Фільтри для води

типи

Кріс Вудфорд. Останнє оновлення: 30 листопада 2020 р.

Ви можете вижити без їжі протягом декількох тижнів, оскільки ваше тіло поступово перейде на використання накопиченого жиру та білка для отримання своєї енергії. Але перекрийте подачу води, і ви помрете за кілька днів. Вода дорівнює життю: це так просто. Приблизно дві третини вашого тіла (до 75 відсотків, якщо ви дитина) становить H 2 O. Навіть ваші кістки, які, на вашу думку, цілком тверді, містять близько 25 відсотків води. В середньому нам потрібно 2,4 літра (0,6 г) води щодня, щоб зберегти здоров’я (хоча нам не потрібно пити нічого подібного - ми отримуємо багато води з внутрішньої їжі). Оскільки вода така важлива для нашого життя, не дивно, що вона нам подобається чистою, чистою та смачною. Це одна з причин, чому люди витрачають стільки грошей на фільтри для води, які можуть видалити будь-які шкідливі домішки. Як вони працюють - і чи вони нам справді потрібні? Давайте розглянемо уважніше!

Ілюстрація: Типовий водний фільтр глечика "перетворює" водопровідну воду в чистішу питну воду за допомогою змінних фільтрів. Як правило, кожен фільтр триває близько місяця, а на глечику відображається таймер, який нагадує про необхідність його заміни. Такі глечики виготовляють Brita, Biocera та багато інших.

Зміст

  1. Як працюють фільтри для води
  2. Чотири типи фільтрів для води
    • Активоване вугілля
    • Зворотний осмос
    • Іонообмін
    • Дистиляція
  3. Чи слід нам перестати пити воду в пляшках?
  4. Висновок
  5. Дізнатися більше

Як працюють фільтри для води

Багато в чому завдяки незвичній молекулярній структурі вода надзвичайно добре розчиняє речі. (Ми розглядаємо це більш докладно в нашій головній статті про воду.) Іноді це корисно: якщо ви хочете знищити пил з джинсів, просто киньте їх у пральну машину з миючим засобом, і вода та мило витягнуть сміття геть, як магніт. Але в цьому явно є і мінус. Вся наша вода постійно циркулює через навколишнє середовище у так званому кругообігу води. Одну хвилину вона мчить через річку або дрейфує високо в хмарі, наступної - це струмінь із вашого крана (крана), сидячи в склянці на вашому столі або змиваючи туалет. Звідки ти знаєш, що вода, яку ти збираєшся пити - з її блискучою здатністю притягувати та розчиняти бруд - не набрала всіляких неприємностей під час своєї подорожі Землею та атмосферою? Якщо ви хочете бути впевнені, ви можете пропустити його через фільтр для води.

Фото: Живий фільтр: Класична система фільтрації стічних вод, описана в патенті 1901 року Клеофасом Монжо з Мідлтауна, штат Огайо. Брудна вода капає з резервуара у верхній частині (синя), проходить через рослинність (ймовірно, очеретяне русло), яка видаляє поживні речовини, органічні речовини, деякі види забруднення та деякі бактерії, перш ніж капати через пісок, вугілля та гравій. фільтри. Чистіша вода збирається для повторного використання в іншому резервуарі на дні. Очеретяні клумби досі широко використовуються для очищення стічних вод і донині, в тому числі в системах очищення стоку від магістралей. Ілюстрація з патенту США 681,884: Очищаюча вода Клеофи Монжо, видана 3 вересня 1901 р., Люб'язно надана Службою патентів і товарних знаків США.

Фізико-хімічна фільтрація

Фільтри для води використовують дві різні техніки для видалення бруду. Фізична фільтрація означає фільтрування води для видалення більших домішок. Іншими словами, фізичний фільтр - це прославлене сито - можливо шматок тонкої марлі або дуже тонкої текстильної мембрани. (Якщо у вас є електричний чайник, у вас, напевно, такий фільтр вбудований у носик для видалення частинок вапняного нальоту.) Інший спосіб фільтрації, хімічна фільтрація, передбачає пропускання води через активний матеріал, який хімічно видаляє домішки під час їх проходження.

