Методы очистки воды, используемые в быту и промышленности

Коагуляция – обработка воды специальными химическими реагентами для укрупнения частиц загрязнений. Делает возможными или интенсифицирует осветление, обесцвечивание, обезжелезивание. Коагуляцией примесей воды называют процесс укрупнения мельчайших коллоидных и взвешенных частиц, происходящий вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения.

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.

Обесцвечивание – удаление или видоизменение веществ, придающих воде цвет. Реализуется различными методами, в зависимости от причины цветности. Обесцвечивание воды, т. е. устранение или обесцвечивание различных окрашенных коллоидов или полностью растворенных веществ может быть достигнуто коагулированием, применением различных окислителей (хлор и его производные, озон, перманганат калия) и сорбентов (активный уголь, искусственные смолы).

Обеззараживание – обработка воды окислителями и/или УФ-излучением для уничтожения микроорганизмов. Обеззараживание воды (удаление бактерий, спор, микробов и вирусов) является заключительным этапом подготовки воды питьевой кондиции.

 Использование для  питья подземной и поверхностной  воды в большинстве случаев  невозможно без обеззараживания.  Обычными методами при очистке  воды являются:

1.         Хлорирование путем добавления хлора, диоксида хлора, гипохлорита натрия или кальция.

2.         Озонирование. При применении озона для подготовки питьевой воды используются окислительные и дезинфицирующие свойства озона.

3.                Ультрафиолетовое облучение. Используется энергия ультрафиолетового излучения для уничтожения микробиологических загрязнений. Кишечная палочка, бацилла дизентерии, возбудители холеры и тифа, вирусы гепатита и гриппа, сальмонелла погибают при дозе облучения менее 10 мДж/см2, а ультрафиолетовые стерилизаторы обеспечивают дозу облучения не менее 30 мДж/см2.    

Обезжелезивание/деманганация – превращение растворённых соединений железа и марганца в нерастворимые и удаление тех и других путем фильтрования, как правило, через специальные фильтроматериалы. Решение проблемы очистки воды от железа представляется довольно сложной и комплексной задачей. К наиболее часто используемым методам можно отнести:

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.

 Дистилляция воды

Менее распространенный вид  очистки воды. В дистилляционных  системах вода сначала испаряется, а затем конденсируется.

Т.е., дистилляция — процесс  очистки жидкостей, заключающийся  в испарении жидкости с последующей  конденсацией пара. При этом происходит разделение жидких многокомпонентных  смесей на отличающиеся по составу  фракции путем частичного испарения  смеси и конденсации образующихся паров.

Методом дистилляции можно  отделить жидкость от растворенных в  ней твердых веществ или жидкостей  с сильно отличающимися температурами  кипения. Дистиллированная вода относительно чистая, но процесс дистилляции достаточно дорог.

Дистилляционные системы  также должны обязательно содержать  активированный уголь, так как нет  другого способа убрать низкомолекулярную  высоколетучую органику (типа хлороформа).

Кипячение воды

Кипячение — одна из разновидностей такого способа очистки воды как  стерилизация.

Стерилизация — это  полное освобождение воды от микроорганизмов  действием высоких температур или  фильтрацией. Фильтрация, как правило, применяется на промышленных установках при больших объемах стерилизуемой  воды. В быту чаще всего стерилизация сводится к простому кипячению. Кипячение  — это наиболее доступный и  наиболее известный способ доочистки  воды. Он достаточно эффективен, но имеет  свои недостатки.

Вымораживание воды

Вымораживание применяется  главным образом для опреснения воды, то есть для удаления из нее  излишков солей. Этот способ основан  на той закономерности, что чистая вода замерзает при более высокой  температуре, чем вода, содержащая соли. Всем городским жителям эта закономерность хорошо известна — дороги не зря  посыпают солью для избежания гололеда.

Сущность этого метода состоит в том, что воду замораживают (например, в морозильнике). При этом сначала замерзает чистая вода, а  между кристаллами льда остается «рассол», то есть смесь воды и солей. Соответственно, «рассол» сливают, не дав ему замерзнуть, а чистый лед  растапливают, получая очищенную  воду.

Правда, если температура  замораживания была слишком низкой, то может случиться, что замерзнет  не только чистая вода, но и рассол.

С другой стороны, нет никакой  необходимости, чтобы вода была совершенно лишена солей, без которых человек  не может быть полностью здоровым.

Сорбция. Сорбенты. Сорбционные фильтры

Сорбцией называют поглощение примесей из газа или жидкости твердыми телами, которые называют сорбентами.

Процесс сорбционной очистки  состоит в пропускании газа или  жидкости через сосуд, заполненный  сорбентом – сорбционный фильтр. Если режим фильтрации и сорбент  выбраны правильно, то достигается  желаемый результат – удаление из газа или жидкости вредных примесей. Именно так работают противогазы  и фильтры для воды. 
Активированные угли и их использование

Не будет сильным преувеличением сказать, что сорбционные фильтры  — это в первую очередь угольные фильтры.

Активированные угли –  наиболее широко используемые сорбенты, производимые миллионами тонн в год. Это универсальные сорбенты, применяемые  для удаления примесей самой различной  химической природы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение 

 

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и  их рационального использования  для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. В России широко осуществляются мероприятия по охране окружающей среды, в частности по очистке производственных сточных вод.

Одним из основных направлений  работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических  процессов производства, переход  на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах. Замкнутые  циклы промышленного водоснабжения  дадут возможность полностью  ликвидировать сбрасываемые сточных  вод в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.

В химической промышленности намечено более широкое внедрение  малоотходных и безотходных технологических  процессов, дающих наибольший экологический  эффект. Большое внимание уделяется  повышению эффективности очистки  производственных сточных вод.

Существенное влияние  на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение.

Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это  одно из звеньев комплексной мировой  проблемы охраны природы.

Список литературы  

 

1. Алферова А.А., Нечаев  А.П. Замкнутые системы водного  хозяйства промышленных предприятий,  комплексов и районов. - М.: Стройиздат, 1987.

2. Гавич И.К. Методы охраны внутренних вод от загрязнения и истощения.- М.: Агропромиздат, 1985.

3. Жуков А.И. Монгайт  И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод М.: Стройиздат, 1987.

4. Соколов А.К. Охрана  производственных сточных вод  и утилизация осадков. - М.: Стройиздат, 1992.