Цеолитовый фильтр для очистки воды

Минерал цеолит – это общее название довольно обширной группы минеральных соединений, которые состоят из частиц горных пород и давно застывшей вулканической лавы. Также сюда входят и синтетические материалы, созданные искусственным путём.

Структурное строение любого цеолита – это трёхмерная решётка. В ней содержатся соединённые взаимно атомы кислорода, а также тетраэдрические группы оксидов кремния и алюминия, которые имеют общие вершины в трёхмерном каркасе. Последний пронизывается каналами (окошками) и полостями (пустыми пространствами), которые по размеру составляют всего от 2-13 до 15 ангстремов (специальная единица измерения, равная 10 ^-10 м).

Каркасно-полостная структура рассматриваемых минералов является открытой и обладает отрицательным зарядом. Последний может компенсироваться по механизму ионного обмена катионами различных веществ, например, аммония, металлов, а также нейтрализоваться водными молекулами.

Цеолиты природного происхождения

Процесс формирования природных цеолитов очень длительный, занимает тысячи и даже миллионы лет. В нём участвуют естественные природные и атмосферные объекты и явления: океанические воды, ветры, пары и газы. В результате такого комплексного воздействия частицы горных пород, пепла и лавы вулканов меняются физически и химически, обретают кристаллическую решётчатую структуру.

В основе состава – алюмосиликаты щелочноземельных и щелочных металлов. Это могут быть кальций (Ca), марганец (Mn), магний (Mg), калий (K), натрий (Na), барий (Ba), стронций (Sr). По происхождению минералы делятся на два вида. Первый – осадочные, а второй – вулканические.

Открыты природные цеолиты были в восемнадцатом веке. Их количество составляет почти четыре десятка, но самыми распространёнными в месторождениях являются десмин, шабазит, нитролит, морденит, гейландит, а также клиноптилолит. И именно последний применяется в качестве фильтрующего материала наиболее часто. Цеолиты друг от друга отличаются набухаемостью, величинами пор, измельчаемостью, ионообменной ёмкостью, истираемостью. И от таких характеристик зависят сферы применения, а также достигаемые условия водоподготовки.

У всех минералов, появившихся в природе, пористое строение с заполненными водой адсорбционными полостями. Между собой эти свободные маленькие пространства соединяются окнами-входами, которые способны пропускать исключительно молекулы определённых размеров. И такие величины характеризуют критическое значение диаметра частицы, подвергаемой захвату.

Факт! Добываемые в природе цеолиты имеют форму мелких зёрен или крошки с фракцией от 0,5 мм до 1 см. Поверхность обычно с лёгким блеском стекла или перламутра.

Синтетические цеолитные материалы

Цеолиты с искусственным происхождением люди стали применять лишь с середины двадцатого прошлого столетия. Производители изготавливают их специальным способом. Смесь, состоящую из алюмината и силиката натрия, подвергают процессу кристаллизации, протекающему при температурных значениях, увеличенных до 100 градусов Цельсия. Далее осуществляют добавление к образовавшимся кристаллам порядка 20% керамики или глины. В результате получаются цилиндрические или сферические гранулы.

Цеолиты искусственного происхождения имеют свойства, идентичные природным материалам: сорбционные, каталитические, молекулярно-ситовые, ионообменные, селективные. Но по характеристикам и поведению в растворах они более стабильны, предсказуемы, поэтому эффективность, как правило, выше, а проблем меньше.

В строении могут присутствовать молекулярные сита двух разновидностей. Первая – усечённый октаэдр, состоящий из алюминия, кислорода, кремния. Также в структуре присутствуют и другие составляющие: натрий, кальций, калий. Из октаэдров формируется полый куб. Его шесть граней проницаемы. И в одном кристалле сотни, а иногда тысячи подобных элементов. Поры имеют величины от 30-35 нм до 50. Второй вид сита похож на первый, но его части друг с другом связываются гранями правильных шестиугольников. При этом поры больше – до 120-130 нм.

Цеолит для воды имеет следующие свойства, которые используются для фильтрации:

• Адсорбция. Это обусловленный особой структурой процесс поглощения из жидкостей и газов определённых веществ. Но цеолит не только поглощает их, но и при определённых условиях выделяет, отдаёт.
• Каталитическая активность. Это способность запускать, а также ускорять протекание химических реакций в жидкой среде.
• Катионный обмен. Цеолиты содержат частицы, обладающие отрицательным зарядом. Они замещают, обменивают ионы, заряженные положительно. Таким образом, цеолитовые материалы меняют состав жидкостей, при этом сохраняя свою структуру. Ионообменная ёмкость по мере очистки сокращается, но возможно восстановление свойств, например, с помощью солевых растворов.
• Молекулярное сито. За счёт определённых величин окошек цеолиты имеют возможность разделять смеси, отделять друг от друга вещества, размеры молекул которых отличаются.
• Селективность. Цеолиты захватывают и связывают химические элементы, а также меняют ионы избирательно, то есть не все подряд, а лишь определённые. Селективность зависит от вида минерала, его структуры, других условий.

Полезная информация! Перечисленные свойства находятся под влиянием разных факторов: температуры окружающей среды, природы и вида минерала, его величины в гидратированном (наполненном водой) и дегидратированном (обезвоженном) состоянии, содержания катионов, особенностей замещаемых анионов, характеристик растворителя (например, обычная водная, газовая или органическая среда).

Чем цеолит лучше других сорбентов, например, активированного угля или кварцевого песка? Такой фильтрующий материал обладает несколькими плюсами:

• Широкая сфера применения. Цеолиты подходят для очистки воды, прочих жидкостей, газов и органических сред. Они используются в разных отраслях, например, химической, фармацевтической, пищевой, нефтяной, металлургической, энергетической промышленности, в сельском хозяйстве, в быту, медицине, строительстве, в выращивании животных в аквариумах.
• Возможность использования в качестве катализатора, сорбента, ионообменного материала, молекулярного сита.
• Удаление разнообразных загрязнений, включая вредные примеси, вызывающие болезни. Очистка эффективна и улучшает состав воды.
• Невысокая цена материалов: биологически активных добавок, наполнителей для аквариумных фильтров, а также загрузок для водоочистного оборудования.
• Цеолит для очистки воды – практически полностью безопасный минерал для живых существ в аквариумах: рыбок, моллюсков, растений. И всё же, если неверно определить количество, можно спровоцировать гибель аквариумных обитателей.
• Термостойкость. Материал выдерживает повышенные температуры, поэтому хорошо работает даже в горячей воде.
• Устойчивость к агрессивным средам: щелочным, кислотным, с высокими концентрациями химикатов и прочим.
• Избирательность. Минералы адсорбируют, демонстрируют каталитическую активность и заменяют ионы селективно, что позволяет удалять лишь некоторые примеси, а не все компоненты.
• Оптимальный расход используемых для очистки цеолитов. Он зависит от степени загрязнённости воды, структуры и природы минерала, области использования (аквариум, подготовка питьевой воды).
• Долгий срок службы. Нет необходимости заменять цеолит в аквариуме или водоочистном фильтре каждую неделю. При водоподготовке в быту достаточно обновлять загрузку раз в полгода. А в аквариуме засыпка заменяется раз в три или четыре месяца. Кроме того, в некоторых фильтрах возможны промывки цеолита для очищения его пор от загрязнений. Возможны и регенерации – насыщения ионами для восстановления ионообменных свойств.
• Большой выбор цеолитов. Легко найти вариант для конкретных целей: создания оптимальной среды обитания рыбок или растений в аквариуме, предварительной водоподготовки или финишной фильтрации.
• Нормальная производительность фильтров, относительно небольшое время процессов. В среднем скорость очистки воды с помощью цеолитов составляет от 7-8 до 10 метров в час. К сравнению: кварц с фильтрацией справляется медленнее, его скорость не превышает 7 м/ч.
• Компактность цеолитовых фильтров. Они занимают мало места в аквариуме или под раковиной, мойкой.

Минусов у цеолитов немного:

• Цеолит для воды в аквариумах можно использовать не во всех случаях. Его целесообразно применять при наличии аммония, аммиака, органических взвесей, остатков применявшихся для лечения рыб антибактериальных или других препаратов.
• Ограниченность селективности величинами окон и полостей, а также составом минерала. Из-за этого цеолит для воды может заменять лишь отдельные ионы, а также поглощать не все загрязнения.

Цеолит для воды применяется:

• Для очищения организма человека. Цеолит – сорбент, который выпускается в виде БАД в разных формах: гранулах, капсулах, порошках, таблетках. Дозировки указываются в инструкциях.
• В аквариумистике. Цеолит для воды в аквариуме можно применять для очищения и повышения качества воды в аквариумах, для нормализации и стабилизации уровня кислотности среды, для создания лучших условий обитания растений и животных, для стимуляции роста полезных водорослей и предотвращения активного размножения нежелательных, для придания пористости грунту и насыщения его кислородом. Минерал аквариумисты могут использовать разными способами: добавлять в субстрат, периодически вводить в небольших объёмах в корм для аквариумных рыбок (а также креветок, улиток, прочих обитателей), засыпать в фильтр.
• Для обработки сточных вод. Цеолиты хорошо очищают стоки. Особенно часто эти минералы применяются в Японии, где их тысячами тонн сбрасывают в водоёмы, в зоны нереста рыб.
• Для питьевой водоподготовки. Цеолиты применяются в качестве загрузок для бытовых фильтров: сорбционных картриджных, ионообменных, а также в комплексных многоступенчатых системах. Минералы подходят для разных источников водоснабжения: колодцев, централизованных водопроводов, скважин. Цеолит может быть как самостоятельным и единственным фильтрующим материалом, так и являться ступенью комплексной системы (уровнем предочистки или постфильтрации).
• В растениеводстве: для комплексного ухода, активации роста, ускорения образования завязей и бутонов. Цеолит можно использовать в качестве минерального безопасного и активно действующего удобрения для подкормки корней растений, для насыщения и обогащения почвы, для улучшения свойств грунтов.
• В промышленности. Цеолит для воды используют на различных предприятиях, в которых жидкости применяются в качестве теплоносителей, для производственных процессов, для промывки оборудования или сырья.

Цеолитовый фильтр для воды способен справляться с различными загрязнениями: механическими, биологическими, химическими. Минерал эффективно и зачастую быстрее других устройств удаляет взвеси, мельчайшие частицы.

Цеолит подходит для очистки воды от:

• микроорганизмов, в том числе патогенных: бактерий, грибков, вирусов;
• продуктов нефтепереработки;
• фторидов;
• аммиака;
• хлоридов;
• фенола;
• металлов, включая тяжёлые: цинка, железа, меди, кадмия, свинца, алюминия;
• органики, например, фрагментов разложившихся растений;
• нитратов;
• солей жёсткости;
• аминов;
• пестицидов;
• масел;
• фосфатов;
• токсинов;
• радиоактивных соединений;
• аммония;
• разных азотистых соединений, включая нитриты.

Учёные в специализированных лабораториях проводили опыты для оценки эффективности цеолитов, применяемых в очистке. По итогам испытаний исследователи выявили уменьшения остаточных количеств для разных соединений и элементов:

• алюминия – до 40-44%;
• меди – до 75-80%;
• свинца – до 90-94%;
• фенола – до 80-83%;
• цинка – до 27%;
• хрома – до 70-76%;
• железа – до 83-85%;
• кадмия – до 38-40%;
• бактерий – до 90-96%.

Интересно знать! Также цеолит нормализует значения pH.

Чем можно заменить цеолит для воды, используемый для её очистки? Есть разные фильтры и системы, которые тоже эффективно удаляют загрязнения. К ним относятся:

• Механические фильтры. Они бывают дисковыми, сетчатыми, мешочными, картриджными. Поставить фильтр можно как под мойку, так и на всю магистраль. Но такие приспособления убирают лишь механические загрязнения, к примеру, фрагменты песка, глины.
• 
  Сорбционные. В качестве сорбентов применяют активированный уголь (гранулированный или прессованный, кокосовый или древесный), алюмосиликаты, кварц.
• 
  Обратный осмос. Такие фильтры также называют мембранными, так как главным элементом, обеспечивающим очистку воды, в них является специальная мембрана. Через её полупроницаемую, мелкопористую структуру могут проходить только молекулы H2O, а до 98% различных примесей задерживается и идёт в дренаж.
• 
  Ионообменные технологии с применением специализированных смол – ионитов. Это гранулированные материалы, которые в водной среде замещают частицы магния, кальция. Ионный обмен специалисты рекомендуют для нормализации жёсткости, удаления сероводорода.
• 
  Многоступенчатые системы. В них предусмотрено несколько уровней, к примеру, механическая префильтрация, модуль ионного обмена, финишная посточистка.

Цеолит для воды – проверенный способ очистки воды в аквариумах с рыбками. Но также цеолитовые фильтры применяются для водоподготовки в других сферах. Они имеют оптимальную стоимость, достаточно эффективны.

Для качественной обработки воды лучше сделать её анализ, поскольку только так можно установить причины снижения качества. На нашем сайте вы сможете найти подходящий вариант очистки, в том числе готовое рабочее решение.