Вода из скважин и природных источников имеет ряд растворенных компонентов и взвесей. Чтобы получить жидкость, которую можно использовать в промышленности, для бытовых целей и для питья, ее следует качественно очистить. Современные способы очистки воды очень разнообразны. Они делятся на несколько групп по характеру происходящих процессов. С использованием методов создаются приборы, которые обеспечивают оптимальную очистку. Этот процесс требует комплексного подхода, поэтому применяется сразу несколько подходящих методов.
Рис. 1 Некоторые методы водоочисткиФизические способы основаны на соответствующих физических процессах, воздействующих на воду и присутствующие загрязнения. Обычно такие методы используют для устранения нерастворимых, крупных включений. Иногда они воздействуют и на растворенные вещества и биологические объекты. Основными физическими способами очистки являются кипячение, отстаивание, фильтрование и обработка ультрафиолетом.
Кипячение
В процессе кипячения на воду воздействует высокая температура. В результате такого воздействия устраняются микроорганизмы, некоторые растворенные соли выпадают в осадок, образуя накипь. При длительном кипячении могут распадаться более устойчивые вещества, например, соединения хлора. Метод простой и оптимальный для использования в быту, но очищающий только относительно небольшие объемы воды.
Отстаивание
В этом случае используется воздействие естественной силы тяжести на относительно большие механические включения. Под воздействием собственной тяжести они опускаются на дно емкости, образуя слой осадка. Выполняют отстаивание воды в специальных отстойниках. Эти емкости снабжаются устройствами для сбора и удаления получающегося осадка.
Фильтрование
При прохождении воды материал с порами или другими отверстиями, часть загрязнений задерживается. Остаются на поверхности частицы, которые крупнее пор или ячеек. По степени очищения выделяют фильтрацию грубую и тонкую. При грубой очистке задерживаются только крупные частицы. В процессе тонкой удерживаются включения, размер которых составляет всего несколько микрон.
Рис. 2 Уровни фильтрования
Обработка ультрафиолетом
Использование ультрафиолетового излучения позволяет устранить биологические загрязнения. Свет этого спектра воздействует на основные молекулы, что приводит к гибели микроорганизмов. Стоит учитывать, что обрабатывают ультрафиолетом воду, которая очищена от взвеси, т.е. произведена предварительная . Твердые включения создают тень, которая защищает бактерии от ультрафиолетового света.
Химические методы водоочистки
Химические способы очистки воды основаны на реакциях окисления-восстановления и нейтрализации. В результате взаимодействия специальных реагентов с загрязняющими веществами происходит реакция, итогом которой становится нерастворимый осадок, разложение на газообразные составляющие или появление безвредных компонентов.
Нейтрализация
Применение этого метода обеспечивает устранение кислой или щелочной среды и приближение ее показателей к нейтральным. В воду с определенным показателем кислотности добавляют реагенты, обеспечивающие создание кислой или щелочной среды. Чтобы нейтрализовать кислую среду, применяют щелочные составы: кальцинированную соду, гидроксид натрия и некоторые другие. Для устранения щелочной среды выбирают растворы некоторых кислот или оксиды углерода, серы и азота. Последние при растворении в воде образуют слабые кислоты. Реакции нейтрализации обычно представляют собой . При подготовке питьевой воды из природных источников изменение реакции не требуется, она изначально близка к нейтральной.
Процессы окисления и восстановления
При очистке воды чаще всего используется окисление. В процессе реакции с окислителями загрязняющие соединения превращаются в безвредные компоненты. Они могут быть твердыми, газообразными или растворимыми. В качестве сильных окислителей выступают соединения хлора, озон и некоторые другие вещества.
Рис. 3 Установка для окисления озоном
Очистка воды физико-химическими методами
Методы очистки воды, относящиеся к этой группе, включают одновременно физические и химические способы воздействия. Они весьма разнообразны и помогают удалить значительную часть загрязнений.
Флотация
В процессе очистки воды методом флотации через жидкость пропускают газ, например, воздух. Создаются пузырьки, на поверхность которых прилипают гидрофобные частицы загрязнений. Пузырьки поднимаются на поверхность и образуют пену. Этот слой пены с загрязнениями легко удаляется. Дополнительно могут использоваться реагенты повышающие гидрофобность или сцепляющие и укрупняющие частицы загрязнений.
Рис. 4 Принцип флотации
Сорбция
Очищение воды методом сорбции основывается на избирательном удерживании веществ. Чаще всего используют адсорбцию, когда удержание происходит на поверхности сорбента. Сорбция бывает физической и химической. В первом случае используются силы межмолекулярного взаимодействия, а во втором – химических связей. В качестве сорбентов обычно выступают активированный уголь, силикагель, цеолит и прочие. Некоторые виды адсорбентов могут восстанавливаться, а другие утилизируются после загрязнения.
Экстракция
Процесс экстрации выполняется с использованием растворителя, который плохо смешивается с водой, но лучше растворяет загрязняющие вещества. При контакте с очищаемой жидкостью загрязнители переходят в растворитель и концентрируются в нем. Таким способом из воды устраняют органические кислоты, и фенолы.
