Обзор методов очистки воды: опреснение воды

Разделив методы обработки воды на две основные группы: обеззараживание воды и опреснение воды, в предыдущем выпуске серии мы подробно рассмотрели первую группу. В этом выпуске будет рассмотрена вторая группа, — опреснение воды.

Опреснение воды

Опреснение воды – методы удаления из нее растворенных солей и других примесей. Эту группу можно в свою очередь разделить на химические и физические методы. Рассмотрим их поподробнее.

Химическое осаждение

Этот метод основан на переводе растворенных солей в нерастворимые соединения, которые выпадают в осадок и удаляются. Применяемые реактивы меняются в зависимости от солевого состава опресняемой воды. К примеру, избыток солей магния осаждается содой, а сульфаты могут быть удалены обработкой гидратом окиси бария.

Метод химического осаждения требует использования дорогостоящих реактивов, каждый из которых направлен на строго определенную примесь воды, реагенты не подвергаются регенерации. По этой причине данный метод имеет очень ограниченное применение.

Ионный обмен

Метод основан на свойстве некоторых веществ обратимо обмениваться ионами с растворами солей. Эти вещества называют ионообменными смолами. Это своего рода твердые электролиты, которые делятся на катиониты и аниониты.

1. Катиониты – вещества типа твердых кислот, у которых анионы представлены в виде нерастворимых в воде полимеров.
2. Аниониты – по своей сути твердые основания, нерастворимую структуру которых образуют катионы. Их анионы (обычно это гидроксильная группа) подвижны и могут обмениваться с анионами растворов.

Химический механизм работы ионообменных смол заключается в последовательном прохождении воды через катионит и анионит. В итоге из воды удаляются катионы и анионы и она тем самым обессаливается. Обменная способность ионообменных смол (ионитов) не бесконечна, постепенно она снижается, и, в конце концов, исчерпывается вовсе. В этом случае требуется регенерация раствором кислоты (катионит) или щелочи (анионит), что полностью восстанавливает исходные химические свойства смол. Эта ценная особенность позволяет использовать их в течение длительного времени.

Сложная процедура использования ионообменных смол и их последующей регенерации требует автоматизации, сложной системы управления и необходимое оборудование является довольно громоздким, что ограничивает его применение в быту. В настоящее время данный метод часто включается как один из элементов процесса водоподготовки в частных домах с автономной системой водоснабжения.

Электроосмос

Опреснение на принципе электроосмоса производится в специальных аппаратах, представляющих собой электролитическую ванну, разделенную двумя полупроницаемыми мембранами на три отделения. Исходная вода подается в среднюю камеру. Ионы находящихся в воде солей устремляются сквозь мембраны к электроду, имеющему противоположный заряд. Чистая вода остается в средней камере.

Данный метод требует затрат электроэнергии, хотя и является достаточно эффективным. Эффективность составляет более 90%, достигая в некоторых случаях 96%. Мембраны имеют ограниченный срок службы, который максимально составляет 5 лет, а при неблагоприятных условиях эксплуатации – значительно меньше. Кроме того, этот метод, как и большинство других методов использующих полупроницаемые мембраны, требует предварительной подготовки очищаемой воды.

Есть и еще одна особенность, которая значительно ограничивает применение данного метода. Это то, что все вещества, которые не превратились при растворении в ионы, не реагируют на электрическое поле. Т.е. большинство органических веществ, бактерий, вирусов и т.п. останется в растворе.

Опреснение вымораживанием

Этот метод основан на том, что образование кристаллов льда при снижении температуры ниже 0 градусов происходит только из молекул воды (явление криоскопии). Вследствие этого пресная вода выделяется в виде льда из раствора. Раствор становится все более и более концентрированным. Если затем слить образовавшийся рассол и растопить лед, то получится обессоленная вода.

Этот метод является крайне трудоемким, тем более что автоматизировать его очень сложно. Степень очистки таким методом сложно спрогнозировать и возможно потребуется несколько циклов замораживания-размораживания, чтобы получить действительно обессоленную воду. Кроме того, нельзя гарантировать полной дезинфекции этой воды. Есть и еще одна особенность, связанная с данным методом. Это накопление концентрации так называемой тяжелой воды, химически такой же, как и обычная, но имеющей в своем составе более тяжелый изотоп водорода, который является радиоактивным. Тяжелая вода замерзает первой и сразу включается в состав образующегося льда. Избежать этого можно только если убирать первую корочку льда, образующуюся в самом начале вымораживания. Это еще больше усложняет и без того не простую методику.

В следующем выпуске будет рассмотрено опреснение фильтрацией, будет приведена классификация фильтров и описание их особенностей.
Обратноосмотическим фильтрам будет посвящен отдельный выпуск.

Недавние выпуски