Jaká je nejúčinnější metoda čištění?

Podle Rosvodresursova má Rusko 20 % světových zásob pitné vody: na území země je asi 8 tisíc ledovců, 30 tisíc nádrží a 5,5 milionu řek a jezer. Pouze jeden Baikal – největší zásobník sladké vody (23 tisíc kubických km, což je 86 % ruských povrchových zásob).

I přes obrovské množství vodních zdrojů není zásobování obyvatel čistou pitnou vodou snadný úkol. Problém spočívá v čištění vody, přesněji řečeno, ve zhoršování nebo chybějící infrastruktuře. Podle Vedomosti byla v červnu tohoto roku předsedkyně Rady federace Valentina Matvienko informována, že obyvatelé Kalmykie, Krymu, Bělgorodu, Kurska, Saratova, Orenburgu, Astrachaňských oblastí, Sevastopolu a území Stavropol mají nejmenší množství pitné vody.

Zdrojem pitné vody jsou povrchové vody – jezera, řeky, nádrže – a podzemní voda, která je čerpána přes studny. Povrchové zdroje se rychle obnovují, což je považováno za jejich nepochybnou výhodu, a lze je i regulovat – lze je koncentrovat ve speciálních nádržích. Taková voda je však náchylná ke kontaminaci.

Podzemní voda, prosakující půdou, je mineralizovaná a obsahuje více solí různých kovů. Proto je příjem a úprava vody dražší. Voda je ale zároveň mnohem méně náchylná k chemické a mikrobiologické kontaminaci.

Velká města v Rusku jsou zásobována především vodou z řek a nádrží. Vodní hydraulické systémy Moskvoretsko-Vazuzskaja a Volha, skládající se z 15 nádrží, kanál pojmenovaný po. Moskva a řeky Moskva se svými přítoky zásobují hlavní město asi 6,7 miliony metrů krychlových. m. vody za den. Obyvatelé Petrohradu pijí vodu z Něvy, obyvatelé Novosibirsku – z Ob, obyvatelé Kazaně – z Volhy atd.

„Kvalitní pitná voda musí splňovat požadavky na pitnou vodu v přirozeném stavu nebo po úpravě vody, která splňuje hygienické a epidemiologické požadavky a hygienické normy,“ uvádí požadavky na vodu na webu Střediska hygienické výchovy obyvatel. Rospotrebnadzor.

Existují vládní iniciativy zaměřené na řešení problémů se zásobováním vodou, jako je federální projekt Clean Water Project. Jejím cílem je zlepšit kvalitu zásobování pitnou vodou pro 5 milionů lidí zprovozněním 1 624 vodárenských zařízení, to znamená zajistit 91 % ruských občanů přístup k vysoce kvalitní pitné vodě prostřednictvím centrálních vodovodních systémů.

Podle Rospotrebnadzor za období 2013–2022. poklesl podíl vodovodů, které nesplňují hygienické a epidemiologické požadavky ze 17,81 % na 14,21 %. A za poslední čtyři roky se podíl systémů zásobování vodou, které nesplňují hygienické a epidemiologické normy, snížil ze 7,92 % v roce 2019 na 6,74 % v roce 2022.

Kromě poskytování přístupu k vodárenské infrastruktuře je zapotřebí zlepšit technologie úpravy vody. Vzniká fyzickým opotřebením a znehodnocením konstrukcí: opotřebením potrubí se zhoršuje kvalita vody, usazují se v ní olovo nebo zbytky po používání pesticidů. Například vydatné srážky extrémně zatěžují úpravny vody.

Požadavky na kvalitu pitné vody se navíc neustále mění, a proto jsou rekonstrukce a modernizace potrubí a systémů čištění pitné vody vždy aktuální.

Jak se voda čistí?

Existují dva hlavní typy čištění vody – mechanické a chemické.

Mechanické čištění. Je založen na separaci nerozpustných nečistot, včetně úlomků, písku, bahna atd., pomocí filtrů. Čištění probíhá ve třech fázích: pasírování, usazování a filtrace. Výhody: nízká cena a jednoduchost procesu. Nevýhodou mechanického čištění je nízká účinnost, pouze 60–65 %. Metoda se proto spíše týká předběžného čištění vody a používá se výhradně ve spojení s jinými stupni.

Chemické čištění. Jak název napovídá, metoda zahrnuje přidávání chemických roztoků a plynů do vody, aby se zničily škodlivé látky.

