Обзор безреагентных методов очистки воды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Саратовский государственный технический университет

имени Гагарина Ю.А.

Обзор безреагентных методов очистки воды

Сауткина Т.Н.

Чеснокова Е.В.

Уникальным химическим соединением является вода, которая является частью всего живого. Для человека она просто необходима, так как используется для питья, пищи, отдыха (летом), отопления. Также вода имеет большое значение в промышленности, энергетике, сельском хозяйстве.

От качества источника водоснабжения зависит качество питьевой воды [1]. В природной воде содержаться растворенные минеральные вещества, органические соединения, крупнодисперсные и коллоидные частицы, микроорганизмы (бактерии, вирусы, грибы, простейшие и другие), которые вызывают заболевания [2]. Воде могут присутствовать антропогенные загрязнения: азот, фосфор, нефтепродукты, пестициды, СПАВ, токсичные вещества. Растворенные в воде газы усиливают процессы коррозии металлических трубопроводов и оборудования [3,4].

Для получения воды необходимого качества используют многие методы очистки [5,6]. Их классифицируют по основным признакам: реагентные и безреагентные, по эффекту осветления, по характеру обрабатываемой воды. Применение того или другого метода определяется характером загрязнения, степенью вредности примесей.

Реагентные методы основаны на добавлении к воде различных химических веществ, которые вызывают гибель микроорганизмов, находящихся в воде. ион металл очистка вода

Безреагентные методы применяются для обесцвечивания, осветления, глубокой очистки от песка и ила, железа, солей кальция и магния, обеззараживания, а также для улучшения органолептических свойств воды. Они отличаются простотой устройства и эксплуатации. Достоинством безреагентных методов обработки воды и их влияние на очищаемую воду является то, что очистку можно проводить без вспомогательных специальных средств. Единственное, что может применяться - электричество.

К методам грубой очистки относиться процеживание, которое представляет пропускание воды через сита и решетки. На них задерживаются крупные загрязнения, тем самым снижается нагрузка на очистные сооружения и обеспечивается работоспособность последующих установок.

Отстаивание производиться в резервуарах, которые называются отстойниками. При отстаивании удаление взвешенных веществ в гравитационном поле происходит под действием сил тяжести. Поток воды при отстаивании замедляется и взвешенные частицы выпадают в осадок. Это самый простой и доступный метод, но он является малоэффективным, поэтому применяется в сочетании с фильтрацией.

Для удаления гидрофобных взвешенных веществ, планктона, масел, поверхностно-активных веществ, нефтепродуктов применяется флотация. Процесс очистки происходит пузырьками воздуха или газа. Сначала происходит сближение пузырька и частицы, затем закрепление ее на поверхности пузырька и, наконец отделение от жидкости, тем самым обеспечивается очистка воды. Примесь с пузырьками воздуха всплывает на поверхность. В результате образуется слой пены, который автоматически удаляется из флотаторов. Флотация, в зависимости от способа образования пузырьков в воде, может быть напорной (насыщение воды воздухом происходит при избыточном давлении, а образование пузырьков при снижении давления); пневматической (воздух вводят в воду через перфорированные устройства); механической (воздух подают в зону разрежения, которая образуется при вращении механических устройств в слое жидкости); вакуумной (пузырьки воздуха образуются при снижении давления ниже нормального); биологической (при которой происходит образование пузырьков газа).

При помощи фильтрования проводят грубую и тонкую очистку. Фильтрация основана на пропускании воды через фильтрующую загрузку, на которой задерживаются твердые включения. В процессе фильтрации удаляются взвешенные твердые частицы, коллоидные вещества, растворимые в воде металла (железо, марганец). Фильтрующий материал представляет собой пористую среду с малыми порами. В зависимости от целей фильтрации в качестве фильтрующего материала применяется кварцевый песок, антрацит, доломит, либо кассетный элемент из водопроницаемого материала. Так же с помощью фильтрации улучшают органолептические качества воды.

С помощью обратного осмоса можно проводить глубокую очистку воды. Очищаемая вода проходит через полупроницаемые мембраны, которые изготовляют из различных материалов (полиамида, ацетатцеллюлозы и других). Через микроскопически малые поры мембран (0,0001 микрон) проходят только молекулы воды и кислорода. Растворенные в воде соли, органические соединения, микроорганизмы задерживаются мембраной. Этим методом удаляются бактерии, вирусы, все вредные вещества и практически все соли, поэтому после очистки ее подвергают минерализации.

