filtre

de Chris Woodford. Ultima actualizare: 30 noiembrie 2020.

Puteți supraviețui fără hrană timp de câteva săptămâni, deoarece corpul dumneavoastră va trece treptat la utilizarea grăsimilor și a proteinelor stocate pentru a-și produce energia. Dar întrerupeți alimentarea cu apă și veți fi mort în câteva zile. Apa este egală cu viața: este la fel de simplă ca asta. Aproximativ două treimi din corpul tău (până la 75% dacă ești bebeluș) este H 2 O. Chiar și oasele tale, despre care ai putea crede că sunt complet solide, conțin aproximativ 25% apă. În medie, avem nevoie de 2,4 litri (0,6 g) de apă în fiecare zi pentru a ne menține sănătoși (deși nu trebuie să bem așa ceva - primim multă apă din alimentele din interior). Cu apă atât de importantă pentru viața noastră, nu este surprinzător că ne place curată, pură și gustoasă. Acesta este un motiv pentru care oamenii cheltuiesc atât de mulți bani pe filtrele de apă care pot elimina orice impurități dăunătoare. Cum funcționează - și chiar avem nevoie de ele? Să aruncăm o privire mai atentă!

Lucrări de artă: un filtru tipic de apă tip „ulcior” transformă apa de la robinet în apă potabilă mai curată folosind filtre înlocuibile. De obicei, fiecare filtru durează aproximativ o lună și există un afișaj cu temporizator în sud, care vă amintește când trebuie să îl înlocuiți. Ulcele de acest gen sunt făcute de Brita, Biocera și mulți alții.

Cuprins

  1. Cum funcționează filtrele de apă
  2. Patru tipuri de filtre de apă
    • Cărbune activ
    • Osmoza inversa
    • Schimb de ioni
    • Distilare
  3. Ar trebui să nu mai bem apă îmbuteliată?
  4. Concluzie
  5. Află mai multe

Cum funcționează filtrele de apă

Datorită în mare măsură unei structuri moleculare neobișnuite, apa este uimitor de bună la dizolvarea lucrurilor. (Ne uităm mai detaliat la acest articol în articolul nostru principal despre apă.) Uneori este util: dacă doriți să scoateți praful de la blugi, aruncați-le pur și simplu în mașina de spălat cu ceva detergent, iar apa și săpunul vor trage muck departe ca un magnet. Dar există în mod clar un dezavantaj și în acest sens. Toată apa noastră circulă constant prin mediu în ceea ce este cunoscut sub numele de ciclul apei. Într-un minut se grăbește printr-un râu sau se îndreaptă spre un nor, în următorul se scurge de la robinet (robinet), stă într-un pahar pe masă sau se varsă pe toaletă. De unde știi apa pe care urmează să o bei - cu abilitatea sa strălucită de a atrage și dizolva murdăria - nu a adunat tot felul de urâturi în călătoria sa prin Pământ și atmosferă? Dacă doriți să fiți sigur, îl puteți trece printr-un filtru de apă.

Foto: Filtru viu: Un sistem clasic de filtrare a apelor uzate prezentat într-un brevet din 1901 de către Cleophas Monjeau din Middletown, Ohio. Apa murdară picură din rezervor în partea de sus (albastră), trece prin vegetație (probabil un pat de stuf), care elimină substanțele nutritive, materia organică, unele tipuri de poluare și unele bacterii, înainte de a se scurge prin nisip, cărbune și pietriș filtre. Apa mai curată este colectată pentru reutilizare într-un alt rezervor din partea de jos. Paturile de stuf sunt încă utilizate pe scară largă în purificarea apelor uzate până în prezent, inclusiv în sistemele de curățare a scurgerilor de pe autostrăzi. Lucrare din brevetul SUA 681.884: Purificarea apei de Cleophas Monjeau, emisă pe 3 septembrie 1901, prin amabilitatea Biroului de brevete și mărci al SUA.

Filtrare fizică și chimică

Filtrele de apă folosesc două tehnici diferite pentru a îndepărta murdăria. Filtrarea fizică înseamnă strecurarea apei pentru a elimina impuritățile mai mari. Cu alte cuvinte, un filtru fizic este o sită glorificată - poate o bucată de tifon subțire sau o membrană textilă foarte fină. (Dacă aveți un ceainic electric, probabil că aveți un filtru de acest fel încorporat în gura de scurgere pentru a îndepărta particulele de calcar.) O altă metodă de filtrare, filtrarea chimică, implică trecerea apei printr-un material activ care îndepărtează chimic impuritățile pe măsură ce trec prin ele.