Фото: Фізична фільтрація: Наноалюмінієвий фільтр NanoCeram - це фізичний фільтр, виготовлений з кераміки на основі глинозему. Він має нанорозмірні волокна - досить малі, щоб видалити 99,99999 відсотків вірусів та бактерій із забрудненої води або повітря. Фото Уоррена Греца люб'язно надано Міністерством енергетики США/Національною лабораторією відновлюваних джерел енергії (DOE/NREL).

Чотири типи фільтрів для води

Існує чотири основних типи фільтрації, і вони використовують суміш фізичних та хімічних методів.

Активоване вугілля

Фото: Водоочисна установка фільтрує воду для повторного використання, пропускаючи брудну воду з будинків та фабрик через шари деревного вугілля та піску. Це як гігантська версія фільтра у нашому творі мистецтва, хоча в цій системі немає очеретяного ліжка.

Найпоширеніші побутові фільтри для води використовують так звані гранули активованого вугілля (які іноді називають активним вугіллям або змінним струмом) на основі деревного вугілля (дуже пориста форма вуглецю, що виробляється спалюванням чогось на зразок деревини при зменшеній кількості кисню). Вугілля - це як щось середнє між графітовим «свинцем» у олівці та губкою. Він має величезну внутрішню поверхню, заповнену закутками, які залучають та уловлюють хімічні домішки за допомогою процесу, званого адсорбцією (де рідини або гази потрапляють у тверді речовини або рідини). Але хоча деревне вугілля чудово підходить для видалення багатьох загальних домішок (у тому числі хімічних речовин на основі хлору, що вводяться під час очищення стічних вод, деяких пестицидів та промислових розчинників), воно не може впоратися з "твердістю" (вапняний наліт), важкими металами (за винятком спеціальних типу активованого вугільного фільтра), натрію, нітратів, фтору або мікробів. Основним недоліком активованого вугілля є те, що фільтри з часом засмічуються домішками і їх потрібно замінити. Це означає, що є постійні (а іноді і значні) витрати.

Зворотний осмос

Зворотний осмос означає виштовхування забрудненої води через мембрану (ефективно, дуже тонкий фільтр) під тиском, тому вода проходить, але забруднення залишаються позаду.

Більш пильний погляд на зворотний осмос

Якщо ви вивчали біологію, то, напевно, чули про осмос. Коли у вас є концентрований розчин, відокремлений від менш концентрованого розчину напівпроникною мембраною (своєрідним фільтром, через який деякі речі можуть проходити, а інші - ні), розчини намагаються переставити себе так, щоб вони однакова концентрація.

Зачекайте, це простіше, ніж здається!

Припустимо, у вас є герметична скляна пляшка, повна дуже цукристої води, і ви стоїте її у великому скляному глечику, наповненому менш цукристою водою. Нічого не станеться. Але що, якщо пляшка насправді є особливим видом пористого пластику, через який може рухатися вода (але не цукор)? Що трапляється, вода переміщується із зовнішнього глечика через пластик (фактично напівпроникну мембрану) у пляшку, доки концентрація цукру не стане рівною. Вода рухається сама по собі під так званим осмотичним тиском .

Це осмос, то як щодо зворотного осмосу? Припустимо, ви берете трохи забрудненої води і пропускаєте через мембрану чисту воду. Фактично, ви змушуєте воду йти в протилежному напрямку, до якого осмос зазвичай змушує її рухатися (не з менш концентрованого розчину в більш концентрований розчин, як при осмосі, а з більш концентрованого розчину в менш концентрований розчин).

Оскільки ви змушуєте воду рухатися проти її природного нахилу, зворотний осмос передбачає проштовхування забрудненої води через мембрану під тиском - і це означає, що вам потрібно використовувати енергію. Іншими словами, фільтри зворотного осмосу повинні використовувати насоси з електричним приводом, для роботи яких коштують гроші. Як і активоване вугілля, зворотний осмос добре видаляє деякі забруднюючі речовини (сіль, нітрати або вапняний наліт), але менш ефективний у видаленні інших (наприклад, бактерій). Іншим недоліком є ​​те, що системи зворотного осмосу виробляють досить багато стічних вод - деякі витрачають чотири-п’ять літрів води на кожен літр чистої води, яку вони виробляють.

