Очистка водопроводной воды: как работает угольный фильтр, его виды

Водопроводная вода, которая поступает в дома и квартиры очень далека от совершенства. Причина тому — различные примеси и патогенные микроорганизмы, способные вызвать у человека целый «букет» различных заболеваний. По этой причине такую жидкость необходимо качественно доочищать. Сейчас существует достаточно широкий ассортимент различных фильтров, однако уголь, известный в древних времен, так и остается в числе самых востребованных веществ. Чтобы понять, почему он до сих пор не сдает своих позиций, надо узнать о его свойствах и преимуществах, о том, как работает угольный фильтр, а также о степени его эффективности.

Особенности фильтрующего вещества

Чтобы разобраться, как работает угольный фильтр, надо рассмотреть это вещество. Главное качество угля — способность поглощать из воды различные компоненты, которых в идеале в ней быть не должно. Возможно это благодаря его пористой структуре.

Абсорбирующие свойства угля

Все примеси, «плавающие» в жидкости, называют «сорбатами» — веществами, которые поглощаются при сорбции. Уголь — адсорбент, то есть он впитывает загрязнения только поверхностным слоем. Тогда что такое абсорбция? Абсорбентами называют фильтрующие материалы, которые способны впитывать чужеродные включения всем своим объемом.

Очистка и обеззараживание водопроводной воды — одна из главных задач угольного фильтра. Нередко такое устройство входит в системы, предназначенные для предварительной подготовки воды в автономном водоснабжении. Если в древности простейшие приспособления изготавливали с помощью обычного угля, то очищающим веществом в современных системах выступает суперсредство — активированный уголь.

Свойства активированного продукта

Этот продукт получают либо из древесины лиственных пород, либо из скорлупы кокосовых орехов, которые проходят термическую обработку. Другое используемое сырье — каменный уголь, косточки плодов, торф. Последний этап изготовления данного вида угля — вскрытие пор, или активация, чаще — водяным паром. Разной степени пористости добиваются, меняя температуру и режим подачи пара, добавляя другие реагенты, которые увеличивают поглощающие способности продукта. После активации уголь измельчают.

Площадь впитывающей поверхности после этой процедуры возрастает многократно. Причем настолько, что даже трудно представить: 1 грамм активированного угля имеет площадь поверхности 500-1500 м2.

В составе фильтрующего материала могут присутствовать другие компоненты, в которых содержится высококонцентрированный углерод. В результате такой обработки получается эффективное пористое вещество — сорбент, который отличается способностью пропускать жидкость, но задерживать почти все вредные частицы, «путешествующие» вместе с ней.

Для доочистки воды используют угольные фильтры с разными формами наполнителя — в виде гранул, волокон или порошка. Чаще всего применяются гранулированные сорбенты. Причины предпочтения — значительная емкость, высокая пористость, возможность фильтрации с большей скоростью.

Засыпные угольные наполнители, использующиеся в фильтрах, рано или поздно загрязняются, поэтому требуют регенерации — промывания. Даже после четырехкратного восстановления они своих качеств не теряют. Более длительное использование не предусмотрено.

Процедура полной регенерации, включающая повторную активацию, невозможна в домашних условиях. Кроме того, некоторым фильтрам такое восстановление противопоказано. В этом случае наполнители вместе с накопившимися примесями просто утилизируют.

Что представляет собой угольный фильтр?

Чтобы понять, как работает угольный фильтр, надо разобраться, какие задачи он решает.

Как работает угольный фильтр?

Предназначение угольных фильтров — очистка воды. Во время работы происходит притягивание примесей к сорбенту благодаря силам слабого взаимодействия (адсорбции). Но это только одна стороны. Некоторые небезопасные субстанции вступают в реакцию с углеродными наполнителями. Этот процесс называют химической адсорбцией, или хемосорбцией.

