Удаление примесей из воды

Удаление примесей из воды

Системы водочистки являются неотъемлемой частью современной жизни и практически все потребители (от частных лиц до предприятий) нуждаются в качественной и правильно подготовленной воде.

Реализованные в них методы и технологии бывают разными, с особенностями каждого варианта стоит познакомиться заранее.

Какие существуют по принципу действия?

В зависимости от принципа действия выделяют такие способы очистки воды как:

  • Физические (грубая механическая чистка).
  • Химические (смешение воды с реагентами).
  • Физико-химические (сложные комплексные мероприятия).
  • Биологические (воздействие живых микроорганизмов).

Физические методы

Удаление примесей из водыДанные методы предназначены для очищения воды от твердых крупнофракционных частиц (чаще всего – нерастворимых).

Они успешно задействуются на этапах первичной и грубой очистки и в разы реже – при глубоких и тонких воздействиях.

Среди главных физических методов выделяют:

  • Процеживание – очищение жидкостей от крупнофракционных посторонних включений при проходе через ячеистые прослойки (сетки, решетки, полипропиленовую мешковину). К преимуществам этого метода относят простоту и эффективное улавливание крупного мусора, к минусам – потребность в частой промывке фильтрующих элементов, пропускание патогенных микроорганизмов, солей и любых мелких нежелательных примесей.
  • Отстаивание – осаждение посторонних фракций под действием собственного веса вниз с последующим отбором более чистой воды. Этот метод используются как на предварительных, так и на промежуточных этапах водоподготовки, его производительность существенно ограничена временем и объемами отстойников.
  • Фильтрование – схожий с процеживанием, но более совершенный метод, позволяющий очищать воду от ненужных примесей с разным размером фракций (минимальный порог – до микронов) при прохождении через пористый фильтрующий слой. Метод активно используется в быту и на производстве, из всех физических видов он считается самым эффективным.
  • УФ-дезинфекция – обработка предварительно очищенной от крупных фракций воды УФ-лучами с длиной волн в пределах 200-400 нм с целью обеззараживания. Состав и физические свойства жидкости этот метод не меняет.

Химические

Эти методы ценятся за эффективность и высокую производительность.

Исходя из вида протекающих реакций выделяют такие химические методы водоочистки как:

  1. Нейтрализация – выравнивание PH-баланса воды за счет добавления особых реагентов (аммиачной воды, гидроксидов калия или натрия, кальцированной соды) или ее пропускании через кислые газы. Чаще всего к этому методу обращаются при регенерации промышленных стоков, забираемая из скважин или водоемов вода изначально имеет нейтральную среду и корректировке баланса не нуждается.
  2. Окисление – обезвреживание токсичных водных растворов и хлорирование воды при добавлении активных окислителей. Несмотря на высокую эффективность (микроорганизмы убиваются быстро и надолго) метод считается опасным для здоровья человека.
  3. Очистку восстановлением. Данный метод выбирается при высокой доли легко восстанавливаемых веществ в исходной воде или стоках. При его выборе из воды удаляются ряд простых и переходных металлов и минералов (хрома, ртути или мышьяка) и их соединений.

Физико-химические

Удаление примесей из водыДанная группа представлена комплексными методами с широким спектром применения, задействуемыми на любых этапах очистки и водоподготовки.

Очистка воды при их выборе осуществляется самыми разными способами, включая воздействие растворенных газов, тонкодисперсных сред и изменение ионного состояния молекул.

Особенности наиболее востребованных физико-химических методов изложены в таблице:

НаименованиеКратное описание методаОптимальное применение/ возможные ограничения
ФлотацияОтделение и подъем твердых гидрофобных частиц при пропускании сквозь толщу воды пузырьков воздуха или других инертных газов. Формируемая на поверхности пена или прослойка легко удаляется механическими способами.Очистка жидкостей от нефтепродуктов и масел, удаление твердых примесей при низкой эффективности других методов.
СорбацияИзбирательная фильтрация ненужных примесей при поверхностном или объемном прохождении воды через материалы с пористой структурой (силикагели, уголь и их аналоги). Используемые сорбенты могут быть восстанавливаемыми или утилизируемыми после потери фильтрационных свойств.Удаление ПАВ, пестицидов, фенолов, процессы доочистки.
ЭкстракцияЗаливка в очищаемую воду мало- или несмешиваемых веществ, растворяющих грязь, с последующим активным перемешиванием, отстаиванием и разделением разнофазных сред.Удаление органический соединений, включая фенолы, регенерация стоков.
ИонообменОбмен ионами между очищаемой водой и природными (цеолиты, сульфоугли) или искусственными (синтетические смолы) ионитами.Умягчение воды/ метод не предназначен для бытовой очистки больших объемов сильнозагрязненной воды.
ЭлектродиализОчищаемая вода последовательно проходит камеры с ионоселективными мембранами и электродами постоянного тока. В первых камерах вода избирательно обессоливается, в крайних – накапливает концентрат солей с последующим разделением.Обессоливание и удаление нежелательных ионов. Регенерация стоков на химических предприятиях.
Обратный осмосВода пропускается через мембраны с микроскопическими ячейками под избыточным гидростатическим давлением с последующей утилизацией выделенного загрязненного раствора.Обессоливание, отделение нежелательных микроорганизмов, растворенных газов и коллоидных веществ.
Термические методыСуть данных метолов состоит в получении дистиллята или максимально очищенной воды после ее выпаривания, вымораживания или термического окисления (распыление и пропускание через высокотемпературные продукты сгорания).Нейтрализация или удаление токсичных или слабо разлагающихся примесей.
Читайте также:  Тонометры маклакова для измерения внутриглазного давления

Биологические

Эти методы преимущественно задействуются при очищении стоковых вод и базируются на использовании живых организмов.

К последним относят как бактерии (окисляющие и разрушающие токсичные и азотосодержащие соединения, поглощающие фосфаты), простейшие грибы и водоросли, так и многоклеточные (черви, насекомые).

Водоочистка биологическими методами проводится в:

  • Удаление примесей из водыЕстественных или искусственных водоемах, очищающих сравнительно небольшие объемы воды со средней степенью загрязненности при минимуме усилий и трат.
  • Биофильтрах – специальных сооружениях с фильтрующей прослойкой из аэробных микроорганизмов с естественным или принудительным воздухообменом.
  • Аэротенках – сложных автоматизированных комплексах с принудительной аэрацией.
  • Метатенках – устройствах анаэробного брожения для переработки концентрированных стоковых осадков.

Современные технологии очищения

В современных системах водоподготовки приведенные методы используются в комплексе.

Ярким примером служат многоступенчатые бытовые фильтры с механическими предфильтрами, ионообменными или сорбционными картриджами и обратноосмотическими мембранами. Такие установки обеспечивают полноценную подготовку питьевой воды вне зависимости от ее исходных параметров.

К инновационным тенденциям в сфере водоподготовки относят:

  • Отказ от метода хлорирования в пользу озонирования (окисление жидким кислородом) и/или УФ-обработки.
  • Использование ультрафильтров и нанофильтрационных мембран с пониженной селективностью.
  • Вывод взвесей и растворенных органических примесей с помощью электроприборов фотокатализации.

При всех своих преимуществах такие технологии нельзя назвать бюджетными, соответствующие фильтры, мембраны и другие расходные материалы обходятся дорого и в быту не окупаются.

Проверенные новые методы (ионообмен, обратный осмос, многоступенчатое исполнение фильтра), наоборот, становятся более доступными для частных лиц.

Фильтрация на предприятиях

Взаимосвязь между областью использования и требуемым типом системы водоподготовки отражена в таблице:

Отрасль производстваТребуемые функции основной линии подготовки
МеталлургияОбессоливание
Пищевая промышленностьОбеспечение ионного обмена, обеззараживание, умягчение
Добыча и переработка нефти и газаИсключение посторонних примесей, обезжелезивание, обратный осмос
Энерго- и тепло- и водоснабжениеОбессоливание, УФ-фильтрация, хлорирование или озонирование
ФармацевтикаОбратный осмос, дистилляция

В целях экономии средств приведенные методы реализуются в комплексе с механическим фильтрованием.

Читайте также:  Сказка три поросенка из фетра выкройки

Отдельные требования выдвигаются к системам переработки стоков предприятий химической или металлургической отрасли, отбираемый концентрат может быть ценным или нуждаться в обязательной утилизации.

Переработка стоков

Полный цикл переработки стоков на производстве и в общественных линиях включает:

  1. Подачу стоков на усреднитель при необходимости разбавления.
  2. Отстаивание механическим способом.
  3. Основную чистку (активное использование живых организмов).
  4. Глубокую чистку (удаление всех посторонних примесей с помощью обратноосмотических мембран или тонких фильтров).
  5. Обеззараживание (УФ-обработка, хлорирование, озонирование).

Выделяемый на 2, 3 и 4 стадиях осадок в обязательном порядке регенерируется или утилизируется. Эти процессы происходят в метатенках, отжимных или сушильных аппаратах.

Бытовое очищение стоков требует меньше усилий. Владельцы индивидуальных домов, но подключенных к канализационным сетям используют септики (как с днищем, так и без), сорбенты или коагулянты.

Более подробно об очистке сточных вод читайте здесь.

Удаление тяжелых металлов

Потребность в принятии дополнительных мер возникает при отклонении ПДК тяжелых металлов в воде от санитарно-гигиенически норм. Чаще всего такая ситуация наблюдается при близости скважины к септику или попадании этих веществ извне (осадки, протекание зараженных грунтовых вод, контакт с металлически фитингами).

Для удаления этих веществ в быту и промышленности используются следующие химические и физико-химические методы:

Тип металлаДопустимая концентрация в воде, не более мг/лРекомендуемый метод очистки воды
Марганец и железо0,1Ионообмен, аэрация с последующей подачей в засыпной фильтр с каталитическим зарядом, окисление гипохлоритом натрия, дозированная подача сильнодействующих окислителей
Сероводород0,01, вещество очень токсичноОкисление, выветривание, насыщение кислородом
Свинец0,03Обратный осмос, окисление и восстановление
Ртуть0,001Обратный осмос, а также окисление и восстановление
Хром0,05Окисление, обратный осмос и восстановление
Никель0,1Окисление и восстановление

Системы обратного осмоса при несомненной эффективности редко используются из-за дороговизны и ускоренного использования ресурсов мембран.

Заключение

Приведенные методы непрерывно совершенствуются и дополняют друг друга, при выборе конкретного варианта стоит ознакомиться с их особенностями и возможными ограничениями заранее.

Ни один из методов, который существует, нельзя назвать универсальным, при правильной организации водоподготовки они задействуются в комплексе.

Вне зависимости от выбранного метода к потребителю или на промышленные объекты подается вода с контролируемыми параметрами.

Вид примесиСпособ удаления
Механические примесиОтстаивание, коагуляция, фильтрация
Коллоидные веществаКоагуляция, фильтрование
Соли различных кислотТермическое и химическое обессоливание, электролиз, безреагентная мембранная очистка
Кремниевая кислотаОбескремниевание
Растворенные газыТермическая и химическая деаэрация
НакипеобразователиУмягчение, внутрикотловая обработка

В природной воде находятся механические примеси, которые сильно различаются по крупности: грубодисперсные (размер больше 0,0001 мм) и коллоидные (размер 0,0001 – 10 -6 мм). Примеси удаляют путем отстаивания, коагуляции и фильтрования.

Отстаивание производится в отстойниках. Длительность отстаивания зависит от величины, плотности и формы примесей. После отстаивания воду подвергают дальнейшему осветлению – фильтрации.

Фильтрация заключается в том, что воду пропускают через слой мелкозернистого материала (мрамор, доломит, антрациты с размером частиц 0,6-1 мм), которым заполнены закрытые напорные фильтры.

Значительно быстрее процессы отстаивания и фильтрации происходят при коагуляции – процессе укрупнения частиц и удаления их, а также взвесей в осадок, что происходит при добавлении к воде специальных реагентов – коагулянтов. Наиболее эффективными коагулянтами являются соли алюминия и железа: сульфат алюминия Al2(SO4)3, сульфат железа FeSO4·7H2O, хлорное железо FeCl2·6 H2O.

Дата добавления: 2015-04-15 ; просмотров: 942 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Читайте также:  Декоративные перегородки для кухни фото
Вид примесиСпособ удаления
Механические примесиОтстаивание, коагуляция, фильтрация
Коллоидные веществаКоагуляция, фильтрование
Соли различных кислотТермическое и химическое обессоливание, электролиз, безреагентная мембранная очистка
Кремниевая кислотаОбескремниевание
Растворенные газыТермическая и химическая деаэрация
НакипеобразователиУмягчение, внутрикотловая обработка

В природной воде находятся механические примеси, которые сильно различаются по крупности: грубодисперсные (размер больше 0,0001 мм) и коллоидные (размер 0,0001 – 10 -6 мм). Примеси удаляют путем отстаивания, коагуляции и фильтрования.

Отстаивание производится в отстойниках. Длительность отстаивания зависит от величины, плотности и формы примесей. После отстаивания воду подвергают дальнейшему осветлению – фильтрации.

Фильтрация заключается в том, что воду пропускают через слой мелкозернистого материала (мрамор, доломит, антрациты с размером частиц 0,6-1 мм), которым заполнены закрытые напорные фильтры.

Значительно быстрее процессы отстаивания и фильтрации происходят при коагуляции – процессе укрупнения частиц и удаления их, а также взвесей в осадок, что происходит при добавлении к воде специальных реагентов – коагулянтов. Наиболее эффективными коагулянтами являются соли алюминия и железа: сульфат алюминия Al2(SO4)3, сульфат железа FeSO4·7H2O, хлорное железо FeCl2·6 H2O.

Осветление воды.

схема прямоточной установки для осветления воды:

Удаление примесей из воды

  1. насос;
  2. шайбовый дозатор коагуляции;
  3. бак для раствора коагулянтов;
  4. шайба;
  5. смеситель;
  6. осветительный фильтр;
  7. бак для взрыхления фильтрующего слоя;
  8. сброс промывочной воды;
  9. выход осветленной воды.

СХЕМА ОСВЕТИТЕЛЬНОГО ФИЛЬТРА

Удаление примесей из воды

  1. подача воды на очистку;
  2. корпус фильтра;
  3. слой пористого материала;
  4. выход очищенной воды.

Осветительный фильтр представляет собой металлический резервуар, в котором на дренажной системе располагается слой фильтрующего материала высотой 800 – 1200 мм. Вода после предварительного отстаивания и коагуляции или непосредственно в смеси с коагулянтом поступает в верхнюю часть фильтра и равномерно распределяется по площади, проникая через фильтрующий материал со скоростью 5 – 12 м/час. Вода остается на его поверхности в толще взвешенного вещества и хлопьев коагулянта осветляется, после чего через дренажную систему отводится в бак. В процессе фильтрации фильтрационный материал необходимо регенерировать, для чего загрязненный фильтр отсоединяют и промывают потоком чистой воды снизу вверх. Кроме того фильтрующий материал взрыхляют сжатым воздухом для улучшения промывки. Цикл фильтрации 8 часов. Общее время на остановку фильтра и промывку – 30 – 40 мин.

Умягчение воды.

Умягчение воды производят методом осаждения и методом ионного обмена. метод осаждения заключается в том, что присутствующие в обработанной воде в растворенном состоянии накипеобразующие катионы в результате химического взаимодействия с вводимым в воду реагентами или вследствие термического их разложения образуют новые соединения, малорастворимые в воде и выделяемые из нее в твердом состоянии. Раньше этот метод был основным, целью его было максимально возможное избавление от содержащихся в воде катионов Са и Mg, образуя малорастворимые в воде соединения CaCO3 и Mg(OH)2. Таким образом, при обработке воды методом осаждения (известкование или добавление соды) протекают следующие реакции:

Удаление примесей из воды

Этот метод называется содоизвесткование, он не позволяет получить достаточно глубокое умягчение воды. поэтому в настоящее время наибольшее распространение нашли методы ионного обмена – Na- и Н- катионирование.