Foto: Filtrare fizică: Un filtru NanoCeram Nanoalumina este un filtru fizic realizat dintr-o ceramică pe bază de alumină. Are fibre la scară nanomurală - suficient de mici pentru a elimina 99,99999% din viruși și bacterii din apa sau aerul poluat. Fotografie de Warren Gretz, prin amabilitatea Departamentului SUA pentru Energie/Laboratorul Național de Energie Regenerabilă (DOE/NREL).

Patru tipuri de filtre de apă

Există patru tipuri principale de filtrare și utilizează un amestec de tehnici fizice și chimice.

Cărbune activ

Foto: O stație de tratare a apei filtrează apa pentru reutilizare trecând apa murdară din case și fabrici prin paturi de cărbune și nisip. Este ca o versiune gigantică a filtrului din lucrările noastre de mai sus, deși nu există pat de stuf în acest sistem.

Cele mai obișnuite filtre de apă de uz casnic folosesc ceea ce sunt cunoscute sub numele de granule de cărbune activ (uneori numite cărbune activ sau AC) pe bază de cărbune (o formă foarte poroasă de carbon, obținută prin arderea a ceva ca lemnul într-un aport redus de oxigen). Cărbunele este ca o încrucișare între „plumbul” de grafit într-un creion și un burete. Are o suprafață internă imensă, plină de colțuri, care atrag și captează impuritățile chimice printr-un proces numit adsorbție (în care lichidele sau gazele sunt prinse de solide sau lichide). Dar, deși cărbunele este excelent pentru îndepărtarea multor impurități obișnuite (inclusiv substanțe chimice pe bază de clor introduse în timpul purificării apelor uzate, a unor pesticide și solvenți industriali), nu poate face față „durității” (calcarului), metalelor grele (cu excepția cazului în care un tip de filtru de cărbune activ), sodiu, nitrați, fluor sau microbi. Principalul dezavantaj al cărbunelui activ este că filtrele se înfundă în cele din urmă cu impurități și trebuie înlocuite. Asta înseamnă că există un cost continuu (și uneori considerabil).

Osmoza inversa

Osmoză inversă înseamnă forțarea apei contaminate printr-o membrană (efectiv, un filtru foarte fin) la presiune, astfel încât apa trece, dar contaminanții rămân în urmă.

O privire mai atentă la osmoza inversă

Dacă ai studiat biologia, probabil ai auzit de osmoză. Când aveți o soluție concentrată separată de o soluție mai puțin concentrată printr-o membrană semipermeabilă (un fel de filtru prin care pot trece unele lucruri, dar altele nu), soluțiile încearcă să se rearanjeze astfel încât să fie ambii la aceeași concentrație.

Stai, este mai simplu decât pare!

Să presupunem că aveți o sticlă de sticlă sigilată plină cu apă foarte zaharoasă și o puneți într-un vas mare de sticlă plin cu apă mai puțin zaharată. Nu se va întâmpla nimic. Dar dacă sticla este de fapt un tip special de plastic poros prin care poate circula apa (dar nu zahărul)? Ce se întâmplă este că apa se deplasează din sudul exterior prin plastic (efectiv, o membrană semipermeabilă) în sticlă până când concentrațiile de zahăr sunt egale. Apa se mișcă de la sine sub ceea ce se numește presiune osmotică .

Aceasta este osmoza, deci ce zici de osmoza inversă? Să presupunem că luați puțină apă contaminată și o forțați printr-o membrană pentru a face apă pură. Efectiv, faceți ca apa să meargă în direcția opusă la care osmoza ar face-o să călătorească în mod normal (nu de la o soluție mai puțin concentrată la o soluție mai concentrată, ca în osmoză, ci de la o soluție mai concentrată la o mai puțin ... soluție concentrată).

Deoarece faceți apa să se deplaseze împotriva înclinației sale naturale, osmoza inversă implică forțarea apei contaminate printr-o membrană sub presiune - și asta înseamnă că trebuie să utilizați energie. Cu alte cuvinte, filtrele cu osmoză inversă trebuie să utilizeze pompe alimentate electric, care costă bani pentru funcționare. La fel ca și cărbunele activat, osmoza inversă este bună la eliminarea unor poluanți (sare, nitrați sau calcar), dar mai puțin eficientă la îndepărtarea altora (bacterii, de exemplu). Un alt dezavantaj este că sistemele de osmoză inversă produc destul de multă apă reziduală - unele risipesc patru sau cinci litri de apă pentru fiecare litru de apă curată pe care o produc.

