Очистка воды: как получить питьевую воду дома

За время отбора проб воды в разных неблагополучных районах я насмотрелся всякого. По просьбе читателей @amarizento , @talia и других, сегодняшний пост будет о методах очистки воды, которые показали свою эффективность в домашних условиях. Заодно постараюсь уберечь вас от неоправданных затрат.

---

В предыдущем посте "Очистка воды: типичные заблуждения" мы развенчали некоторые мифы – например, о волшебном действии серебра, "чистой" воде из скважин на даче и «пользе» талой воды. Попрощались с естествоиспытателем, который "очищал" воду и себя буквально до посинения. Мир праху твоему, Пол Карасоне! Спасибо за наглядную демонстрацию!

---

Что содержится в воде?

Вода – полярный растворитель, поэтому в чистом виде она практически не встречается. В ней всегда есть растворённые соли, газы и бессчётное количество примесей. К счастью, человеку для нормальной жизнедеятельности химически чистая вода не требуется. Достаточно, чтобы содержание микроорганизмов и различных веществ в ней не превышало безопасные концентрации. ПДК – это как раз те предельные концентрации, которые не вызывают патологических изменений. Всё, что ниже их, считается допустимым уровнем и не оказывает негативного влияния при регулярном употреблении.

В России действует СанПиН 2.1.4.1074 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения». Его приложения содержат без малого полторы тысячи веществ, концентрации которых контролируются в той воде, которую мы пренебрежительно называем «из-под крана». Это уже очищенная целым набором методов и проверенная в лаборатории вода. Почему же её рекомендуют фильтровать перед употреблением? Главных причин две: для устранения вторичных загрязнений в штатном режиме работы водопровода и на случай возникновения аварийных ситуаций.

---

Технически вода вытекает через излив смесителя, а кран – запорная арматура, но не будем особо придираться. Выражение "кран с питьевой водой" устоялось, поэтому далее по тексту кран, перекрывающий трубу подачи воды, я буду называть вентиль - чтобы не было путаницы.

---

В случае аварии повернуть кран

На бумаге всё гладко, но станции очистки воды давно работают не идеально. Их оборудование устаревает и не всегда вовремя обновляется. Постепенно падает качество воды в местах водозабора и появляются новые типы загрязнителей – промышленность тоже не стоит на месте.

Нагрузка на очистные сооружения постоянно растёт (как и численность населения), а многие из них работают на пределе возможностей не первый год. При штатной ситуации они ещё как-то справляются. При аварийной – нет.

К аварийному режиму работы не обязательно приводят техногенные катастрофы, вроде пробоины в танкере. Банальный дождь может смыть в реку большое количество загрязнителей с дорог и полей, если идёт достаточно долго.

Превышения по отдельным показателям иногда регистрируются ещё на городских станциях очистки воды. Чаще всего это химические загрязнители (последствия аварий на производстве и очистных сооружениях).

Помимо органических и неорганических примесей в воде могут содержаться вегетативные и споровые формы бактерии, вирусы, простейшие, цисты и прочая патогенная живность. Есть целый ряд заболеваний с водным путём передачи инфекций. Поэтому вода нормируется как по санитарно-химическим показателям, так и по микробиологическим.

Классификация загрязнителей и перечень требований к питьевой воде гораздо обширнее, однако для осмысленного выбора систем очистки воды достаточно знать базовые вещи и понимать, на что они рассчитаны.

Зачем городскому жителю фильтры воды?

Все бытовые фильтры называются системами доочистки питьевой воды. То есть, их спроектировали с учётом того, что на вход в них поступает уже достаточно чистая вода из городского водопровода. Прежде, чем попасть в него, она проходит длительную многостадийную очистку на промышленных установках, а лаборатория Горводоканала ежедневно проверяет её качество. Почему же тогда из крана смесителя у нас течёт мерзкая жижа вместо прозрачной воды?

Вода с высоким содержанием нерастворимых соединений железа и механических примесей
(фото: oskada.ru)

Дело не столько в состоянии городских очистных сооружений, сколько во вторичном загрязнении. Пройдя километры старых коммуникаций, изначально чистая питьевая вода загрязняется вновь. Основная проблема водопроводной воды – это механические примеси. Ржавчина с труб, песок, отколовшиеся фрагменты отложений (нерастворимый осадок) и прочий крупнодисперсный мусор. Именно он делает воду мутной, разрушает трубы и повреждает сантехнику, сокращая её срок службы в разы.

Ржавчина содержит оксид трёхвалентного железа и придаёт воде бурую окраску. Любые напитки, приготовленные на ржавой воде, будут, мягко говоря, невкусными. Аналогично и с пищей. При отстаивании нерастворимые примеси частично оседают, но это полумера. Да и не для всех целей получится отстаивать воду. Например, как купаться в такой воде? Поступая в стиральную машину, бурая вода попадает на бельё и меняет его цвет. Белым в такой воде оно не станет ни с каким отбеливателем.

