Удаление цветности воды с помощью адсорбции

Большинство людей считает, что питьевая вода должна быть безопасной и прозрачной. Однако вода из некоторых источников может иметь желтоватый оттенок, при этом оставаясь безвредной, хотя и неприятной для человеческого глаза. Соединения, вызывающие такую «цветность» отличны от железа и не выпадают в осадок. Они называются танинами и характерны в основном для поверхностных источников водоснабжения. Таниновая цветность вызывается присутствием в воде микроскопических взвешенных коллоидных частиц высокой молекулярной массы со слабым отрицательным зарядом, придаваемым им карбоксильными группами.

Такие «таниновые условия» встречаются в районах, в которых вода проходит через болотистые участки и процеживается дальше сквозь торфяные почвы. В США такие условия встречаются на северо-востоке, юго-востоке, северо-западе и в районе Великих Озер. В Канаде источники водоснабжения с такими «таниновыми» характеристиками находятся на Мэритаймских островах и Британской Колумбии. В некоторых разделах книги вода с желтоватым цветом будет называться «кедровой водой».

Норделл рассказывает о некоторых достоинствах окрашенной воды: «Старые поселенцы районов, расположенных вдоль восточного побережья США, сообщают, что капитаны проходящих судов пополняли запасы пресной воды такой окрашенной водой, убеждая, что она лучше сохраняется во время долгих путешествий. Расположенные вверх по течению участки содержали значительно меньше загрязнений, чем расположенные вниз по течению. Капитаны, очевидно, были правы, так как окрашенная вода содержит меньше микроорганизмов, чем прозрачная за счет экранирования солнечных лучей, способствующих их развитию (25).

Гуминовые кислоты, образуемые при гниении листьев и других частей растения, также ответственны за желтоватый цвет воды. Цвет воды не всегда заметен в стакане, но будет заметен в ванной. На фоне белоснежной ванны становится заметным любое самое слабое обесцвечивание. Однако гуминовые кислоты не так просто удалить с помощью активированного угля. Обычно цветность порядка 15 или больше единиц заметна невооруженным глазом, но, когда ее показатели достигают 50-60 единиц, вода становится неприемлема к использованию, в первую очередь, в гостиницах и ресторанах.

Избавление от цветности воды и вызывающих ее органических веществ на больших заводах по очистке муниципальных вод происходит в три этапа: 

1) добавление коагулянтов, таких как алюминий 

2) осаждение 

3) фильтрование. 

Еще одним способом удаления цветности является суперхлорирование, которое «сжигает» саму причину цвета. Однако в некоторых случаях для очень сильно окрашенной воды даже такой шаг не улучшит качество воды.

В домашних или лабораторных условиях из воды, используемой для питья, приготовления пищи или проведения исследований, танины могут быть легко удалены с помощью мембранного разделительного процесса. Гиперфильтрационные (обратный осмос) и ультрафильтрационные мембраны могут применяться для удаления органики. Оба эти мембранных метода обработки воды основаны на принципах отсева по размеру молекул. Мембранные волокна, как сито, отделяют воду от таниновых комплексов. Благодаря своему высокому молекулярному весу танины легко удаляются с помощью такого процесса (26).

При очистке от таниновых комплексов воды для всего можно использовать анионообменные смолы, которые, как и бытовые умягчители, легко регенерируются с помощью хлористого натрия. Например, сильноосновные анио- иообменные смолы 1-го типа (высокопористые гелевые макроретикулярные) эффективны при удалении танинов. Аниониты DVB-акрилового или DVB- стирольного типа могут быть задействованы в, так называемом, «хлоридном цикле», для удаления цветности вплоть до 200 единиц. Частота регенерации - не менее одного раза в неделю - является ключевым моментом в получении хороших результатов, так как такая частота предотвращает прочное физическое связывание таниновых комплексов со смолой.

Куннин описывает процесс удаления танинов следующим образом:

Некоторые гуминовые комплексы удаляются за счет анионно-хлоридного обмена, а другие - за счет ковалентного связывания при адсорбции (27).

Чтобы избежать осаждения карбоната или сульфата кальция в корпусе, вода с жесткостью более 4 грейнов/галлон (1,44 мг-экв/л) должна быть предварительно умягчена. Анионитная, удаляющая цветность, единица устанавливается как завершающий этап очистки и выполняет функцию кондиционирования воды после умягчения и фильтрования. Железо должно быть удалено до этапа удаления цветности. Лучшие результаты по удалению цветности с помощью анионита достигаются при использовании для регенерации концентрации соли 6 фунтов на кубический фут (96 г/л) и автоматизированной системы регенерации (28).

(Примечание: при использовании анионита DVB-акрилового типа для обработки питьевой воды существуют температурные ограничения, а также ограничения по потоку воды)

Успешно можно удалять цветность путем помещения 8-10 дюймового (20,3- 25,4 см) слоя анионита на поверхность катионного слоя в одном сосуде. В этом случае двойная функция ионообменного слоя (умягчение и удаление цветности) будет восстанавливаться при использовании того же солевого раствора. Недостатком такой двухфункциональной системы является то, что при щелочности более 35% от общего количества твердых растворенных веществ и pH более 8.5 карбонат и сульфат кальция выпадают в осадок. Этого можно избежать путем подкисления солевого раствора 5% раствором уксусной кислоты, что позволит удерживать карбонат кальция в растворе во время его прохождения сквозь слои ионитов.

При уровне танинов более 200 единиц обычно используют 25 минутное супер хлорирование с последующей фильтрацией. Однако некоторые органические, ответственные за появление цвета вещества, могут быть устойчивы даже к такому жесткому способу обработки.