Метод ионного обмена применяется в основном для удаления из воды солей жесткости. В некоторых случаях его используют для устранения растворенного железа. Процесс заключается в обмене ионами меду водой и специальным материалом. В качестве такого материала выступают специальные синтетические ионообменные смолы. Этот способ очистки воды получил распространение не только в промышленности, но и в быту. Сейчас не затруднит приобрести фильтр, имеющий ионообменный картридж.
Рис. 5 Ионный обмен
Еще один способ, с помощью которого выполняется , это обратный осмос. Для очистки требуется специальная мембрана с очень мелкими порами. Через поры проходят только небольшие молекулы. Загрязняющие вещества отличаются большим размером, чем молекулы воды, поэтому не проходят сквозь мембрану. Такая фильтрация выполняется под давлением. Получающийся раствор из загрязняющих веществ утилизируется.
Рис. 6 Обратный осмос
Методы, используемые в бытовых фильтрах
Все эти методы используются для очищения жидкостей, в том числе и сточных вод. Но в большинстве случаев людей интересует, как очистить воду дома для употребления в пищу и бытовых целей. Очистка воды в домашних условиях не предполагает использования всех названных способов. Только часть из них реализуется в современных приборах. Есть возможность очистить воду из-под крана и без фильтра. Этот метод – кипячение. Однако гораздо чаще воду чистят специализированными фильтрующими устройствами.
В фильтрах задействованы такие методы очистки питьевой воды как механическая фильтрация, ионный обмен, сорбция, обратный осмос. Иногда применяются и некоторые другие, но гораздо реже.
Все эти современные методы очистки воды реализуются в картриджных проточных фильтрах. В таких приборах очищают водопроводную воду в несколько этапов. На первом этапе осуществляется механическая фильтрация, затем устраняются растворенные вещества методами сорбции и ионного обмена, а в завершении вода может пропускаться через обратноосмотическую мембрану.
На сегодняшний день в качестве реагентов при очистке воды химическим способом в основном используются различные окислители вроде перманганата калия, хлора, озона, различные подщелачивающие вещества, например, едкий натр, известь, сода, а также такие подкисляющие вещества, как соляная и серная кислоты.
Окисление в процессе химической очистки воды
В основном окисление для химической очистки воды для питья применяют тогда, когда воду загрязнили такими веществами, которые невозможно извлечь никаким другим образом, кроме как химической очисткой. Например, это цианистые соединения, которые, как правило, встречаются в сточных водах, загрязненных различными отходами промышленных производств.
Во время подобной химической очистки воды циан-ионы у различных цианистых соединений окисляются до цианата, который абсолютно безвреден. Уже после химической очистки этот цианат выпадает в осадок и именно поэтому может быть очень легко извлечен фильтрами, в отличие от тех самых вредных соединений, которые растворены в воде. Чаще всего в качестве окислителя, который способен справиться с данными соединениями, используют гипохлорит натрия. Он очень эффективный при своей невысокой стоимости.
По точно такой же схеме происходит и очистка воды от хрома химическим способом.
Электрохимическое окисление и озонирование
Электрохимическое окисление – это еще один метод химической очистки воды. Таким способом очищают лишь сточные воды. Он работает по принципе электрохимического окисления на аноде, куда притягиваются кислоты, металлы и другие вещества, которые находятся в отработанных растворах.
Чаще всего в качестве окислителя используют озон. Он абсолютно безопасен при химической очистке воды. Очищение озонированием стало таким популярным потому, что была необходимость в разработке способов очень глубокого очищения сточных вод для их повторного использования.
Если говорить о преимуществах этого вида очистки, что стоит упомянуть очень высокую скорость реакции, абсолютно полное разложение озона на кислород, возможность получение озона прямо на том месте, где должна быть проведена очистка, а также полное отсутствие каких бы то ни было следов реакции.
Вообще, очистка сточных вод – это один из самых совершенных в технологичном плане методов химической очистки воды . Она очищает воду полностью без каких бы то ни было негативных побочных эффектов. Однако, несмотря на все преимущества, такой метод почти не распространен из-за его высокой стоимости.
Также существует еще одна схем, которая по сути является нейтрализацией с применением подкисляющих либо подщелачивающих средств. Обычно этот метод применяют, если в сточных водах обнаружены проблемы с кислотно-щелочным балансом. Также этот метод используют для удаления из воды тяжелых металлов.
Удаление из воды железа при помощи химической очистки.
Как и механическая, химическая очистка воды может также применяться для того, чтобы извлекать лишнее железо из воды.
То железо, которое пропускают через себя обычные фильтры механической очистки – это двухвалентное железо Fe(II). В растворенном виде оно проявляет себя мутным ржавым осадком при отстаивании воды, различными пятнами ржавчины, а также металлическим привкусом. Если концентрация железа низкая и не превышает 10 мг/л, то при химической очистке воды используют обычный кислород в качестве окислителя.
