Исследовательская работа на тему: Влияние очистки воды бытовыми адсорбционными фильтрами на ее свойства и безопасность для здоровья человека (стр. 3 )

1.5. Бытовые способы очистки воды. Угольные фильтры и их назначение

Адсорбционные фильтры с активированным углем предназначены в первую очередь для улучшения органолептических характеристик воды, таких как запах, цвет и вкус. Угольный фильтр для очистки воды удаляет из воды свободный хлор и хлорпроизводные органические вещества, придающие воде неприятные запах и привкус. В дополнение к дехлорированию воды активированный уголь адсорбирует многие органические вещества, например, хлорметан, пестициды, детергенты, углеводороды, а также служит фильтрующим материалом, задерживающим механические примеси. Недостатком угольных фильтров является то, что в некоторых условиях они могут служить субстратом для размножения микроорганизмов.

Назначение бытового фильтра - снижение содержания органических веществ; улучшение органолептических показателей питьевой воды. Применительно к бытовым фильтрам правильнее говорить не об очистке питьевой воды, а о ее доочистке, которую еще называют финишной очисткой, или очисткой «на кране». Основная очистка вод природных источников производится станциями водоподготовки. Затем подготовленная вода транспортируется по водопроводным трубам, технически не всегда исправным, поэтому финишную очистку проводить желательно, а иногда просто необходимо.

Простые способы очистки воды. Существует несколько простых способов повышения качества воды. Эти, например, слив застоявшейся воды, ее отстаивание и кипячение.

Слив застоявшейся воды. Воду, предназначенную, для питья лучше набирать впрок в количестве 5-10 л вечером, в период максимального водозабора, когда вода не застаивается в трубах. Набирать воду нужно лишь в том случае, если она внешне имеет нормальный вид: не сильно пахнет и относительно прозрачна.

Отстаивание воды. Воде, набранной вечером, нужно дать отстояться за ночь – лучше всего в закрытой стеклянной, керамической или эмалированной емкости, но не в алюминиевой или стальной кастрюле. Если за ночь образовался осадок, сосуд с водой необходимо поднять, избегая взмучивания осадка, перелить воду в другую емкость, пропустив ее через сложенную в несколько слоев марлю. Остаток воды с осадком необходимо слить.

Кипячение воды. Воду рекомендуется кипятить в эмалированном чайнике или кастрюле. Кипячение убивает микроорганизмы, и одновременно с паром из воды уходит практически все летучие примеси, например, хлорорганика, которая образуется при хлорировании воды. Однако следует помнить, что некоторые микроорганизмы выживают даже в кипящей воде минуты и даже часы, а также то, что летучим веществам нужно куда-то испаряться, а не задерживаться крышкой. Поэтому кипятить воду в сосуде без крышки и лучше несколько минут. Существует мнение, что кипячение сокращает объем воды, и в результате повышается концентрация тяжелых металлов. Это неверно, так как объем воды при кипении уменьшается довольно медленно. Обработанную таким образом воду нужно закрыть крышкой, чтобы не проникали бактерии из воздуха, остудить и, если угодно, разлить в трехлитровые стеклянные банки, плотно закрыв их полиэтиленовыми крышками. Хранить воду лучше в холодильнике.

Методы очистки воды с помощью специальных материалов и устройств

Традиционных способов имеется три: механический, ионообменный и сорбционный.

Механический способ фильтрации. Чтобы понять, что происходит при механической фильтрации воды, представим себе емкость, накрытую марлевой тканью, через которую мы пропускаем воду. Что остановит этот простейший механический фильтр? Довольно крупный мусор, частицы  примерно миллиметрового диаметра. К тому же, вне зависимости от размера ткани, как фильтр «работает» только та ее часть, куда падает поток воды (допустим, 1 см2), и эта частица поверхности быстро засоряется. Можно поступить иначе: сложить марлю вдвое, вчетверо, в восемь раз, добившись тем самым того, что теперь «работают» 8 см2 поверхности, фильтр стал плотнее, он задерживает частицы размером 0,1 мм, или 100 мкм, но быстрее засоряется и поток воды через него течет медленнее. Но если нас интересует еще большее качество фильтрации, а не скорость, необходимо, чтобы «работала» вся поверхность марли. С этой целью ткань можно сложить в комок и поместить в цилиндр сечением 1 см2, через который и будет пропускаться вода. В малом объеме цилиндрика « работает» вся поверхность марли и задерживает частицы в 10 мкм. Но и у этого способа есть недостатки: во-первых, резко снижается скорость фильтрации; во-вторых, «работает» все же не полная поверхность марли, а верхние слои быстро забиваются примесями и не пропускают воду к средним и нижним слоям. Увеличим напор воды, таким образом, вода будет с силой продавливаться через всю поверхность марлевого фильтра. Но прогнав какое-то количество жидкости, можно заметить, что качество фильтрации падает, так как марля забивается, и сильный поток воды не очищается, а вымывает из нее мелкий мусор. Требуется извлечь ткань и очистить ее. На этом простом примере виден ряд проблем, возникающих при механическом способе фильтрации, а именно: необходимость уменьшить ячейки сетки или поры фильтрующего материала, чтобы фильтрация была качественной; создать в малом объеме фильтра большую рабочую поверхность, чтобы фильтр мог пропустить побольше жидкости (то есть имел большой ресурс); зависимость скорости фильтрации от плотности фильтрующего материала и давления воды; неизбежное засорение фильтра (исчерпание его ресурса); необходимость в момент засорения заменить фильтр либо очистить его, то есть регенерировать.

