|
Механический способ фильтрации
Для начала представим себе кастрюлю, накрытую марлей, через которую пропускается вода. Это простейший механический фильтр, но что он остановит? Разве что мусор...
Сложим марлю вдвое, вчетверо, в восемь раз - теперь фильтр стал плотнее, он задерживает частицы размером 0,1 мм, или 100 мкм, но быстрее засоряется, и поток воды через него течет медленнее. Но если нас интересует качество фильтрации, а не скорость, то лучше, чтобы работала вся поверхность марли. Аля этого скомкаем ее и запихнем в пластмассовый цилиндр, через который и будем пропускать струю воды. В малом объеме цилиндра работает вся поверхность марли, и теперь она задерживает частицы порядка 10 мкм. Но есть недостатки: вопервых, резко снизилась скорость фильтрации; вовторых, работает все же не полная поверхность марли, а верхние слои быстро забиваются примесями и не пропускают воду к средним и нижним слоям.
Увеличим напор воды, с силой продавливая ее через марлевый фильтр. Однако, прогнав литров пять жидкости, мы заметим, что качество фильтрации падает: марля забита, и сильный поток воды не очищается, а вымывает из нее мелкий мусор. Нужно вытащить марлю и очистить ее.
Этот простой пример иллюстрирует ряд проблем, возникающих при фильтрации:
необходимость уменьшить ячейки сетки или поры фильтрующего материала, чтобы фильтрация была качественной;
необходимость создать в малом объеме фильтра большую рабочую поверхность, чтобы фильтр мог пропустить побольше жидкости (то есть имел большой ресурс);
снижение скорости фильтрации при увеличении плотности фильтрующего материала;
необходимость уловить момент неизбежного засорения фильтра (исчерпание его ресурса) и начала вымывания накопившихся в нем примесей, после чего необходимо либо заменить фильтр новым, либо очистить (регенерировать) его.
На практике в качестве фильтрующего материала используется, конечно, не марля, а полипропиленовое волокно- в виде блокакартриджа, который подлежит замене по истечении его ресурса. В зависимости от того, частицы какого размера могут быть задержаны, механическую фильтрацию делят на:
ультрафильтрацию (задерживается 95% частиц размером 0,2-0,5мкм);
два класса микрофильтрации (задерживается 95% частиц с размерами 0,5-5 и 5-15мкм);
два класса макрофильтрации (задерживается 95% частиц размерами 15-50 и более 50мкм).
Следовательно, механический фильтр способен в принципе задерживать крупные и мелкие частицы взвеси, бактерии и, с некоторой вероятностью, вирусы и крупные органические молекулы. Что касается газов, металлов, хлорорганики и так далее, то они ему не по плечу; борьба с ними - не его задача.
Более высокие показатели имеют так называемые мембранные фильтры, основанные на явлении осмоса и обратного осмоса, в которых реализуется такой же процесс очистки, как в механических фильтрах, только на молекулярном уровне. Мембраны изготавливают из полимерных и керамических материалов, и, в зависимости от размера пор, с их помощью осуществляется:
обратный осмос (поры размером 0,0001 - 0,002 мкм);
нанофильтрация (поры размером 0,001 - 0,02 мкм);
ультрафильтрация (поры размером 0,005- 0,2 мкм);
микрофильтрация (поры размером 0,2-10 мкм).
Самая мелкая "сетка" (обратный осмос) пропускает лишь молекулы воды, и в результате получается нечто близкое к воде дистиллированной. При нанофильтрации задерживаются взвеси, микрофлора (включая вирусы), любая органика и частично ионы натрия, кальция и магния; при ультрафильтрации - взвеси, микрофлора и крупные органические молекулы; при микрофильтрации - взвеси и бактерии. Этот способ фильтрации применяется
прежде всего для удаления бактериологических и органических загрязнений, а также обессоливания воды. Однако такие фильтры дороги и рассчитаны скорее на коллективное, чем индивидуальное применение. К тому же помимо достоинств у них есть и недостатки: необходимо определенное давление воды, чтобы "прокачать" ее через мембрану, на ее поверхности активно размножаются микроорганиз мы, сама мембрана разрушается и ее надо регулярно промывать.
|