Ось як на практиці виглядає блок фільтра зворотного осмосу, показаний на вирізі. Нефільтрована вода (синя труба) закачується в блок очищення (сірий) і проходить через пластикову напівпроникну мембрану (жовту), виготовлену (в даному випадку) з ацетату целюлози. Чиста вода витікає по червоній трубі; домішки змиваються через зелену трубу:

Ілюстрація: виріз основного мембранного фільтра зворотного осмосу. Ілюстрація надана Бюро патентів і товарних знаків США з патенту США 3 397 773: Система очищення води Ульріха Мертена. Gulf General Atomic Inc, 2 липня 1968 р.

Іонообмін

Іонообмінні фільтри особливо добре «пом’якшують» воду (видаляють вапняний наліт). Вони призначені для розщеплення атомів забруднюючої речовини з утворенням іонів (електрично заряджених атомів із занадто великою або занадто малою кількістю електронів). Потім вони захоплюють ці іони і замість цього виділяють деякі різні, менш неприємні іони - іншими словами, вони обмінюють "погані" іони на "хороші".

Ілюстрація: Як працює іонообмін: Іони магнію та кальцію (оранжевий та червоний) потрапляють у кристали водного фільтра (сірий), які спочатку містять іони натрію (жовтий). Іони магнію і кальцію потрапляють в пастку, а іони натрію виділяються на їх місце.

Як вони працюють? Іонообмінні фільтри виготовляються з безлічі цеолітових гранул, що містять іони натрію. Тверда вода містить сполуки магнію і кальцію, і коли ви переливаєте її в іонообмінний фільтр, ці сполуки розпадаються, утворюючи іони магнію і кальцію. Фільтрувальні кульки вважають іони магнію та кальцію більш привабливими, ніж натрій, тому вони затримують надходять іони магнію та кальцію та виділяють власні іони натрію, щоб замінити їх. Без іонів магнію та кальцію смак води стає м’якшим та (багатьом людям) приємнішим. Однак натрій - це просто інша форма забруднення, тому ви не можете описати кінцевий продукт іонообмінної фільтрації як "чисту воду" (доданий натрій може бути навіть проблематичним для людей, які харчуються з низьким вмістом натрію). Ще одним недоліком іонообмінної фільтрації є те, що вам потрібно періодично заряджати фільтри більшою кількістю іонів натрію, як правило, додаючи особливий вид солі. (Ось чому вам доводиться час від часу додавати "сіль" у посудомийні машини: сіль заряджає пом'якшувач води посудомийної машини і допомагає запобігти поступовому накопиченню вапняного нальоту, який може пошкодити машину.)

Дистиляція

Ілюстрація: Дистиляція передбачає нагрівання води для знищення забруднень та виділення домішок. Вода кипить при 100 ° C (212 ° F), тому пара, що уловлюється саме при цій температурі, теоретично не повинна складатися з нічого, крім води. На практиці це не так просто!

Одним з найпростіших способів очищення води є кип’ятіння, але, хоча тепло вбиває безліч різних бактерій, воно не видаляє хімічні речовини, вапняний наліт та інші забруднення. Дистиляція йде на крок далі, ніж звичайне кип’ятіння: ви кип’ятять воду, щоб зробити пар, а потім уловлюють пар і конденсують (охолоджують) назад у воду в окремій ємності. Оскільки вода кипить при нижчій температурі, ніж деякі забруднюючі речовини, що містяться в ній (наприклад, отруйні важкі метали), вони залишаються позаду, оскільки пара відходить і википає. На жаль, однак, деякі забруднення (включаючи леткі органічні сполуки або ЛОС) киплять при нижчій температурі, ніж вода, і це означає, що вони випаровуються разом з парою і не видаляються в процесі дистиляції.