Čištění pomocí koagulantů. Koagulace je proces čiření a odbarvování vody pomocí chemických koagulačních činidel, která při interakci s hydrosoly a rozpustnými nečistotami vody tvoří sraženinu. Proud se poté posílá do usazovacích nádrží.

Čištění pomocí neutralizační reakce. Do vody se přidávají látky, které neutralizují například cizí prvky NaOH и Na₂HCO₃ nebo slabé organické kyseliny, jako je citrónová nebo sírová.

Aktivně se využívají purifikační metody spojené s flotací, sorpcí, extrakcí, iontovou výměnou, elektrodialýzou, reverzní osmózou, termálními metodami, ale i procesy biologického čištění založené na využití živých organismů. Procesy úpravy, které využívají záření a ionizující záření, přitahují velkou pozornost odborníků na úpravu vody.

Inovativní metody čištění vody

Oddělení membrány

Dnes je jednou z nejúčinnějších metod filtrace reverzní osmóza. K čištění touto metodou dochází díky membráně s reverzní osmózou, která odděluje tok na čistou a drenážní vodu. Reverzní osmóza odstraňuje částice o velikosti 0,001–0,0001 mikronu – soli tvrdosti, sírany, dusičnany, sodné ionty, barviva – aniž by propustily jakékoli nečistoty, ani rozpuštěné, ani nerozpuštěné. To je velmi účinné v boji proti škodlivým látkám, ale zároveň to odstraňuje prospěšné minerály, po kterých voda vyžaduje další mineralizaci. Hlavní nevýhodou technologie jsou vysoké náklady na údržbu (membrány se často ucpávají).

„Systém na bázi reverzní osmózy pomůže získat z mořské vody nejen pitnou vodu, ale především čistou vodu pro lékařství, průmysl a další potřeby. Reverzní osmóza je považována za nákladově efektivnější alternativu průmyslové destilace, ale náklady na vybudování jedné takové velké úpravny vody mohou dosáhnout milionů dolarů. Tato zařízení mohou být stále nedostupná pro některé regiony, kde je nedostatek pitné vody,“ uvedl Rostec v prohlášení.

Ozáření

Metoda je založena na vlivu záření na odpadní vody. Záření, od gama paprsků po ultrafialové světlo, ničí organické znečišťující látky. A v kombinaci s přídavkem ozónu nebo peroxidu vodíku zlepšuje účinnost rozkladu organických nečistot včetně pesticidů a fenolů. Použití ionizujícího záření zcela eliminuje biologické čištění a použití chemických činidel.

„Ionizující záření vytváří v jakémkoli systému vysoce aktivní produkty radiolýzy (elektrony, volné radikály, ionty, excitované částice), které interagují se znečišťujícími látkami přítomnými ve vodě a iniciují jejich chemické přeměny, které nakonec vedou k úplnému vyčištění systému. Nejúčinnější metodou čištění odpadních vod, což je ve většině případů vodný roztok fenolů, je kombinované působení záření a UV záření,“ uvádí studie.

Nové sorpční materiály

Důležitou etapou čištění vody je demineralizace, při které dochází k odstraňování manganu a železa, což je důležité zejména pro podzemní zdroje umístěné v blízkosti rudných ložisek. Tímto směrem pracuje Ústav průmyslu vzácných kovů (Rosatom). V roce 2022 vědci vytvořili nové sorpční materiály pro zlepšení kvality pitné vody. Nový kompozitní materiál na bázi směsi polymerních prekurzorů účinně odstraní ionty těžkých kovů.

„Vyvinuli jsme sorpční materiály na bázi grafenu modifikovaného organickými polymery. Mají vysokou rychlost extrakce iontů těžkých kovů z vodných médií. Sorpční kapacita syntetizovaných materiálů převyšuje stávající analogy více než pětkrát až šestkrát,“ uvedla pracovnice ústavu Elena Anatolyevna Neskoromnaya.

Studený var

Vědci ze Sibiřské federální univerzity (SFU) společně s kolegy z Číny vyvinuli metodu ekologického čištění průmyslových odpadních vod pomocí kavitátoru – zařízení, které funguje na principu mixéru s rotujícími lopatkami. Při úpravě vody se kolem lopatek vytvářejí pole vysokého tlaku a teploty, generují se zřídkovací-kompresní vlny a dochází ke kolapsu (výbuchům) kavitačních bublin. Tento jev, známý jako „studený var“ nebo mikrošlehání, dezinfikuje vodu a zabíjí choroboplodné zárodky a bakterie. Tento proces se nazývá kavitační léčba.