Фильтры механической очистки

Между тем, с ржавчиной и прочими нерастворимыми примесями в водопроводной воде бороться проще всего. Достаточно поставить любой фильтр механической очистки адекватной ёмкости. То есть, не мелкие насадки на излив смесителя, а магистральные фильтры. Они врезаются в трубу подачи воды и очищают воду во всей квартире. Я рекомендую брать десятидюймовые «столбики» с самым мелким диаметром пор (1 – 5 мкм) и ставить их сразу после вентиля на трубе подачи воды в квартире. Какую-то определённую фирму рекламировать не стану. Качество изготовления корпуса фильтра и удобство его подключения вы легко оцените сами, а картриджи у них взаимозаменяемые (в пределах одного стандарта).

Есть с этими фильтрами одна хитрость. Некоторые из них изготавливаются прозрачными – считается, что так удобнее контролировать загрязнённость картриджа. Однако фильтрует он «снаружи внутрь», поэтому наружный слой столбика из полимерного волокна быстро станет грязным. Уже через месяц визуальная оценка не оставит сомнений, что картридж надо менять… но это самообман.

пока загрязнён только наружный слой фильтра механической очистки

При коричневом окрасе наружного слоя фильтрующая ёмкость модуля ещё не достигла и половины. Внутренние слои остаются практически чистыми – это легко увидеть при замене, слегка ополоснув старый картридж. Поэтому не торопитесь менять их при первом потемнении. В большинстве случаев они не успевают истратить свой ресурс и за три месяца (в отдельных домах стоят почти чистыми полгода). В целом я рекомендую ориентироваться на плановую замену 2-4 раза в год, но при стоимости порядка ста рублей можно менять их так часто, как вам захочется.

Аналогичные фильтры есть и для горячей воды. Они отличаются только тем, что корпус фильтра и сам картридж рассчитаны на более высокий температурный режим эксплуатации. Их тоже есть смысл ставить – трубы в квартире позже забьются, вся сантехника будет работать дольше и выглядеть чище, да и просто помыться чистой водой приятно. Также фильтры механической очистки ставятся первой ступенью в многоступенчатые установки получения питьевой воды. Они задерживают львиную долю примесей и снижают нагрузку на последующие ступени фильтрации.

У лучших картриджей средней диаметр пор составляет 1 мкм. Найти их в продаже сложно. Гораздо чаще встречаются 5 мкм и более. Этого достаточно для первичной очистки от крупных частиц. Такую воду можно сразу использовать в технических (питание водонагревателей, стиральных машин) и гигиенических целях. Получение питьевой воды подразумевает устранение остальных загрязнителей, которые удаляются другими методами.

Адсорбенты

Фильтры механической очистки уже существенно улучшают показатели качества воды, но питьевой её не делают. Для этого требуются дополнительные этапы фильтрации. Поэтому после стадии очистки от примесей вода, подготавливаемая для питьевых целей, обычно проходит через сорбенты. Самый популярный сорбент – активированный уголь. За счёт микропор у него получается просто невероятная площадь поверхности – до 1500 кв. м на грамм вещества.

Помимо адсорбции различных загрязнителей на своей поверхности, уголь устраняет из воды хлор. Это особенно важно потому, что в водопроводной воде могут образовываться хлорамин и другие хлорорганические соединения, большинство из них обладают высокой токсичностью.

Есть и обратная сторона: в лишённой хлора воде быстро размножаются бактерии, поэтому её следует употреблять сразу, а не хранить. По этой же причине рекомендуется утром сливать пару литров воды прежде, чем первый раз за день набирать её в чайник.

Слышал мнение, что уголь из фильтров попадает в воду и отравляет её. Ну, во-первых, уголь не так опасен. Например, при остром отравлении в полевых условиях пациенту одномоментно дают до 30 г (60 таблеток) активированного угля и спасают ему жизнь ценой запора. Во-вторых, сейчас частички угля в фильтрованной воде и не встретишь. Технологии изменились.

Раньше активированный уголь просто насыпали в корпус фильтра, но современные сделаны интереснее. В них есть слои из нетканого материала, а частицы угля закреплены на сетке из полимерных волокон. Поэтому они уже не попадают в воду в каких-то значимых количествах – достаточно один раз промыть новый картридж от угольной пыли и не допускать его высыхания в процессе эксплуатации.

Гораздо реже в качестве сорбента используются керамзит, шунгит и другие пористые материалы. Дискутировать об их выборе можно долго. Если кратко, то ничего эффективнее активированного угля пока не придумали. Просто он тоже бывает разный по типу и качеству.