Iată cum arată în practică o unitate de filtrare cu osmoză inversă, arătată în secțiune. Apa nefiltrată (țeavă albastră) este pompată într-o unitate de purificare (gri) și trece printr-o membrană plastică, semipermeabilă (galbenă) realizată (în acest caz) din acetat de celuloză. Apa curată curge prin conducta roșie; impuritățile se îndepărtează prin conducta verde:

Lucrare: Un tăietură a unui filtru de membrană de osmoză inversă de bază. Lucrări de artă oferite de Biroul SUA pentru Brevete și Mărci din brevetul SUA 3.390.773: Sistem de purificare a apei de către Ulrich Merten. Gulf General Atomic Inc, 2 iulie 1968.

Schimb de ioni

Filtrele cu schimb de ioni sunt deosebit de bune la „înmuierea” apei (îndepărtarea calcarului). Sunt concepute pentru a împărți atomii unei substanțe contaminante pentru a produce ioni (atomi încărcați electric cu prea mulți sau prea puțini electroni). Apoi prind acei ioni și eliberează, în schimb, niște ioni diferiți, mai puțin supărați - cu alte cuvinte, schimbă ioni „răi” cu cei „buni”.

Lucrări de artă: Cum funcționează schimbul de ioni: ionii de magneziu și calciu (portocaliu și roșu) curg în cristalele filtrului de apă (gri), care conțin inițial ioni de sodiu (galben). Ionii de magneziu și calciu devin prinși și ionii de sodiu sunt eliberați în locul lor.

Cum funcționează? Filtrele de schimb ionic sunt realizate din multe perle de zeolit ​​care conțin ioni de sodiu. Apa dură conține compuși de magneziu și calciu și, când o turnați într-un filtru cu schimb de ioni, acești compuși se despart pentru a forma ioni de magneziu și calciu. Margelele filtrante găsesc ionii de magneziu și calciu mai atrăgători decât sodiul, așa că prind ionii de magneziu și calciu care intră și eliberează propriii lor ioni de sodiu pentru a-i înlocui. Fără ionii de magneziu și calciu, apa are un gust mai moale și (pentru mulți oameni) mai plăcut. Cu toate acestea, sodiul este pur și simplu o formă diferită de contaminant, deci nu puteți descrie produsul final al filtrării cu schimb de ioni drept „apă pură” (sodiul adăugat poate fi chiar problematic pentru persoanele care au diete cu conținut scăzut de sodiu). Un alt dezavantaj al filtrării cu schimb de ioni este că trebuie să reîncărcați periodic filtrele cu mai mulți ioni de sodiu, de obicei prin adăugarea unui tip special de sare. (Acesta este motivul pentru care trebuie să adăugați „sare” la mașinile de spălat vase, din când în când: sarea reîncarcă balsamul de apă al mașinii de spălat vase și ajută la prevenirea acumulării treptate a calcarului care poate deteriora mașina.)

Distilare

Lucrări de artă: Distilarea implică încălzirea apei pentru a distruge contaminanții și a separa impuritățile. Apa fierbe la 100 ° C (212 ° F), astfel încât aburul captat exact la această temperatură ar trebui, teoretic, să nu conțină decât apă. În practică, nu este chiar atât de ușor!

Una dintre cele mai simple modalități de purificare a apei este de a o fierbe, dar, deși căldura ucide multe bacterii diferite, nu elimină substanțele chimice, calcarul și alți contaminanți. Distilarea merge cu un pas mai departe decât fierberea obișnuită: fierbeți apă pentru a face abur, apoi capturați aburul și îl condensați (răciți) înapoi în apă într-un recipient separat. Deoarece apa fierbe la o temperatură mai scăzută decât unii dintre contaminanții pe care îi conține (cum ar fi metalele grele toxice), acestea rămân în urmă pe măsură ce aburul se separă și fierbe. Din păcate, însă, unii contaminanți (inclusiv compuși organici volatili sau COV) fierb la o temperatură mai mică decât apa și asta înseamnă că se evaporă cu aburul și nu sunt îndepărtați prin procesul de distilare.