При помощи специального компрессора вода принудительно обогащается кислородом, а уже после очистки от железа прогоняется через специальный фильтрованный материал, где в качестве катализатора химической очистки используется магний. Когда двухвалентное железо вступает в ходе химической очистки воды в реакцию с кислородом, оно превращается в оксид железа трехвалентного, который после кристаллизации можно очень легко задержать фильтрами.
Подобное окисление кислородом в системах очистки сточных вод эффективно лишь в том случае, если концентрация железа невысока. В том же случае, когда концентрация выше 10мг/л, то используются намного более мощные окислители, например, гипохлорит натрия. В общем, схема очистки гипохлоритом натрия очень напоминает процесс окисления кислородом. Однако тут есть небольшие различия. В случае химической очистки воды гипохлоритом натрия нет никакой необходимости в тех огромных резервуарах для промывки фильтров, которые присутствуют при окислении кислородом.
На сегодняшний день химическая очистка воды от железа вышеописанным методом окисления считается очень устаревшей и теперь используются различные катионообменные смолы.
И в самом конце хочется сказать, что подобная химическая очистка имеет огромнейшее значение при очистке сточных промышленных вод, но вот в быту вряд ли является оправданной.
Химически очищенная вода для подпитки тепловой сети поступает в вакуумный деаэратор (р - 0 02 - 0 05 МПа), в котором греющим рабочим телом служит горячая сетевая вода.
Химически очищенная вода для подпитки тепловой сети поступает в вакуумный деаэратор (р 0 02 - 0 05 МПа), в котором греющим рабочим телом служит горячая сетевая вода.
Химически очищенная вода подается в деаэратор для восполнения потерь конденсата в линиях. Для удовлетворения собственных нужд котельной используют также воду непрерывной продувки. Вода из линии непрерывной продувки поступает в расширитель непрерывной продукви РНП, где вследствие падения давления она закипает. Образовавшийся пар поступает в паровую линию собственных нужд, а вода с повышенным солесодержа-нием отдает тепло сырой воде в ПСВ1 и удаляется в канализацию.
Химически очищенная вода из химводоочистки подается в главный корпус ТЭЦ по двум трубопроводам; каждый трубопровод рассчитывается на 100 % подачи химически очищенной воды. Трубопроводы между главным корпусом и химводоочисткой прокладываются либо в канале, либо по наземной эстакаде. Кроме воды, из главного корпуса в помещение химводоочистки прокладывается трубопровод сжатого воздуха, потребность в котором имеется на всех современных водоочистительных установках. Арматура на трубопроводах, связывающих емкости и аппараты, устанавливаемые на открытом воздухе, размещается внутри помещения химводоочистки. Водоочистительная аппаратура промышленных котельных обычно располагается в здании котельной ка отметке 0 0 (см. гл. Должна предусматриваться возможность расширения химводоочистки.
Схема пароснабжения коксохимического.| Схема пароснабжения коксохимического завода с УСТК при отсутствии внешних источников паротеп-лоснабжепия. Химически очищенная вода для УСТК подается из водоочистки теплосиловых установок металлургического завода.
Химически очищенную воду (дистиллат) с выходной жесткостью 0 4 мг-экв / л, что соответствует требованиям, предъявляемым к воде, подаваемой в форсунки увлажнения, можно получить при двухступенчатой фильтрации в натрий-катионовых фильтрах. С) устройство для увлажнения воздуха выключается, и агрегаты охлаждаются с помощью АВО, число которых зависит от нв.
Добавочная химически очищенная вода подается по отдельной линии в деаэраторы через регуляторы уровня воды в баках деаэрированной воды.
Смесь химически очищенной воды и конденсата, поступающих в котел, принято называть питательной водой.
Смесь химически очищенной воды и конденсата за питательным насосом принято называть питательной водой. С охлаждающей водой уносится около 65 % подведенного к турбине тепла свежего пара и около 90 % тепла отработавшего в турбине пара, которое бесполезно теряется.
Трубопроводы химически очищенной воды прокладываются в грунте бескаяалыф ниже глубины промерзания. Хроме того, трубопроводы могут быть уложены надземно (на стойках, астакадах) - изолированные, а при периодическом расходе и с пароспутниками.
Солесодержание химически очищенной воды находится в зависимости от солесодержания исходной воды и принятой схемы водоподготовки. Правильная организация водного режима котлов среднего давления при наличии трехступенчатого испарения позволяет в большинстве случаев обеспечить требуемое качество химически очищенной воды без применения стадии обессолива-ния.
Щелочность химически очищенной воды является контролируемым показателем. При использовании химически очищенной воды для питания котлов высокого давления снижение ее щелочности до минимума существенно облегчает организацию водного режима котлов с фосфатной щелочностью.
Запас химически очищенной воды в баке достаточен для полуторачасовой работы установки.
С химически очищенной водой приносится 50 % окислов железа за счет коррозии оборудования хим-водоочистки. Оборудование химводоочистки, работающее при относительно низких температурах, подвергается коррозии под воздействием растворенного кислорода, углекислоты и агрессивных растворов, применяемых в процессе регенерации фильтров.
