. Эти чрезвычайно высокие величины и объясняют необычайно высокую эффективность активированных углей.

ПГС-полимеры - принципиально новые материалы, сочетающие в себе сразу три метода фильтрации: механический, сорбционный и ионообменный. Ни один из существующих материалов не дает очистки по такому широкому спектру химических соединений, как ПГС-полимеры

ПГС-полимеры - это высокомолекулярные соединения. Их можно получить из самых разных мономеров: резорцин, пирокатехин, гидрохинон, меламин, карбамид и др. В процессе синтеза ПГС-полимеров образуются микроглобулы - длинные полимерные цепочки, свернутые в клубок. Микроглобулы, соединяясь между собой, создают пористую и одновременно механически прочную структуру Микроглобулы обладают большой внутренней поверхностью (до 500 м2/г). Сама же поверхность микроглобул покрыта активными группами, на которых и происходит ионный обмен. Удаляемые ионы непосредственно взаимодействуют с химически активной поверхностью полимера, минуя традиционную для ионообменных смол стадию диффузии вглубь гранулы /см. рис. 2/. В результате скорость объемной фильтрации ПГС-полимеров в 10-20 раз выше, чем у обычных гранулированных ионообменных смол. Это важное достоинство ПГС-полимеров. Удаление механических примесей в основном идет в поверхностных слоях полимера. Размер пор может быть любым в диапазоне: 0.01-3.5 мкм. Изменяя условия синтеза можно получить нужную пористость материала с разбросом не более 10%. В настоящее время фирмой «Гейзер» изучены и отработаны технологии производства более чем 30 модификаций ПГС-полимеров. Получены материалы, как с катионообменными, так и с анионообменными свойствами.