» » Есть много способов сделать воду чище

Есть много способов сделать воду чище

5-05-2016, 21:18

Есть много способов сделать воду чище

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.

Основные методы очистки воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения: 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.

Традиционные методы очистки воды не позволяют удалять из неё многие виды загрязнений (особенно содержащиеся в растворенном вилле), которые могут встречаться в поверхностных водоисточниках. Эти методы часто не обеспечивают получение воды стандартного качества даже в тех случаях когда требуется удаление привкусов и запахов природного происхождения. В связи с этим пытаются использовать дополнительные методы обработки воды: окисление, сорбцию, ионный обмен, физические методы и др. Для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения, как правило приходиться обрабатывать большое количество воды, кроме того, стоимость её обработки должна быть невелика. Поэтому в практике водоснабжения пока получают применение только первые два метода: окисление и сорбция.

Окислительный метод очистки воды

Окислители уже давно используются в технологии водоподготовки в основном благодаря своему бактерицидному действию. Ещё в конце прошлого столетия были проведены первые опыты по обеззараживанию воды хлором и азоном. Окислители используются также для удаления цветности воды, её привкусов и запахов, т.е. органических веществ природного происхождения. Наряду с газообразным хлором и озоном находят применение различные хлорсодержащие продукты (хлорная известь, гипохлориты, двуокись хлора) и перманганат калия. Эти окислители обладают различными окислительно-восстановительным потенциалом. Однако эффективность их действия определяется не только величиной окислительно-восстановительного потенциала, а также другими факторами, которые необходимо учитывать при оценке действия окислителя на те или иные виды загрязнений. К таким фактором можно отнеси скорость взаимодействия окислителя с удаленными из воды веществами, а также проявляемые в ряде случаев особенности взаимодействия. При этом необходимо иметь в виду, что очистка воды от органических соединений с помощью окислителей достигается путём их разложения т.е. перевода в другие соединения. Очистка от неорганических соединений в том числе от ионов металлов может быть достигнута только в том случае, если последние будут переведены при действие окислителей в нерастворимую форму. Юлагодаря этому они могут быть переведены из воды с помощью отстаивания, фильтрования и т.п.

Наиболее характерные окислители и их взаимодействие с характерными видами загрязнений воды.

Хлор. Как известно, взаимодействие хлора с водой протекает по уравнению

Cl2 + H2O ↔ HCl + HClO

Образовавшаяся в результате гидролиза хлора хлорноватистая кислота диссоциирует по уравнению

HClO  ↔  H+ + OCl–

Хлор является хорошим дезинфектантом. Его бактерицидное действие проявляется по отношению к бактериям и некоторым видам врусов. Обеззараживающий эффект зависит от дозы хлора, времени его контакта с водой, степени загрязненности воды и других услвий. В реакцию взаимодействия с хлором могут вступать различные химические соединения.

Окислению хлором подвергаются природные гуминовые вещества, обусловливающие цветность воды. Имеются данные, что хлорирование нарушает устойчивость коллоидных частиц водного гумуса, способствуя их коагуляции.

Хлор сравнительно легко взаимодействует с фенолами. Исследования, проведённые в Институте коллоидной химии воды позволили установить, что из класса фенолов наиболее устойчивыми по отношению к хлору является одноатомные фенолы – оксибензол, крезол, нафтол. Двухатомные фенолы (пирокатехин, резорцин, гидрохинон) и трёхатомные фенолы (флороглюцин, резорцин, гидрохинон) разрушаются под действием под действием хлора значительно интенсивнее.

Проведены опыты по выяснению характера взаимодействия хлора с фенолом (оксибензолом). Эти данные показывают, что при малых дозах хлора фенол не разрушается, хотя наблюдается расход окислителя. По-видимому, на этой стадии идёт образование хлорпроизводных фенола, что подтверждалось появление типичного «аптечного» запаха воды. С увеличением дозы хлора количество фенола начинает снижаться, что свидетельствуето его разрушении. При полном разрушении фенола расход хлора прекращается. Исходя из количества прореагировавшего хлора можно подсчитать, что в данном случае окисление проходит в основном до малеиновой кислоты. При этом для протекания реакции необходим определенный избыток хлора. Особенности взаимодействия хлора с фенолом являются образование нежелательных хлорпроизводных при недостаточных дозах хлора и необходимость значительного избытка хлора для их разрушения, что в практических условиях требует специального процесса дехлорирования воды.

В ходе исследования выполненных Буртшелом и его сотрудниками установлено, что большинство хлорпроизводных фенола обладают неприятным запахом, особенно 2-хлорфенол, 2,4 –дихлорфенол, 2,6 –дихлорфенол и трихлорфенол.

Весьма специфичным является взаимодействие хлора с аммиаком, так как реакция между ними протекает достаточно быстро с образованием хлораминов. Например, хлор взаимодействует с аммиаком примерно в 100 раз быстрее, чем с фенолом. В зависимости от условий протекания реакции, в том числе от соотношения концентраций хлора и аммиака, могут образовываться различные хлорамины: монохлорамины (NH4Cl), дихлораммины (NHCl2) и трихлораммины (NCl3).

Хлорамины, также как и хлор, являются окислителями и обладают бактерицидным действием, которое проявляется, однако, значительно медленнее и слабее. При наличии связанного хлора рекомендуется производитьобеззараживание воды увеличенными дозами хлора и при более длительном его контакте с обрабатываемой водой по сравнению со свободным хлором.хлорамины значительнее медленнее, чем хлор взаимодействуют с органическими веществами. Поэтому на практике в воду часто специально добавляют аммиак, чтобы «связать» хлор в хлорамины и воспрепятствовать образованию нежелательных органических хлорпроизводных, например хлорфенолов. Этот же пример используют в тех случаях, когда необходимо продлить бактерицидное действие хлора. Однако если требуется провести глубокое и быстрое окисление находящихся в воде загрязнений и если при наличии в обрабатываемой воде аммиака неизбежно образуются хлорамины, на практике прибегают к избыточному хлорированию.

Большое число исследований посвящено вопросу изучения взаимодействия хлора с пестицидами. Имеющиеся данные показывают, что хлор плохо окисляет большинство хлорсодержащих органических пестицидов, а в тех случаях когда эта реакция протекает, могут образовываться токсичные продукты: например, альдрин при окислении хлором превращается в дельдрин, который более токсичен, чем исходный продукт.

Фосфорганические пестициды окисляются хлором несколько лучше, однако и здесь могут образовываться более токсичные продукты по сравнению с первоначальным веществом. Так, при взаимодействии хлора с паратионом последний превращается в более токсичный продукт – параоксон.

Имеется значительная группа органических химических соединений, с которыми хлор практически не взаимодействует или взаимодействует очень слабо. К таким соединениям относятся синтетические поверхностно-активные вещества, в частности хлорный сульфонол, соединения, входящие в состав нефтей и нефтепродуктов и др. свободный хлор способен окислять некоторые металлы, переводя их в труднорастворимые соединения, благодаря чему они могут быть удалены из воды. Так, например, сравнительно легко окисляется хлором двухвалентное железо.

Двуокись хлора представляет собой ядовитый взрывоопасный газ, хорошо растворимый в виде. При нормальных условиях один объём воды растворяет около 30 объёмов двуокиси хлора. Чаще всего используют способ, основанный на окислении хлорита натрия хлором:

2NaClO2 + Cl2 → 2 запахов. Двуокись хлора весьма энергично ClO2 + 2NaCl

По мнению ряда авторов, двуокись хлора является хорошим денинфектантом и по сравнению и по сравнению с хлором более эффективно действует на потогенные бактерии кишечной группы.

Наряду с высоким бактерицидным действием двуокиси хлора многие исследователи отмечают также эффективность её применения с целью устранения привкусов и запахов. Двуокись хлора весьма энергично взаимодействует с фенолами. Скорость протекания этой реакции во много раз превышает скорость окисления фенола хлором. Исследователями было установлено, что двуокись хлора, как и хлор, является мало эффективным реагентом по отношению к нефтепродуктам и не снимет вызываемые ими привкусы и запахи. Плохо взаимодейтвует двуокись хлора и синтетическими поверхносто-активными веществами. В отличие от хлора двуокись хлора не взаимодействует с аммиаком, и поэтому присутствие последнего в воде не влияет на её окислительное действие. Отмечая, что двуокись хлора имеет преимущество перед другими окислителями при очистке воды от марганца, так как реакция окисления марганца двуокисью хлора протекает практически мгновенно.

Перманганат калия. Хотя этот реагент начал использоваться для очистки воды давно, но только в последние десятилетия получил широкое внедрение в ряде стран, особенно при необходимости снижения привкусов и запахов воды и удаления из неё двухвалентного железа и марганца.

Особенностью перманганата калия является то, что он, действуя как окислитель, сам восстанавливается до двуокиси марганца. Некоторые исследователи приписывают двуокиси марганца немаловажную роль в процессе удаления загрязнений из воды, считая, что она образует в воде тонкодисперсный осадок, способный сорбироваться на своей поверхности некоторые виды загрязнений, повышая тем самым общий эффект очистки воды. При этом дозы перманганата можно подбирать простейшим способом исходя из специфической фиолетовой окраски, присущей раствору самого перманганата.

Перманганат калия способен окислять весьма ограниченное количество пестицидов. При взаимодействии перманганата калия с пестицидами так же, как и при действии хлора, могут образоваться продукты более токсичные, чем сами пестициды.

Относительно бактерицидное действие перманганата калия существуют разноречивые мнения. Одни исследователи считают, что перманганат калия обладает хорошим бактерицидным действием и что это позволяет, применяя его с целью устранения привкусов и запахов, отказаться от обработки воды хлором. Другие исследователи отмечают, что перманганат калия в обычных для устранения запахов воды дозах обладает слабым бактерицидным и вирулицидным действием.

Озон – бесцветный газ с сильным своеобразным запахом, токсичен, взрывоопасен, сравнительно легко самопроизвольно разлагается, превращаясь в кислород, с выделением энергии. В чистом и сухом воздухе разложение его происходит медленнее, чем во влажном и загрязненном. Ещё быстрее озон разлагается в воде при высоких значения рН. Он является очень слабым окислителем.

Получают озон путём воздействия тихого электрического разряда на кислород воздуха или чистый кислород в специальных генераторах. Вырабатываемый при этом продукт представляет собой не чистый озон, а смесь его с воздухом или кислородом.

Для создания условий взаимодействия озона с находящимися в воде веществами он должен быть переведён из газовой фазы в воду и растворён в ней. Для этой цели используют различные способы смещения озоно-газовой смеси с водой: барботирование, инжекцию с помощью эмульгаторов, механическое смещение и т.д.

Многочисленными исследованиями установлено, что озон обладает высоким бактерицидным действием. Кроме того, отмечено более сильное действие озона на споровые формы, а также более быстрое обеззараживание действие озона по сравнению с хлором. Вместе с тем обработка воды озоном имеет свои особенности, которые часто не позволяют реализовать его преимущества как обеззараживающего реагента. В связи с этим иногда наряду с обработкой воды озоном перед подачей в сеть ей подвергают дополнительному обеззараживанию хлором.

Озон по сравнению с хлором и перманганатом калия значительно глубже окисляет фосфорганические пестициды. С хлорорганическими пестицидами он взаимодействует плохо, хотя в больших дозах он может разрушать и эти соединения.

Установлено, что озон, вступая в реакцию с гуминовыми веществами, обычно образует бесцветные соединения. Однако имеются данные, что при изменение рН среды окраска иногда восстанавливается.

В литературе также отмечают, что под действием озона изменяется устойчивость некоторых органических соединений и у них появляется способность задерживаться при фильтровании.

Обобщая приведенные данные относительно действия окислителей на различные виды загрязнений и примеси воды, надо отметить, что метод окисления не может рассматриваться в качестве универсального и санитарно надёжного. Даже такой сильный окислитель, каким является озон, не гарантирует очистку воды от всех видах загрязнений, которые могут встречаться в поверхностных водоисточников. Существенным недостатком окислителей является и то, что они не извлекают загрязнений из воды, а лишь превращают их в другие соединения. При этом могут образовываться продукты, ухудшающие органолептические показатели качества воды (например появляется окраска, возникает запах) и даже являющиеся токсичными. Поэтому окислители можно применять лишь в тех случаях, когда имеется полная уверенность в том, что из воздействие на загрязнения воды не приведёт к образования нежелательных продуктов. Однако и в этом случае могут встретиться затруднения практического использования окислителей, связанные с необходимостью выбора и поддержания их дозы в зависимости от вида и концентрации и обусловленные длительностью проведения многих анализов воды, а следовательно, и невозможностью оперативного контроля за эффектом его очистки.

Очистка воды с использование сорбционного метода

В отличие от окислителей сорбенты не видоизменяются, а извлекают загрязнения воды, поэтому использование их с санитарной точки зрения значительно более надёжно. В литературе имеются сведении о различных видах сорбентов: активных углях, глинах, шлаках и т.д. Эффективность применения сорбентов зависит от их природы, площади удельной поверхности, соотношения микро- и макропор и других факторов, в связи с чем адсорбционная способность сорбентом различна. Такие сорбенты, как, например, зола, шлаки, кокс, бурый уголь, обладает невысокой сорбционной емкостью по отношению к рассмотренным ранее видам загрязнений. Но благодаря своей низкой стоимости они всё же находят применение (главным образом при очистке сточных вод). Использование указанных сорбентов для подготовки питьевой воды неприемлемо вследствие выделения ими очищенную воду нежелательных веществ.

Исследование по применению природных сорбентов (различных глин) для очистки воды были проведены в Москводоканалпроекте. Испытывали монтмориллонитовые глины (гумбрин, асканит, аскаегель), которые добавляли в воду в виде суспензий. Кроме того изучали природные сорбенты (пиролюзит и др) в качестве фильтрующей загрузки. Было установлено, что на указанных материалах происходит сорбция ряда микроэлементов.

По сравнению с природными сорбентами значительно более высокой адсорбционной ёмкостью по отношению к большинству различных химических веществ, особенно органических, обладают активные угли, которые получают всё более широкое применение в технологии очистки воды как за рубежом, так и в нашей стране. Их используют в основном для дезодорации воды и улучшения её вкусовых качеств.

Как известно, активные угли способны сорбировать фенол, и это вещество принято даже в качестве одного из эталонных при оценке углей различных марок. Об эффективности применения активных углей для удаления из воды некоторых видов пестицидов свидетельствуют результаты многочисленных исследований. М. А. Шевченко с сотрудниками указывает, что активные угли хорошо адсорбируют гидрофобные вещества, к числу которых относится большинство хлорорганических пестицидов. Эти же авторы указывают на хороший эффект удаления из воды таких фосфорорганических пестицидов, как фосфомид, карбофос, хлорофос, дихлорофос.

Довольно высокой сорбционной способностью обладают активные угли и по отношению к поверхностно-активным веществам.

В практике водоснабжения активные угли используют как в виде дезорируемого в воду порошка, так и в гранулированном виде в качестве загрузки фильтров.

Углевание воды имеет ряд недостатков:

1). Порошкообразный уголь (так же, как и окислители) требует постоянного подбора дозы его в соответствии с видом и концентрацией загрязнений. Это сравнительно легко выполнимо при удалении привкусов и запахов воды, но при удалении химических загрязнений возникают трудности, связанные со сложностью и длительностью анализа воды. В то же время фильтры с гранулированным углем являются постоянно действующим барьером по отношению к сорбируемым загрязнениям (если ёмкость угля не исчерпана);

2) порошкообразный уголь пылит, и это вызывает большие трудности при его использование.

3) активные угли – весьма дорогостоящие реагенты, поэтому желательно использовать их многократно, применяя регенерацию, которую значительно легче осуществить при использовании гранулированных углей и крайне затруднительно при углевании воды.

Углевание воды. Для наиболее полного использования адсорбционных свойств порошкообразного угля необходимо обеспечить определенное время его контакта с обрабатываемой водой. В зависимости от качества воды, требуемой дозы угля и других факторов порошкообразный уголь водят в различных точках технологической схемы очистки воды: в водоводы 1 подъёма, перед отстойниками или осветлителями со взвешенным осадком, перед фильтровальными сооружениями. Поскольку порошкообразный уголь является дополнительной нагрузкой, ввод его перед фильтровальными сооружениями возможен только при сравнительно небольших дозах.


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться, либо зайти на сайт под своим именем. Или войдите с помощью одной из соц.сетей.
Комментарии (0)