Powszechnie stosowanych jest siedem metod oczyszczania wody. Są to:
Poza THM w wodach mogą występować inne węglowodory halogenowane, które są rozpuszczalnikami lub półproduktami wielu reakcji chemicznych. Spalanie odpadów (szczególnie PCW) także zasila środowisko w niskocząsteczkowe węglowodory.
Czas półtrwania chlorku metylenu wynosi 200 tygodni, chloroformu 105 tygodni. Chlorowane eteny wprowadzane są do ścieków jako rozpuszczalniki, zmiękczacze, płyny do czyszczenia.
Urządzenie filtrujące do gazów i cieczy wykonane w postaci worka (kieszeni) zazwyczaj z polipropylenu, poliestru lub nylonu.
Oddzielanie substancji stałej od cieczy poprzez użycie porowatego materiału pozwalającego na przejście jedynie cieczy.
Metoda oddzielania substancji od cieczy i gazów, poprzez mechaniczne zatrzymanie cząstek na przegrodach porowatych (filtrach) w odpowiednich aparatach.
Proces ciągłej filtracji, podczas którego doprowadzany strumień płynie równolegle (stycznie) do powierzchni filtracyjnej membrany i generuje dwa wychodzące strumienie (filtrat i koncentrat). Woda oczyszczana jest recyrkulowana. Przepływ równoległy strumienia w połączeniu z turbulencjami na warstwie granicznej powstałymi w wyniku prędkości "cross flow", stale zmiata cząsteczki i inne materiały, które w przeciwnym wypadku gromadziłyby się na powierzchni membrany.
Proces polegający na usuwaniu cząstek fazy stałej występujących w cieczy lub gazie poprzez przepuszczanie zawiesiny przez warstwę złoża, zbudowanego z ziaren lub włókien. W trakcie przepływu przez złoże, cząstki osadzają się na ziarnach lub na włóknach, tworząc aglomeraty usuniętych cząstek.
Wysokosprawny filtr powietrza charakteryzujący się 99,97% stopniem zatrzymania cząstek o średnicy 0,3µm i większych w warunkach laboratoryjnych.
Zbiornik zazwyczaj cylindryczny wypełnione złożem jonowymiennym (anionit, kationit) służący m.in. do demineralizacji wody.
Destylacja to od dawna znana i stosowana metoda oczyszczania wody, w której woda jest ogrzewana do odparowania, a następnie para wodna jest kondensowana i zbierana. Sprzęt do destylacji jest względnie niekosztowny, ale zużywa bardzo dużo energii – typowo 1 kW energii elektrycznej na 1 litr wody wyprodukowanej. Koszt ten może być nie całkiem oczywisty – jeśli rachunki za energię elektryczną pojawiają się w budżecie kogoś innego! Zależnie od wykonania destylatora, woda destylowana może mieć rezystywność około 1 Mom ·cm, będzie także sterylna bezpośrednio po uzyskaniu, pod warunkiem użycia odpowiedniego wyposażenia do sterylności przystosowanego, ale nie pozostanie taka długo bez bardzo starannie przygotowanego przechowywania. Dodatkowo, lotne zanieczyszczenia takie jak dwutlenek węgla, krzemionka, amoniak oraz różnorodne związki organiczne zostaną „przeniesione” do destylatu. Destylacja produkuje wodę oczyszczoną powoli. Nie jest to proces „na żądanie”. Z tego powodu, woda musi być wcześniej przedestylowana i przechowana do późniejszego użycia. Jeśli pojemnik do przechowania nie jest wykonany z obojętnego materiału, jony oraz plastyfikatory z tworzywa zostaną wypłukane z pojemnika i zanieczyszczą wodę, oraz, jak to zostało zaznaczone wcześniej, bakterie dobrze się rozwijają w stojącej wodzie. Dla utrzymania sterylności, stosuje się sterylne butle magazynujące, a zbierana woda jest autoklawowana, ale gdy taka butla zostanie już otwarta, jest wystawiona na działanie bakterii i zanieczyszczenie rozpoczyna się ponownie. W regionach z twardą wodą destylatory wymagają częstego czyszczenia z użyciem kwasu, z powodu narastania kamienia, chyba że woda jest wcześniej wstępnie uzdatniona przez zmiękczanie lub odwróconą osmozę.
Dejonizacja jest szeroko stosowana do uzyskiwania wody oczyszczonej w laboratoriach „na żądanie”. Laboratoryjne dejonizatory w praktyce zawsze wykorzystują wkłady z żywicą jonowymienną mieszaną, które albo są zwracane do stacji regeneracji do ponownego „naładowania” po ich wyczerpaniu, lub po prostu wyrzucane. Dejonizacja działa poprzez wymianę jonów wodorowych na zanieczyszczenia kationowe, oraz jonów hydroksylowych na zanieczyszczenia anionowe wody zasilającej. Złoża żywicy jonowymiennej składają się z małych sferycznych ziarenek, przez które przechodzi woda zasilająca. Po pewnym okresie czasu, kationy i aniony zastąpią wszystkie aktywne miejsca wodorowe i hydroksylowe w żywicy, i wkład będzie wymagał wymiany lub regeneracji. Dejonizacja posiada wiele zalet względem destylacji w produkcji wody oczyszczonej. Po pierwsze, jest procesem „na żądanie” – woda jest dostępna wtedy, gdy jest potrzebna. Po drugie, przy użyciu żywicy o wysokim stopniu czystości, praktycznie całość związków jonowych zostanie usunięta z wody, dając maksymalną rezystywność 18,2 Mom ·cm (w 25°C). Drobne fragmenty materiału jonowymiennego mogą zostać wymyte z wkładu przez przepływającą wodę. Dlatego, gdy jest potrzebna woda wolna od zanieczyszczeń stałych, wymiana jonowa powinna być użyta w połączeniu z filtrami. Jako że bakterie rozwijają się szybko w stojącej wodzie, wkłady z żywicami mogą zostać zakażone, gdy nie są regularnie używane. Problem ten jest łagodzony przez częstą recyrkulację wody dla hamowania rozwoju bakterii lub przez regularną regenerację, ponieważ chemikalia regenerujące są jednocześnie silnymi środkami dezynfekującymi. Dejonizacja usunie tylko polarne związki organiczne z wody, a pozostałe rozpuszczone związki organiczne mogą zdegradować ziarna żywicy jonowymiennej, zmniejszając "pojemność" złoża. Gdy potrzebna jest woda czysta pod względem nieorganicznym i organicznym jednocześnie, kombinacja odwróconej osmozy z następującą po niej wymianą jonową jest szczególnie efektywna. Alternatywnie, zabezpieczający zmiatacz rganiczny może być umieszczony przed wymianą jonową, gdy wartości zanieczyszczeń organicznych w wodzie są wysokie. Istnieje wiele prób ominięcia ograniczeń dejonizacji i destylacji. W niektórych systemach destylacja poprzedza dejonizację – wkłady wytrzymują dużo dłużej, lecz problem bakterii pozostaje. W niektórych innych, dejonizacja poprzedza destylację – ale wtedy problem przechowywania i braku wody "na żądanie" pozostaje.
Węgiel aktywny, przygotowany ze skorup orzechów kokosowych lub z węgla, usuwa chlor mechanizmem katalitycznym oraz rozpuszczone związki organiczne przez adsorpcję i często znajduje się w systemie oczyszczania wody w dwóch miejscach. Ponieważ cienkowarstwowe membrany odwróconej osmozy są niszczone przez nadmierne oddziaływanie wolnego chloru, oraz, w mniejszym stopniu, degradowane przez rozpuszczone związki organiczne, granulowany węgiel aktywny jest często umieszczany przed membraną RO dla usunięcia tego typu zanieczyszczeń. Filtry z granulowanym węglem aktywnym są także często umieszczane w pętli „polerującej” systemu oczyszczania wody dla usunięcia śladowych ilości rozpuszczonych związków organicznych, przed końcową wymianą jonową.
Wody zawierające stężenie tlenu mniejsze niż 2 mg/L, poziom uważany za minimalny do życia i rozmnażania organizmów wodnych.
Mikroporowate membrany filtracyjne stanowią fizyczną barierę dla przejścia cząstek stałych oraz mikroorganizmów, i mają absolutne selektywności zatrzymywania zawierające się od 1,0 mikrona do 0,1 mikrona; niektóre systemy wykorzystują „ultramikrofiltry” o selektywności zatrzymywania 0,05 mikrona.
Większość rodzajów wody surowej zawiera koloidy, które mają niewielki ujemny ładunek elektryczny (mierzony potencjałem Zeta). Działanie filtracji może być poprawione przez użycie mikrofiltrów wykorzystujących zmodyfikowaną powierzchnię przegrody filtracyjnej, która przyciągnie i zatrzyma te naturalnie występujące koloidy, które są generalnie dużo mniejsze niż rozmiary porów w membranie filtra.
Mikrofiltry o absolutnym wymiarze porów równym 0,2 mikrona są szeroko stosowane w systemach uzdatniania wody. Wyłapują one zanieczyszczenia, w tym cząstki węgla z wkładów adsorpcji związków organicznych, cząstki żywic z wkładów dejonizacyjnych, oraz bakterie.
Istotne jest, aby rozważyć, gdzie w systemie umieszcza się filtr sub-mikronowy. W wielu systemach, filtr sub-mikronowy jest dodawany do punktu poboru wody wg zasady, że ostatnim filtrem, przez który przechodzi woda przed jej użyciem, jest filtr sub-mikronowy. Podejście takie wydaje się mieć sens, jeśli nie pamięta się, że bakterie mnożą się w wodzie stojącej i na mokrych powierzchniach.
W filtrze submikronowym umieszczonym w „martwym” odgałęzieniu, poza pętlą recyrkulacji, bakterie mogą narastać poprzez membranę, uwalniając endotoksyny i bakterie po stronie za filtrem. Rozwiązaniem tego problemu jest umieszczenie filtra submikronowego w pętli recyrkulacyjnej w celu ciągłego usuwania bakterii z wody oczyszczonej.
Filtry sub-mikronowe powinny także być umieszczone w krytycznych punktach poboru dla absolutnego zabezpieczenia, oraz w celu zapobieżenia zanieczyszczania systemu bakteriami dostającymi się tą drogą. Membrany mikroporowate są generalnie traktowane jako niezastąione w systemach oczyszczania wody, chyba że są zastąpione przez ultrafiltr.
Siłą napędową procesu jest różnica ciśnień wynosząca od 0,01 do 0,1 MPa. Ogólnie przyjmuje się, że mikrofiltrację stosuje się w przemyśle oraz w laboratorium do usuwania, zatężania i oczyszczania cząsteczek (cząstek) o średnicy większej od 0,1 μm.
Membrany mikrofiltracyjne można preparować z polimerów organicznych i materiałów nieorganicznych (ceramika, metale, szkło), stosując następujące techniki wytwarzania:
– modelowania i spiekania,
– rozciągania filmów polimerowych,
– bombardowania w reaktorze atomowym filmów polimerowych,
– inwersji fazowej.
Membrany polimerowe wytwarza się zarówno z polimerów hydrofobowych, jak i hydrofilowych. Membrany ceramiczne preparuje się głównie z tlenku glinu oraz dwutlenku cyrkonu. Do wytwarzania membran nieorganicznych stosuje się szkło, metale (pallad, wolfram) oraz materiały spiekane z węglem.
Odwrócona osmoza jest procesem, który omija wiele ograniczeń destylacji i dejonizacji.
Dla wyjaśnienia odwróconej osmozy popatrzmy najpierw na osmozę.
Jest to proces naturalny, występujący zawsze, gdy rozcieńczony roztwór jest oddzielony od roztworu stężonego przez membranę półprzepuszczalną. Woda, „napędzana” przez siłę wywołaną różnicą stężeń – ciśnieniem osmotycznym – przechodzi przez membranę z roztworu rozcieńczonego do roztworu stężonego.
Przepływ wody trwa aż do takiego rozcieńczenia roztworu stężonego, że ciśnienie wsteczne zatrzyma dalszy przepływ przez membranę (równowaga osmotyczna). Jeśli ciśnienie większe niż ciśnienie osmotyczne zostanie przyłożone po stronie membrany o większym stężeniu, normalny przepływ osmotyczny zostanie odwrócony - woda przechodzi przez membranę z roztworu stężonego i jest w ten sposób pozbawiana zawartych w niej zanieczyszczeń.
Jest to podstawowa zasada odwróconej osmozy (czasami nazywanej również hyperfiltracją). W praktyce, woda jest pompowana do ciśnieniowego zbiornika zawierającego spiralę lub zespół wydrążonych włókien wykonanych z membrany pół-przepuszczalnej. Woda oczyszczona przechodzi przez membranę tworząc „przesącz”.
Zanieczyszczenia pozostają w pozostałej wodzie – zwanej „koncentratem” – która jest odprowadzana w sposób ciągły do kanalizacji. Obecne generacje kompozytowych cienkowarstwowych poliamidowych membran odwróconej osmozy usuwają 90-98% jonów nieorganicznych, wraz z praktycznie wszystkimi dużymi zanieczyszczeniami niejonowymi, oraz cząsteczki organiczne o ciężarze cząsteczkowym większym niż 100.
Rozpuszczone gazy nie są usuwane. Odwrócona osmoza ma zdolność zabezpieczania systemu przed bakteriami i pirogenami. Jest często łączona z wymianą jonową w celu istotnego wydłużenia żywotności wkładów jonowymiennych, i otrzymania wody o niskiej zawartości zanieczyszczeń organicznych. Bezpośrednie pobieranie wody po odwróconej osmozie zapewnia źródło wody o niskiej zawartości bakterii.
Health Industry Manufacturer’s Association.
Foto - oksydacja stosuje wysoko-intensywne promieniowanie ultrafioletowe dla niszczenia bakterii i innych mikroorganizmów, oraz do rozbicia i zjonizowania cząsteczek wszelkich związków organicznych w celu ich następnego usunięcia przez wkłady z żywicami jonowymiennymi. Promieniowanie w 254 nm ma najsilniejsze działanie bakteriobójcze, podczas gdy promieniowanie o krótszej długości fali jest najbardziej efektywne w utlenianiu związków organicznych.
Proces stałego kontrolowania jakości wody poprzez pobieranie prób i ich analizę automatyczną lub ręczną.
Obecność w wodzie wystarczającej ilości szkodliwych i dających się wykryć składników które obniżają jakość wody.
Ponowne użycie wody do tego samego lub innych procesów, po pewnym stopniu oczyszczenia tej wody.
Związek w stężeniu wystarczająco wysokim aby zagrozić życiu ludziom i organizmów.
