Меню Рубрики

Сравнительный анализ способов очистки воды

Сравнение методов. Очистка воды от загрязнений

Чистая вода – это один из трёх китов, на которых покоится наше здоровье и сама жизнь (вода, еда, воздух). Все труды по поддержанию здоровья (правильные упражнения, питание, практики) в отсутствии чистой воды на определенном этапе могут пойти прахом. Как, например, объяснить то, что все наши родственники и друзья из Воронежа приезжали в Мытищи с больными почками и печенью, как и мама когда-то? Врачи это не объясняют никак. Для мамы же всё было ясно. – Избыточное содержание фтора в питьевой воде в размере несколько предельно допустимых концентраций. Мама была химиком, и делать анализы воды было её прямой обязанностью. Говорила ли она об этом? – Да. Слушал ли её кто-нибудь? – Нет, разве что мой папа. Такова природа человеческого ума. – Факт стучится в дверь. Мы выходим, смотрим сквозь него и спрашиваем: «Кто тут»? Известны случаи, когда люди подвергали себя последовательным длительным, а подчас и тяжелым процедурам, пытаясь безуспешно избавиться от того или иного недуга. А стоило начать пить просто другую, даже не фильтрованную воду, – и недуг уходил. Вода, при длительном пользовании ею, становится увеличительным стеклом собственных маленьких отклонений в химическом и структурном составах. А если отклонение немаленькое? – Тогда и проблемы возникают большие!

Средняя норма потребления воды в день на человека — от 150 до 400 л в день. И лишь 1.5-4 из них принимается внутрь. Всё остальное, «обогащенное» мылом, грязью, и многим сами знаете, чем еще, поступает на централизованную или локальную переработку. И это в лучшем случае и в развитых странах.- Весомой частью сюжета некоторых русских (и не только) фильмов и мультфильмов была сточная труба, сбрасывающая в реку (море, океан) отработанную в химическом (металлургическом, фармакологическом, животноводческом и т.д.) производстве воды. И далеко не всегда эта вода, особенно в прошлом, проходила хоть какие- либо циклы очистки. А сколько всего этих стоков было, есть и будет можно судить хотя бы по тому, например, что при производстве 1 тонны стали расходуется 400 тонн воды. Что бывало (и случается сейчас) с теми местами, где скапливались все заводские остатки, подчас просто затруднительно описать. Например, река Яуза, на берегу которой я проживал, в 70- ые — 80-ые годы представляла собою просто промышленный отстойник. Выше по течению стоял Мытищинский машиностроительный завод, многочисленные автобазы и мелкие заводики. В бочагах и заливчиках скапливалась неописуемая дрянь, способная гореть, как напалм, без доступа воздуха. В детстве с друзьями я не раз проверял такие вот местечки в реке на горючесть (ай-яй-яй). Как правило, эксперименты были успешными, — иногда реку приезжали тушить пожарные машины! Будучи студентом, удобрял огород водой из одной маленькой речушки (выше по течению был животноводческий комплекс). А вирус гепатита подхватил, глотнув водички при исследовании странной трубы, выходящей на дно горной реки из близлежащего санатория на берегу Чёрного моря. Осваивал, так сказать, практические азы своей будущей специальности.

Живая вода рек и морей обладает замечательной способностью очищать сбрасываемые стоки. Однако, — до определенных пределов, переступать которые крайне не желательно, так как вода не просто уже не очищается, а переходит в качественно иную категорию с другими сообществами бактерий, химизмом, физическими и биологическими свойствами, крайне неблагоприятными для живых существ.

Чего же в воде быть не должно или должно быть не более чем?

Загрязнения градируются на 4 основных типа:

бактерии, вирусы, одноклеточные водоросли, цисты и споры паразитов;

-3. органические соединения

продукты распада живой материи (гуминовые кислоты, хлорофилл, аминокислоты) и их производные, индустриальная органика, пестициды. Все это содержит углерод;

-4. неорганические соединения

металлы, нитриты(NO2), нитраты(NO3), хлориды(Cl), фториды(F), цианиды(CN), сульфаты (SO4), хлор остаточный, калий (К), кальций (Са), магний(Мg), фосфор (Р) и другие, менее распространенные соединения.

Загрязнения присутствуют в воде в виде:

1. нерастворимых механических примесей (взвесь, песок, хлопья). Это, в основном, мелкие неорганические частички и продукты жизнедеятельности живых организмов.

2.коллоидных растворов или пленки на воде. Активные вещества в таких растворах слипаются в комки и пленки по 50-100 и больше молекул. В таком виде, чаще всего, существуют колонии микроорганизмов и многие органические загрязнители, в основном, искусственного происхождения.

3. растворимых соединений. Это и природные газы и соли, растворенные в воде. Это и производственные выбросы тяжелых металлов, остатки минеральных удобрений с полей, гербициды и пестициды. Особенно изощренно и непредсказуемо действуют некоторые из лекарств. Попадая в воду в виде отходов с фармацевтических предприятий и продуктов переработки человеческой жизнедеятельности даже в совершенно ничтожных количествах, они способны приводить к изменению в генетическом аппарате потребляющих такую воду живых существ, вызывать умственную отсталость, сложные патологии, сказываются на детородных функциях. Впрочем, столь же неблагоприятные последствия дают и остатки ракетного топлива, например, распыляемого при пуске ракет на очень большие территории.

Да мало ли что еще из совершенно невообразимого сейчас? Сколько их всяческих производств, удовлетворяющих наши все более изощренные нужды? Поэтому, описывая способы защиты (увы, только себя, а не всех живых существ) от загрязнений, присутствующих в воде, мы должны полностью отдавать себе отчет, что дальше будет только хуже. И единственный выход — это умерить аппетит в потреблении, уменьшая свой вклад в дело перепроизводства всего, чего только можно. Свой, личный, здесь и сейчас, а не в рамках какой-либо программы. За все это каждый из нас несет персональную ответственность.

Вернемся к частным «водяным» проблемам.

Полный список параметров, «водяных неприятностей» и способов борьбы с ними весьма длинен. Некоторые соединения, как смертельно опасные, должны отсутствовать в воде полностью. И колодец, скважина, речка или ручеёк, выбранные вами как основной источник домашнего водоснабжения, должны быть обязательно проверены на возможно большее количество загрязнителей. Анализ воды даст возможность правильно скомпоновать систему очистки, которая в своей основе моделирует тот или иной природный процесс:

-сорбции (сорбционные фильтры на основе угля, керамики, пористого титана и т.п.);

-осмоса (мембранные фильтры);

-электрохимические и каталитические реакции ( процесс ЭХА в фильтрации и активировании воды, ионообменные каталитические процессы);

— выпаривание и дистилляция (дистилляторы);

— солнечной радиации (ультрафиолет).

В зависимости от того, чем именно загрязнена ваша вода, комплектуется система предочистки, убирающая нерастворенные взвеси, умягчающие воду, удаляющие из неё излишки железа и марганца, а также микроорганизмы. Далее на кухне для питьевых нужд устанавливается фильтр или оконечная система глубокой очистки воды.

Если же вода к вам в дом приходит через централизованную систему водоснабжения, где она, как правило, уже прошла предочистку, то доочистку воды проводить значительно проще и менее затратно. Анализ воды, желательно проводить и здесь, хотя необязательно, в отличие от иных прочих источников водоснабжения. Почти всегда присутствующий в воде хлор, работающий как основной дезинфектор на станциях водоочистки, убирается вместе с иными небольшими органическими загрязнителями самым дешевым угольным фильтром. Очень часто для получения приемлемо чистой воды что-либо делать ещё и не требуется. Однако вы должны помнить, что и в централизованных системах и в скважинах – колодцах – родниках, состав примесей в воде может меняться как в пределах ПДК, так и больше, в зависимости от сезона, появления новых источников загрязнения, мелиоративных работ и т.п. Не является бесспорно безопасным и регулярное потребление воды, в которой примеси содержатся на пределе ПДК, что происходит достаточно часто. И очень многие предпочитают застраховаться от всех неожиданностей фильтром или домашней системой очистки воды. Самая популярная в мире система обратного осмоса, например, предохраняет от всех типов загрязнения, кроме микробиологического. Вы тоже можете её выбрать, хотя лично я являюсь противником применения систем глубокой очистки воды. Нужно заметить, что для доочистки можно применять и некоторые методы биоактивации воды, которые достаточно эффективно удаляют вредные примеси или преобразуют их в состав, безопасный для организма.

Многие существующие системы (ультрафиолетовые, ионообменные, пористый титан и пр.) не были сознательно включены в таблицу из-за ограниченного применения, меньшей распространенности или отсутствия коренных отличий по результатам. Более подробно о приведённых в таблице методах можно почитать, выйдя на нужные страницы по ссылкам из таблицы.

Согласно таблице, наиболее эффективным является метод паровой дистилляции, который на выходе дает практически свободную от посторонних примесей воду. Очень много фирм- производителей фильтров и систем очистки на этом и кончают свой обзор. Вот вам самый эффективный и дорогой вариант паровой дистилляции. Вот менее эффективный, но более доступный и менее хлопотный процесс фильтрации методом обратного осмоса и так далее по убывающей (именно такова последовательность в американских, к примеру, «водяных» журналах). Таблицу же такого рода, как правило, очень редко кто делает. А если делает, то сравниваемые методы подбираются очень аккуратно. В результате, например, вместо кричащих заголовков и пространных объяснений мы, в лучшем случае, находим коротенькие объявления о том что: доведенная до состояния дистиллята питьевая вода противопоказана к постоянному потреблению. Мало того, что организму не доставляется необходимое количество солей и микроэлементов (многие из них, в другом виде и далеко не все доставляются так же и с пищей), сверх того, и это самое главное, дистиллированная вода ещё и вымывает их из него. Ухудшается кожно-волосяной покров, размягчаются кости, появляются и углубляются желудочно-кишечные заболевания. И это только верхушка айсберга неприятностей, происходящих в организме в случае длительного потребления дистиллята. Согласно, например, более чем 170 публикациям (на 1997 г, данные FDA) недостаток магния в воде напрямую связан с сердечно сосудистыми заболеваниями, самыми распространенными в наше время. Исследования, проведенные Институтом Арктики и Антарктики совместно с украинскими медиками, показали, что в крови полярников, употреблявших лишь талую воду, концентрация кальция через несколько месяцев снижалась на 30%, значительно снижалась свертываемость крови, переломы и раны заживали в несколько раз медленнее. Дистиллированная вода находится в очень неравновесном состоянии и, как губка, впитывает в себя из окружающего пространства газы, соли, мгновенно все это растворяет. Дистиллят разъедает даже трубы. Представляете, что происходит внутри нас, когда мы выпиваем такую водичку. Даже на первый взгляд – ничего хорошего. Однако, если вода из выбранного вами источника, например, сильно минерализована, может содержать патогенные бактерии и вирусы, содержит иные типы загрязнений, то паровая дистилляция до появления систем проточной ЭХА являлась наилучшим выбором.

Обратноосмотические системы до появления проточной ЭХА (Электрохимическая активация), а затем и систем с трековой мембраной, являлись вторыми по универсальности очистки. Имеют значительно меньшую стоимость производства одного литра воды и большую производительность, в сравнении с системами паровой дистилляции. Однако:

1.Обладают капризным характером и чувствительностью к некоторым параметрам воды, особенно к хлору (некоторые разновидности мембран), что может просто вывести их из строя.

-2.Требуют регулярных дезинфекционных процедур из-за вечной угрозы Митозиса (см. Системы обратного осмоса и Керамические фильтры).

-3.Желательна предустановка угольных фильтров.

-5.Кроме этого, согласно утверждению Aqua Technology, весьма уважаемому за независимость и честность суждений тематическому ресурсу, системы обратного осмоса преобразуют воду в не самую здоровую для организма структурную форму (см. главу структура воды).

Системы фильтрации с применением трековой мембраны (ТМ), в том числе и наиболее совершенная из них «Водный Доктор», «вступили в бой» совсем недавно, но уже вполне заслуженно отвоевали себе солидный кусок рынка. Трековая мембрана обеспечивает ещё большее качество фильтрации, чем это было достигнуто с помощью систем обратного осмоса.

–1.При более чем качественной очистке воды от всех типов загрязнений ТМ способна работать как в напорном варианте с приемлемой производительностью, так и в полевых условиях, как накопительная система.

-2. ТМ обеспечивает наибольшую степень защиты от микробиологического загрязнения после системы паровой дистилляции, наряду с методом ЭХА. Обратноосмотические системы, к примеру, неспособны бороться с этим типом загрязнения.

-3.Структура воды после фильтрации с применением трековой мембраны не является физиологически нездоровой, как это происходит при применении систем обратного осмоса (согласно утверждению Aqua Technology).

-4. ТМ (трековая мембрана) является безальтернативным вариантом для применения в полевых условиях при фильтрации воды из открытых источников. Помимо главной задачи, -избавления от живой и мёртвой органики, ТМ чрезвычайно эффективно фильтрует и всё остальное. – Керамический фильтр, применявшийся лишь для обеззараживания воды и частичного удаления органики, безвозвратно ушёл в прошлое. ТМ неспособна бороться только с вирусами. По этому параметру «Водный Доктор» проигрывает методам ЭХА и паровой дистилляции, которые, однако, и не используются для очистки воды из открытых источников. Да и вообще, — чистить воду от вирусов, — это не очень актуально. От бактрерий — да, но с этим ТМ справляется замечательно.

-5. Срок службы трековой мембраны весьма велик. Без всякой замены, а лишь с регулярной промывкой она будет служить до 2-х лет при достаточно интенсивной эксплуатации.

Что же касается системы проточной электрохимической активации (ЭХА), то являясь до недавнего времени темной лошадкой для большинства американцев и до сих пор — для европейцев, она давно и очень успешно используется в России, странах СНГ, Японии, и Канаде (собственная разработка силами бывших советских учёных). Немного проигрывая по общей степени очистки от загрязнений «Водному Доктору», метод ЭХА, тем не менее, имеет несколько важных преимуществ:

Первое. – Себестоимость получаемой воды из всех методов самая маленькая именно у ЭХА.

Второе.- Производительность значительно выше, чем у всех остальных реальных конкурентов.

Третье.- Надёжность и долговечность. Нет никаких расходуемых элементов (мембран, картриджей, мешочков, предохраняющих нагревательные элементы дисстилляторов от солей жёсткости, сами нагревательные элементы). Оборудование способно служить до 10 лет и больше без какого-либо ремонта и замены деталей.

Червёртое и Главное. – Это биологическая активация воды с преобразованием её структуры в наиболее физиологически приемлемую для нас форму – гексагональную (см. раздел структура воды). По остальным физиологически важным параметрам «Водный доктор» до ЭХА уже дотянулся.

Некоторые фильтры, весьма популярные в России, не имеют международной сертификациии и чёткого позиционирования по параметрам. Именно из-за недостатка официальных данных по ним, здесь не рассматриваются такие весьма перспективные фильтры, как цеолитово — шунгитовый или доломитово – цеолитово — шунгитовый.

Сравнивая характеристики различных методов очищения воды от загрязнений чуть более пристально, без пустого «замыливания глаза» техническими деталями и цифрами, каждый из нас может сделать определенные выводы. И эти выводы могут сильно отличаться от тех, которые мы получаем с тысяч «водяных сайтов» и специализированных изданий.

источник

Обратноосмотические системы до появления проточной ЭХА (Электрохимическая активация), а затем и систем с трековой мембраной, являлись вторыми по универсальности очистки. Имеют значительно меньшую стоимость производства одного литра воды и большую производительность, в сравнении с системами паровой дистилляции. Однако:

1.Обладают капризным характером и чувствительностью к некоторым параметрам воды, особенно к хлору (некоторые разновидности мембран), что может просто вывести их из строя.

-2.Требуют регулярных дезинфекционных процедур из-за вечной угрозы Митозиса (см. Системы обратного осмоса и Керамические фильтры).

-3.Желательна предустановка угольных фильтров.

-5.Кроме этого, согласно утверждению Aqua Technology, весьма уважаемому за независимость и честность суждений тематическому ресурсу, системы обратного осмоса преобразуют воду в не самую здоровую для организма структурную форму (см. главу структура воды).

Системы фильтрации с применением трековой мембраны (ТМ), в том числе и наиболее совершенная из них «Водный Доктор», «вступили в бой» совсем недавно, но уже вполне заслуженно отвоевали себе солидный кусок рынка. Трековая мембрана обеспечивает ещё большее качество фильтрации, чем это было достигнуто с помощью систем обратного осмоса.

–1.При более чем качественной очистке воды от всех типов загрязнений ТМ способна работать как в напорном варианте с приемлемой производительностью, так и в полевых условиях, как накопительная система.

-2. ТМ обеспечивает наибольшую степень защиты от микробиологического загрязнения после системы паровой дистилляции, наряду с методом ЭХА. Обратноосмотические системы, к примеру, неспособны бороться с этим типом загрязнения.

-3.Структура воды после фильтрации с применением трековой мембраны не является физиологически нездоровой, как это происходит при применении систем обратного осмоса (согласно утверждению Aqua Technology).

-4. ТМ (трековая мембрана) является безальтернативным вариантом для применения в полевых условиях при фильтрации воды из открытых источников. Помимо главной задачи, -избавления от живой и мёртвой органики, ТМ чрезвычайно эффективно фильтрует и всё остальное. – Керамический фильтр, применявшийся лишь для обеззараживания воды и частичного удаления органики, безвозвратно ушёл в прошлое. ТМ неспособна бороться только с вирусами. По этому параметру «Водный Доктор» проигрывает методам ЭХА и паровой дистилляции, которые, однако, и не используются для очистки воды из открытых источников. Да и вообще, — чистить воду от вирусов, — это не очень актуально. От бактрерий — да, но с этим ТМ справляется замечательно.

Читайте также:  Результаты анализа воды питьевой воды

-5. Срок службы трековой мембраны весьма велик. Без всякой замены, а лишь с регулярной промывкой она будет служить до 2-х лет при достаточно интенсивной эксплуатации.

Что же касается системы проточной электрохимической активации (ЭХА), то являясь до недавнего времени темной лошадкой для большинства американцев и до сих пор — для европейцев, она давно и очень успешно используется в России, странах СНГ, Японии, и Канаде (собственная разработка силами бывших советских учёных). Немного проигрывая по общей степени очистки от загрязнений «Водному Доктору», метод ЭХА, тем не менее, имеет несколько важных преимуществ:

Первое. – Себестоимость получаемой воды из всех методов самая маленькая именно у ЭХА.

Второе.- Производительность значительно выше, чем у всех остальных реальных конкурентов.

Третье.- Надёжность и долговечность. Нет никаких расходуемых элементов (мембран, картриджей, мешочков, предохраняющих нагревательные элементы дисстилляторов от солей жёсткости, сами нагревательные элементы). Оборудование способно служить до 10 лет и больше без какого-либо ремонта и замены деталей.

Червёртое и Главное. – Это биологическая активация воды с преобразованием её структуры в наиболее физиологически приемлемую для нас форму – гексагональную (см. раздел структура воды). По остальным физиологически важным параметрам «Водный доктор» до ЭХА уже дотянулся.

Некоторые фильтры, весьма популярные в России, не имеют международной сертификациии и чёткого позиционирования по параметрам. Именно из-за недостатка официальных данных по ним, здесь не рассматриваются такие весьма перспективные фильтры, как цеолитово — шунгитовый или доломитово – цеолитово — шунгитовый.

Сравнивая характеристики различных методов очищения воды от загрязнений чуть более пристально, без пустого «замыливания глаза» техническими деталями и цифрами, каждый из нас может сделать определенные выводы. И эти выводы могут сильно отличаться от тех, которые мы получаем с тысяч «водяных сайтов» и специализированных изданий.

источник

Классификация сточных вод и основные методы их очистки. Гидромеханические, химические, биохимические, физико-химические и термические методы очистки промышленных сточных вод. Применение замкнутых водооборотных циклов для защиты гидросферы от загрязнения.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

«Сравнительный анализ методов очистки промышленных сточных вод»

    Введение
  • 1. Классификация сточных вод
  • 2. Методы очистки сточных вод
  • 2.1 Гидромеханические методы очистки сточных вод
  • 2.2 Химические методы очистки сточных вод
  • 2.3 Биохимические методы очистки сточных вод
  • 2.4 Физико-химические методы очистки сточных вод
  • 2.5 Термические методы очистки сточны вод
  • 3. Замкнутые водооборотные циклы
  • Заключение
  • Библиографический список

Сточными называются воды, образовавшиеся в процессе использования на бытовые и производственные нужды и получившие при этом дополнительные загрязнения.


Последние формируются за счет атмосферных осадков (дождь, снег), поступающих на территорию предприятия. B зависимости от содержания в них химических веществ АСВ могут быть или сильно загрязненными, или содержащими загрязняющие вещества в небольших количествах. Производственные сточные воды также можно разделить на две большие гpyппы: содержащие загрязняющие вещества и условно чистые. Первая группа должна быть подвергнута очистке на специальных сооружениях, вторая группа может быть использована в цикле оборотного водоснабжения.


Для отведения сточных вод от мест их образования существуют специальные канализационные сети (системы). Режим поступления сточных вод в наружную канализационную сеть промышленного предприятия и их количество зависят от многих условий: мощности предприятия, числа рабочих смен, вида исходного сырья, технологии производства, числа единиц производственного оборудования, а также режима его работы, удельного расхода воды на единицу продукции и т.п. Вследствие этого на предприятиях одного и того же производственного профиля сточные воды имеют неодинаковый состав и поступают в канализацию c различной степенью неравномерности. Режим поступления производственных сточных вод во внутрицеховую канализационную сеть определяется технологическими процессами отдельных цехов и предприятия в целом. [1, с 290]


Для устранения загрязнений сточных вод применяют различные методы очистки. Наиболее удобная классификация методов приводится у А.Н. Голицына. Методы очистки сточных вод классифицируются следующим образом:


— гидромеханические (процеживание, отстаивание, улавливание всплывающих материалов, фильтрование, центрифугирование);


— физико-химические (коагуляция, флотация, флокуляция, адсорбция, ионный обмен, экстракция, обратный осмос, десорбция, электрохимические методы);


— очистка от растворимых примесей (экстракция, сорбция, нейтрализация, электрокоагуляция, ионный обмен, озонирование, кондиционирование, обезвоживание);


— очистка от органических примесей (применение сооружений с использованием биологических фильтров). [3, с 37-38]


Как видно из приведенной выше классификации, способов очистки сточных вод очень много. Ниже рассмотрим некоторые из них.


Процеживание. Сточные воды процеживают через решетки и сита с целью извлечения из них крупных примесей для предотвращения засорения труб и каналов. Решетки состоят из наклонных или вертикально установленных параллельных металлических стержней, укрепленных на металлической раме. Решетки могут быть неподвижные и подвижные. Ширина прозоров в решетке равна 16 — 20 мм. По способу очистки решеток от задержанных загрязнений они разделяются на простейшие, которые очищаются ручным способом, и механические, очищаемые с помощью механических приспособлений. При этом в просветах решетки движутся зубцы граблей, укрепленных на подвижной шарнирно-пластинчатой цепи, которая приводится в движение электродвигателем. Отбросы, снятые со стержней решетки направляются на ленте-транспортере в дробилку для измельчения.


Сита применяют для удаления более мелких взвешенных частиц. Они могут быть двух типов: барабанные или дисковые. Первые представляют собой сетчатый барабан с отверстиями 0,5-1 мм. При вращении барабана сточная вода фильтруется через его внешнюю или внутреннюю поверхность в зависимости от способа подвода воды (снаружи или внутрь). Задерживаемые примеси смываются c сетки водой и отводятся в желоб. Производительность сита зависит от размера (диаметра) барабана, его длины, a также от свойств примесей.


Отстаивание. Его применяют для выделения из сточных вод грубодисперсных примесей. Осаждение происходит под действием силы тяжести. Для проведения процесса используют песколовки, отстойники и осветлители.


Песколовки предназначены для задержания минерaльных примесей, содержащихся в сточных водах. Принцип действия этих устройств основан на том, что частицы, плотность которых больше, чем плотность воды, по мере движения их в резервуаре выпадают на дно. Конструкцию песколовки выбирают в зависимости от количества очищаемых сточных вод, концентрации взвешенных частиц. Наиболее часто используют гoризонтaльные песколовки. Скорость движения воды в горизонтальных песколовках не превышает 0,3 м/с. [1, с 295-296]


Отстаивание является самым простым, наименее энергоемким и дешевым методом выделения из сточных вод грубодиспергированных примесей с плотностью, отличной от плотности воды.


Отстойники предназначаются для осаждения нерастворенных частиц вследствие замедленного движения сточных вод. [4, с 205]


B зависимости от конструкции отстойники могут быть горизонтальными, вертикальными или радиальными. В горизонтaльных отстойниках жидкость движется почти горизонтально вдоль отстойника, в вертикальном — снизу вверх, в радиaльных — от центра к периферии. [1, с 296]


Горизонтальные отстойники — это железобетонные, прямоугольные в плане бассейны воды. Для выравнивания потоков в бассейнах устанавливают через 3 — 6м вертикальные продольные перегородки. Удаление осадков со дна отстойника гидравлическое (без остановки работы) или механическое (при опорожнении отстойника или отсека). [2, с 30]


Вертикальные отстойники — это круглые, квадратные или многоугольные в плане резервуары с конусным или пирамидальным днищем. Вертикальные отстойники обычно имеют производительность от 20 до 50 м 3 /сут, они используются при глубоком залегании грунтовых вод. сточная жидкость подводится к рабочей части отстойника по центральной трубе. После выхода из трубы сточная жидкость движется снизу вверх к сливным желобам, по которым поступает в отводной лоток. Во время движения сточной жидкости по отстойнику из нее выпадают взвешенные частицы, плотность которых больше плотности воды. [1, с 297]


Радиальные отстойники — круглые в плане бассейны, снабженные устройством для непрерывного удаления выпадающей смеси. Сточная вода подается через центральную трубу в бассейн отстойника и движется с убывающей скоростью к периферии. При этом происходит выпадение осадка. Пройдя отстойник, сточная вода через щелевые отверстия поступает в круговой желоб. Дно бассейна имеет уклон в 5-8° от периферии к центру. Выпавший осадок удаляют скребками, укрепленными к подвижной ферме, в приямок для сбора осадка, расположенный в центральной части отстойника. [2, с 31]


Радиальные отстойники являются разновидностью горизонтальных. Их применяют главным образом на крупных станциях очистки сточных вод (более 20 000 м 3 /сут) в системах биологической обработки. В этом случае их разделяют на первичные и вторичные. Первичные предшествуют сооружениям биологической очистки, а вторичные устанавливаются после таких сооружений. [1, с 297]


Недостатками отстойников являются сравнительно низкая эффективность, невысокая скорость удаления частиц, большие габаритные размеры аппаратов, значительный расход материалов (металла, бетона) для их изготовления. [3, c38]


Фильтрование. Процесс применяют для выделения из сточных вод грубо — и мелкодисперсных примесей, не осевших при отстаивании. Фильтрование является обычно завершающей стадией очистки сточных вод, прошедших сооружения механической, физико-химической и биологической очистки.


B зависимости от количества и характера примесей, a также количества очищаемой жидкости и требований к осветленной воде применяют фильтры c фильтровальной перегородкой или зернистой загрузкой.


Для осуществления процесса фильтрования могут быть использованы фильтры любой конструкции. Однако при очистке сточных вод, как правило, в больших объемах выбирают фильтры, для работы которых не требуется применения больших давлений. Исходя из этого, используют фильтры с сетчатыми элементами (микрофильтры и барабанные сетки) и фильтры c фильтрующим зернистым слоем. Фильтр последнего типа представляет собой резервуар, в нижней части которого имеется дренажное устройство для отвода воды. На дренаж укладывают слой поддерживающего материала, a затем фильтрующий материал. [1, c.299]


Фильтрующий слой аппарата необходимо время от времени промывать от накопившихся загрязнений. Для этого в фильтр снизу подается промывочная вода.


Наличие в очищаемой воде ферромагнитных примесей позволяет использовать для очистки магнитные и электромагнитные фильтры. Для фильтрования эмульгированных веществ применяют фильтры c пенополиуретановой загрузкой. [1, c.299]


Центробежные методы. Осаждение взвешенных частиц под действием центробежной силы проводится в гидроциклонах и центрифугах. Для очистки сточных вод, как правило, используют напорные и открытые (низконапорные) гидроциклоны. Напорные гидроциклоны применяют для осаждения твердых примесей, a открытые — для удаления осaждaющихся и всплывающих примесей. Гидроциклоны просты по устройству, компактны, легко обcлyживаются, имеют высокую производительность и небольшую стоимость.


Центробежные силы используют также в центрифугax. Мощность силового поля в таких аппаратах превышает мощность поля сил тяжести в сотни, тысячи и даже сотни тысяч раз, что позволяет обеспечить любую степень полноты разделения. B практике центрифугирования применяют два принципиально различных способа разделения неоднородных систем — фильтрование и центробежное осаждение.


Фильтрующие центрифуги служат для разделения сравнительно грубодисперсных систем с кристаллической или аморфной твердой фазой; отстойные и осветляющие — для разделения трудно фильтрующихся суспензий. Для разделения эмульсий используют сепараторы разнообразных конструкций.


Для очистки производственных сточных вод наибольшее применение находят комбинированные центрифуги, сочетающие в одном аппарате фильтрацию с последующим осаждением в поле центробежных сил. [1, с.299-300]


Окисление сточных вод производится хлором, перекисью водорода, кислородом воздуха, диоксидом марганца, озоном.


Восстановление используется для удаления из сточных вод соединений ртути, хрома, мышьяка, для чего в воду вводят сульфит железа, гидросульфит натрия, гидрозин, сероводород или алюминиевую пудру.


Удаление ионов тяжелых металлов производится реагентным методом. Ртуть, хром, кадмий, цинк, свинец, медь и никель удаляются c помощью гидроксидов кальция и натрия, карбонадов и сульфидов натрия, феррохромного шлака и т.п. [3, с.42]

Режим поступления сточных вод

I — нейтрализация смешением со щелочными сточными водами; II — раствором извести; III — фильтрованием через известняк; IV — фильтрованием через доломит; V — фильтрованием через мел.

Режим поступления: Р — равномерный; Н — неравномерный.

«+» — применение способа рекомендуется; 0 — применение способа допускается; «-» — применение способа не рекомендуется.

Аэробные процессы очистки происходят c потреблением микробами кислорода, анаэробные без потребления кислорода в метантенках, где происходит сбраживание c выделением спиртов, кислот, ацетона, углекислого газа, водорода и метана.


При использовании биохимических методов очистки сточных вод возникают проблемы сохранения активного ила (он не выдерживает низкой температуры), а также удаления и рационального использования продуктов процесса (в том числе взрывоопасных метана и водорода). Кроме того, появляется необходимость доочистки твердых осадков. [3, с.42]


Флотация. Флотационные процессы основаны на всплытии дисперсных частиц вместе c пузырьками воздуха. Флотацию успешно применяют в ряде отраслей техники (например, в процессах обогащения рудного и нерудного минерального сырья, в угледобыче) и для очистки производственных сточных вод.


Процесс флотации состоит в том, что молекулы нерастворенных частиц прилипают к пузырькам воздуха и всплывают вместе с ними на поверхность воды. Успех флотации и значительной степени зависит от величины поверхности пузырьков воздуха и от площади контакта их c твердыми частицами. Для повышения эффекта флотации в воду вводят реагенты. [1, с.304]


В качестве пенообразователей в воду могут добавлять сосновое масло, креозол, фенолы, способствующие прилипанию частиц к пузырькам пены, которая затем выводится из аппарата. [3, с.40]


Насыщение сточной жидкости воздухом осуществляется следующими способами: подачей воздуха во всасываемую трубу насоса; выделением из раствора пузырьков воздуха вследствие изменения давления; подачей воздуха компрессорами или воздуходувными машинами через пористые пластины; подачей воздуха импеллерными машинами; барботажем воздуха вследствие электрохимических процессов. [1, с.304]


Традиционным признаком классификации флотационных сооружений принят способ получения диспергированной газовой фазы (ДГФ). Все существующие способы можно разделить на следующие группы: дробление газовой фазы (диспергирование) в толще жидкости; непосредственное выделение из обрабатываемой воды. В соответствии с этим составлена классификация флотационных сооружений (рис.1) [4, с.360]


Флотация имеет высокую степень очистки (95-98%), снижает концентрацию легкоокисляемых веществ, уменьшает количество бактерий и микроорганизмов. Недостатком флотации является применение экологически вредных веществ (например фенолов). [3, с.40]


Коагуляция. Метод заключается в том, что к сточной воде добавляют реагенты (коагулянты), способствующие быстрому выделению из нее мелких взвешенных и эмульгированных веществ, которые при простом отстаивании не осаждаются. Реагeнт добавляют обычно до поступления сточной воды. в отстойники. Взвеси вместе c коагулянтом осаждаются в отстойных бассейнах. [1, с.304-305]


Для повышения эффективности очистки сточных вод от коллоидных загрязнений используют минеральные коагулянты, представляющие гидролизующиеся соли металлов. [4, с.371]

Наиболее широкое применение в качестве коагулянта получил сульфат алюминия. При коагулировании сульфат алюминия взаимодействует с гидрокарбонатами, имеющимися в воде, образуя малорастворимое основание. Также успешно применяют гидроксохлорид алюминия, для которого требуется меньший щелочной резерв воды.

очистка промышленная сточная вода

Т.к. железо обладает переходной валентностью, соли железа могут применяться не только для коагулирования, но и для проведения реакций окисления-восстановления с последующей седиментацией.

Упрощенная схема гидролиза коагулянта может быть представлена следующими стадиями:

Ме n+ + H2O — Me (OH) ( n-1 ) + + H +

Me (OH) ( n-1 ) + + H2O — Me (OH) 2 ( n-2 ) + + H +

Малорастворимые гидроксиды металлов формируют в воде дисперсную систему с противоположным зарядом, что способствует сближению дисперсных частиц загрязнений и коагулянта. Это вызывает нейтрализацию диффузного слоя и приводит к снижению величины ж-потенциала. В результате коагуляции дисперсная система сточных вод может утратить седиментационную устойчивость и стать доступной для эффективного применения разделительных процессов.

Наряду с явлениями коагуляции, образующиеся флокулы гидроксидов металлов, обладая развитой поверхностью сорбируют многие дисперсные загрязнения сточных вод. При этом могут извлекаться вещества, не участвовавшие в текущем процессе коагуляции.

В процессе очистки с помощью коагулятов можно выделить 4 стадии:

— образование веществ в результате химической реакции;

— кристаллизация малорастворимых соединений;

— адсорбция ионов на поверхности твердой фазы с образованием двойного электрического слоя.

II Стадия — образование и осаждение хлопьев.

III Стадия — созревание осадка (рекристаллизационные процессы упорядочивают кристаллическую структуру осадка).

IV Стадия — уплотнение шлама. [5, с.37]

Процесс очистки сточных вод от коллоидных и мелкодисперсных примесей гетерокоагуляцией c использованием гидроксидов металлов (алюминия, железа) — можно осуществлять, пропуская сточные воды через электролизер c анодами из yкaзанных металлов. Металл анодов под действием постоянного тока ионизируется и переходит в очищаемую воду. Образующиеся в воде гидроксиды алюминия или железа способствуют коагуляции дисперсной системы.

Флокуляция. Для ускорения процесса хлопьеобразования, имеющего место при коагуляции мелкодисперсных примесей, к сточной воде добавляют некоторые высокомолекулярные вещества, называемые флокyлянтами. Обычно флокулянты применяют в дополнение к минеральным коагулянтам, так как они способствуют расширению областей температур и рН коагулирования, снижают расход коагулянтов, повышают плотность и прочность образовавшихся хлопьев, стабилизируют работу очистных сооружений и повышают их производительность. [1, с.306]

Читайте также:  Результаты анализа воды сточных вод

Флокулянты разделяют на три группы: неорганические вещества, природные полимеры, синтетические полимеры (рис.2)

Размещено на http://www.allbest.ru/

К первой группе следует отнести активную кремниевую кислоту, представляющую собой частично структурированный раствор диоксида кремния.

К группе природных флокулянтов относятся крахмал, производные целлюлозы, альгинат натрия, гуаровые смолы, флокулянты, получаемые микробиологическим синтезом и др. Преимущества природных флокулянтов это их практически полная безвредность. Недостаток — невысокие флоккулирующие свойства.

Большое распространение получили синтетические полимерные флокулянты, что объясняется их весьма высокими флоккулирующими свойствами. Ряд флокулянтов этой группы можно применять для очистки воды и осветления тонкодисперсных суспензий, в весьма малых дозах, не используя при этом коагулянты.

К группе синтетических флокулянтов неионного типа относятся: полиакриламид, полиэтиленоксид, поливинилпиролидон, поливиниловый спирт.

Флокулянты анионного типа — полиакрилат натрия, полистиролсульфокислота. Анионные полимерные флокулянты содержат в цепи карбоксильную группу, сульфогруппу, а также фосфатную группу.

Эффективны флокулянты катионного типа — полиэтиленимин (ПЭИ), полиакриамид (ПАА), ВА-2, ВА-3, ВПК-101, ВПК-402 и др. Ниже представлены катионные флокулянты, выпускаемые в промышленных условиях.

источник

Дата публикации: 19.03.2018 2018-03-19

Статья просмотрена: 11 раз

Гречкин Н. В., Власовец Н. А. Сравнительный анализ способов очистки водоёмов от нефтяных пятен // Юный ученый. — 2018. — №1.1. — С. 22-24. — URL https://moluch.ru/young/archive/15/1141/ (дата обращения: 21.10.2019).

Работа посвящена практическому изучению свойств нефти и сравнению эффективности различных способов очистки водоёмов от нефтяных загрязнений.

Ключевые слова: нефть, свойства нефти, экологическая катастрофа, способы очистки.

Тема очистки водоемов от нефтяных пятен заинтересовала меня, когда я услышал рассказ дедушки о «нефтяном озере». Оно расположено в п. Мирный Самарской области. Оказалось, что в 1956 г. там произошла авария, нефть попала в озеро, и оно превратилось из обычного в «нефтяное». На воду садились утки, их перья покрывались нефтяной пленкой, и они погибали, так как утрачивали способность летать. Все живое погибло вокруг. Дедушка, будучи в моем возрасте, пытался спасти уток, но нефтяная пленка не отмывалась с перьев.

Время, в которое мы живём, можно назвать «нефтяной эрой человечества». Это значит, что мы находимся на пике добычи и использования нефтепродуктов. Количество аварий и разливов нефти увеличивается. От нашей экологический грамотности напрямую зависит, какой увидят планету Земля наши дети и внуки.

Нефть – это ископаемое вещество, представляющее собой маслянистую горючую жидкость. Нефть намного легче воды и практически в ней не растворяется. Именно поэтому она образует на поверхности воды плёнку.

Для транспортировки нефти используются различные способы. Наиболее распространенные – это перекачка нефти по нефтепроводам, которые могут проходить по дну водоёмов и перевозка водным способом при помощи морских и речных танкеров и барж. Сегодня моря и океаны бороздят более 4000 танкеров.

Россия – одна из главных нефтедобывающих держав, и она же – лидер по масштабу «нефтепотерь». Самое большое количество нефти изливается при её транспортировке по нефтепроводам в результате их изношенности, механических повреждений и аварий. Учитывая огромную протяженность нефтепроводов в нашей стране, они представляют наибольшую экологическую опасность.

Основными причинами аварийных разливов нефти являются столкновения танкеров, их посадка на мель, взрывы и пожары на нефтяных платформах, слив за борт танкерами промывочных вод.

Экологические последствия разливов нефти носят трудно учитываемый характер. Нефтяное загрязнение изменяет условия обитания всех видов живых организмов. Нефть очень быстро покрывает поверхность воды плотным слоем нефтяной пленки, которая препятствует доступу света и воздуха.

Поэтому так важно правильно выбрать подходящий способ очистки воды и как можно быстрее его применить. От этого напрямую зависит жизнь всех видов живых организмов, попавших в зону бедствия.

Долговременный эффект подобных происшествий точно неизвестен: одни ученые придерживаются мнения, что разливы нефти оказывают негативное воздействие на протяжении многих лет и даже десятилетий, другие – что последствия серьезны, но за достаточно короткое время пострадавшие экосистемы восстанавливаются.

Например, в упомянутом ранее «нефтяном озере» в п. Мирный, в последние годы мы начали наблюдать лебедей. Это говорит о том, что экосистема озера постепенно восстанавливается. Но этот процесс занял долгие десятилетия.

Для понимания того, как выглядит нефтяное пятно на поверхности воды, я провёл первый эксперимент, имитирующий разлив нефти. Для этого я взял широкую тарелку, налил в неё воду, не доливая 1 см до края. Затем добавил в воду нефть. Оценил начальный размер пятна (он составил примерно 1 см).

Через 30 минут провёл повторное измерение. Размер нефтяного пятна увеличился до 2 см. В реальных условиях нефтяная плёнка растекается быстрее под воздействием естественных факторов, таких как волны и ветер.

Также я решил наглядно убедиться, что нефть легче воды. Для этого я налил в бутылку воду, добавил нефть и сильно перемешал. Примерно через час вся нефть всплыла на поверхность воды.

Второй эксперимент заключался в том, чтобы попробовать собрать разлитую нефть при помощи химического метода. Для этого был использован коагулянт Besfloc (вещество, вызывающее свёртывание, слипание вредных частиц). Для второго эксперимента я использовал нефть, которая поднялась на поверхность воды и простояла в бутылке 5 дней. Так же, как и в первый раз, я налил нефть в широкую тарелку с водой и сразу же отметил интересный факт. Пятно нефти моментально растеклось практически по всей поверхности воды. Возможно, после отстаивания в воде, на поверхность поднялась самая «лёгкая» часть нефти.

Затем я добавил на поверхность пятна химическое вещество. Мгновенно на этом месте вода очистилась.

Для проведения экспериментов была использована нефть, добытая на Мельниковском месторождении (республика Татарстан) с глубины 1248 м.

Эксперименты наглядно показали, что:

1. Нефтяное пятно растекается по поверхности воды, образуя нефтяную плёнку.

3. Под воздействием специальных химических веществ происходит очищение воды от нефтяных пятен.

Современные методы очистки воды от нефтяных загрязнений подразделяются на механические, химические, физико-химические и биологические. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется источником и характером загрязнения, площадью загрязнения, количеством нефти и др.

Методы очистки воды от нефтяных загрязнений

Название метода

Сущность метода очистки

Применение на практике

Нефть удаляется из воды путём её отстаивания и фильтрации с последующим её улавливанием специальными устройствами или вручную

В воду добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с нефтью и осаждают её в виде нерастворимых осадков

Добавление поверхностно-активных веществ

Из воды удаляют мелкие и растворённые примеси, предварительно обработав нефтяную плёнку

  1. На пятно нефти напыляют тонкоразмолотый порошок активированного угля
  2. Используют магнитные ловушки, предварительно обработав нефтяное пятно порошком

Основан на использовании специальных микроорганизмов, питающихся нефтью и разрушающих её

Обработка загрязнений препаратами, содержащими микроорганизмы и бактерии

Нам необходимо сравнить все перечисленные методы очистки от нефтяных загрязнений и сделать вывод о том, какой из методов самый эффективный.

Сравнительный анализ способов очистки

Один из главных методов ликвидации нефтеразливов. Наибольшая эффективность достигается в первые часы после аварии, когда нефть лежит толстым слоем на поверхности воды

Сбор нефти затруднён при малой толщине слоя, большой площади разлива и движении воды под воздействием ветра

Степень очистки воды от нефти может достигать 98 %. Метод применяют, если механический сбор не возможен.

Метод применим для очистки ограниченного количества воды

Применение метода ускоряет процессы разрушения нефти и ослабляет её токсическое воздействие. При нанесении порошка активированного угля пятно сразу перестает растекаться

Сбор «грязного» порошка сложная и трудоёмкая работа, загрязняющая корабли и вредная для людей. Уничтожение собранной массы путём сжигания загрязняет окружающую среду

Среди всех методов играет самую большую роль. Специальные бактерии питаются нефтью, быстро внедряются в её слой и восстанавливают доступ воздуха. Микроорганизмы нетоксичны, одинаково хорошо работают в пресной и солёной воде.

Не всегда понятно, каких побочных воздействий на экосистему следует ожидать от микроорганизмов в будущем

Как видно из таблицы, все методы имеют как свои плюсы, так и минусы. Проведённое исследование позволяет сделать вывод о том, что каждый метод применим в зависимости от конкретной аварийной ситуации. На мой взгляд, наиболее безопасным и эффективным является биологический метод очистки.

Идеальным было бы создание метода, сочетающего в себе все перечисленные плюсы. Например, учёные разработали порошок на основе активированного угля, содержащий на своей поверхности микроорганизмы-бактерии. При таком способе очистки нефть одновременно собирают порошком и перерабатывают бактериями.

За каким методом будущее – покажет практика. Возможно, учёные или талантливые студенты стоят на пороге новых открытий, о которых ещё не знает человечество и у нас появится метод на 100 % удовлетворяющий всем требованиям. На сегодняшний момент можно предположить, что это открытие лежит в области биотехнологий, так как они являются наиболее щадящими к окружающей среде и обезопасят жизнь живых организмов на планете Земля, позволяя при этом бережно пользоваться её ресурсами и дарами.

источник

Вода – основа всей органической жизни, без которой невозможно ни существование человека, ни развития человечества в целом. Кроме непосредственной необходимости поддерживать жизнедеятельность организма, человек потребляет пресную воду в больших количествах для содержания сельского хозяйства и обеспечения различных бытовых нужд. Вода покрывает более 70% поверхности земли и составляет около 1/4400 от общей массы планеты, но при этом на долю пресной приходится менее 3% от общего ее количества. При этом около 70% всей пресной воды находится в форме ледников, что затрудняет ее использование.

Конечно же, даже оставшаяся часть пресной воды, являющаяся более доступной, — это громадные объемы, исчерпать которые не так-то просто. Тем не менее, в настоящее время проблема нехватки пригодной для питья и использования воды – одна из основополагающих, что обуславливается рядом причин. Во-первых, вместе с ростом численности населения земного шара и стремительным развитием водопотребляющих отраслей промышленности и хозяйства, растут и “аппетиты” на пресную воду. Во-вторых, уже имеющиеся запасы непрерывно сокращаются за счет загрязнения из различных источников, связанных с деятельностью человека.

По объективным причинам невозможна ни остановка роста населения, ни тем более прекращение развития человечества. В то же время сокращение загрязнения пресной воды и предварительная ее подготовка – не только наиболее осуществимые, но и наиболее предпочтительные методы решения проблемы увеличивающегося водопотребления. Стоит также упомянуть и о других способах, направленных либо на сокращение потребления, либо, наоборот, на разработку новых источников пресной воды. В первом случае за счет модернизации производств увеличивается эффективность использования воды, либо же проводятся мероприятия, направленные на более рациональное использование воды в быту. Во втором случае осуществляются попытки добычи пресной воды из альтернативных источников: разработка айсбергов, конденсация атмосферной влаги, обессоливание морской воды и т.д. Тем не менее, водоочистка и водоподготовка остаются наиболее приоритетными направлениями.

Основными источниками загрязнения и в то же время основными потребителями подготовленной воды являются промышленность, сельское хозяйство и бытовое хозяйство. В свою очередь к основным формам загрязнения относят физическое химическое, биологическое и тепловое.

При физическом загрязнении в водоемы попадают плохо растворимые примеси, такие как песок, глина или различный мусор. Тепловое загрязнение обычно выделяют в отдельный вид, так как основным загрязняющим компонентом является тепловая энергия, косвенно влияющая на окружающую среду. Дополнительный подогрев водоема способен сильно изменить протекающие в нем биологические процессы, что может привести к массовой гибели рыб и других водных обитателей, или же наоборот стать причиной бурного роста водорослей или простейших, необходимость очистки от которых может значительно усложнить последующий процесс водоподготовки. Однако нужно заметить, что тепловое загрязнение может оказывать и положительное воздействие, поэтому термин “тепловое загрязнение” является относительным, а характер воздействия на окружающую среду должен оцениваться отдельно для каждого случая.

Химическое загрязнение – это попадание в водоемы химических веществ, специфических для различных производств или отраслей промышленности и сельского хозяйства. В особенности стоит выделить загрязнение нефтепродуктами, соединениями тяжелых металлов, поверхностно-активными веществами (ПАВ) и нитратами, главным источником которых является смыв сельскохозяйственных удобрений. В случае биологического загрязнения речь идет о засорении органическими веществами и микроорганизмами (в том числе болезнетворными и паразитическими). Кроме того, ряд химических соединений, богатых азотом и фосфором биогенного происхождения, является питательной средой для определенных организмов, и загрязнение водоема такими соединениями ведет к его эвтофикации – постепенному зарастанию с последующим превращением в болото.

Разнообразие различных загрязнителей порождает не меньшее разнообразие способов очистки воды от них. Тем не менее, их все можно разделить на группы по принципу действия. Таким образом, наиболее общая классификация способов очистки выглядит следующим образом:

  • Физические;
  • Химические;
  • Физико-химические;
  • Биологические.

Каждая из групп способов включается в себя множество конкретных вариантов реализации процесса очистки и его аппаратного оформления. Так же необходимо учитывать, что очистка воды, как правило, — это комплексная задача, требующая для своего решения комбинации различных способов для достижения максимальной эффективности. Комплексность задачи очистки обуславливается характером загрязнения – обычно в качестве нежелательных компонентов выступает целый ряд веществ, требующих разного подхода. Установки очистки, основанные на одном способе, обычно встречаются в тех случаях, когда вода преимущественно загрязнена одним или несколькими веществами, эффективное отделение которых возможно в рамках одного способа. В качестве примера можно привести сточные воды различных производств, где химический и количественный состав загрязнителей заранее известен и не отличатся большой разнородностью.

В основе работы физических способов очистки воды лежат различные физические явления, которые используются для воздействия на воду или содержащиеся в ней загрязнения. При очистке больших объемов воды эти методы используются преимущественно для удаления достаточно крупных твердых включений и выступают в качестве предварительной стадии грубой очистки, призванной снизить нагрузку на последующие стадии тонкой очистки. В то же время существует ряд физических методов, способных проводить глубокую очистку воды, но, как правило, производительность таких методов мала.

К основным физическим методам очистки воды относят:

  • процеживание;
  • отстаивание;
  • фильтрование (в том числе центробежное);
  • ультрафиолетовая обработка.

Процеживание представляет собой пропускание очищаемой воды через различные решетки и сита, на которых происходит задержание крупных загрязнителей. Этот метод относится к грубой очистке и часто выступает в качестве предварительной стадии. Его назначение – удалить из очищаемой воды легко отделяемые загрязнители для снижения нагрузки на очистные сооружения и обеспечить работоспособность последующих установок тонкой очистки, которые могут выйти из строя из-за попадания крупных механических включений.

Дополнительная информация по процеживанию

Отстаивание заключается в отделении части механических загрязнений из воды под действием гравитационных сил, заставляющих частицы опускаться на дно, образуя осадок. Отстаивание может выступать как в качестве предварительной стадии очистки, на которой отделяются наиболее крупные загрязнители, так и в качестве промежуточных стадий. Данный процесс осуществляется в отстойниках – резервуарах, снабженных устройствами для удаления осадка, время пребывания воды в которых рассчитывается из условия полного осаждения всех загрязняющих частиц, которые должны быть отделены.

Дополнительная информация по отстойникам

Фильтрование основывается на прохождении очищаемой воды через пористый слой фильтрующего материала, на котором происходит задержание частиц определенного размера. По своему принципу фильтрация схожа с процеживанием, однако с ее помощью можно проводить как грубую, так и тонкую очистку. Фильтрация позволяет удалять такие загрязнители как ил, песок, окалина, а также различные твердые включения размером в несколько микрон. Кроме того, с помощью фильтрации можно улучшить органолептические качества воды. Механическая фильтрация получила широкое распространение, как в крупных установках водоочистки, так и в бытовых фильтрах малой производительности.

Ультрафиолетовая дезинфекция воды, хоть и не производит непосредственно очистку, но активно применяется в процессе водоподготовки и заключается в обработке уже очищенной воды ультрафиолетовой частью спектра света (в частности используется диапазон волн с длиной 200-400 нм), невидимой для человеческого глаза, с целью обеззараживания воды. Смерть живых организмов под данным излучением наступает преимущественно вследствие повреждений молекул ДНК и РНК, что вызвано фотохимическими реакциями, возникающими в их структуре. Преимуществами такого способа обеззараживания является независимость процесса от состава воды и сохранение этого состава после УФ обработки. Тем не менее необходимо учитывать наличие в воде твердых примесей, способных оказывать экранирующий эффект по отношению к излучению.

Методы очистки данной группы основаны на химическом взаимодействии определенных веществ (реагентов) с загрязнителями, в результате чего вторые либо разлагаются на неопасные компоненты, либо переходят в иное состояние (к примеру, образуют нерастворимые соединения, выпадающие в отделяемый осадок). Несмотря не огромное разнообразие возможных загрязнителей и химический реакций, в которые эти загрязнители могут вступать, выделяют ряд способов очистки, принципиально отличающихся по типу химического взаимодействия:

Читайте также:  Результаты анализа воды из родника

Нейтрализация заключается в, как следует из названия, осуществлении процесса нейтрализации, при котором происходит выравнивание кислотно-щелочного баланса за счет взаимодействия кислот и щелочей с последующим образованием соответствующих солей и воды. Нейтрализацию проводят как путем смешения очищаемых вод с кислотной и щелочной средой, так и путем добавления реагентов, создающих в воде среду определенной реакции (кислотной или щелочной). Для нейтрализации кислых стоков обычно используют аммиачную воду (NH4OH), гидроксиды натрия и калия (NaOH и KOH), кальцинированную соду (Na2CO3), известковое молоко (Ca(OH)2) и т.д. В случае щелочных стоков применяют различные растворы кислот, а также кислые газы, содержащие такие оксиды как CO2, SO2, NO2 и т.д. В качестве кислых газов обычно используют отходящие газы, которые пропускают через очищаемую воду, при этом попутно осуществляется процесс очищения и самих газов от твердых включений.

Окисление и восстановление также используется для очистки воды от различных загрязняющих веществ, хотя на практике соотношение их использования сильно смещено в сторону окислителей. Несмотря на то, что в реакции нейтрализации также протекают параллельные процессы окисления и восстановления, данный метод отличается использованием значительно более сильных окислителей и восстановителей, так как целевые загрязнители просто не будут вступать в реакцию с веществами, используемыми в методе очистке нейтрализацией. С их помощью проводят обезвреживание различных токсичных веществ, и также веществ, трудно извлекаемых из воды иными способами. Осуществлением реакций окисления добиваются переведения токсичных загрязнителей в менее токсичные или нетоксичные формы. Также за счет использования сильных окислителей достигается гибель микроорганизмов, наступающая вследствие окисления их клеточных структур. В основном применяют хлорсодержащие окислители: газообразный хлор (CL2) а также различные хлор соединения, такие как диоксид хлора (CLO2), гипохлориды калия, натрия и кальция (KCLO; NaCLO; Ca(CLO)2). Помимо этого использую перекись водорода (H2O2), перманганат калия (KMnO4), озон (O3), кислород воздуха (O2), дихромат калия (K2Cr2O7) и т.д.

Хлорирование, то есть обработка воды хлорсодержащими соединениями, как процесс хорошо отработано и широко применяется в водоподготовке. Обработка хлором обладает также пролонгированным антибактерицидным действием, что особенно важно при водоснабжении в условиях изношенных трубопроводов, где может происходить вторичное загрязнение воды. Кроме того, реагенты для хлорирования относительно дешевы и доступны. В то же время у этого метода есть ряд недостатков, которые побуждают искать альтернативы. В некоторых случаях побочные соединения, образующиеся после хлорирования, могут быть не менее токсичными, кроме того сам хлор является ядовитым веществом, поэтому требуется тщательно соблюдать условия дозирования при хлорировании. В настоящий момент все большее распространение получает обработка воды озоном (озонирование), поскольку эффективность этого метода многократно превосходит хлорирование, озон не образует опасных соединений и со временем распадается на неопасный двухатомный кислород (O2), благодаря чему передозировка озона не влечет за собой нежелательных и опасных последствий. Широкому распространению озонирования препятствуют только техническая и экономическая сложности его получения в достаточном количестве, а также взрывоопасность озона, что требует соблюдения строгих правил безопасности на очистных сооружениях.

Как следует из названия, методы очистки воды данной группы совмещают в себе химическое и физическое воздействие на загрязнители воды. Они достаточно разнообразны и применяются для удаления самых разных веществ. В их числе растворенные газы, тонкодисперсные жидкие или твердые частицы, ионы тяжелых металлов, а также различные вещества в растворенном состоянии. Физико-химические методы могут применяться как на стадии предварительной очистки, так и на поздних этапах для глубокой очистки.

Разнообразие методов данной группы велико, поэтому ниже будут приведены наиболее распространенные из них:

  • флотация;
  • сорбция;
  • экстракция;
  • ионообмен;
  • электродиализ;
  • обратный осмос;
  • термические методы.

Флотация, применительно к водоочистке, представляет собой процесс отделения гидрофобных частиц при пропускании через воду большого числа пузырьков газа (обычно воздуха). Показатели смачиваемости отделяемого загрязнителя таковы, что частицы закрепляются на поверхности раздела фаз пузырьков и вместе с ними поднимаются на поверхность, где образуют слой пены, который может быть легок удален. Если отделяемая частица оказывается больше по размерам чем пузырьки, то вместе они (частица + пузырьки) образуют так называемый флотокомплекс. Нередко флотацию комбинируют с использованием химических реагентов, к примеру, сорбирующихся на частицах загрязнителя, чем достигается снижение его смачиваемости, или являющихся коагулянтами и проводящих к укрупнению удаляемых частиц. Флотацию преимущественно используют для очистки воды от различных нефтепродуктов и масел, но также могут удаляться твердые примеси, отделение которых другими способами неэффективно.

Существуют различные вариант осуществления процесса флотации, ввиду чего выделяют следующие ее типы:

  • пенная;
  • напорная;
  • механическая:
  • пневматическая;
  • электрическая;
  • химическая и т.д.

Приведем в качестве примера принцип работы некоторых из них. Широко используется метод пневматической флотации, при которой образование восходящего потока пузырьков создается за счет установки на дне резервуара аэраторов, обычно представляющих собой перфорированные трубы или пластины. Подаваемый под давлением воздух проходит сквозь отверстия перфорации, за счет чего дробиться на отдельные пузырьки, осуществляющие сам процесс флотации. При напорной флотации поток очищаемой воды смешивается с потоком воды, перенасыщенной газом и находящейся под давлением, и подается в камеру флотации. При резком падении давления растворенный в воде газ начинает выделяться в виде пузырьков малого размера. В случае электрофлотации процесс образования пузырьков протекает на поверхности расположенных в очищаемой воде электродов при протекании по ним электрического тока.

Сорбционные методы основаны на избирательном поглощении загрязняющих веществ в поверхностном слое сорбента (адсорбция) или в его объеме (абсорбция). В частности для очистки воды используется процесс адсорбции, который может носить физический и химический характер. Отличие заключается в способе удержания адсорбируемого загрязнителя: с помощью сил молекулярного взаимодействия (физическая адсорбция) или благодаря образованию химических связей (химическая адсорбция или хемосорбция). Методы данной группы способны достичь большой эффективности и убирать из воды даже малые концентрации загрязнителей при больших ее расходах, что делает их предпочтительными в качестве методов доочистки на завершающих стадиях процесса водоочистки и водоподготовки. Сорбционными методами могут удаляться различные гербициды и пестициды, фенолы, поверхностно активные вещества и т.д.

В качестве адсорбентов используются такие вещества как активированные угли, силикагели, алюмогели и цеолиты. Их структура делается пористой, что значительно увеличивает удельную площадь адсорбента, приходящуюся на единицу его объема, из-за чего достигается большая эффективность процесса. Сам процесс адсорбционной очистки может быть осуществлен путем смешения очищаемой воды и адсорбента, или же путем фильтрации воды через слой адсорбента. В зависимости от сорбирующего материала и извлекаемого загрязнителя процесс может быть регенеративным (адсорбент после регенерации используется вновь) или деструктивны, когда адсорбент подлежит утилизации ввиду невозможности его регенерации.

Очистка воды методом жидкостной экстракции заключается в использовании экстрагентов. Применительно к очистке воды, эктсрагент – это несмешиваемая или мало смешиваемая с водой жидкость, значительно лучше растворяющая в себе извлекаемые из воды загрязнители. Процесс осуществляется следующим образом: очищаемая вода и эктрагент перемешиваются для развития большой поверхности контакта фаз, после чего в них происходит перераспределение растворенных загрязняющих веществ, большая часть которых переходит в экстрагент, затем две фазы разделяются. Насыщенный извлекаемыми загрязнителями экстрагент называется экстрактом, а очищенная вода – рафинатом. Далее экстрагент может быть утилизирован или регенерирован в зависимости от условий процесса. Данным методом из воды удаляются преимущественно органические соединения, такие как фенолы и органические кислоты. Если экстрагируемое вещество представляет определенную ценность, то после регенерации экстрагента оно вместо утилизации может быть с пользой использовано для других целей. Данный факт способствует применению экстракционного метода очистки к сточным водам предприятий для извлечения и последующего использования или возврата в производство ряда веществ, теряемых со стоками.

Ионный обмен в основном используется в водоподготовке с целью умягчения воды, то есть изъятия солей жесткости. Суть процесса заключается в обмене ионами между водой и специальным материалом, называемым ионитом. Иониты подразделяются на катиониты и аниониты в зависимости от типа обмениваемых ионов. С химической точки зрения ионит представляет собой высокомолекулярное вещество, состоящее из каркаса (матрицы) с большим количеством функциональных групп, способных к ионообмену. Существуют природные иониты, такие как цеолиты и сульфоугли, которые применялись на ранних этапах развития ионообменной очистки, но в настоящее время широкое распространение получили искусственные ионообменные смолы, значительно превосходящие свои природные аналоги по ионообменной способности. Метод очистки ионным обменом получил широкое распространение, как в промышленности, так и в быту. Бытовые ионообменные фильтры, как правило, не используются для работы с сильнозагрязненными водами, поэтому ресурса одного фильтра хватает на очистку большого количества воды, после чего фильтр подлежит утилизации. В то же время при водоподготовке ионообменный материал чаще всего подлежит регенерации с помощью растворов с большим содержанием ионов H + или OH — .

Электродиализ представляет собой комплексный метод, сочетающий мембранный и электрический процессы. С его помощью можно удалять из воды различные ионы и проводить обессоливание. В отличие от обычных мембранных процессов, в электродиализе используются специальные ионоселективные мембраны, пропускающие ионы только определенного знака. Аппарат для проведения электродиализа называется электродиализатором и представляет собой ряд камер, разделенных чередующимися катионообменными и анионообменными мембранами, в которые поступает очищаемая вода. В крайних камерах расположены электроды, к которым подводится постоянный ток. Под действием возникшего электрического поля ионы начинаются двигаться к электродам согласно своему заряду, пока не встречают ионоселективную мембрану с совпадающим зарядом. Это приводит к тому, что в одних камерах происходит постоянный отток ионов (камеры обессоливания), а в других, наоборот, наблюдается их накопление (камера концентрирования). Разводя потоки из разных камер можно получить концентрированный и обессоленный растворы. Неоспоримые преимущества данного метода заключаются не только в очищении воды от ионов, но и в получении концентрированных растворов отделяемого вещества, что позволяет возвращать его назад в производство. Это делает электродиализ особенно востребованным на различных химических предприятиях, где вместе со стоками теряется часть ценных компонентов, и применение данного метода удешевляется за счет получения концентрата.

Дополнительная информация по электродиализу

Обратный осмос относится к мембранным процессам и проводится под давлением больше осмотического. Осмотическое давление – избыточное гидростатическое давление, приложенное к раствору, отделенному полупроницаемой перегородкой (мембраной) от чистого растворителя, при котором прекращается диффузия чистого растворителя через мембрану в раствор. Соответственно, при рабочем давлении выше осмотического будет наблюдаться обратный переход растворителя из раствора, за счет чего концентрация растворенного вещества будет расти. Таким способом можно отделять растворенные газы, соли (включая соли жесткости), коллоидные частицы, а также бактерии и вирусы. Также установки обратного осмоса выделяются тем, что используются для получения пресной воды из морской. Данный тип очистки с успехом используется как в бытовых условиях, так и при обработке сточных вод и водоподготовке.

Термические методы основаны на воздействии на очищаемую воду повышенных или пониженных температур. Одним из наиболее энергоемких процессов является выпаривание, однако оно позволяет получить воду высокой степени чистоты и высококонцентрированный раствор с нелетучими загрязнителями. Также концентрирование примесей может осуществляться с помощью вымораживания, поскольку в первую очередь начинает кристаллизоваться чистая вода, и лишь затем оставшаяся ее часть с растворенными загрязнителями. Выпариванием, как и вымораживанием, можно проводить кристаллизацию – выделение примесей в виде выпадающих в осадок кристаллов из насыщенного раствора. В качестве экстремального метода используется термическое окисление, когда очищаемая вода распыляется и подвергается воздействию высокотемпературных продуктов сгорания топлива. Данный метод используется для нейтрализации высокотоксичных или трудно разлагаемых загрязнителей.

Как следует из названия, методы очистки данной группы основаны на использовании живых организмов. Несмотря на очевидность метода, биологическая очистка является наиболее передовым и перспективным направлением в очистке сточных вод. Для осуществления процесса обычно используются бактерии различных видов, но также это могут быть низшие грибы и водоросли, простейшие и даже некоторые многоклеточные, такие как красные черви и мотыль. Одной из особенностей биологического метода очистки является возможность подбора определенных живых организмов для оптимальной очистки сточных вод заданного химического состава. Так нитрофицирующие бактерии, такие как Nitrobacter и Nitrosomonas, способны окислять азотосодержащие соединения в процессе питания, а фосфат аккумулирующие организмы применяются для очистки воды от фосфора.

Скопление микроорганизмов, используемое при биологической очистке, называется активным илом. Он представляет собой темно-коричневую или черную жидкую массу с землистым запахом, которая при отстаивании образует оседающие хлопья. Благодаря этому активный ил может быть сравнительно легко отделен от воды после завершения процесса очистки. Сами микроорганизмы, как правило, находятся в активном иле не поодиночке, а в составе колоний, называемых зооглеи. В зависимости от состава очищаемой воды и условий проведения процесса очистки зооглеи могут иметь различную форму: шарообразную, древовидную и т.д.

В общем случае все используемые в биоочистке микроорганизмы можно разделить на две большие группы, определяющие характер проведения процесса: аэробные и анаэробные. Аэробные организмы потребляют кислород в процессе питания, необходимый им для окисления веществ. В свою очередь анаэробные организмы не нуждаются в кислороде. Для процесса очистки использование микроорганизмов того или иного типа определяет характер проведения процесса и необходимое для его осуществления оборудование.

Биологическая очистка может проводиться в следующих условиях:

  • биологические пруды;
  • поля фильтрации;
  • биофильтры;
  • аэротенки (окситенки);
  • метантенки.

В первых двух случаях используются крайне простые сооружения. Биологический пруд – это естественный или искусственный водоем с, как правило, естественной аэрацией, в котором обитают микроорганизмы активного ила. Поле фильтрации представляет собой участок почвы (песок, глина, суглинок или торф), через который осуществляют фильтрацию воды и ее очистку за счет содержащихся в почве микроорганизмов. Сооружения такого типа неспособны работать с сильнозагрязненными водами при большом расходе. В тоже время они почти не требуют эксплуатационных затрат и постоянного контроля со стороны человека.

Биофильтр – это сооружение, в котором очистка воды осуществляется путем фильтрации через слой загрузочного материала, покрытого слоем аэробных микроорганизмов, который также называется биопленкой. Для обеспечения достаточного количества кислорода, необходимого организмам для биоразложения загрязнителей, предусматривается воздухораспределительная система. Однако аэрация может осуществляться и естественным путем.

Аэротенк является более сложным очистным сооружением, в котором аэрация осуществляется искусственным образом. Как следует из описания, в нем проводится очистка аэробными микроорганизмами. Перед подачей в аэротенк вода предварительно смешивается с активным илом. Аэрация в аэротенке не только насыщает среду кислородом, стимулируя процессы биоразложения загрязнений, но и обеспечивает дополнительное перемешивание. Обычно для аэрации используется атмосферный воздух, но в случае окситенков вместо него используется технический кислород, что значительно увеличивает эффективность процесса.

Биологическая очистка сточных вод анаэробными организмами преимущественно проводится в метантенках. Отличительной особенностью такой очистки является отсутствие потребности в кислороде и получение биогаза в качестве продукта жизнедеятельности анаэробных бактерий. Также в метантенк обычно подается не сама вода, а выпадающий в отстойниках концентрированный осадок, который необходимо подвергнуть брожению. Для интенсификации процесса брожения в метантенке может быть предусмотрен дополнительный подогрев. При этом выделяют мезофильное сбраживание, проводимое при 30-35 °C, и термофильное сбраживание, проводимое при 50-55 °C. Сам процесс анаэробного разложения достаточно сложен и протекает в несколько стадий, а на завершающей стадии происходит образование метана, являющегося экологически чистым топливом.

Перед непосредственной подачей на очистку сточная вода попадает в усреднитель, где по необходимости разбавляется чистой водой. Это делается с целью выравнивания концентраций загрязняющих веществ в воде, чтобы предотвратить заторы на стадии механической очистки и не допустить чрезмерного разрастания активного ила в случае биологической очистки. Наличие пиковых нагрузок на очистное оборудование обуславливается неравномерностью поступления сточных вод на очистку. Далее следует стадия механической очистки, которая может включать в себя такие аппараты как песколовки, жироловки, отстойники и решетки для улавливания крупного мусора.

После того, как вода прошла предварительную очистку, она подается на основную очистку. В большинстве случаев для этих целей используется биологическая очистка в аэротенках с использованием активного ила. Основной метод может быть дополнен глубокой очисткой, где используются фильтры, установки обратного осмоса и т.д. На протяжении всех стадий из воды выделяются различные вещества, выдающие в виде осадка, которые необходимо утилизировать. Для этого они подвергаются ряду операций (отжим, сушка и т.д.), а дальнейшая их судьба зависит от ценности полученного обработанного осадка. Также обработке подвергается избыток активного ила, выводимого из цикла работы аэротенка, который затем используется как кормовая добавка. Очищенную до необходимого состояния воду затем обеззараживают хлорированием, озонированием или обработкой УФ излучением.

источник