Concluzie

Puteți vedea că diferite tipuri de filtrare elimină poluanți diferiți - dar nu există o singură tehnică care să elimine toți contaminanții din apă. De aceea, multe sisteme de filtrare a apei la domiciliu folosesc două sau mai multe dintre aceste procese împreună. Dacă sunteți în căutarea unui filtru de apă acasă, călcați cu atenție. Rețineți că nu veți elimina neapărat toate urâtele. Amintiți-vă, de asemenea, că majoritatea filtrelor de apă necesită un fel de cost continuu și, fără o întreținere regulată pentru a le menține funcționarea corectă, vă pot lăsa apa într-o formă mai proastă decât era pentru început!

Ar trebui să nu mai bem apă îmbuteliată?

Mulți oameni cumpără filtre de apă sau apă îmbuteliată într-o credință adesea greșită că toată apa de la robinet este murdară sau dăunătoare pentru băut. De fapt, după cum arată Agenția pentru Protecția Mediului (EPA), aproximativ 92% din sistemele de apă comunitare din SUA au îndeplinit „toate standardele aplicabile de apă potabilă bazate pe sănătate” în 2018 (în creștere față de 85% în 2005). În Anglia și Țara Galilor, pentru anul 2020, Inspectoratul pentru Apă Potabilă a raportat că 99,96% din apa potabilă îndeplinea standardele naționale și europene (implicând aproximativ 40 de măsurători diferite ale calității). Aceste cifre sunt destul de remarcabile, atunci când ne gândim cât de murdare facem apă și unele dintre lucrurile (cum ar fi pesticidele și uleiul de mașini) pe care oamenii le aruncă în canalele de scurgere. Chiar și așa, calitatea ridicată a majorității apei potabile nu îi împiedică pe oameni să cheltuiască anual aproximativ 280 de miliarde de dolari în întreaga lume, cumpărând apă îmbuteliată care este de câteva mii de ori mai scumpă decât apa de la robinet.

Unul dintre motivele pentru această deconectare este acoperirea mediatică de profil înalt (și complet justificată) a calității apei excepțional de slabe - și chiar periculoase - pe care unii oameni o experimentează cu adevărat. Dacă doar 8% din populația SUA are sisteme de apă care nu respectă standardele, vorbim despre 2-3 milioane de oameni. Dar adevărata imagine ar putea fi mult mai rea. Nu este greu să găsești exemple de calitate a apei potabile periculoase. Un raport din 2017 al Grupului de lucru pentru mediu și Universitatea Northeastern a susținut că aproximativ 15 milioane de americani ar putea fi expuși riscului anumitor substanțe chimice toxice. Aceasta este o mare îngrijorare, dar încă nu înseamnă că răspunsul este ca toată lumea să bea apă îmbuteliată în schimb. Răspunsul este să reducem poluarea apei și să ne curățăm apa de la robinet cu o filtrare mai eficientă.

Cheltuim miliarde pe apă de luat masa, dar costul nu este singurul dezavantaj. Majoritatea vine în sticle de plastic de unică folosință, greu de reciclat. Aruncate în gropile de gunoi, spălate în râuri, aruncate pe plaje, arse în incineratoare - sticlele de plastic se adaugă la poluarea care reduce calitatea alimentării naturale cu apă a Pământului. Cât de ironic: cumpărând apă îmbuteliată „curată” pentru a ne menține sănătoși, contribuim la transformarea Pământului într-un loc murdar și la înrăutățirea lucrurilor în general.

De ce să nu încălcăm obiceiul de a cumpăra apă îmbuteliată? Puteți reutiliza anumite tipuri de sticle de plastic de unică folosință, cu condiția să le spălați bine și să le uscați la aer, dar este mai sigur să vă cumpărați o sticlă igienică reutilizabilă din plastic sau apă din aluminiu și să o umpleți de la robinet. Faceți acest lucru de doar 10-20 de ori și sticla dvs. va plăti în curând pentru sine.

Cel mai bun dintre toate, dați banii pe care îi economisiți cu apă îmbuteliată către WaterAid și ajutați unii dintre oamenii cărora le lipsește cu adevărat apă curată în țările în curs de dezvoltare. Să ne socotim norocoși că nu trebuie să bem apă direct dintr-un râu murdar, așa cum o fac încă mulți oameni. Ca o parte interesantă, vă amintiți că cheltuim 280 de miliarde de dolari pe an pe apă îmbuteliată? Să punem asta în context. Unul dintre obiectivele de dezvoltare ale mileniului ale ONU a fost „să înjumătățească până în 2015 proporția persoanelor care nu au acces durabil la apă potabilă sigură și canalizare de bază”; în 2012, Banca Mondială a estimat că costul anual de realizare a acestuia ar fi de 184 miliarde de dolari.