Výsledné bubliny uvolňují kyslík a peroxid vodíku, které působí jako silné oxidační činidlo. Těžké kovy pod jejich vlivem mění tvar a tvoří sediment. Vyčištěná voda se oddělí od kavitátoru a zařízení se vyčistí od usazenin škrabkou.

Zlaté nanočástice a grafen

Ruští vědci z Moskevského institutu fyziky a technologie (MIPT) spolu s kolegy z National Taiwan University of Science and Technology vyvinuli materiál založený na zlatých nanočásticích a kvantových tečkách grafenu, který dokáže účinně a rychle čistit vodu od mikrobů a toxinů. .

„Znalost přesných vlastností materiálu nám umožnila vytvořit kompozit z kvantových teček a nanočástic zlata a použít jej v různých filtrech používaných jak k čištění vody od nečistot, tak ke stanovení proteinů v krvi,“ řekla Elena Obraztsova, vedoucí oddělení. MIPT laboratoř nanokarbonových materiálů.

Kvantové tečky jsou polovodičové nanočástice navržené tak, aby napodobovaly umělé atomy. Interakcí se světelnými vlnami je pohlcují a přeměňují na vibrace. Tyto body demonstrují extrémní přesnost při detekci nepatrných množství specifických iontů a biologických molekul přítomných v čištěné kapalině.

Vědci z mezinárodní skupiny vytvořili porézní polymerní kompozitní materiál s rovnoměrně rozloženými kvantovými tečkami a zlatými nanočásticemi. Polymer propouští vodu, ale neinterferuje s kvantovými tečkami a částicemi zlata interagujícími s ionty lehkých a těžkých kovů a biologickými molekulami přítomnými ve vodě. Tato interakce ničí toxiny a mikroby a usnadňuje detekci olova, rtuti a dalších nebezpečných prvků ve vodě.

Stůlová sůl

V Krasnojarsku se přívody vody Gremyachiy Log a ostrov Kazachiy přeměňují na kuchyňskou sůl k dezinfekci pitné vody. Metoda je založena na elektrochemické reakci: sůl je elektrolyzována ve speciální elektrolýze, přičemž se uvolňují sloučeniny obsahující chlór. Rozpouštěním kuchyňské soli ve vodě pod vlivem elektrického proudu vzniká chlornan sodný. Výsledná látka dezinfikuje vodu.

„Výměna chloru za neškodný chlornan sodný je především bezpečností občanů a našich zaměstnanců,“ zdůraznil Oleg Vasiljevič Gončerov, generální ředitel společnosti KrasKom.

jíl

Novou metodu čištění odpadních vod obsahujících toxický chrom vyvinuli vědci z Uralské federální univerzity a Uralské pobočky Ruské akademie věd. V procesu čištění vody vědci používají jílový minerál.

„Vědci z Ústavu metalurgie Uralské pobočky Ruské akademie věd a Uralské federální univerzity syntetizovali vysoce produktivní kompozitní sorbent. Vyznačuje se maximální sorpční účinností a je určen k opakovanému použití. Použití sorbentu nepovede ke vzniku nového odpadu. Jako základ vytvořeného sorbentu vzali vědci v první fázi vývoje jílový minerál montmorillonit, který se tradičně používá v sorpčních technologiích, minerál byl upraven nanočásticemi magnetitu,“ uvedla univerzita.

Sorbent byl testován na odpadních vodách z jednoho z podniků ve Sverdlovské oblasti. Specialisté byli schopni vyčistit vodu do pitného stavu a vrátit výsledné sloučeniny chrómu do výrobních procesů.

Dravé bakterie

Zajímavou metodu čištění vody objevili zahraniční vědci. Vědci z Lundské univerzity a švédské vodárenské společnosti z města Varberg přestali přidávat chlór do vody z vodovodu a během experimentu si všimli, že nejprve se počet bakterií zvýšil, ale tři měsíce poté, co chlór zcela zmizel, dravé bakterie neškodné pro člověka. Bdellovibrio zničil většinu patogenů.

Odborníci se domnívají, že bakterie mohou být použity v procesu úpravy vody bez použití mikrofiltrů. Tato technologie by mohla být méně energeticky náročná než použití ultrafialového světla a levnější než instalace stávajících objemných biofiltrů.

Bezpečná pitná voda by neměla obsahovat bakterie a živé organismy. Přijatelné jsou však malé koncentrace některých anorganických látek, jako jsou dusičnany, fluoridy, měď, mangan, železo atd., které lidskému organismu neškodí. Navíc se není třeba obávat chlóru v koncentracích používaných pro čištění vody.

zdroje