Инструкция по сборке в домашних условиях функционального адсорбционного  фильтра для воды и описание широко доступных в магазинах материалов,  которые можно использовать в качестве фильтрующих загрузок. 

<...>я кризисный хим. разработчик, менеджеры же всякие кризисные есть, директора кризисные есть, почему не может быть "кризисный химик"? <...>
                                                                                                    из FB-обсуждений

Приветствую всех своих patreon-подписчиков. Сегодня с вами снова "кризисный химик" и мы говорим про воду.  Статья на  Patreon, а не на привычном уже habr.com, потому что проблема, которую необходимо решить локальна, и место ее локализации - водопроводная сеть города-героя Минска.

Еще позавчера в Минске можно было без опаски пить воду из под крана. Вчера - потянулись очереди к цистернам с питьевой водой на улицах, как в зоне стихийного бедствия или какой-то африканской стране, а сегодня - все внезапно забегали с канистрами и готовятся к худшему. А вода, вода в кране начала издавать невыносимый странный запах, мне он напоминает запах, который был в комнате у покойной моей бабушки, в конце ее жизни, когда она болела. Смесь из "стариковского запаха" и "вони медикаментов". Что и откуда попало в прекрасную минскую воду (а в моем районе вода всегда была артезианской, скважинной) - я не знаю. Но это сейчас и не важно, важнее "что делать?", а не "кто виноват?". Хотя  конечно нет ничего хуже чем отсутствие информации и вот уже обыватель двухмиллионного города варится в котле обрывочных фраз и слухов. Что там на самом деле? В систему водоснабжения попали стоки с фармпредприятий, а может это ядохимикаты с колхозных хранилищ, а вдруг на  станции водоочистки переборщили с дезинфектантами ? Не ясно, что произошло и не понятно, к чему готовится. 

Есть прекрасная фраза "готов ко всему тот, кто не ждет ничего". Так и в ситуации с водоснабжением Минска нет смысла искать ответ на вопрос и погружаться в новости...новости...новости, бесконечные новости. Стоит просто сходить в хозяйственный магазин, да доверится своим рукам и голове, а не писакам из телеграм-каналов.

Я писал в нескольких своих заметках на facebook (ать, два) и даже не статье здесь же, на Patreon (которую не смогли прочесть те, кто на меня не подписан) - наиболее широким спектром водоочистного действия будет обладать комбинация из активированного угля и цеолитов. Системы обратного осмоса, дистилляторы и т.д. и т.п. я попросту не рассматриваю, потому что дорого и потому что не доступно рядовому читателю. Особенно после того, как все повально бросились скупать все подходящие (и даже НЕ подходящие) фильтры и системы очистки воды. Логично, что резко возник дефицит фильтров, дефицит воды в кегах, дефицит канистр...Кто-то даже "побежал в пригород". Но у всех разные возможности, не все имеют личный транспорт, или даже возможность закупить про запас десятки литров питьевой воды. Да и бежать постоянно невозможно, рано или поздно придется остановиться и встретиться с врагом лицом к лицу. И вот здесь как раз-таки моя статья может пригодиться.

 Za zakupy

В это трудно поверить. Но надо признаться, что в плане фильтрации воды  можно реализовать все малой кровью (продавцы фильтров ОЧЕНЬ преувеличивают собственную важность, ну прям вот очень-очень). Традиционно, я решил проверить свои догадки, и отправился в ближайший строительный магазин. В магазине я прикупил фильтрующих коробок от респиратора Исток-400:

Коробки в дальнейшем мне послужат источником активированного угля. Хотя, теоретически, никто не мешает купить какие-нибудь сменные фильтры для "водяных кувшинов" или т.п. Правда такие фильтры, как правило герметично закрыты, и чтобы извлечь из них уголь - придется потрудится.

Помимо угля, мне понадобился и цеолит, и/или какой-нибудь другой природный алюмосиликат, обладающий хорошей сорбционной активностью. Глины, кстати, прекрасно с этой задачей справляются (особенно сапониты, о которых я писал в своей статье “Лісова пісня” или Не глиной единой…)

Выбор цеолитов в магазинах не особо широк, в Минске 99% представленных цеолитов - это цеолиты Хотынецкого месторождения (Орловская область, РФ). Цеолиты Хотынецкого месторождения характеризуются следующим средним минеральным составом: клиноптилолит - 37,5%, кварц - 22,0, монтмориллонит - 8-10,0, кристобалит - 15,0-18,0, гидрослюда - 11,0, кальцит - 3,0, минералы группы полевых шпатов - 0,5%. Удельный вес цеолитового туфа 2,49 г/см 3, объёмный вес 0,99 г/см 3 , пористость 61,1%. Хотынецкий цеолит (клиноптилолит) наиболее близок по своим свойствам к природному цеолиту Шивыртуйского месторождения (Читинская область, РФ). Жирным начертанием шрифта я выделил те минералы, которые играют ключевую роль в процессе очистки воды.