Деаэрированная и химически очищенная вода после охлаждения элементов нижнего строения печи подается в питательный бак, откуда питательным насосом направляется через экономайзер в барабан котла. Из барабана котла вода подается циркуляционным насосом в испарительные змеевики котла-утилизатора и в охлаждаемые элементы верхнего строения печи.
При добавке химически очищенной воды контролируют также те же показатели качества питательной воды; пробы отбирают через ка ждый чае.
Для приготовления химически очищенной воды, используемой в качестве добавки для питания паровых котлов любых давлений с экранированными топками, должно применяться двухступенчатое катионирование в сочетании с другими стадиями очистки воды. Кроме того, для котлов давлением 70 ата и выше должно применяться обескремнивание или химическое обессоливание воды.
Для приготовления химически очищенной воды, используемой в качестве добавки для питания паровых котлов любых давлений с экранированными топками, должно применяться двухступенчатое катионирование в сочетании с другими стадиями очистки воды. Кроме того, для котлов давлением 70 ста и выше должно применяться обескремнивание или химическое обессоливание воды.
Масляный пы леуловитель. Происходит деаэрация химически очищенной воды. Деаэрированная вода смешивается с охлажденной сетевой водой, проходящей через подогреватель и змеевик, расположенный в баке, и поступает во всасывающий трубопровод к сетевым насосам.
Трубопроводы для химически очищенной воды прокладываются бесканально ниже глубины промерзания грунта. Кроме того, трубопроводы могут быть уложены надземно (на стойках, эстакадах), изолированно, а при периодической работе и с пароспутниками.
При добавке химически очищенной воды накопление солей в котле осуществляют со скоростью не выше в котловой воде чистого отсека 50 - 70 мг / кг-час, а при ступенчатом испарении в соленых отсеках 200 - 300 мг / кг-час и доводят до появления бросков, регистрируемых солемерами.
При добавке химически очищенной воды контролируют также те же показатели качества питательной воды; пробы отбирают через каждый час.
Чрезмерная жесткость химически очищенной воды, доходившая до 43 мкг-экв / л, и высокое солесодержание пара служили источником многих неполадок на котлах, турбинах и парозапорной арматуре, создавая к тому же дополнительные трудности при ремонте (необходимость частой шарошки труб и пр.
Жесткость подпиточной химически очищенной воды определяется олеатным методом с тарировочной кривой (по ВТИ) или комплексометрическим методом.
Деаэрация добавочной химически очищенной воды и производственного конденсата, содержащих наибольшее количество растворенных газов, осуществляется по двухступенчатой схеме.
Лусмотрен подогрев химически очищенной воды паром в пароводяном подогревателе.
Экономайзер подогревает химически очищенную воду. По водяному тракту он установлен между ХВО и теплообменниками, предназначенными для нагрева умягченной воды до деаэратора.
Заполняют цистерну химически очищенной водой.
Поступившая в деаэратор химически очищенная вода 35 С за счет тепла конденсации смеси паров подогревается до температуры 60 С, при которой осуществляется деаэрация. Несконденсировавшиеся пары и газы отсасывают из деаэратора вспомогательным эжектором и нагнетают во вспомогательный конденсатор, где также (охлаждающая ере да-химически очищенная вода) происходит деаэрация воды. Отработавший пар конденсируется, а несконденсировавшиеся пары и газы выбрасывают в атмосферу. Деаэрированная вода из вспомогательного конденсатора и деаэратора стекает в емкость и насосом направляется потребителям. Применение таких совмещенных установок позволяет снизить общее паропотребление и исключить потребление оборотной воды для конденсатора.
Принципиальная схема бесколонковых трехступенчатых деаэраторов (ДСП-6 и ДСП-13. В смесительной камере химически очищенная вода смешивается с конденсатом и далее поступает на барботажный лист. Восходящим потоком пара вода подхватывается в подъемную шахту, из верхней части которой по циркуляционным каналам, образуемым перегородками, она вновь направляется, вниз, попадая на барботажный лист. Таким образом в циркуляционной шахте 15 создаются устойчивые циркуляционные контуры. Из верхнего барботажного устройства вода по нижнему лотку 16 отводится в аккумулирующую часть деаэратора. В аккумулирующей части деаэратора поддерживается постоянная циркуляция воды, которая обеспечивается нижним барботажный устройством.
Сюда же подается химически очищенная вода для восполнения потерь воды в ходе процесса, а также для растворения соды, налипающей на стенки барабанов.
В смесительной камере химически очищенная вода смешивается с конденсатом и далее поступает на барботажный лист. Восходящим потоком пара вода подхватывается в подъемную шахту, из верхней части которой по циркуляционным каналам, образуемым Перегородками, опускается вниз, вновь попадая на барботажный лист. Таким образом, в циркуляционной шахте 15 создаются устойчивые циркуляционные контуры.
Охлаждающей средой служит химически очищенная вода.