Висновок

Ви бачите, що різні типи фільтрації видаляють різні забруднюючі речовини, але не існує єдиної методики, яка видаляє всі забруднення з води. Ось чому багато домашніх систем фільтрів для води використовують два або більше з цих процесів разом. Якщо ви шукаєте домашній фільтр для води, ступайте обережно. Майте на увазі, що вам не обов’язково видаляти всі неприємності. Пам'ятайте також, що більшість фільтрів для води вимагають певних постійних витрат, і без регулярного технічного обслуговування, щоб підтримувати їх належну роботу, вода може залишатися в гіршому стані, ніж було з самого початку.!

Чи слід нам перестати пити воду в пляшках?

Багато людей купують фільтри для води або воду в пляшках, часто помилково вважаючи, що вся водопровідна вода брудна або шкідлива для пиття. Насправді, як виявляє Агентство з охорони навколишнього середовища (EPA), близько 92 відсотків систем водопостачання в США відповідали "всім чинним стандартам питної води, заснованим на здоров’ї" (у порівнянні з 85 відсотками у 2005 році). В Англії та Уельсі за 2020 рік Інспекція питної води повідомила, що 99,96% питної води відповідає національним та європейським стандартам (включаючи близько 40 різних вимірювань якості). Ці цифри насправді неабиякі, якщо врахувати, наскільки брудно ми робимо воду та деякі речі (наприклад, пестициди та автомобільне масло), які люди зливають у каналізацію. Навіть незважаючи на це, висока якість більшості питної води не заважає людям витрачати щороку близько 280 мільярдів доларів у всьому світі щороку, купуючи воду в пляшках, яка в кілька тисяч разів дорожча за водопровідну.

Однією з причин такого роз’єднання є гучне (і цілком виправдане) висвітлення у ЗМІ надзвичайно низької - і справді відверто небезпечної - якості води, яку справді відчувають деякі люди. Якщо лише 8 відсотків населення США мають водні системи, які не відповідають стандартам, ми говоримо про 2–3 мільйони людей. Але справжня картина може бути набагато гіршою. Не важко знайти приклади небезпечної якості питної води. У звіті Робочої групи з охорони навколишнього середовища та Північно-Східного університету за 2017 р. Стверджується, що близько 15 мільйонів американців можуть бути під загрозою деяких токсичних хімічних речовин. Це викликає велике занепокоєння, але це все ще не означає, що відповідь полягає в тому, щоб замість цього всі пили воду в пляшках. Відповідь полягає у боротьбі із забрудненням води та очищенні водопровідної води за допомогою більш ефективної фільтрації.

Ми витрачаємо мільярди на воду на винос, але вартість - не єдиний недолік. Більшість із них поставляється в одноразових пластикових пляшках, які важко переробити. Скидаються на звалища, змиваються річками, падають на пляжі, спалюються на сміттєспалювальних установках - пластикові пляшки посилюють забруднення, що знижує якість природного водопостачання Землі. Як це іронічно: купуючи «чисту» воду в пляшках, щоб зберегти здоров’я, ми допомагаємо зробити Землю брудним і погіршуємо ситуацію в цілому.

Чому б не позбутися звички купувати воду в пляшках? Ви можете повторно використовувати певні типи одноразових пластикових пляшок, за умови, що ви їх ретельно вимиєте і висушите на повітрі, але безпечніше придбати собі гігієнічну багаторазову пластикову або алюмінієву пляшку з водою та замість неї наповнити її з крана. Робіть це лише 10–20 разів, і ваша пляшка незабаром окупиться.

Найкраще - віддайте гроші, які ви заощадите на бутильованій воді, WaterAid і допоможіть людям, яким справді не вистачає чистої води в країнах, що розвиваються. Давайте порахуємо, що нам пощастило, що нам не потрібно пити воду прямо з брудної річки, як це роблять багато людей досі. Що цікаво, пам’ятайте, що ми витрачаємо 280 мільярдів доларів на рік на воду в пляшках? Поставимо це в контекст. Однією з цілей розвитку тисячоліття ООН було «зменшити до 2015 року частку людей, які не мають стійкого доступу до безпечної питної води та основних санітарних умов» вдвічі; у 2012 році Світовий банк підрахував, що щорічні витрати на їх досягнення становитимуть 184 мільярди доларів.