В выпускаемых промышленным способом бытовых фильтрах в качестве фильтрующего материала используется, не марля, а полипропиленовое волокно – в виде блока-картриджа, который подлежит замене по истечении его ресурса. В зависимости от того, частицы какого размера могут быть задержаны, механическую фильтрацию делят на: ультрафильтрацию (задерживается 95 % частиц размером 0,2–0,5 мкм); два класса микрофильтрации (задерживается 95 % частиц размерами 0,5–5 и 5—15 мкм); два класса макрофильтрации (задерживается 95 % частиц размерами 15–50 и более 50 мкм).

Следовательно, механический фильтр способен задерживать крупные и мелкие взвешенные частицы, некоторые бактерии и, с некоторой вероятностью, вирусы и крупные органические молекулы. Что касается растворенных в воде газов, металлов, хлорорганических соединений и так далее, то они таким фильтром удаляться не будут.

Одним из самых распространенных методов механической очистки воды является метод сорбционной фильтрации. Сорбцией называется поглощение растворенных в воде веществ поверхностью твердого вещества (сорбента), в данном случае – материала, наполняющего фильтр. От механической фильтрации этот процесс отличается тем, что материал механического фильтра инертен, а сорбционного – активен: он захватывает примеси и удерживает их силами молекулярного притяжения. Тут тоже возникают проблемы, схожие с марлевой тканью, то есть, чтобы сорбент работал эффективно, его поверхность при малом объеме должна быть велика. Рассмотрим пример того, как это достигается на практике. Предположим, что имеется стеклянная пластина размером 10ґ10 см и толщиной 1 см. Ее объем равен 100 см3, а полная площадь поверхности (сверху, снизу и с боков) – 240 см2. Таким образом, отношение поверхности к объему составляет 2,4. Разрежем пластину на 100 кубиков по 1 см; их суммарный объем не изменился, но суммарная поверхность теперь равна 600 см2, а соотношение площадь/объем теперь равно 6. Если раздробить стеклянные кубики на более мелкие частички, то их суммарный объем опять-таки не увеличится, но общая поверхность станет гораздо больше. Отсюда вывод: чтобы при заданном объеме  поверхность сорбента была велика, он должен состоять из мелких частиц.

Стекло – плотный материал, практически без пор, и в данном случае оно служит лишь примером. На практике чаще всего применяют материал, имеющий рыхлую, пористую структуру, и наиболее всего подходит активированный уголь. В каждой частице угля размером 1 мм имеется множество внутренних пор, незаметных глазу, но значительно увеличивающих его поверхность. Уголь очень хорошо подходит для очистки воды, так как, во-первых, он не ядовит, легко переходит в порошок, захватывает и удерживает на своей поверхности (в основном в порах) различные примеси, а кроме того, его можно активировать. Активация –специальная процедура, в результате которой различных пор, мелких и крупных, в угле становится гораздо больше. Их так много, что полная поверхность 1 г активированного угля, производимого отечественными и зарубежными фирмами, равна от 800 до 1500 м2.

Сорбционные фильтры удаляют из воды хлорорганические соединения, а также тяжелые металлы (железо, свинец и др.), взвесь, некоторые бактерии и, в пределах своих возможностей, вирусы. Вполне понятно, что при фильтрации загрязненной воды примеси, осевшие в порах, забивают их, и спустя некоторое время, определяемое сорбционной способностью фильтра, его необходимо заменить. Еще одной проблемой является то, что уловленные фильтром микроорганизмы никуда не исчезают и они способны размножаться в фильтрующем материале. Чтобы этого не случилось, требуются специальные меры. Еще один важный момент: необходимо, чтобы вода проходила через угольный фильтр с небольшой скоростью (примерно один стакан в минуту на 100 г угля), иначе качественной очистки достичь не получится.

Существует возможность улучшить практически все показатели сорбционного фильтра, например, получением угольного волокна из капрона, полиэтилена или вискозы с последующей его активацией. Структура такого материала напоминает клубок нитей толщиной 6—10 мкм, с большим количеством пор и большой активной поверхностью.

Кувшинный фильтр «Барьер» со сменным картриджем, заполненным активированным углем

ГЛАВА 2. Анкетированный опрос респондентов по применению бытовых адсорбционных фильтров

2.1. Составление анкеты

Анкета для опроса респондентов по исследуемой теме была составлена нами с учетом возможных вариантов ответов и предпочтений пользователей бытовыми фильтрами для воды. В итоге анкета приобрела структуру, при которой опрашиваемому достаточно выбрать вариант  ответа (один или несколько), который, по его мнению, в наибольшей степени отвечает сложившемуся представлению о бытовых фильтрах для воды и качестве их работы.