Качество обессоленной или химически очищенной воды для подпитки барабанных котлов, а также качество внутристанционных составляющих питательной воды прямоточных и барабанных котлов (конденсаты регенеративных, сетевых и других подогревателей, вод дренажных баков, баков нижних точек, баков запаса конденсата и других потоков) должно быть таким, чтобы обеспечивалось соблюдение норм качества питательной воды.
При больших расходах химически очищенной воды на подпитку тепловых сетей, горячее промышленное и бытовое водоснабжение ее подогрев перед вакуумным деаэратором может осуществляться в конденсаторах паровых турбин, работающих с малым (ухудшенным) вакуумом. В этом случае химически очищенная вода заменяет охлаждающую циркуляционную воду.
Среда из трубопровода химически очищенной воды насосом прокачивается по калориметрическим трубам. Для измерения расхода воды на входе в каждую трубу установлены сужающие устройства. Вскипание воды в трубах не допускается, что контролируется двумя термопарами, установленными в необогреваемой зоне на выходе каждой трубы. Расход воды регулируют так, чтобы вода была недогретой до температуры насыщения на 5 - 10 С. Калориметрический контур можно смонтировать без насоса, взяв питательную воду до экономайзера и сбросив ее в выходной коллектор экономайзера или в барабан.
Подпиток в систему химически очищенной воды осуществляется по линии 7 в буферный бак. Давление перед сетевыми насосами 3 в данной схеме обуславливается высотой столба воды от уровня ее в буферном баке до сетевых насосов.
При большой добавке химически очищенной воды в условиях ТЭЦ для эффективного удаления из воды СО2 применяют двухступенчатую деаэрацию. При этом второй ступенью является барботажное устройство, размещенное в баке-аккумуляторе. В барботажном устройстве пар пропускается через слой воды, вследствие чего обеспечиваются значительная поверхность контакта между паром и жидкостью и турбулизация жидкости.
Схема автоматического регулирования деаэратора повышенного давления с подводом добавочной воды в конденсатор турбины.| Схема автоматического регулирования деаэраторов повышенного давления на электростанциях с поперечными связями с установкой индивидуальных регуляторов давления и уровня. ГРЭС, добавка химически очищенной воды - будет чревычайно малой, вследствие чего она беспрепятственно может поступать в конденсатор турбины.
Подогрев этого количества химически очищенной воды до температуры в деаэраторе 6 ат учтен при составлении диаграмм режимов и, следовательно, отдельно его учитывать не надо.
Котлы питаются смесью химически очищенной воды и конденсата. Схема водоочистки двухфазная: предварительное известкование с коагуляцией и натрий-катио-нирование.
В начале процесса химически очищенную воду или конденсат из сборника / подают центробежным насосом через холодильник 7 в систему. Затем в нижнюю часть абсорбера 4 (I ступени) вводят аммиак, образующаяся аммиачная вода стекает в сборник 3, расположенный под абсорберами и разделенный перегородкой.
Эти котлы-утилизаторы питаются химически очищенной водой, а пар низкого давления используется в регенеративной схеме для подогрева питательной воды.
Определение обменной емкости катионообменной смолы по кобальту. Доупа-ренный остаток разбавляют химически очищенной водой в смесителе, подогревают до 145 - 165 С в теплообменнике и направляют в экстрактор. Ароматические соединения (кислоты, альдегиды, высокомолекулярные продукты окислительной конденсации л-ксилола) при снижении температуры реакционной массы в холодильнике высаживаются (до 90 %) из раствора, после чего из полученной суспензии на фильтре 1 осаждается твердая фаза. Водный раствор катализатора направляется на стадию концентрирования и очистки кобальта или смеси кобальта, марганца и никеля.
Приготовленный раствор разбавляют химически очищенной водой до концентрации 70 - 90 г / л по AlgOg, затем отстаивают от нераство-рившихся частиц гидрата глинозема, откачивают из реактора и используют для осаждения гидроокиси алюминия. Нерастворившаяся часть гидрата глинозема остается в реакторе для приготовления следующей порции раствора основного сульфата алюминия.
При питании испарителей химически очищенной водой с общим солесодержанием свыи е 2000 мг / л рекомендуется фосфатированпе упариваемой воды.
Индивидуальная промывка змеевиков пароперегревателя. Затем пароперегреватель заполняют химически очищенной водой с температурой 50 - 70 С, которая подается по специальному промывочному трубопроводу диаметром 38 - 50 мм. Прикрывают доступ воды в пароперегреватель и продувку.
Питание паропреобразователей производится химически очищенной водой.
К задаче 9 - 31.| К задаче 9 - 34. Потеря конденсата покрывается химически очищенной водой, имеющей температуру / IBM 90 С.
При питании испарителей химически очищенной водой с общим солесодержанием более 2 000 мг / кг допускается фосфатирование.
Эффективность метода очистки воды зависит от того, насколько правильно будет определен тип загрязнения. С целью больше узнать о типе и концентрации посторонних веществ в воде проводится химический и бактериологический анализ.
Почти всегда в воде сразу присутствуют несколько загрязнений, поэтому используется комплекс различных методов очистки, несколько фильтров, смонтированных последовательно.