Качественный активированный уголь выполняют такую работу:

активно связывает нежелательные примеси, смачивается водой, но совершенно не реагирует на ее молекулы, а значит, не разрушается;

благодаря порам (0,8-5 нм) задерживает различные органические, неорганические загрязнения (ПАВы, пестициды, нефтепродукты);

удаляет из воды опасные биологические примеси и вещества, используемые для дезинфекции водопроводов;

обесцвечивает загрязненную воду, удаляет посторонние запахи и странный привкус.

В большинстве случае угольные фильтры успешно справляются с работой по очищению жидкости. Однако если вода отличается повышенным содержанием примесей, высокой концентрацией солей жесткости, то один уголь с задачей не справится. В этом случае в систему добавляют дополнительные очистные модули.

От чего избавляет воду активированный уголь?

Наша «родная» водопроводная вода может считаться удовлетворительной, так как она соответствует всем нормам и правилам (ГОСТ, СанПиН и т. д.). Однако ей очень далеко до международных нормативов, поэтому использовать такую жидкость без дополнительной очистки (или хотя бы кипячения) отважится только камикадзе.

Угольные фильтры или полностью избавляют от вредных примесей, или значительно снижают концентрацию многих нежелательных «спутников» водопроводной жидкости. Список таких «персон нон грата» относительно велик.

Свободный хлор. Это дезинфицирующее вещество делает полезную работу. Оно очищает воду от бактерий и других болезнетворных микроскопических организмов. Но обратная сторона этой заботы о здоровье — невыносимый запах и неприятный вкус той субстанции, что течет из крана.
Хлорорганические соединения. Свободный хлор вступает в «сложные отношения» с органическими веществами — с продуктами распада, отходами жизнедеятельности. В результате реакций появляются крайне опасные соединения-канцерогены. Они, постепенно накапливаясь в печени и почках, становятся причиной развития раковых опухолей.
Органика, неорганика, нефтепродукты. Благодаря высокой степени абсорбции угольные фильтры поглощают бензин и бензолы, сероводород и фенолы. Значительно сокращается концентрация аммиака, нитратов, пестицидов, радионуклидов, эпоксидов (оксиранов) и т. д.

Неприятные запахи хлора или тины, привкус и цветность — последние отрицательные характеристики водопроводной воды, с ними тоже успешно расправляются угольные фильтры.

Состав фильтров

Теперь не помешает узнать обо всех возможных компонентах очистных систем, так как основное вещество далеко не единственный «трудящийся» элемент сложных конструкций.

Чаще в них входят гранулы нескольких веществ. Причем состав зависит только от модели фильтра, от его главного предназначения, поскольку водопроводная вода в разных регионах сильно отличается качеством — количеством и «ассортиментом» загрязнений. В состав угольного фильтра может входить:

активированный древесный уголь, призванный удалять из жидкости различные взвеси, хлор, жир;

алюмосиликатный полифункциональный адсорбент, удаляющий металлы, фенолы, хром;

каменный уголь, устраняющий запахи, задерживающий пестициды, фенолы;

кокосовый уголь, борющийся с органикой и хлором;

ионы серебра — маленькие шарики серого цвета;

мелкозернистый гравий (для габаритных систем).

Нередко в устройствах есть и другие компоненты. Это синтетические волокна, удаляющие коллоидные взвеси и крупные примеси, а также шунгит и цеолит — минералы, способные впитывать бактерии, тяжелые металлы.

Плюсы и минусы устройств

Использование угольных фильтров оправдано, так как они помогают избавиться от многих нежелательных примесей в водопроводной воде. Но говорить, что они идеальны, все-таки не приходится. Приспособления имеют как преимущества, так и недостатки. Сначала о плюсах:

Фильтры с активированным углем считают эффективными и недорогими приспособлениями для очистки воды от большого «ассортимента» разных примесей.
Главный плюс этого варианта — качественное избавление от хлора, причем наполнитель в этом случае не расходуется.

Однако не все так радужно, потому что:

активированный уголь не способен избавить воду от многих солей — кадмия, ртути, свинца и т. п.;

средний срок службы проточных мини-фильтров и кувшинов сильно ограничен, а значит, постоянные расходы неминуемы.

