Методы очистки сточных вод

Адсорбционные устройства для доочистки питьевой воды (чаще угольные) имеют ограниченную сорбционную емкость , которая заполняется со скоростью , зависящей от уровня загрязнений в исходной воде: чем сильнее загрязнена вода , тем быстрее исчерпываются функциональные возможности сорбента. После того как все сорбционные места в порах сорбента заняты различными веществами (адсорбатами) , начинается процесс их десорбции. Этот процесс ускоряется при бактериальном заражении установки. В результате качество воды, проходящей через отработанный сорбент, ухудшается в еще большей степени. В зависимости от индивидуальных условий выход из строя угольного водоочистителя по указанным причинам может наступить в сроки от нескольких дней до нескольких месяцев. Следовательно, здесь необходим частый контроль качества воды и при необходимости смена картриджа , а это не всегда возможно по организационным и экономическим причинам. Кроме того угольные сорбенты и ионообменные смолы плохо удаляют из воды соединения тяжелых металлов и избыточные минеральные компоненты. Мембранные фильтры тонкой очистки согласно рекламным данным задерживают 90-95 % всех находящихся в воде элементов и соединений, в том числе необходимые для человека и животных микро- и ультрамикроэлементы (кальций, магний, калий, натрий, литий, серебро, фтор, йод и другие). Как известно дистиллированная вода минерализацией менее 0, 01 г/л заведомо непригодна для питья. Регулярное употребление деминерализованной воды с содержанием солей менее 0, 1 г/л обуславливает физиологический дефицит полезных микро- и ультрамикроэлементов, что отрицательно сказывается на состоянии здоровья населения некоторых регионов с низкоминерализованной водой и у полярников, пьющих снеговую воду. В соответствии с ГОСТ 2874-82 минерализация питьевой воды не должна превышать 1, 0 г/л. Во многих городах России минерализация питьевой воды 0, 2 - 0, 5 г/л, после очистки ее методом обратного осмоса или ультрафильтрации потребитель получит воду с концентрацией солей 0, 01 - 0, 05 г/л. Следовательно существующие системы мембранных водоочистителей, которые пропускают "только воду", создают риск патологии, связанной с потреблением чрезмерно обессоленной воды. Дефицит микро- и ультрамикроэлементов в организме может быть скорректирован специальной диетой. Однако некоторые микро- и ультрамикроэлементы воды практически незаменимы.

При работе с водой минерализацией 0, 1 - 0, 5 г/л через электрохимический реактор установки "Изумруд" проходит ток силой 0, 3 - 0, 4 А. В этом случае общая минерализация обработанной воды почти не меняется, ионы тяжелых металлов переходят в форму нетоксичных и труднорастворимых гидроксидов и гидроксидоксидов, микробы, находящиеся в воде, разрушаются, органические вещества, а также неорганические токсические соединения (в том числе нитраты и нитриты) подвергаются анодной окислительной деструкции. Сильные неорганические окислители (в том числе хлор) и сверхактивные радикальные частицы инактивируются в реакционно-вихревой и каталитической камерах. Эффективность удаления активного хлора и хлор содержащих окислителей в установках "Изумруд" не менее 90 %.

Некоторые покупатели жалуются на присутствие запаха хлора в воде, прошедшей через установку. На самом деле это запах летучих сильных окислителей, который воспринимается как запах хлора. Период жизни этих соединений не превышает нескольких десятков минут, а концентрация их очень мала и не создает токсикологического риска. Водоочистители "Изумруд" не всегда устраняют присутствующие в воде запахи. Однако в этих случаях интенсивность запаха свидетельствует, что постороннее газообразное вещество улетучивается. Достаточно подвергнуть очищенную воду выстаиванию в обычной посуде в течение нескольких часов и посторонние запахи исчезнут. В зависимости от типа установки очищенная вода меняет величину ОВП, при этом кислотно-щелочные характеристики очищенной воды близки к нейтральным значениям (рН = 7). Высокий ОВП и ряд других физико-химических условий в анодной камере электрохимического реактора исключают образование токсических хлорорганических веществ и обеспечивают полную окислительную деструкцию диоксинов, если они содержатся в водопроводной воде. Физиологически полезные микро- и ультрамикроэлементы (кальций, калий, магний, литий, фтор и другие) не образуют под влиянием электрохимической обработки нерастворимых соединений и остаются в составе питьевой воды. По данным лаборатории фирмы Oaklend Calvert Consaltants, Ltd (Engl. ) при содержании в исходной воде ионов серебра 68 мкг/л в очищенной воде содержание ионов серебра составило 56 мкг/л, то есть потерь серебра не было. В то же время токсичные ионы металлов (меди, железа, олова, алюминия, ртути, цинка, хрома удалялись на 85-99, 9%.