Есть сильно отличающиеся марки самого угля и способы его укладки в фильтр, а вот всякие дополнительные ноу-хау с отсылкой к ионам серебра и нанотехнологиям просто маркетинговый шум вызывают большие сомнения. Про аргирию я уже писал.

Ионообменные блоки

После механической очистки и прохождения через сорбенты водопроводная вода уже достаточно чистая для употребления в питьевых целях. При ограниченном бюджете этими двумя этапами можно ограничиться.

Если хотите ещё больше повысить качество воды – тогда добавляйте в систему фильтрации третью ступень – ионообменный блок. Он может содержать различные синтетические смолы в виде геля или твёрдого полимера. В системах доочистки питьевой воды обычно используются отдельные виды смол для снижения общей жёсткости воды (умягчения) и удаления ионов тяжёлых металлов.

На этой схеме я постарался изобразить устройство типового 3-ступенчатого фильтра

Реальная необходимость данного этапа фильтрации есть далеко не всегда. Превышения по содержанию в водопроводной воде свинца и кадмия регистрируются редко, а проблема жёсткой воды сильно преувеличена производителями фильтров и средств для стиральных машин. Слишком мягкая вода тоже имеет свои минусы. Однако, если для вас дополнительная пара тысяч рублей в год незаметна и вода действительно жёсткая – почему бы не использовать ионообменный блок?

Очистка от растворимых соединений железа

Бывает, что вода набирается в ёмкость довольно прозрачной, но всё равно от неё остаются бурые потёки. Мистика? Конечно, нет. Даже если мы установили фильтр механической очистки сразу после вентиля, везде проложили полипропиленовые трубы и задержали почти все частички ржавчины, в воде могут остаться растворимые соединения железа. В двухвалентной форме оно придаёт воде едва заметный зеленоватый окрас. Немного постояв, оно окисляется до трёхвалентного и превращается в уже знакомый нам бурый осадок.

Вода с высоким содержанием железа в растворимой форме
(фото: ochistka-vody.com)

Фильтры для обезжелезивания воды просто ускоряют этот процесс за счёт каталитического окисления Fe(II) до Fe(III) и задерживают образовавшийся оксид трёхвалентного железа как нерастворимую примесь. Аналогичным способом из воды устраняются растворимые соединения марганца. Окисление может выполняться разными методиками. Чаще всего используется простая аэрация или озонирование.

Если же после механической очистки вода имеет слабый желтоватый оттенок и никак не изменяется при отстаивании, то в ней (скорее всего) присутствуют сложные органические соединения железа. Их можно окислить, а затем адсорбировать; попытаться коагулировать и отфильтровать как нерастворимый осадок, или же использовать мембранные методы.

О них мы и поговорим в следующий раз. Системы обратного осмоса дают лучший результат фильтрации по химическим показателям, но у них есть проблемы с микробиологическими (застаивание воды без хлора) и экономическими (расход воды, себестоимость, стоимость обслуживания). В целом системы мембранной очистки хороши для предприятий и избыточны для бытового использования. Там масса своих особенностей и не всё так хорошо, как обещают в рекламе.

---

Радионуклидное загрязнение воды в поверхностных источниках маловероятно (пока не рванёт энергоблок АЭС или не начнётся ядерная война). Оно больше характерно для артезианских вод, поскольку они протекают через слои горных пород, богатые продуктами распада урана. Хотя это и естественная радиоактивность, её уровень может превышать допустимые пределы. Поэтому подземные воды контролируют по данному параметру и при необходимости очищают.

---

Выводы:

• водопроводную воду перед употреблением желательно фильтровать как минимум для устранения вторичных загрязнений;
• для использования водопроводной воды в гигиенических и технических целях достаточно простейшего магистрального фильтра механической очистки. Желательно устанавливать его и для горячей воды тоже;
• для последующей доочистки водопроводной воды и её использования в питьевых целях можно воспользоваться любым фильтром с адсорбентом (активированным углём).
• при реальной необходимости снизить жёсткость воды используется дополнительная ступень фильтрации с ионообменными смолами (умягчитель). Они выпускаются как отдельно, так и в составе систем многоступенчатой фильтрации.
• для устранения из воды растворимых форм железа её можно пропустить через фильтр «обезжелезиватель» или воспользоваться мембранным фильтром.
• в большинстве случаев городскому жителю достаточно фильтров механической очистки для получения чистой воды во всей квартире и дополнительного фильтра с адсорбентом для получения питьевой воды.

PS: рекомендую прочесть статью "Споры о минеральной воде: факты vs домыслы". В ней поясняется про осмос и отсутствие реальной необходимости ежедневно пить определённое количество воды.