Умягчение воды можно производить
одним из следующих I способов:
а) путем осаждения солей жесткости реагентами
(реагентный метод);
б) путем фильтрования воды через слой
материала, так называемого катионита
(катионитовый метод).
Дегазация - удаление из воды
растворенных газов. Дегазация воды необходима
при использовании воды на хоз.-питьевые
и промышленные цели, т. к. растворенные
газы — кислород, свободная углекислота
и сероводород — обусловливают или усиливают
коррозионные свойства воды. Дегазация
воды применяется в системах горячего
водоснабжения, при подготовке питательной
воды для котлов среднего и высокого давлений,
при ионитовом умягчении и обессоливании
воды, при обезжелезивании воды с помощью
аэрации и в случаях использования подземных
вод, содержащих растворенный сероводород.
Биологическая чистка - один
из наиболее распространенных методов
очистки воды, при котором происходит
минерализация органического вещества
микроорганизмами (сапробионтами) в мелководных
прудах и других водоемах (см. аэротенк,
биофильтр).
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.
Органолептический
метод (органолептика) — метод определения показателей качества продукции
на основе анализа восприятий органов чувств — зрения, обоняния, слуха,
осязания, вкуса.
Доступной схемой для каждого
потребителя является обычное кипячение.
Вода от этого становится чище. Но все
продукты жесткости оседают на стенках
той кастрюли или чайника, в которых воду
кипятят. Да и невозможно накипятить столько
воды, чтобы обеспечить потребности семьи
даже из двух человек. Кожа, волосы, да
и ткани останутся под угрозой жесткости.
Более всего в современных очистных
системах в муниципальных предприятиях
используют химическую очистку. Она действительно
самая дешевая, при этом эффективная. Но
она, увы, от жесткости почти не помогает.
Да и множество побочных эффектов имеет.
Основная задача химического
влияния поменять состав воды. При воздействии
таких веществ, в воде появляются новообразования.
Они либо связывают соли жесткости, либо
образуют новые вещества. Выпадая в осадок,
соли вымываются. С помощью химического
воздействия можно убирать и железо из
воды, и бактерии. В этом смысле она очень
выгодна
Очень важно не просто очистить
воду, но еще и содержать систему в порядке.
В зависимости от выбранного способа доведения
воды до необходимого состояния, степень
необходимости обслуживания может быть
разной. Если в квартире стоит мощная модульная станция водоподготовки или электромагнитное устройство,
то такие приборы не обслуживаются вообще.
Если же потребитель приобрел ионообменный
умягчитель, то придется выложить определенную
сумму на постоянные замены фильтрующих
частей в устройствах.
Плюс ко всему, потребитель
должен понимать, что получение хорошей
питьевой воды значит приобретение специального
питьевого фильтра. Не каждая схема может
гарантировать питьевую воду. Но такие
устройства дорого стоят, потому покупать
мощные установки для квартиры бессмысленно.
3 Методы очистки
питьевой воды
Проблема очистки воды охватывает
вопросы физических, химических и биологических
ее изменений в процессе обработки с целью
сделать ее пригодной для питья, т. е. очистки
и улучшения ее природных свойств.
Основными методами очистки
воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения
являются осветление, обесцвечивание
и обеззараживание.
Осветление воды путем осаждения
взвешенных веществ. Эту функцию выполняют
осветлители, отстойники и фильтры. В осветлителях
и отстойниках вода движется с замедленной
скоростью, вследствие чего происходит
выпадение в осадок взвешенных частиц.
В целях осаждения мельчайших коллоидных
частиц, которые могут находиться во взвешенном
состоянии неопределенно долгое время,
к воде прибавляют раствор коагулянта
(обычно сернокислый алюминий, железный
купорос или хлорное железо). В результате
реакции коагулянта с солями многовалентных
металлов, содержащимися в воде, образуются
хлопья, увлекающие при осаждении взвеси
и коллоидные вещества.
Коагуляцией примесей воды
называют процесс укрупнения мельчайших
коллоидных и взвешенных частиц, происходящий
вследствие их взаимного слипания под
действием сил молекулярного притяжения.
Фильтрование — самый распространенный
метод отделения твердых частиц от жидкости.
При этом из раствора могут быть выделены
не только диспергированные частицы, но
и коллоиды.
