Теоретические основы и технологии лабораторной очистки воды

Предлагаем Вашему вниманию статью, посвященную теоретическим основам функционирования систем очистки воды, их общей классификации и описанию реализованных в современных системах технологиях.

18 февраля 2015 16:22

Потребность в чистой воде присуща человеку не только в быту. Вода, используемая производственными предприятиями, в частности, медицинскими, химическими и биохимическими лабораториями, также нуждается в тщательной очистке. В лабораториях самого различного профиля подготовленная вода используется для мытья лабораторной посуды, а для проведения высокоточных методов анализа (например, высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), атомно-абсорбционной спектроскопии, электрофореза) требуется особо чистая вода, практически полностью лишенная возможных примесей. К таким примесям в первую очередь относят органические вещества, неорганические соли, растворенные газы, и, разумеется, микроорганизмы. Водоподготовка, то есть очистка воды от растворенных или взвешенных в ней веществ, является обязательным и ответственным этапом при проведении подавляющего большинства работ в современной лаборатории.

Технологии очистки воды

Наиболее распространенные способы водоподготовки в условиях лаборатории - дистилляция и бидистилляция.

Даже самые современные дистилляторы и бидистилляторы пригодны лишь для получения воды III и II типа (электропроводностью не более 3,5 мкСм/см и не более 1 мкСм/см соответственно). Кроме того, эти устройства обладают рядом существенных недостатков: отсутствие моментального контроля качества получаемой воды, высокие затраты электроэнергии и охлаждающей воды, возможность вторичного загрязнения.

Обратноосмотические системы очистки воды

В настоящее время обратный осмос становится наиболее популярной технологией очистки и обессоливания воды, которая полностью или частично решает вопросы водоподготовки практически во всех сферах применения очищенной воды.

Процесс обратного осмоса основан на создании высокого давления со стороны исходной воды, что приводит к прохождению молекул воды через полупроницаемую мембрану. Растворенные в воде соли, тяжелые металлы, органические соединения и микроорганизмы не способны проникнуть через мембрану и удаляются в дренаж в виде концентрата. После обратного осмоса вода очищается от солей 80 – 99.7 %, в зависимости от состава воды.

Качество воды на выходе обратноосмотической мембраны такое же как и у дистиллятора, III тип (не более 3,5 мкСм/см), но затраты воды и электроэнергии для получения аналогичного объёма воды, в разы меньше чем в системах дистилляции. Обычно обратноосмотические системы оснащаются дополнительными модулями очистки воды.

Ионообмен

Умягчение воды катионированием основано на явлении ионного обмена (ионообменные технологии), сущность которого состоит в способности ионообменных фильтрующих материалов поглощать из воды положительные ионы в обмен на эквивалентное количество ионов катионита. Как правило, такой способ подготовки воды используется в комплексе с другими методами очистки воды.

Электродеионизация

Электродеионизация является разновидностью ионного обмена. Системы электродеионизации используют комбинацию смол, выборочно проницаемых мембран и электрического заряда для обеспечения непрерывного потока (продукта и концентрированных отходов) и непрерывной регенерации.

Технология электродеионизации имеет ряд преимуществ перед простым ионообменом:

Осуществляется непрерывная регенерация;
Не нужна замена смолы, поскольку смола не истощается;
Не останавливается производство воды из-за истощения смолы;
Достаточно низкие затраты на обслуживание;
Не требуется химических реагентов для регенерации.

Необходимым условием использования электродеионизации является температура воды, которая должна быть не менее 5 и не более 35 °С, а также вода должна быть достаточно деминерализована и её проводимость не должна превышать 60 мкСм/см.

Электродеионизация используется только в комплексе с другими методами очистки воды (например, с обратным осмосом).

Вспомогательные способы очистки воды

Микрофильтры и Ультрафильтры - это асимметричные мембраны, иногда композитные, с определённым порогом отсечения в зависимости от размера пор (например от 5 до 20 кДа)