В продаже цеолит встречается либо как дренаж для растений, либо как грунт (для орхидей и т.п.):

Есть даже целые наборы для выращивания растений, которые вполне могут пригодится для сборки собственного "кастомного" фильтра для воды. Например я увидел вот такие интересные вещи:

Все здесь есть, даже затесалось непонятно зачем в компанию к минералам и кокосовое волокно. Волокно, как волокно, его можно использовать для получения специфичного активированного угля, но об этом я как-нибудь своим подписчикам на Patreon расскажу отдельно. Пока же - положил для того, чтобы "сохранить композицию" на фото :) 

Основные "действующие лица" - это природные минералы, обладающие адсорбционными и ионообменными свойствами - цеолит природный, диатомит природный (а это, по сути, аморфный оксид кремния с достаточно высокой удельной поверхностью, тот самый аптечный "белый уголь", он же обычный силикагель). 

Так как мое основная область научных интересов - это адсорбенты и катализаторы на основе силикагеля, то к диатомиту я испытываю некоторый пиетет. Кстати, стоит отметить, что если допустить что в воде есть нефтепродукты (а такие предположения звучали даже из официальных источников), то диатомит, и, в принципе, другой активный аморфный SiO2 с развитой поверхностью будет гораздо лучше очищать воду от этого загрязнителя, чем активированный уголь. Почему - читайте подробнее в моей авторской монографии:

Электронного варианта нет, пока действует авторское соглашение с  издательством, так что здесь могу только посоветовать искать в магазинах  (в Москве точно есть).

Помимо минералов, я купил несколько канализационных труб диаметром 110 мм - они пойдут на корпус для фильтра:

И т.н. "сальник", фурнитура, которая используется для ввода проводов в различные монтажные коробки, обеспечивает герметичность ввода. 

Я эти штуки использую для того, чтобы подключать к ним тонкие "аквариумные" трубки для подвода воды. Такие трубки используются в т.ч. в заводских системах фильтрации. Называются они " трубка соединительная полиэтиленовая Ø 6 мм для фитингов типа «John Guest» 1/4". На картинке эта трубка синего цвета, и она прекрасно фиксируется "сальником" диаметром 5-6 мм, пять штук которого (на фото) стоит меньше доллара.

И последним штрихом в моей покупательской корзине стала обычная противомоскитная пластиковая сетка:

Теперь осталось все это донести до мастерской и собрать. Спешно или не спешно - зависит от района г. Минска, в котором приходится пить воду. Мне, к счастью, можно было неспешно.

Сборка и монтаж

Для начала я просверлил отверстия в заглушках для пластиковых труб и закрепил в этих отверстиях сальники. Вещь первостепенной важности, так как  именно через эти сальники к фильтру будет подводится загрязненная вода, и будет отводится вода очищенная. Так вот оно выглядит в "сыром" виде:

А так вот, в виде "приготовленном":

Для разделения адсорбентов внутри фильтра я решил использовать "проставки" из нескольких слоев антимоскитной сетки. В качестве ребра жесткости использовалось кольцо из обычного алюминиевого провода сечением 2,5 мм. Первым делом я нарезал из сетки кругов подходящего диаметра (в моем случае это 105 мм +/- небольшая подрезка):

А потом эти круги приклеил с помощью термоклеевого пистолета к оправке из алюминиевого провода (длина провода ~ 322 мм +/- небольшая подрезка). Провод натягивает сетку и дает некоторую упругость, за счет которой проставка держится внутри трубы.

Таких колец нужно сделать столько, сколько фильтрующий материалов вы планируете использовать в своем фильтре. Засыпка из материала должна быть ограничена с двух сторон сетками. В моем случае понадобилось 4 кольца из сетки. 

Дополнительно, для задерживания мелких частиц адсорбентов, которые будут попадать в воду за счет уноса, можно использовать такое же проставочное кольцо, но уже из более плотного материала, например войлока. У меня был в наличии какой-то волокнистый войлокоподобный материал, который я так же приварил термоклеем к проволочной оправке:

На фото слева направо - волокнистый материал на оправке из алюминиевого провода, материал без оправки, круг из антимоскитной стеки на проволочной оправе.

Так вот выглядит сетка внутри трубы:

А так вот выглядит установленный "фильтр тонкой очистки" из волокнистого материала:

И вместе, сеточный фильтр поверх волоконного (рядом - запасной) :

После того, как все проставочные кольца готовы, можно засыпать в фильтр наши адсорбенты. Порядок засыпки роли не играет, так как я решил использовать для каждого из адсорбентов отдельную муфту (это такой конструкционный элемент, предназначенный для соединения двух кусков полипропиленовой трубы). Связано такое решение с тем, что таким образом можно не разбирая всю конструкцию наращивать "мощность" фильтра добавляя нужные дополнительные компоненты.

Сначала устанавливаем в муфту сетку, затем насыпаем наш адсорбент:

Сверху укладываем и фиксируем сеточную проставку:

Ремарка для сомневающихся: в том, что вот прям можно так вот взять какой-то минерал и использовать его для подготовки питьевой воды. А вдруг там "тяжелые металлы/радионуклиды/_вписать_самое _страшное_. Природные минералы и материалы на их основе активно используются в процессах очистки воды. Притом используются чаще, чем материалы синтетические (=потому что природное дешевле). Я думаю многие бы удивились, узнав, что всякие там катализаторы обезжелезивания и т.п. сделаны из того же самого доломита (прям из одного карьера), которым зимой посыпали улицы. Так что чем грубее материал и неприметнее упаковка, чем менее он "нанотехнологичный", тем больше вероятность того, что он будет а)работать как надо и б)будет безопасным. 

Возвращаемся к нашим адсорбционным загрузкам. Такую же процедуру, которая была проведена с цеолитом, проводим и для активированного угля. Вот так выглядит российский активированный уголь из сменных патронов к респираторам Исток-400:

Кстати, мне пришлось разобрать немало этих "фильтр комбинированный A1B1P1". В каждом из них находится порядка 50 гр активированного угля. 

Для моего фильтра пошло 8 штук. К чести отечественного производителя фильтропатроны разбираются очень легко. Возможно это сделано для простоты замены отработанного активированного угля. Кстати, никто не мешает купить мешок готового активированного угля, который продают фирмы, торгующие расходными материалами для водоочистки. Или разобрать какой-нибудь сменный фильтр для домашней системы фильтрации (такие сменные элементы имеются для кувшинных фильтров типа "Барьер"). Неплохим "донором" активированного угля может быть сменный картридж для домашней системы фильтрации  (тип FCCA 10 SL) от компании Aquafilter за 9.69 BYN (или 4,07$). За эти деньги получаем грамм 700 активированного угля в легко разборном картридже. Правда не знаю есть ли такие фильтры где-то еще кроме Минске, компанию сложно назвать "у всех на слуху".

В любом случае всегда нужно смотреть что дешевле и доступнее (=есть в наличии). Уголь в 99% случаев везде абсолютно одинаковый, читай "из одного мешка", как бы там маркетологи не расхваливали конкретную продукцию.

После того, как адсорбенты в своих модулях упакованы и готовы к работе, нужно просто модули друг с другом соединить. Хитростей здесь особых нет, благо пластиковые трубы прекрасно соединяются друг с другом:

Кстати, отмечу, что для адсорбционного фильтра можно использовать любую подходящую емкость (хоть пластиковое ведро) лишь бы внутренний объем этой емкости обеспечивал достаточный контакт воды с адсорбентом и давал нужную производительность фильтрации. Фильтрующие засыпки можно не отделять друг от друга сеточными решетками, но. Но тогда не будет возможности "на лету" добавлять в систему дополнительные модули (например, другой адсорбент) и не получится регенерировать (=промыть/прокалить) один из адсорбентов, не трогая другой. Модульная конструкция имеет свои преимущества. Из недостатков - необходимость потратить время и силы на сборку. У меня ушло около часа на монтаж.

На этом статическая часть моего повествования закончена. Для подписчиков на Patreon будет продолжение. Пользуясь случаем, кстати, выражаю им огромную благодарность за поддержку.

Как видно, в процессе сборки простейшего фильтра особых сложностей нет. И ко всему прочему такой фильтр, в отличие от фильтров заводских дает возможность импровизировать. Я, к примеру, уже подготовил себе дополнительную модификацию, с использованием минерала вермикулита, который благодаря своей слоистой структуре обладает интересными сорбционными свойствами:

Дело застопорилось потому что у меня не было лишней муфты, для того, чтобы собрать отдельный модуль. Но в ближайшее время я начатое дело завершу :)

Предварительный вывод: самодельный фильтр полностью убирает запах из "отравленной минской воды", по вкусу вода после фильтра ничем не отличается от бутилированной. Литр воды проходит через фильтр за десятки секунд (если нужно - могу засечь точнее) в безнапорном режиме (т.е. я просто заливал в фильтр тестовую воду из бутылки). По мере появления воды из разных районов - буду статью дополнять. Мало ли вдруг окажется  что есть "медикаментозная вонь" с которой мой агрегат не сможет справится (прим. - но я в этом сомневаюсь). Когда грязная вода появится в имеющемся у меня в наличии трубопроводе - безнапорный фильтр станет напорным и я смогу подвести воду к установленным в заглушками сальникам. Пока же при испытании они выполняли скорее декоративную функцию, для того, чтобы начать фильтровать воду приходилось снимать верхнюю "входную" заглушку.