Химические методы
Химические способы очистки воды построены на использовании химических взаимодействий между различными элементами и соединениями. Реагенты подбираются строго по результатам химического анализа воды. Реагенты вступают в химические реакции с загрязнениями, полностью разлагая их, переводя в безопасную для человека форму, либо в твердый осадок, задерживаемый фильтром.
Настроить химический фильтр (выбрать реагенты) можно очень точно - так, что удаляться из воды будут только вредные примеси. При этом очищенная вода не будет "мертвой", стерильной - в ней останутся соли, необходимые для поддержания водно-солевого баланса в организме человека.
Химические методы очистки воды в сочетании с механической фильтрацией являются основными для автономной системы водоснабжения загородного дома.
Способен убрать из воды : соли жесткости, растворенное железо, растворенный марганец, повышенная кислотность, органические соединения, микробиологическое загрязнение, хлориды, сульфаты, нитраты, нитриты, свободная двуокись углерода, свободный хлор, кремний, растворенные газы.
Физические методы
Физические методы очистки воды используют тот или иной физический эффект воздействия на воду, либо на загрязнение.
Способен убрать из воды : грубодисперсные частицы, микрочастицы, взвеси, коллоиды, растворенные газы, соли жесткости, соли тяжелых металлов, свободный хлор, микробиологическое загрязнение.
Ультрафиолет
Ультрафиолетовое излучение способно убить все микроорганизмы, находящиеся в воде. Физическое воздействие заключается в том, что длина волны уф-излучения эффективно разрушает клетки болезнетворных бактерий. Проходя сквозь фильтр, поток воды со всех сторон обтекает ультрафиолетовую лампу, защищенную кварцевым стеклом. Такой эффект делает УФ-излучатель одним из самых эффективных стерилизаторов воды.
Способен убрать из воды : микробиологическое загрязнение любого типа и уровня.
Термический метод
В основе процесса лежит явление перехода нагретой воды в паровую фазу и последующая конденсация пара в жидкость. При этом уровень концентрации солей в воде меняется. Кипячение является простейшим способом частичного умягчения воды. При высокой температуре гидрокарбонат кальция (соль жесткости) распадается на углекислый газ и карбонат кальция, тот самый белый налет в чайнике. Нагрев воды до 100С также позволяет уменьшить жесткость, вызванную присутствием сульфата кальция.
Способен убрать из воды : жесткость, органические соединения, микробиологическое загрязнение.
Обратный осмос
Под действием осмотического давления вода, содержащая загрязнения, проникает сквозь специальную полимерную мембрану. Полимерная мембрана в пропускает только молекулы воды и кислорода, задерживая молекулы всех посторонних растворенных веществ, а также бактерии и вирусы. Обратно осмотический фильтр не будет работать, если в водопроводе давление меньше 2,5-3 атм.
Способен убрать из воды : микрочастицы, взвеси, коллоиды, бактерии, вирусы, молекулы, ионы, соли жесткости, железо, марганец, общая щелочность, растворенные газы, хлориды, сульфаты, нитраты, нитриты, кремний.
Очень часто методы очистки совмещают в себе сразу несколько принципов. Благодаря этому физико химические методы очистки воды более универсальны, имеют высокую эффективность.
Физико-химическая очистка воды
Основана на эффекте флотации, хорошо освобождает воду от мелкодисперсных и коллоидных частиц. Газ пропускается сквозь жидкую массу стоков. При этом каждый пузырек газа под действием молекулярных сил "слипается" с частицей загрязнения. Пузырьки скапливаются на поверхности в виде пены, которую несложно убрать механическим способом.
Еще один пример физико-химического способа очистки: электрохимический метод очистки воды или коагуляция. Используется явление оседания коллоидных частиц при воздействии постоянного тока. Метод широко используется в промышленности - горнорудной, обогатительной и т.д.
Способен убрать из воды : органические вещества, мелкодисперсные частицы, взвеси, коллоиды, соли жесткости.
Биологические методы
Системы биологической очистки воды используют способность некоторых микроорганизмов поглощать частично или полностью различные (чаще всего биологические) виды загрязнений. Это происходит в том случае, если загрязнение является для бактерий питательной средой. Хорошо известны аэробный и анаэробный способы очистки сточных вод. Два вида бактерий перерабатывают органическую составляющую хозяйственно-бытовых стоков из загородного дома.
Анаэробный способ эффективнее, так как в кислородной среде микроорганизмы развиваются более интенсивно. К тому же кислород служит дополнительным источником реакций окисления и разложения органики.
Различные типы бактерий способны перерабатывать разные типы загрязнений, в том числе и совершенно не "съедобные" на наш взгляд: недавно были обнаружены бактерии, поедающие пластик.
С учетом ускоренного развития генной инженерии биологические методы очистки воды будут постоянно развиваться, расширяя область применения. Возможно, в скором времени благодаря всеядным бактериям человечество, наконец, избавиться от гигантских свалок.
Способен убрать из воды : органические вещества, растворенное двухвалентное железо.