В процессе фильтрования происходит
задержание взвешенных веществ в порах
фильтрующей среды и в биологической пленке,
окружающей частицы фильтрующего материала.
Вода освобождается от взвешенных частиц,
хлопьев коагулянта и большей части бактерий.
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 воды, или ее
дезинфекция, заключается в полном освобождении
воды от болезнетворных бактерий. Так
как полного освобождения ни отстаивание,
ни фильтрование не дают, с целью дезинфекции
воды применяют хлорирование и другие
способы, описанные ниже.
На примере типовой схемы очистной
станции водопровода показан комплекс
составляющих ее элементов (рис. 1.1).
Главнейшие из этих элементов
следующие:
Насосная станция первого подъема,
подающая воду на очистные сооружения.
Смеситель 2, обеспечивающий
перемешивание раствора коагулянта, поступающего
из реагентного хозяйства 3, с обрабатываемой
водой. В практике применяют гидравлические
и механические типы смесителей. На схеме
показан дырчатый смеситель, представляющий
собой лоток с дырчатыми перегородками,
в котором происходит перемешивание воды
с раствором коагулянта.
Рис. 1.1
Камера реакции 4, в которой
завершается химическая реакция и образуются
хлопья коагулянта. На схеме приводится
камера реакции, помещаемая внутрь вертикального
отстойника. Хлопьеобразование в ней завершается
в течение 10...15 мин.
Отстойники 5, которые в зависимости
от направления движения воды подразделяются
на горизонтальные, вертикальные и радиальные.
Горизонтальный отстойник в плане — прямоугольник.
Глубина его 3...5 м. Вода движется через
отстойник со скоростью, не превышающей
5 мм/с, а при коагулировании — 10 мм/с. В
целях равномерного распределения потока
в поперечном сечении отстойника предусматривается
конструктивная деталь, обеспечивающая
равномерное поступление воды в отстойник
и отвод ее, например дырчатая стенка.
На станциях меньшей производительности
применяют вертикальные отстойники, состоящие
из двух цилиндров, вложенных один в другой.
Диаметр внешнего цилиндра — не больше
12 м. Отношение диаметра к высоте отстойника
(D/H) принимают в пределах 1,2...2. Вода поступает
во внутренний цилиндр, в котором находится
камера реакции, опускается вниз, затем
осветляется, поднимаясь в вертикальном
направлении вверх по среднему кольцевому
пространству со скоростью 0,5...0,75 мм/с.
Осветленная вода через отводящие желоба
отводится трубой или по каналу на фильтр.
Радиальные отстойники диаметром
от 5 до 60 м занимают среднее положение
между горизонтальными и вертикальными
отстойниками. Вода попадает в центральную
часть отстойника и, постепенно уменьшая
скорость, движется в радиальном направлении
к лотку, расположенному вдоль периферийной
части, из которого отводится.
Дно отстойника устраивают
с уклоном к грязевому приямку или лотку,
откуда выпавший осадок непрерывно или
периодически удаляется насосом или самотеком
сбрасывается в водосток.
Осветлители, конструкция которых
в основном не отличается от конструкции
вертикального отстойника, дают значительный
эффект осветления, позволяя при этом
снизить расход коагулянта и сократить
размер сооружений. Осветляемая вода проходит
в восходящем движении слой осадка высотой
2...2,5 м, находящегося во взвешенном состоянии
(так называемая суспензионная сепарация).
В процессе работы осветлителя
происходит укрупнение хлопьев коагулянта,
задерживающих часть взвеси. В настоящее
время осветлители широко применяют как
в городских, так и в промышленных водопроводах.
В некоторых случаях вертикальные отстойники
переоборудуют на осветлители.
Фильтрование состоит в пропуске
воды через фильтр 6, заполненный фильтрующим
материалом (обычно кварцевым песком),
уложенным слоями возрастающей сверху
вниз крупности. Вода поступает на поверхность
фильтра, движется сквозь слои фильтрующего
материала и дренажным устройством отводится
в резервуар чистой воды. В процессе работы
фильтр заполнен водой до уровня 1...1.5 м
над поверхностью фильтрующего материала.
Фильтры делаются открытыми
безнапорными и закрытыми напорными. Напорные
фильтры представляют собой закрытые
стальные резервуары.