Полноценные сорбционные фильтры дают возможность менять наполнитель только раз в 1-2 года, однако его немалый объем также предполагает большие расходы. Если говорить об очистке воды от солей тяжелых металлов, то сейчас используют засыпки с цинком и медью (гранулы медь-цинк, или KDF). Однако их пока массово не применяют для самых популярных фильтров — для кувшинов.

Разновидности угольных фильтров

На рынке представлено несколько видов очистных устройств.

Насадки на кран

Такие конструкции называют проточными фильтрами. Это простейший, самый неприхотливый вариант. Такие фильтры монтируются на кран. Производительность мини-устройства зависит от степени загрязнения жидкости. Если говорить о среднем значении, то это примерно стакан в минуту.

Плюсы насадок — минимум занимаемого места, простая установка на кран и такой же быстрый демонтаж, возможность брать мобильные фильтры в поездки. Недостатки — недостаточная степень очистки, серьезное уменьшение скорости потока, небольшой срок службы. После 3 месяцев использования насадку надо менять.

Фильтры-кувшины

Их можно назвать уже почти полноценными сорбционными угольными фильтрами. Это полимерные емкости с угольной «начинкой». Объемы кувшинов различны, поэтому разные модели способны удовлетворить потребности любой семьи. В продаже можно найти емкости и кассеты разных производителей. Пример готовых модулей — продукция для фильтр-кувшинов Барьер и Аквафор.

Главные достоинства кувшинов — приемлемая цена, отсутствие «жесткой привязки» к водопроводной системе, удобство использования — возможность регулярно мыть емкость. Самый большой недостаток таких фильтров — малый срок эксплуатации модулей, особенно там, где качество воды оставляет желать лучшего. Нередко кассеты забиваются грязью, не отработав ресурс, заявленный производителями. В среднем он составляет 2 месяца, причем это максимум. Минимум — месяц.

Проточные системы с картриджами

Стационарные установки — самое эффективное оборудование. Такие системы имеют самую высокую цену, которая объясняется многоступенчатой очисткой, сложностью комбинированных конструкций. Для стационарных установок предусматривается отдельный кран, на который подается полностью очищенная вода.

Пример — установка третьего популярного производителя фильтров — компании Гейзер. Угольный фильтрующий картридж может устанавливаться в качестве единственного модуля, однако чаще используют его комбинацию с другими блоками. Помимо высокой стоимости у стационарных установок есть еще один существенный недостаток.

Наиболее популярными сейчас являются установки обратного осмоса. Это системы имеют совершенно другой принцип очистки. В таких агрегатах вода под высоким давлением подается на тонкостенную мембрану, имеющую микроскопические поры. В результате очистки жидкость становится кристально чистой — дистиллированной.

Поскольку на мембрану уже должна поступать качественно очищенная вода, в системах обратного осмоса предусматриваются сразу 3 проточных фильтра. В работе 2 из них участвует активированный уголь, причем в роли не дополнительного, а главного компонента. Недостаток систем — безжизненная, «мертвая» вода на выходе.

Данный минус надо учитывать при покупке такой установки, или (лучше) перед ее приобретением. Из воды удаляются как вредные, так и полезные вещества, поэтому владельцам приходится покупать дополнительный модуль — минерализатор.

Баллоны с сорбентами

Это оптимальный вариант для частных домов, лишенных возможности использовать централизованную систему водоснабжения. Чтобы качественно очистить жидкость из индивидуальных источников за городом, необходимы большие емкости для поглотителей. С этой целью приобретают стационарные баллоны для угольных наполнителей. Их устанавливают на входной участок трассы.

Большая вместимость не единственный плюс таких моделей. Баллоны можно приобрести полыми, а потом засыпать в них тот наполнитель, который будет идеален для воды в конкретной местности. Если сравнивать цену баллонов без засыпки со стационарными установками с картриджами, то она, естественно, намного меньше из-за отсутствия фильтрующих материалов.

Все виды угольных фильтров эффективно справляются со своей задачей. Однако простым устройствам свойственен небольшой срок службы, поэтому им требуется частая замена. Для сложных систем требуется регулярное обслуживание: оно ограничивается заменой адсорбирующего наполнителя.

Как обслуживают фильтрующие устройства?

Большая часть устройств максимально удобна в эксплуатации, так как не требует какого-то особенного обслуживания.

Замена фильтров

Говорить о работе самых простых фильтров не приходится: элементарные проточные модели-насадки просто заменяют новыми, для фильтров-кувшинов покупают «свежие» кассеты.

Для полноценных систем с картриджами замена патрона тоже выполняется достаточно легко. Сначала ключом, входящим в комплект, откручивают крышку, старый картридж вынимают, а на его место устанавливают новый. Своевременная замена модулей — единственное условие, гарантирующее отсутствие проблем со здоровьем. В противном случае можно встретиться с различными последствиями, первое среди которых — внезапное и вроде бы беспричинное расстройство пищеварительной системы.

Проверка их работоспособности

Время очистки зависит от интенсивности нагрузки на фильтры-кувшины. В стандартной семье из трех человек замена угольных картриджей требуется каждый месяц. Однако владельцы могут самостоятельно определить, как работает угольный фильтр: в порядке он, или же пришло время и его надо менять. Симптомы, свидетельствующие о том, что устройство отработало свой ресурс, есть. К ним относится:

привкус, внезапно появившийся у воды;

появление осадка в чайнике после кипячения;

увеличившееся время фильтрации жидкости: вообще, этот признак характерен для любого вида конструкции, однако у фильтров-кувшинов он может отсутствовать.

При обнаружении любого симптома необходимо фильтр заменить. Те хозяева, что привыкли во всем полагаться на технику, покупают новые системы, в которых предусмотрена автоматическая индикация степени загрязнения фильтров. Но за помощь таких приборов приходится платить. Цена «почти умных» устройств значительно превышает стоимость обычных моделей.

Существует и другой, оригинальный способ проверки способности угольного фильтра очищать воду. С этой целью используют слабый раствор марганцовки, либо любого пищевого красителя. Если жидкость на выходе прозрачна, то замена ему пока не требуется. Если она окрашена, то медлить с покупкой нового модуля не рекомендуется.

Сорбционные фильтры-баллоны позволяют успешно проводить промывку самостоятельно. В этом случае угольный наполнитель высыпают, несколько раз промывают в чистой воде. Последний этап — «водные процедуры» в 3%-ном растворе обычной соды. Во время этих операций адсорбент перемешивают, встряхивают, промывают под душем. Однако полная его регенерация в бытовых условиях невозможна.

Изготовление простейшего устройства

Так как работает угольный фильтр достаточно просто, а сорбент этот можно не только купить, но и сделать самостоятельно, многие создают удобные приспособления из подходящих емкостей. Операция состоит из нескольких этапов:

сначала разрезают две пластиковые бутылки (небольшие баллоны): у одной срезают дно, у другой верхнюю часть;

затем в крышке заготовки с отрезанным дном раскаленным гвоздем делают несколько отверстий (примерно 6-8);

одну емкость устанавливают в другую: верхняя будет фильтрующим «картриджем», нижняя предназначается для сбора очищенной воды;

место соединения обоих элементов обматывают скотчем или изолентой, в верхний «модуль» (с перфорированной крышкой) засыпают древесный либо активированный уголь.

В роли емкости для воды может выступить стеклянная банка. Активированный уголь можно купить в аптеке. Древесный его вид продается в специальных магазинах (например, в цветочных, в супермаркетах): в реальных или виртуальных. Этот вариант фильтра прост, но приспособление позволяет более-менее качественно очистить воду на даче, либо в походных условиях.

Как работает угольный фильтр? Просто, но эффективно. Однако его действенность зависит от того, правильно ли его используют: следят ли за состоянием воды, как часто, вовремя ли заменяют модули.

С разновидностями угольных фильтров познакомит следующее видео: