Механический способ фильтрации. Представим себе стеклянную трёхлитровую банку или кастрюлю, накрытую марлей, через которую наливается вода. Это простейший механический фильтр, но он может остановить только мусор миллиметрового размера. К тому же, хотя поверхность марли велика (примерно, один квадратный метр), работает только та ее часть, куда падает поток воды (сечением один квадратный сантиметр), и эта частица поверхности быстро засоряется. Но можно сложить марлю вдвое, вчетверо, в восемь раз - 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 качество фильтрации, а не скорость, нужно, чтобы работала вся поверхность марли. С этой целью её можно сложить и поместить в пластмассовый цилиндр сечением 1 см2, через который будет пропускаться струя воды. В малом объеме цилиндра работает вся поверхность марли и задерживает частицы в 10 мкм. Но у этого способа есть недостатки. Резко снижается скорость фильтрации. Работает не полная поверхность марли, а верхние слои быстро забиваются примесями и не пропускают воду к средним и нижним слоям. Если увеличить напор воды, чтобы вода как бы продавливалась через всю поверхность марлевого фильтра, можно повысить эффективность такого фильтра. Но прогнав литров пять жидкости, можно заметить, что качество фильтрации падает: марля забьётся, и сильный поток воды не очищается, а вымывает из нее мелкий мусор. Поэтому нужно часто вытаскивать марлю и очищать ее.

Пример с марлей - самый простой способ механической фильтрации воды в домашних условиях. На практике механическая фильтрация - это фильтрация через сито или сетку, то есть через инертную среду с определенным размером отверстий или пор, не пропускающих более крупные, чем эти отверстия, частицы. В качестве фильтрующего материала используется, пористое полипропиленовое волокно - в виде блока-картриджа, который подлежит замене по истечении его ресурса.

Теоретически механический фильтр способен задерживать крупные и мелкие частицы, взвеси, бактерии и даже вирусы и крупные органические молекулы. Что же касается газов, металлов, хлорорганики, то от этих соединений фильтры не спасают [2].

Недостатки механической очистки

Возникает ряд проблем при механическом способе фильтрации воды:

v необходимость уменьшить ячейки сетки или поры фильтрующего материала, чтобы фильтрация была качественной;

v необходимость создать в малом объеме фильтра большую рабочую поверхность, чтобы фильтр мог пропустить большее количество жидкости;

v зависимость скорости фильтрации от плотности фильтрующего материала и давления воды; неизбежное засорение фильтра;

v необходимость уловить момент засорения фильтра и либо заменить фильтр новым, либо очистить (регенерировать) его [2].

Достоинства механической очистки

• являясь самыми дешевыми среди остальных методов очистки,

• призваны подготовить сточные воды для участия в процессах химической и биологической очистки.

• крупнодисперсные взвеси, содержащиеся в сточных водах, могут повредить дорогое оборудование, работающее на основе методов биологической и физико-химической очистки [4].

В зависимости от того, какой размер имеют задержанные порами фильтра частицы, механическую фильтрацию делят на:

o ультрафильтрацию (задерживается 95% частиц размером 0,2-0,5 мкм);

o два класса микрофильтрации (задерживается 95% частиц размерами 0,5-5 и 5-15 мкм);

o два класса макрофильтрации (задерживается 95% частиц размерами 15-50 и более 50 мкм).

Макрофильтрация обычно используется в предфильтрах, патроны которых врезают в входящую водопроводную трубу. Для более тонкой очистки воды в патроны закладываются катриджи для микрофильтрации. Оптимальный размер пор - 5 мкм, поскольку катриджи с мелкими порами от 0,5 до 1 мкм быстро засоряются.

при ультрафильтрации - взвеси, микрофлора и крупные органические молекулы; при микрофильтрации - взвеси и бактерии. Этот способ фильтрации применяется для удаления бактериологических и органических загрязнений (в том числе - хлорорганики), а также обессоливания воды (в случае обратного осмоса).

Осматическая фильтрация

Осмотическая фильтрация зависит от различной пропускной способности специальных полупроницаемых плёночных мембран (фильтров), изготовленных на основе синтетических полимерных материалов. Толщина таких мембран варьирует от 0,1 до 1 мм и между молекулами в плёнке существуют мельчайшие "отверстия-поры", причем очень маленькие, гораздо меньше, чем в механических фильтрах. Питьевая вода состоит из молекул Н2О и множества молекул и ионов примесей, и все они имеют хотя и малые, но разные размеры. Если процеживать воду через мембрану, то пройдут небольшие молекулы Н2О и близкие к ним по величине, а более крупные будут задержаны. Это и есть механизм осмотической, или мембранной, фильтрации.

Для реализации этого метода нужно взять открытую с обоих сторон цилиндрическую ёмкость; один конец (служащий дном) затянуть пленкой из полиэтилена, налить в цилиндр раствор сахара в воде и погрузить его дном в сосуд с чистой водой. Большие молекулы сахара не могут пройти сквозь полиэтиленовую плёнку, а молекулы воды проходят, в результате, уровень жидкости в цилиндре изменится. Полиэтиленовая плёнка в данном случае является простой полупроницаемой мембраной [2].

2. Нанотехнологии в очистке воды

УСВР - углеродная смесь высокой реакционной способности.

Механический способ очистки воды был известен еще в древние времена и живет до сих пор. Является самый дешевым и используемым способом среди всех остальных. Благодаря нанотехнологиям он развивается дальше и не уступаем химическим и биологическим методам. Домашние фильтры которые используют многие люди основаны именно на этом способе.

Список литературы