В применяемых в настоящее время
скорых фильтрах скорость прохождения
водой фильтрующего материала, или скорость
фильтрации, равна 6...7 м/ч в отличие от
громоздких медленных фильтров, применявшихся
ранее, в которых скорость фильтрации
была меньше в 50...60 раз.
В предложенных институтом
Вод-гео двухслойных фильтрах поверх слоя
кварцевого песка укладывают слой дробленого
антрацита, что позволяет увеличить скорость
фильтрации до 9... 10 м/ч и соответственно
удлинить рабочий период фильтра.
Количество фильтров на очистной
станции — не менее двух. Площадь одного
фильтра от 10...20 м2 на малых и средних станциях,
до 100 м2 и более — на больших.
После фильтров вода может поступать
непосредственно потребителю.
Способы обеззараживания воды.
Среди оставшихся в воде после
фильтрования бактерий могут быть болезнетворные.
Уничтожение их может быть достигнуто:
введением в воду сильных окислителей,
способных убивать ферменты бактериальных
клеток; нагреванием воды до температуры
80 °С (пастеризация) — 100 °С (стерилизация);
облучением воды ультрафиолетовыми лучами;
озонированием; воздействием ультразвуком;
введением в воду серебра или других металлов,
обладающих олигодинамическим действием
на микроорганизмы. Практическое применение
нашли 1, 3 и 4-й методы.
В качестве окислителей можно
использовать хлор, йод, марганцево-кислый
калий, перекись водорода, гипохлорит
натрия и кальция. Чаще всего применяют
жидкий хлор и хлорную известь. Газообразный
хлор сжижают под давлением 0,6...0,8 Па и
в жидком виде доставляют на водопроводную
станцию в стальных баллонах весом 25 кг.
Посредством особых приборов — хлораторов
хлор дозируют и смешивают с водой. Полученная
в установке для обеззараживания 7 хлорная
вода (рис. 11.1) поступает в резервуар чистой
воды 8. Обычная доза хлора 1,0...1,5 мг/л в
случае предварительного хлорирования
до очистных сооружений и 0,3...0,5 мг/л при
хлорировании после фильтров. В малых
установках применяют хлорную известь.
Для устранения запаха хлора к обрабатываемой
воде прибавляют одновременно с хлором
в небольших количествах аммиак (аммонизация
воды). Хлор, введенный в воду, образует
хлорноватистую кислоту и соляную кислоту
по уравнению С12 + Н2О = = НОС1 + НС1. Хлорноватистая
кислота НОС1 — соединение нестойкое,
диссоциирующее с образованием гипохлоритного
иона ОС1. При этом окислительное действие
на органические вещества, в том числе
и бактерии, проявляют как хлорноватистая
кислота, так и гипохлоритный ион. Соляная
кислота соединяется с карбонатами, находящимися
в воде.
Установка для дезодорации
воды проектируется перед фильтрами. Привкусы
и запахи природных вод бывают природного
и искусственного происхождения, что обусловливает
различие их химического состава и многообразие
методов обработки воды для их локализации.
Для удаления из воды веществ,
вызывающих нежелательные привкусы и
запахи, применяют следующие методы ее
обработки: аэрацию, окисление хлором,
озоном, перманганатом калия и другими
окислителями; сорбцию активным углем.
Аэрация воды является наиболее простым
способом ее дезодорации, основанным на
летучести большинства веществ, обуславливающих
привкусы и запахи. Аэрацию воды осуществляют
на градирнях, в брызгальных бассейнах
(см. гл. 12) до введения в нее окислителей
во избежание их потерь.
Для удаления из воды запахов,
обусловленных жизнедеятельностью микроорганизмов
и водорослей, успешно применяют хлор
и озон. В целях предотвращения появления
хлорфенольного запаха при хлорировании
воды рекомендуется применять: перхлорирование
воды (для окисления фенолов), преаммонизацию
(введение солей аммиака для связывания
хлора) и комбинированную обработку воды
совместно с марганцевокислым калием.
Активный уголь является наиболее
универсальным средством для дезодорации
воды.
Заключение
В ходе проделанной работы были
рассмотрены такие вопросы как: что такое
водоподготовка воды, методы и схемы очистки
воды.