Вода является основой нашей жизни, без нее невозможны никакие процессы в организме. На возникновение более чем половины болезней прямо или косвенно влияет вода плохого качества. Именно поэтому так важно заботиться о вопросах очистки воды . А теперь перейдем к методам очистки. Разберём как стандартные методы, так и относительно новые.
Самыми популярными методами очистки воды являются:
- механические
- физико-химические
- биологические
Механические методы очистки воды
Механические методы очистки воды - одни из самых дешевых. Механическая очистка сточных вод очищает бытовые жидкости от взвешенных частиц на 60-65%, от нерастворимых грубодисперсных элементов на 90-95%.
К механическим методам очистки относятся:
- Процеживание. Метод процеживания основан на поэтапной фильтрации воды. На первом этапе вода проходит через сетку, задерживающую крупный мусор. Далее вода пропускается через сетку с меньшей длиной ячейки. На последнем этапе размер ячейки сетки минимален, что позволяет задерживать мельчайшие частицы.
- Отстаивание. Метод используют с целью улучшения качества воды в замкнутых системах водоснабжения. Во время отставания частицы с большей плотностью оседают на дне, в то время как частицы с плотностью меньше, чем плотность воды всплывают на поверхность.
- Фильтрование. Грязная вода проходя сквозь фильтрующий материал оставляет все ненужные взвеси в фильтре. Выделяют различные виды фильтров. Наиболее распространены: сетчатые, вакуумные. Для активной очистки воды используют центрифуги и гидроциклоны. Мусор в них скапливается на стенках под влиянием центробежной силы.
Физико-химические методы очистки воды
К физико-химическим методам очистки воды относятся:
- Коагуляция. Метод имеет эффективность до 95%. Начинается очистка воды с того, что в воду добавляются активные коагулянты: Соли аммония, меди, железа. Вредные вещества выпадают в осадок, после чего удаляются без труда. Метод используется на многих предприятиях текстильной, легкой, нефтехимической, целлюлозабумажной, химической и др. Хорошим коагулянтом считается двухвалентное железо FeSО 4 , которое является отходом процесса травления стали. Травильные стоки содержат до 15 % железа. При его использовании очистка по ХПК – до 75%, мутность снижается до 90%, количество фосфора – на 98%, бактерий – до 80%.
- Адсорбция. При адсорбции адсорбент впитывает в себя все вещества и примеси, не задерживая при этом ток воды. Популярные адсорбенты: уголь, торф, цеолиты, бентонитовые глины . В зависимости от вида используемого адсорбента и удаляемого химического вещества можно достигнуть эффективности до 95%.
- Флотация. Флотация основана на образовании воздушных пузырьков, которые поднимают примеси вверх. Образуется слой пены, которую легко удалить. Метод действенен при обработке сточных вод от нефтепродуктов, волокнистых частиц, масел и других веществ. Вода после флотации может направляться на внутренние нужды предприятия или подвергаться более тщательной очистки.
- Экстракция. Используют для удаления со сточных вод органики, которую впоследствии перерабатывают: жирные кислоты, фенолы. Здесь работает физико-химический закон распределения: при активном перемешивании двух нерастворимых жидкостей всякое вещество, растворенное в одной из них, начнет распределяться согласно своей растворимости . После выделения первой жидкости из второй, одна из них будет частично очищена. Когда примеси начинают скапливаться в экстракционном слое, покидая воду, экстракт удаляется. Для эффективности очистки сточную воду подвергают экстракционной очистки несколько раз.
- Ионный обмен. Иониты твердой фазы и ионы в растворе происходит обмен. Благодаря этому можно забирать из сточных вод нужные радиоактивные вещества и примеси: фосфор, мышьяк, ртуть, свинец и др. Особо результативен ионный обмен при высокой токсичности воды.
- Диализ. В процессе диализа полупроницаемая мембрана освобождает коллоидные растворы и низкомолекулярные соединения из высокомолекулярных веществ. Низкомолекулярные вещества способны пройти через мембрану. Главный недостаток диализа – долгий период очистки . Для ускорения процесса прибегают к увеличению активной площади и повышают температуру. Диализ объединяет в себе осмос и диффузию.
- Кристаллизация. Удаление кристаллов примесей. Применяется в водоемах и прудах выпариванием. Возможно только при высоком содержании примесей.
Биологический метод очистки воды
- Биологические пруды. Такая очистка требует наличие открытых искусственных водоемов. В них происходят самоочистка сточных вод. Такой способ позволяет добиться наилучшего результата, чем при использовании искусственных методов. Наиболее эффективно биологическая очистка работает в теплое время года. В зимнее время очистка не происходит, так как микроорганизмы не способны питаться при минусовой температуре окружающей среды.
