Очистка воды – неотъемлемая составляющая многих производственных процессов. От этого напрямую зависит эффективность технологических операций, долговечность оборудования и качество конечной продукции. Применение неочищенной воды может привести к образованию накипи, коррозии, засорению трубопроводов и снижению качества продукции.
Цели промышленной фильтрации
Промышленная фильтрация направлена на удаление разнообразных примесей, присутствующих в исходной воде. За счет этого удается одновременно достичь нескольких целей, в их числе:
- Защита оборудования. Наличие взвешенных частиц, солей жесткости и других загрязнений приводит к образованию накипи, коррозии и преждевременному износу механизмов. Фильтрация способствует продлению срока службы оборудования, снижению затрат на ремонт и замену деталей.
- Достижение требуемых параметров воды для конкретных производственных нужд. В разных отраслях предъявляются специфические требования к качеству используемой воды. Фармацевтическое производство нуждается в ультрачистой воде, пищевая промышленность – в соответствующей санитарно-гигиеническим нормам, энергетика – в деминерализованной. Системы фильтров очищают жидкость до такого состояния, чтобы она соответствовала технологическим регламентам.
- Сокращение негативного воздействия на окружающую среду. Промышленные предприятия являются источниками сточных вод, содержащих разнообразные загрязнения. Фильтрация стоков перед сбросом в водоемы способствует уменьшению экологической нагрузки и соблюдению природоохранного законодательства. Современные технологии очистки позволяют извлекать из стоков ценные компоненты и повторно использовать их в производственном цикле, что способствует ресурсосбережению.
- Повышение качества конечного продукта. Состав воды непосредственно влияет на характеристики выпускаемой продукции. Применение фильтрованной жидкости помогает поддержать стабильность технологических процессов и улучшает качество готовых изделий, повышая их конкурентоспособность на рынке.
Способы и технологии водоочистки
В зависимости от того, какую жидкость нужно получить на выходе, и какое ее качество на входе, применяются различные методы очистки. Рассмотрим основные.
Механическая фильтрация
Этот способ применяют для удаления взвешенных частиц, таких как песок, ржавчина, окалина. Данный метод представляет собой первичный этап водоочистки и зачастую предшествует более тонким методам фильтрации. В основе технологии используются фильтры следующих типов:
- Сетчатые – эффективно задерживают крупные частицы, отличаются простотой конструкции и обслуживания.
- Дисковые – обеспечивают более тонкую очистку благодаря многослойной дисковой конструкции.
- Картриджные – используются для удаления мелкодисперсных загрязнений, их легко заменить при необходимости.
Среди достоинств механической фильтрации выделяются относительно низкая стоимость, простота эксплуатации, высокая производительность. Недостатком является ограниченная способность удалять растворенные примеси и мельчайшие частицы.
Ионообменная фильтрация
Это метод очистки, основанный на способности специальных материалов – ионитов – избирательно извлекать из водного раствора ионы определенных веществ и заменять их эквивалентным количеством других ионов с идентичным зарядом. Такой процесс протекает без изменения структуры ионита.
Иониты, являющиеся основой данной технологии – это высокомолекулярные нерастворимые полимерные соединения, содержащие функциональные группы, способные к ионному обмену. Различают катиониты, обменивающие положительно заряженные ионы (катионы), и аниониты, обменивающие отрицательно заряженные ионы (анионы).
Механизм действия ионообменной фильтрации заключается в следующем: при пропускании воды через слой ионита происходит замещение ионов, присутствующих в воде (например, кальция, магния, железа, натрия, хлоридов, сульфатов), на ионы, находящиеся в функциональных группах ионита (обычно натрия или водорода для катионитов, гидроксила для анионитов). В результате снижается концентрация нежелательных примесей в очищаемой жидкости.
Регенерация ионитов, то есть восстановление их обменной емкости, происходит путем промывки специальными растворами, в которых содержатся высокие концентрации ионов, предназначенных для обмена.
Применение ионообменной фильтрации довольно разнообразное – от умягчения воды в бытовых условиях до глубокой очистки в промышленности, энергетике, фармацевтике и других областях. Данная технология позволяет эффективно удалять:
- соли жесткости;
- тяжелые металлы;
- органические соединения;
- нитраты и другие загрязнения.
Степень очистки и состав получаемой воды можно регулировать, выбирая соответствующие ионообменные смолы и настраивая отдельные параметры процесса водоочистки.
Мембранная фильтрация
Это высокоэффективный метод очищения, позволяющий удалять из воды широкий спектр загрязнений, в их числе:
- растворенные соли;
- органические вещества;
- бактерии и вирусы.
В основе технологии лежит использование полупроницаемых мембран, они пропускают молекулы воды и задерживают примеси. На промышленных предприятиях для этого устанавливают разнообразные варианты фильтрующих установок:
- Микрофильтрация применяется для удаления взвешенных частиц, бактерий и некоторых вирусов.
- Ультрафильтрация эффективна для удаления высокомолекулярных органических веществ, коллоидов и вирусов.
- Нанофильтрация позволяет удалять многовалентные ионы, органические вещества и некоторые одновалентные ионы.
- Обратный осмос обеспечивает наиболее глубокую очистку воды, удаляя практически все растворенные примеси, включая соли, органику, бактерии и вирусы.
Преимущества мембранной фильтрации сводятся к тому, что данная методика обеспечивает высокую степень очистки, помогает удалять разнообразные виды загрязнений, при этом не нужно использовать химические реагенты. К недостаткам причисляют относительно высокую стоимость оборудования и необходимость предварительного очищения жидкости от механических примесей.
Какую технологию водоочистки выбрать?
Выбирать оптимальный метод водоочистки рекомендуется с учетом качества исходной жидкости, требований к очищенной воде и экономических соображений. Часто используется симбиоз разных технологий для достижения наилучшего результата. Например, механические фильтры применяются для предварительной очистки перед ионообменной или мембранной фильтрацией.
В некоторых случаях после механической очистки требуется обезжелезивание воды, для чего используются специальные фильтры с каталитической загрузкой. Обезжелезивание предотвращает появление ржавых отложений и улучшает органолептические свойства жидкости.
Современные фильтрующие системы оснащаются автоматическими системами управления, которые контролируют параметры воды и обеспечивают эффективную работу оборудования. С помощью автоматизации оптимизируют процесс водоочистки и снижают затраты на обслуживание.