1.Аэрирование –
окисление кислородом воздуха
с последующим осаждением и
фильтрацией. Расход воздуха для
насыщения воды кислородом составляет
около 30 л/м3. Это традиционный метод,
применяемый уже много десятилетий.
Реакция окисления железа требует
довольно длительного времени
и больших резервуаров, поэтому
этот способ используется только
на крупных муниципальных системах.
2.Каталитическое
окисление с последующей фильтрацией.
Наиболее распространенный на
сегодняшний день метод удаления
железа, применяемый в высокопроизводительных
компактных системах. Суть метода
заключается в том, что реакция
окисления железа происходит
на поверхности гранул специальной
фильтрующей среды, обладающей свойствами
катализатора (ускорителя химической
реакции окисления). Наибольшее распространение
в современной водоподготовке
нашли фильтрующие среды на
основе диоксида марганца (MnO2). Железо
в присутствии диоксида марганца
быстро окисляется и оседает
на поверхности гранул фильтрующей
среды. Впоследствии большая часть
окисленного железа вымывается
в дренаж при обратной промывке.
Таким образом, слой гранулированного
катализатора является одновременно
и фильтрующей средой. Для улучшения
процесса окисления в воду
могут добавляться дополнительные
химические окислители.
Умягчение – замена катионов кальция
и магния в воде на эквивалентное количество
катионов натрия или водорода. Реализуется
фильтрованием воды через специальные
ионообменные смолы. С жесткой водой сталкивался
каждый, достаточно вспомнить о накипи
в чайнике. Жесткая вода не годится при
окрашивании тканей водорастворимыми
красками, в пивоварении, производстве
водки. В ней хуже пенится стиральный порошок
и мыло. Высокая жесткость воды делает
её непригодной и для питания газовых
и электрических паровых котлов и бойлеров.
Слой накипи в 1,5 мм снижает теплоотдачу
на 15%, а слой толщиной 10 мм – уже на 50%.
Снижение теплоотдачи ведет к увеличению
расхода топлива или электроэнергии, что,
в свою очередь, ведет к образованию прогаров,
трещин на трубах и стенках котлов, выводя
преждевременно из строя системы отопления
и горячего водоснабжения. Наиболее эффективным
способом борьбы с высокой жесткостью
является применение автоматических фильтров
– умягчителей. В основе их работы лежит
ионообменный процесс, при котором растворенные
в воде жесткие соли заменяются на мягкие,
которые не образуют твердых отложений.
Обессоливание – удаление из воды растворённых
солей на ионообменных смолах или фильтрование
воды через специальные плёнки (мембраны),
пропускающие только молекулы воды.
Все большее значение в охране
поверхностных вод от загрязнения и засорения
приобретают агролесомелиорация и гидротехнические
мероприятия. С их помощью можно предотвращать
заиление и зарастание озер, водохранилищ
и малых рек. Выполнение этих работ позволит
уменьшить загрязненный поверхностный
сток и будет способствовать чистоте водоемов.
Разновидностью реагентного
метода является процесс нейтрализации
сточных вод. Согласнодействующим нормативным
документам, сбросы сточных вод в системы
канализации населенных пунктов и в водные
объекты допустимы только в случаях ,если
они характеризуются величиной рН=6,5…8,5.
В том случае, если рН сточных вод соответствует
кислой ( рН<6,5) или щелочной (рН>8,5)реакции,сточные
воды подлежат нейтрализации, под которой
понимают снижение концентрации в них
свободных Н+ или Н- ионов до установленных
в указанном интервале значений рН. Нейтрализация
кислых сточных вод осуществляется добавлением
растворимых в воде щелочных реагентов
(оксида кальция,гидрооксидов натрия,
кальция,магния и др.) нейтрализация щелочных
стоков-добавлением минеральных кислот-
серной, соляной и др. в процессе нейтрализации
важно добавить ровно столько реагента,
чтобы осуществить нейтрализацию, не изменив
при этом показателем рН в противоположную
сторону. Кислые стоки часто содержат
ионы железа и других тяжелых металлов.
Поэтому при нейтрализации таких стоков
одновременно идет процесс превращения
ионов металлов в труднорастворимые
гидрооксиды, выпадающие в осадок. Реагентная
очистка осуществляеися в ёмкостях, снабженных
устройствами для перемешивания реагентов
со сточными водами.
Сущность ионообменной очистки сточных вод заключается
в пропускании сточных вод через ионообменные
смолы, которые различаются на катионитовые-
имеющие подвижные и способные к обмену
катионы, и анионитовые- имеющие подвижные
и способные к обмену анионы. При прохождении
сточной воды подвижные ионы смола заменяются
на ионы соответствующего знака токсичных
примесей. Например, катион тяжелого метала-
ионион, происходит сорбированием таксичных
ионов смолой. Регенирация смола (восстановление
сорбирующей способности при насыщении
смолы токсичными ионами) осуществляется
промывкой её кислотой. При этом токсичные
ионы замещаются соответствующими катионами
или ионами,а токсичные примеси выделяются
в концентрированном виде как щелочные
или кислые стоки,которые взаимно нейтрализуют
и подвергаются реагентной очистке или
утилизации.
Окисление – обработка воды кислородом
воздуха, гипохлоритом натрия, марганцевокислым
калием или озоном. Обработка воды окислителем
(или их комбинацией) делает возможными
или интенсифицирует обесцвечивание,
дезодорацию, обеззараживание, обезжелезивание,
деманганацию
В электроагуляционных установках может
быть реализован метод электрохимической
очистки сточных вод. Таким методом можно
очищать от ионов тяжелых металлов,цианидов.
При электролизе железный анод растворяется
с образованием двухвалентных катионов
железе, который восстанавливает очень
токсичный шестивалентный хром до менее
токсичного трехвалентного. В результате
электрохимических процессов на катоде
происходит также восстановление шестивалентного
хрома до двухвалентного. Последний,так
же как ионы железа,реагирует с гидрооксильной
группой с образованием нерастворимых
гидроокисей хрома и железа, которые затем
удаляются как взвеси, например отстаиванием.
Электродиализный
метод очистки используют для удаления
из малоконцентрированных сточных
минеральных солей, а также при переработке
высококонцентрированных сточных вод
с целью выделения из них ценных продуктов
для последующего использования. Электродиализом
называют процесс переноса ионов через
мембрану под действием приложенного
к ней электрического поля. Для очистки
сточных вод используют электрохимически
активные ионитовые мембраны.
Наиболее распостранены гетерогенные
ионитовые мембраны, представляющие собой
тонкие пленки,изготовленные из размельченной
в порошок ионообменной смолы. В зависимости
от того, из какой смолы сделана мембрана,различают
катионитовые и анионитовые мембраны.
Первые способны пропускать через себя
лишь катионы, а вторые-анионы вредных
примесей.
Биологическая очистка
сточных вод основана на способности микроорганизмов
использовать растворенные и коллоидные
органические соединения в качестве
источника питания в процессах своей жизнедеятельности.
При этом органические соединения окисляются
до воды и углекислого газа. Биологическим
путем очищаются многие виды органических
соединений городских и производственных
сточных вод. Бактерии находятся в активном
иле, представляющем собой темно-коричневую
или черную жидкую массу,обладающую землистым
запахом с биологической точки зрения
активный ил-это скопление аэробных бактерии
в виде зоогелей. Кроме микробов в иле
могут присутствовать простейшие (в аэротенках),
в биопленке (биофильтры)-черви,личинки
насекомых,водные клещи. При очистке многих
видов сточных вод используют бактерии
рода Pseudomonas-грамотрицательные палочки.
Биологическую очистку ведут или в естественных
условиях (поля орошения, поля фильтрации,
биологические пруды) или в специальных
сооружениях: аэротенках, биофильтрах.
Аэротенки представляют собой открытые
резервуары с системой коридоров,тчерез
которые медленно претекают сточные воды,смешанные
с активным илом. Эффект биологической
очистки обеспечивается постоянным перемешиванием
сточных вод с активным илом и непрерывной
подачей воздуха через систему аэроции
аэротенка.активный ил затем отделяется
от воды в отстойниках и вновь направляется
в аэротенк. Биологический фильтр- это
очистное сооружение,заполненное загрузочным
материалом ,через который фильтруется
сточная вода и на поверхности которого
развивается биологическая пленка,состоящая
из закрепленных на загрузочном материале
различных форм микроорганизмов.
Сорбция (от sorbeo (лат.) — поглощаю) - процесс
извлечения из воды (в нашем случае) растворенных
в ней примесей, в основном органической
природы. Поскольку ионообменные процессы
также относятся к сорбционным, (только
сопровождаются выделением из сорбента
привитого к нему иона на замену поглощаемого),
то сорбция (в широком плане) позволяет
извлечь из раствора (из воды) практически
все примеси. Однако, в действительности
сорбционные процессы связаны с избирательностью
сорбента (сродством к тому или иному веществу)
и из воды удаляются далеко не все примеси.
Как правило, для очистки воды
применяют твердые гранулированные или
волоконные материалы (адсорбенты). Это
активированные угли (БАУ, БАУ-МФ, АУ, углен
и т.д.). В некоторых очистителях используют
ионообменные материалы (ИОС-К, ИОС-А, цеолиты,
клиноптилолиты и др.)
Сорбционные процессы подчиняются
ряду законов, которые значительно усложняют
как конструирование адсорбционных насадок,
так и их эксплуатацию. Это - и закон образования
фронта поглощения, и закон параллельного
переноса, и уравнение Шилова, и закон
равновесной концентрации и т.д.