- Аэротенки. При биологической методике происходит за счет взаимодействия активного ила и механически очищенных сточных вод. Активный ил содержит множество аэробных микроорганизмов. Если им создать благоприятные условия, то в процессе своей жизнедеятельности микроорганизмы будут выводить из сточных вод различные загрязнители, и тем самым будет происходить очистка. Биологическое очищение происходит непрерывно, главное, чтобы регулярно поступал свежий воздух. Когда уровень биохимического потребления кислорода (БПК) снижается, вода поступает в следующие секции. В них начинают работать еще одни микроорганизмы - бактерии-нитрификаторы. Часть этих бактерий перерабатывает азот аммонийных солей, в результате получаются нитриты. Далее активный ил превращается в осадок, а очищенная вода поступает в водоемы.
- Биофильтры. Наиболее распространенной, особенно среди владельцев индивидуальных застроек, является очистка с помощью биофильтра. Биологическая методика очистки происходит с помощью все тех же микроорганизмов, находящихся в биофильтре в виде активной пленки. Производительность биофильтров, имеющих капельную фильтрацию, весьма низкая. Но именно они, обеспечивают наибольшую степень очистки сточных вод. Двухступенчатые биофильтры обладают высокой производительностью, при этом качество несильно отличается от капельной фильтрации. Принцип работы биофильтра схож с процессом очистки с помощью аэротенки. Вначале с помощью механических фильтров и отстойника сточные воды избавляются от взвеси и крупных частиц. Затем вода поступает в тело биофильтра, где и происходит очистка. Бактерии, находящиеся на активной пленке, получают с водой питательные вещества. В процессе поедания органики, бактерии размножаются. В результате разросшаяся колония микроорганизмов очищает сточные воды от всей органики.
Реагентный метод очистки воды
В воду добавляется реагент, который связывает растворенные в воде загрязнения и переводит их в осадок. Метод применяется для удаления из сточных вод растворенных неорганических веществ ионного типа (соли, кислоты, основания), растворенных органических веществ (ПАВ), с переводом последних в нерастворимые комплексы. Эффект очистки достигает 97–98 %.
- Окисление. К сильным окислителям относятся озон, фтор, кислород, хлор и другие вещества, обладающие большими значениями окислительно-восстановительных потенциалов Е. Методы окисления используют для доочистки сточных вод в основном от органических веществ (фенолы, органические кислоты, ПАВ и пр.). При этом продукты окисления – это нетоксичные компоненты: CO 2 ; H 2 O; NH 3 и осколки органических веществ различного строения. При правильном выборе режима окисления и четкого контроля за ним эффект очистки достигает 99 %.
- Нейтрализация. Реакция обмена между кислотой и основанием, при которой оба соединения теряют свои характерные свойства и происходит образование солей. Реагенты вводятся в виде порошков (известь, кальцинированная сода), водных растворов (NaOH, гашеная известь и др.), газов, активных загрузок фильтров (дробленый мрамор, известняк, доломит).Если на промышленных предприятиях образуются кислые и щелочные стоки, представляется возможной их взаимная нейтрализация путем смешения в регулируемом режиме. Процесс осуществляется в нейтрализаторах (емкости снабжены перемешивающим устройством и дозатором реагентов), чаще с последующим осветлением.
- Экстракция. Метод очистки, альтернативный сорбции, применяющийся для удаления молекулярных примесей в основном органического характера. В качестве экстрагентов применяются плохо растворимые в воде органические жидкости: сложные эфиры, спирты, ароматические соединения, кетоны.
Мембранный метод очистки воды
Мембраны, как и другие фильтрующие материалы, можно рассматривать как полупроницаемые среды: они пропускают воду, но не пропускают, точнее, хуже пропускают некоторые примеси. Однако если обычное фильтрование применяют для удаления из воды относительно крупных образований – дисперсных и крупных коллоидных примесей, то мембранные технологии – для извлечения мелких коллоидных частиц, а также растворенных соединений. Для этого мембраны должны иметь поры очень малого размера.
Основное отличие мембран от обычных фильтрующих сред состоит в том, что они тонкие, и удаляемые примеси задерживаются не в объеме, а только на поверхности мембраны. Грязеемкость поверхности, очевидно, гораздо меньше, чем у объема. Казалось бы, мембрана должна из-за этого очень быстро засориться и перестать пропускать воду.
Так бы оно и было, если бы в мембранном фильтре не происходило постоянного самоочищения мембраны. Для этого применяется так называемая «тангенциальная» схема движения воды в аппарате, при которой собирают воду с обеих сторон мембраны: одна часть потока проходит через мембрану и образует фильтрат (или пермеат), то есть очищенную воду, а другую направляют вдоль поверхности мембраны, чтобы смывать задержанные примеси и удалять их из зоны фильтрации. Эта часть потока называется концентратом или ретентатом, и обычно ее либо сбрасывают в дренаж, либо (например, при очистке гальванических стоков) отводят для дальнейшей обработки и выделения нужных компонентов.
Таким образом, узел мембранной фильтрации имеет один вход и два выхода, и часть воды постоянно расходуется на очистку мембраны. (В двухступенчатых мембранных установках концентрат второй ступени может быть значительно чище, чем исходная вода, поэтому его можно использовать, подавая снова на вход установки. Таким способом добиваются снижения расхода воды.)