Присутствующие в воде радионуклиды также превращаются в формы нерастворимых соединений, которые частично оседают на катоде и удаляются при промывании установки. Если эти соединения попадают с водой в желудочно-кишечный тракт, то они не всасываются в кровь и удаляются из кишечника естественным путем. Естественное свойство полезных для организма микро- и ультрамикроэлементов состоит в том, что в результате окислительно-восстановительных реакций они не участвуют в образовании труднорастворимых или нерастворимых комплексов. Это увеличивает вероятность участия этих элементов в биохимических реакциях и делает их совместимыми с организмом. По этой же причине полезные элементы не образуют нерастворимых комплексов при электрохимической обработке и сохраняются в очищенной воде в ионизированной форме. В то же время элементы легко вступают в химические комплексы, в том числе с белковыми соединениями. Как правило они денатурируют белок и поэтому токсичны. Однако по причине склонности вступать в комплексы токсичные элементы при электрохимической обработке переходят в нерастворимые и безопасные для организма формы. Избирательное сохранение в воде полезных ионов и удаление вредных - уникальная естественная особенность электрохимических водоочистителей.

Гидроксиды и гидроксидоксиды тяжелых металлов могут растворятся в крепких кислотах, в том числе в соляной кислоте. Соляная кислота в норме присутствует в желудочном соке. Но желудочный сок сам по себе или в присутствии перевариваемой пищевой массы представляет собой сложную органическую среду, содержащую белки и полисахариды. Эти соединения играют роль внутренних адсорбентов (энтеросорбентов), которые легко связывают молекулы гидроксидов и гидроксидоксидов. В таком виде гидроксиды и гидроксидоксиды тяжелых металлов защищены от действия соляной кислоты. Поэтому они не растворяются в желудке, а затем выводятся из организма естественным путем. Аналогичным образом наши внутренние сорбенты связывают хлопья солей жесткости, оксидов железа. Эти компоненты практически безвредны для организма. Однако их присутствие в питьевой воде меняет ее вкус и нежелательно по эстетическим соображениям. Избавиться от хлопьев солей жесткости или ржавчины можно только с помощью фильтрации.

Электрохимическая обработка в этом случае малоэффективна. При работе с водой, содержащей хлопьевидные взвеси, фильтры тонкой очистки воды быстро забиваются и выходят из строя. Водоочистители "Изумруд" хорошо удаляют из воды фенол и тетрахлорэтилен (на 90 - 99, 9% в зависимости от исходной концентрации). Суммарное количество органических соединений в воде после электрохимической очистки уменьшается на 1/3. В загрязненной питьевой воде большую опасность представляют гидрофобные токсины. В результате анодного окисления эти токсины переходят в относительно безвредные гидрофильные формы, которые легко удаляются из организма с физиологическими выделениями.

Таким образом, электрохимическая очистка воды в установках "Изумруд" при правильной эксплуатации обеспечивает: 
 
    обеззараживание воды;

эффективное удаление или инактивацию токсических элементов и соединений; удаление избыточных концентраций солей и компонент твердого осадка; направленное изменение ОВП и активацию воды при сохранении нейтральных кислотно-щелочных характеристик ;

сохранение нормального количества биологически полезных микро- и ультрамикроэлементов.

Ряд элементов и соединений в процессе электрохимической обработки подвергаются трансформации и остаются в воде в измененном виде. Возникает вопрос: представляют ли эти вещества опасность для здоровья потребителя? Ответ на подобный вопрос представляется оптимистическим. Дело в том, что интенсивное окислительно-восстановительное воздействие лежит в основе универсального механизма разрушения различных химических ядов. При этом образуются промежуточные менее токсичные или нетоксичные продукты. Доказательством тому служат медицинские исследования процессов прямой и непрямой электрохимической детоксикации крови (Н. А. Лопаткин, Ю. М. Лопухин. Эфферентные методы в медицине. М. "Медицина". 1989. С. 320-340). Пропускание через кровь слабого постоянного электрического тока или введение в сосудистую систему электрохимически синтезированных окислителей сопровождалось значительным уменьшением общей токсичности крови за счет разложения ядовитых продуктов и метаболических шлаков. Электрохимическая детоксикация водных сред, в том числе питьевой воды основана на аналогичном принципе. Функциональная особенность электрохимического реактора установок "Изумруд" состоит в том, что вода подвергается раздельной (униполярной) обработке в анодной и катодной камерах, что повышает эффективность обеззараживания и очистки.

Установки "Изумруд" не подвергаются вторичному инфицированию микрофлорой. Однако электрохимические водоочистители не предназначены для работы с деминерализованной или мутной водой.

Традиционные фильтры тонкой очистки согласно рекламным данным должны задерживать подавляющую часть находящихся в воде элементов, соединений, частиц и микроскопических организмов. С нашей точки зрения бытовые водоочистители мембранно-адсорбционного типа могут подвергнутся заражению вторичной микрофлорой, удаляют из воды биологически полезные элементы, не имеют механизма направленного действия на показатели ОВП и рН.