В силу этих законов, при пропускании
воды через сорбенты, вредные примеси,
в ней содержащиеся, накапливаются в сорбенте,
а, вследствие закона равновесной концентрации
уже в процессе эксплуатации задолго до
выработки ресурса они поступают в обработанную
воду (фильтрат), превращая его в «психологически
чистую» воду. Указанные особенности были
изучены при разработке сорбционных полевых
водоочистных станций. Был рассчитан ресурс
сорбционных насадок и, к сожалению, он
не превышал суток (так называемый «фильтроцикл»).
Однако разработки военных водоснабженцев
остались неучтенными при создании бытовых
очистителей воды.
Мембранные технологии не получили широкого
распространения в бытовых очистителях
воды. Во-первых, потому что для работы
мембранных модулей требуется высокое
давление - до 8 - 10 атм. Во-вторых, поскольку
эффективны, в основном гиперфильтрационные
мембраны, получаемая вода становится
близкой к глубокообессоленной. В-третьих,
при мембранной обработке в канализацию
сбрасывается до 50 и более процентов поступающей
на модуль воды, а при современном дефиците
воды это слишком расточительно.
Из изложенного следует
ряд не очень обнадеживающих выводов.
Во-первых, фильтровально-сорбционные
устройства накапливают в толще сорбента
поглощенные примеси. И при высоких концентрациях
примесей (например, при «залповых выбросах»)
резко ухудшается качество обработанной
воды, сокращается и даже становится непредсказуемым
время работы сорбционной насадки (ее
ресурс). Иначе говоря, страдает важный
фактор - эксплуатационная надежность
очистного устройства.
Во-вторых, мембранные модули
и применяемые ионообменные сорбенты
обедняют солевой состав обработанной
воды (иониты заменяют в воде важные для
организма соли кальция, магния, ряд микроэлементов
на ионы натрия, а мембранные модули способны
полностью деминерализовать воду).
В-третьих, возникает (как бы
ниоткуда) проблема утилизации отработанных
сорбционных насадок и мембранных модулей.
А это еще один «ручеек» загрязнения окружающей
среды.
Из электрохимических методов
в разработке финишных устройств для очистки
питьевой воды были использованы электрохимическая
коагуляция и электрохимическая флотация.
Поэтому мы не будем рассматривать электрофорез,
электрокатализ, разряд малой мощности
(РММ), высоковольтный электроискровой
разряд (ВЭИР) и электромембранный метод
- деионизацию. Не исключено, что в дальнейшем
какой-либо из этих методов может быть
применен и для питьевой воды.
Обычно при очистке воды применяют
(имеются в виду полевые водоочистные
станции) различные вещества, замутнители,
подкислители, подщелочиватели, и среди
них важную роль играют коагулянты. В основном,
в качестве коагулянта, используют сернокислый
алюминий (глинозем). Глинозем диссоциирует
в воде на ион алюминия и ион сульфата.
Т.к. сернокислый алюминий - это соль сильной
кислоты и слабого основания, диссоциация
идет не до конца и в воде остается молекулярно
растворенный глинозем. Почти сразу после
растворения (в течение минуты) ион алюминия
соединяется с гидроксилом из воды и образуется
гидроксид алюминия, который в виде хлопьев
выпадает в осадок. Это и есть коагуляция,
в процессе которой (и в результате которой)
вода освобождается от взвесей, солей
цветности, от микроорганизмов и ряда
других примесей. Остается удалить из
воды хлопья коагулянта. В полевых водоочистных
станциях это происходит на нескольких
этапах последующей после коагуляции
обработки воды.
В отличие от обычной коагуляции
электрохимическая коагуляция обладает
рядом преимуществ.
В процессе нахождения или прохождения
воды между электродами происходит электролиз,
в результате которого растворяется анод
и его металл выходит в межэлектродное
пространство в виде ионов. Чаще всего
в качестве анода используют сплавы алюминия.
Ионы алюминия (как и при обычной коагуляции)
соединяются с ионами гидроксила и образуется
гидроксид алюминия. Процесс этот многостадийный,
поэтому образующийся гидроксид алюминия
обладает рядом свойств, которые можно
объединить термином высокой химической
активности. По данным ряда исследований,
гидроксид, полученный электролизом, обладает
химической активностью, в шесть раз превышающей
активность обычного гидроксида. Это означает,
что в процессе хлопьеобразования коагулянта,
полученного электролизом, очистка воды
от взвешенных примесей, солей цветности,
микроорганизмов происходит намного активнее
и плотнее. К этому следует добавить, что
в отличие от обычной коагуляции в воду
не добавляются непродиссоциированные
молекулы самого коагулянта -сульфаты
- и они не поступают потребителю. Отметим,
что этот процесс называется электролитической
коагуляцией.