Как определить когда фильтр перестал работать? Зависеть этот параметр будет и от количества проходящей через корпус воды, и от объема используемых загрузок. В простейшем случае, фильтр перестал работать, если у воды опять появился  неприятный привкус/запах/цвет. Это сигнал к тому, что пора разобрать корпус и поменять адсорбенты на свежие (а старые - регенерировать).

Обращение к "канистроводам"

К которым я тоже отношусь. Скажу честно, пока "...и третья часть вод сделалась полынью, и многие из людей умерли от вод, потому что они стали горьки..." я успел набрать несколько емкостей, в том числе свои гермомешки. Все равно, какие сейчас водные походы, в пандемию то. Так вот, запас воды есть. Но стоит учитывать, что температура на улице под 30 градусов, и рано или поздно в воде начнут появляться микроорганизмы. Т.е. мы вплотную приближаемся к ситуации в какой-нибудь африканской стране (=и многие поймут, почему никакое пиво, никакое виски, даже самое дорогостоящее, не заменит эту простую, прохладную, бесцветную жидкость без вкуса и запаха, самую дорогую жидкость на Земле). А для обеззараживания воды в условиях ЧС ВОЗ рекомендует использовать либо гипохлорит натрия (см. мою статью, там указано как и что), или же дихлоризоцианурат натрия, он же ДХЦК. Кстати, я лично ДХЦК активно использую в своих спортивнотуристских похождениях, да и вообще часто в поездки беру с собой пару таблеток. Признаюсь честно, таблетки беру у проверенных людей, и абсолютно без ложной скромности сделаю им рекламу, ведь именно их продукт я проверял рентгенофазовым анализом и ИК-спектроскопией, что мне ГОСТы и сертификаты местных магазинов. В общем, я таблетки ДХЦК берут только здесь! 

Преимущество таблеток в том, что они, в отличие от раствора гипохлорита ("Белизна") не разлагаются со временем, и готовы к использованию  сразу же как потребуются. И кроме того, из-за своей структуры изоцианураты могут выступать в роли своеобразного аккумулятора активного хлора, расходуя его только на уничтожение микроорганизмов. В противоположность, опять же, "Белизне", которая, знай себе работает вхолостую и разлагается вне зависимости от того, есть что дезинфицировать, или нет чего дезинфицировать. ДХЦК - smart дезинфектант. Must have!

Ремарка про сложную органику

Если допустить, что воду попали какие-то неприятные органические соединения (вроде антибиотиков, или женских половых гормонов, а такое уже имело место быть), то здесь уже одной адсорбцией никак не обойтись. Чаще всего такие вещи в воде стараются окислять, кто-то с помощью перекиси водорода и т.н. катализаторов Фентона (грешен и я, в марте 2020 года закрыл свой проект, где было все, и глины и катализаторы Фентона и окисление вредной органики). А кто-то по-старинке, с помощью озона. С обывательской точки зрения озон выгоднее, потому что катализатор для того, чтобы перекись сработала нужно еще найти. Но и в первом, и во втором случае сложная органика окисляется до низкомолекулярных полупродуктов, которые чем-то нужно из воды удалять. А чем удалять - все теми же углями, цеолитами и глинами. Это им вполне по силам. В ближайшее время постараюсь запустить свой DIY-озонатор и проверить, по силам ли ему "ядовитая вода Минска". Т.е. стать моим подписчиков на Patreon имеет смысл, можно увидеть как хотя бы выглядит трубчатый китайский генератор озона 200 мг/час ;)

Ну вот, теперь уж точно все. Следите за новостями на Patreon и в телеграм-канале LAB-66. На связи!

p.s. подбирается "волна", подбирается и выдавливает прям из города :(

p.p.s. чем больше я читаю официальные ответы беларуских "ответственных за..." лиц, тем больше удивляюсь, "почему я еще не министр по ЧС". Под эту же марку передаю пламенный привет тем чиновничкам, которые в свое время зарубили на корню чью-то светлую идею о создании при МЧС РБ "пула гражданских экспертов" для решения таких вот кризисных ситуаций, вроде ситуации с COVID-19, или ситуации "вода Минск". В итоге приходится день за днем выслушивать тоскливый "слово-фарш" из уст некомпетентных людей, которые даже сказать "я - не знаю!" не в силах, и надеяться на то, что в очередной раз "Бог зберажэ беларусаў ..."