При пользовании бытовыми очистителями воды разных систем риск потребителя определяется конкретными условиями эксплуатции, соблюдением инструкций по применению изделия, сервисными характеристиками и общей культурой работы с установкой. Установки "Изумруд" имеют гигиенический сертификат и проходили медицинские испытания в ряде клиник и научных центров г. Москвы (в Центре эфферентной медицины, в Центре колопроктологии, в урологическом отделении Городской клинической больницы N 67, в Бассейновой больнице N 6, в Госпитале ветеранов войны), г. Санкт-Петербурга (Санкт-Петербургская государственная медицинская академия им. И. И. Мечникова, детский сан. "Огонек" и т. д. ). Ресурс водоочистителей "Изумруд" не менее 1000000 л без замены работающего элемента при правильном уходе за установкой. Водоочистительные системы адсорбционно-мембранного действия в реальных условиях эксплуатции имеют ресурс работы около полугода, после чего они выходят из строя или требуют смены рабочих фильтров. Относительное неудобство, связанное в регулярными промывками установок "Изумруд" компенсируется экономической выгодой и качеством обработанной воды.

Представление о том, что в процессе очистки воды с помощью фильтрующих или сорбирующих устройств возможно задержать все вредные вещества и сохранить полезные является ошибочным. Разделить по признаку полезности десятки тысяч различных растворенных веществ принципиально невозможно фильтрационными и сорбционными методами как взятыми отдельно, так и в любых возможных сочетаниях. Кроме того, концентрирование содержащихся в воде полезных или вредных веществ на поверхности фильтрующих мембран или в порах сорбента всегда приводит в первую очередь к задерживанию микроорганизмов, к ускорению их размножения и усиленному выделению микробных токсинов в воду при одновременном резком снижении фильтрующей или сорбирующей способности активных элементов водоочистительного устройства. Очистка воды в установках "Изумруд" основана на использовании процессов окисления и восстановления, благодаря которым разрушаются и нейтрализуются все токсические вещества в природе. В установках "Изумруд" природные процессы естественной окислительно-восстановительной деструкции и нейтрализации токсических веществ ускоряются многократно за счет прямых электрохимических реакций, а также благодаря участию в процессах очистки электрохимически синтезированных из самой очищаемой воды и растворенных в ней солей высокоактивных реагентов: озона, атомарного кислорода, пероксидных соединений, диоксида хлора, короткоживущих свободных радикалов. Это обеспечивает высокую эффективность и экологическую безопасность процесса очистки воды в сравнении с другими известными методами. 
 
    7. Технологический процесс очистки воды "ИЗУМРУД"

В корпусе установки "Изумруд М" размещены: диафрагменный электрохимический реактор РПЭ-1, каталитический реактор, вихревая реакционная камера, источник питания и система автоматического включения и отключения установки. Реактор РПЭ-1, основной частью которого является проточный электролитический модульный элемент ПЭМ, является миниатюрным экономичным высокопроизводительным электрохимическим устройством, работающим в проточном режиме. Гарантийный ресурс непрерывной работы реактора РПЭ-1 в установке составляет 30000 часов. Реактор РПЭ-1 является основной частью установки и запатентован в России, Великобритании, США, Германии и Японии. Анод элемента ПЭМ в реакторе установки изготовлен из титана со специальным покрытием, в состав которого входят иридий, платина, рутений. Титановый катод имеет повышенную каталитическую активность за счет специальной обработки поверхности. Ультрафильтрационная керамическая диафрагма из оксидов циркония, иттрия и алюминия находится между анодом и катодом элемента ПЭМ и не допускает смешивания воды в анодной и катодной камерах. В то же время диафрагма обеспечивает беспрепятственную миграцию ионов в электрическом поле между анодом и катодом. Каждый микрообъем воды, протекающей в камерах реактора РПЭ-1, соприкасается с поверхностью электрода и подвергается интенсивному воздействию электрического поля в двойном электрическом слое (ДЭС), образованном зарядами на электроде и противоионами в воде. Это гарантирует высокое качество очистки воды. Кроме того, под влиянием электрического поля ДЭС структурная сетка водородных связей разрыхляется, молекулы воды обретают дополнительные степени свободы, что облегчает усвоение такой активированной в электрическом поле воды клетками живых организмов и ускоряет удаление биологических шлаков. Аналогом процесса структурной модификации воды в электрическом поле ДЭС являются фазовые переходы при таянии льда (талая вода), структурные превращения воды в электрических разрядах грозовых ливней, или физико-химические воздействия, которым подвергается вода на большой глубине в горных породах при высокой температуре в начальной стадии формирования целебных минеральных источников. Однако, обработка воды в электрическом поле ДЭС отличается намного большей глубиной преобразования ее структуры и ярко выраженной направленностью воздействия: электронодонорного у катода и электронакцепторного у анода.

Вся гидравлическая система установки изготовлена из химически весьма стойких материалов, разрешенных к применению в изделиях медицинской техники. 
 
    В установке используются следующие процессы очистки воды: