Сорбционная очистка воды

Сорбционная очистка воды — удаление растворённых примесей за счёт их удержания на поверхности пористого материала, сорбента. Метод закрывает то, что не берут ни механические фильтры, ни ионный обмен, ни осаждение: свободный хлор, растворённую органику, нефтепродукты, привкусы и запахи. В статье — как работает сорбция, какие сорбенты применяются, в каком виде метод реализуется на водопроводе, предприятии и очистных сооружениях, что он удаляет и чего не удаляет, и как рассчитывается сорбционная ступень.

Как работает сорбция

Сорбент — это материал с развитой внутренней поверхностью: у активированного угля она составляет 500–1 500 м² на грамм. Молекулы примесей удерживаются на этой поверхности силами межмолекулярного притяжения — это физическая адсорбция. Часть веществ реагирует с поверхностью химически: так свободный хлор каталитически разлагается на угле, а тяжёлые металлы связываются на импрегнированных и алюмосиликатных сорбентах — это хемосорбция.

Отсюда главное свойство метода: ёмкость сорбента конечна. Когда поверхность насыщена, фильтр перестаёт задерживать примеси, оставаясь внешне исправным. Обратная промывка ёмкость не восстанавливает — она лишь взрыхляет слой и вымывает задержанную взвесь. Поэтому у сорбционной ступени есть плановый ресурс, рассчитываемый по объёму пропущенной воды и её составу.

Какие сорбенты применяются

• Гранулированный активированный уголь — основной сорбент водоподготовки. Получают из каменного угля, кокосовой скорлупы или древесины; кокосовый плотнее и лучше держит мелкие молекулы и запахи, каменноугольный — крупную органику и цветность. Качество характеризуют йодным числом (обычно 800–1 200 мг/г), прочностью гранул и фракцией, для напорных фильтров чаще 12×40 меш.
• Порошковый активированный уголь — дозируется в воду перед отстаиванием или фильтрованием и удаляется вместе с осадком. Применяется на водопроводных станциях сезонно, при цветении водоёмов и залповых загрязнениях.
• Каталитический уголь — с модифицированной поверхностью, разлагает хлорамины и пероксид, применяется на воде после хлораминирования и в фармацевтике.
• Алюмосиликатные сорбенты и природные цеолиты — задерживают тяжёлые металлы, аммоний, часть органики; устойчивы к истиранию и служат дольше угля на воде с механическими примесями.
• Комбинированные загрузки — уголь с сорбентами марок АС и МС, кальцитом или гидроантрацитом в одном корпусе, когда нужно одновременно снять хлор, органику и часть железа.

Что удаляет сорбционная очистка

Методы сорбционной очистки

Напорные сорбционные фильтры

Основной вариант для предприятий и котельных: колонна из стеклопластика или стали с гравийной подложкой и слоем угля высотой 0,8–1,5 м, дренажно-распределительная система и автоматический клапан управления, который ведёт обратные промывки по таймеру или по счётчику воды. Вода проходит слой сверху вниз со скоростью 8–15 м/ч. Промышленные сорбционные фильтры «АКВАЛАЙН SO» выпускаются на производительность от 0,6 до 8 м³/ч, при большем расходе ставится несколько корпусов параллельно.

Открытые угольные фильтры

На водозаборных узлах и станциях водоподготовки ЖКХ сорбция реализуется в открытых железобетонных фильтрах после осветления. Уголь загружают слоем 1–2 м, скорость фильтрования 5–10 м/ч, промывка водой с воздухом. Ёмкость таких фильтров исчисляется десятками кубометров загрузки, а замена или реактивация угля планируется раз в два-четыре года.

Дозирование порошкового угля

Порошковый уголь вводится перед коагуляцией дозой 5–30 мг/л на период ухудшения источника. Метод не требует отдельного оборудования кроме узла дозирования, но уголь используется однократно и увеличивает объём осадка.

Картриджи и блоки для малых расходов

Прессованные угольные блоки и засыпные картриджи применяются при расходах до 1–2 м³/ч: в общепите, офисах, на лабораторных линиях. Ресурс ограничен объёмом угля в корпусе, замена по счётчику или по календарю.

Сорбционная очистка сточных вод

На очистных сооружениях сорбция стоит после биологической очистки как ступень доочистки от остаточной органики, нефтепродуктов, фенолов и красителей, а также перед сбросом в водоём с жёсткими нормативами. Загрузка — уголь или алюмосиликаты, при высокой концентрации загрязнений уголь направляют на термическую реактивацию при 800–900 °C, которая восстанавливает до 90 % ёмкости.

Где сорбционная ступень стоит в схеме

Порядок определяется двумя правилами. Первое — после механической очистки и обезжелезивания: взвесь и окисленное железо забивают поры и сокращают ресурс угля, поэтому на воде из скважины впереди стоят аэрация и фильтры обезжелезивания. Второе — перед обратным осмосом и ионообменными смолами: свободный хлор разрушает полиамидный слой мембраны и окисляет смолу, поэтому на городской воде угольная ступень перед системой обратного осмоса обязательна. Перед УФ-обеззараживанием сорбция также полезна: снижая цветность, она улучшает пропускание излучения.

Расчёт сорбционной ступени

Три величины определяют размер фильтра и срок службы загрузки:

1. Время контакта — объём загрузки, делённый на расход. Для снятия хлора достаточно 2–3 минут, для органики и хлорорганики — 10–20 минут. Именно поэтому один и тот же корпус имеет разную допустимую производительность под разные задачи.
2. Скорость фильтрования — 8–15 м/ч для напорных фильтров. Превышение приводит к проскоку: вода проходит слой быстрее, чем успевает произойти сорбция.
3. Ресурс загрузки — рассчитывается по концентрации целевых веществ и суточному расходу. На городской воде с хлором уголь служит 12–24 месяца, на воде с высокой окисляемостью — 6–12. Признак исчерпания — возврат запаха или привкуса при нормальном перепаде давления.

Ориентир по стоимости: напорные сорбционные фильтры «АКВАЛАЙН SO» стоят от 28 100 руб. до 392 700 руб. без загрузки; активированный уголь — 15 800–18 000 рублей за мешок 50 л, объём засыпки в зависимости от типоразмера от 25 до 550 л. Таблицы моделей и загрузок приведены на странице фильтров.

Частые вопросы

Что такое сорбционная очистка воды?
Это удаление растворённых примесей их удержанием на поверхности пористого материала, чаще всего активированного угля. Метод убирает хлор, органику, нефтепродукты, привкусы и запахи, но не меняет солевой состав воды.

Чем сорбционный фильтр отличается от угольного?
Это одно и то же оборудование: «угольный» — по типу загрузки, «сорбционный» — по принципу действия. Загрузка при этом может быть не только угольной, но и алюмосиликатной или комбинированной.

Можно ли восстановить уголь промывкой?
Нет. Обратная промывка удаляет задержанную взвесь и восстанавливает пропускную способность, но не сорбционную ёмкость. Насыщенный уголь заменяют; реактивация при высокой температуре выполняется только на специализированных производствах.

Убирает ли сорбция железо и жёсткость?
Окисленное железо задерживается механически и быстро исчерпывает ресурс, растворённое — нет. Жёсткость и растворённые соли сорбцией не удаляются: для них нужны умягчение и обратный осмос.

Нужен ли угольный фильтр на скважинной воде?
Хлора в ней нет, но встречаются органика, сероводород и запахи. Решение принимается по анализу: при нормальной окисляемости и отсутствии запаха ступень не нужна.

Подбор оборудования

ПВК подбирает сорбционную ступень по протоколу анализа воды и требуемой производительности: типоразмер корпуса, тип загрузки, время контакта и периодичность замены. Модели, загрузки и цены — на странице промышленные сорбционные фильтры. Смежные ступени: механическая очистка, обезжелезивание воды, УФ-обеззараживание. Расчёт — по телефону 8 800 250-96-87 или через страницу контакты.