Электродиализ основан на удалении из воды солей под воздействием электрического тока специальными мембранами ионитового типа. Этот метод используют для опреснения соленых вод. Процесс производят в электролизаторах, состоящих из трех камер, отделенных друг от друга мембранами. В среднюю заливают раствор, а в боковые - воду, в которых расположены электроды. На аноде выделяется кислород и образуется кислота. На катоде выделяется водород и образуется щелочь. По мере прохождения тока концентрация солей в средней камере уменьшается.

Ультрафильтрация воды применяется для разделения высокомолекулярных и низкомолекулярных соединений. Вода проходит через полупроницаемую мембрану, которая является проницаемой для ионов и малых молекул и непроницаемой для коллоидных частиц и макромолекул. Мембраны изготовляют в виде цилиндрических пластин из микропористых неорганических материалов (полиамиды, полисульфоны, ПВДФ и другие.

Эффективным методом очистки воды является нанофильтрация. Это процесс фильтрации воды через полупроницаемую ультратонкую мембрану. Она задерживает растворенные в воде вещества на молекулярном уровне. В результате получается чистая техническая вода.

В [7] предложен метод очистки воды за счет сил электростатического притяжения противоположно заряженных частиц и капель дисперсной фазы. Воду обрабатывают постоянным электрическим полем, создаваемым между цилиндрической металлической емкостью и осесимметрично установленным в ней центральным цилиндрическим электродом. Повышение эффективности очистки происходит за счет введения дополнительной обработки воды электростатическим полем на стадии прохождения ее по трубке, свитой в спиральный змеевик, которое приводит к упорядоченному выстраиванию поляризованных атомов и молекул, что способствует ускорению процесса осаждения и повышается эффективность очистки.

Способ обработки воды электрическими импульсными разрядами может быть использован для ее очистки и обеззараживания. Воду пропускают в газовой среде через последовательный ряд сопел-электродов, между которыми зажигают высоковольтный импульсный разряд [8]. Модель содержит цилиндрический корпус с разделяющей перегородкой, генератор высоковольтных импульсов, электроды, патрубки ввода и вывода воды. В корпусе соосно с одной стороны перегородки расположен генератор высоковольтных импульсов, а с другой - камера обработки воды, включающая в себя патрубок ввода воды с рабочим соплом, формирующим рабочую струю, и выходное сопло с патрубком вывода, являющимся камерой смешения воды, между которыми расположен последовательный ряд сопел-электродов, присоединенных через один к высоковольтному выходу генератора, а других - к корпусу.

Преимуществами безреагентных методов являются: эффективность, экологичность (не используются химические реагенты и не происходит сброс токсичных отходов в окружающую среду), простота, экономичность.

В настоящее время разрабатываются новые методы очистки воды от различных примесей. И будет найден более рациональный метод, который даст хорошее качество воды, снижающий болезни человека, при потреблении воды низкого качества, а так же ведущий к сокращению поломок бытовой техники.

Библиографический список

1. Санитарные правила и нормы «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» - СанПиН 2.1.4.1074-01.

2. Чеснокова, Е. В. Влияние коррозии на качество питьевой воды / Е. В. Чеснокова, О. В. Мокряк // Техническое регулирование в транспортном строительстве. - 2018. - № 4 (30). - 3 с.

3. Сауткина Т.Н. Особенности исследования коррозии трубопроводов с позиции теории риска / Сауткина Т.Н., Никонова В.Т., Сауткина Е.Ю. // Совершенствование методов гидравлических расчетов водопропускных и очистных сооружений. 2009.№ 1 (35). С. 69-76.

4. Калякин А.М. Прогнозирование роста шероховатости внутренней поверхности водопроводных труб в начале процесса зарастания / Калякин А.М., Сауткина Т.Н., Чеснокова Е.В. // Международный научно-исследовательский журнал. 2014. № 1-1 (20). С. 55-57.

5. Гидравлика. Водоснабжение. Водоотведение. Калякин А.М., Сауткина Т.Н., Чеснокова Е.В. Учебное пособие для студентов направления 08.03.01 "Строительство" / Одобрено Ученым советом Строительно-архитектурно-дорожного института Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.. Саратов, 2016.

6. Абрамов Н.Н. Водоснабжение. Учебник для вузов. Изд. 2-е. М.: Стройиздат, 1974 - 480 с.

Аннотация

Одной из главных задач современного общества является качество подаваемой воды потребителям. Источники водоснабжения загрязнены ионами тяжелых металлов, пестицидами, токсическими и химическими элементами, вредными для здоровья человека, так и для промышленных нужд. Присутствие в воде опасных примесей не является показателем, чтобы отказаться от ее использования. Поэтому очищение воды является весьма актуально для потребителей. В мировой и отечественной практике накоплен большой опыт применения различных методов очистки воды. В статье рассмотрены различные безреагентные методы улучшения качества воды. Сегодня большое внимание уделяется поиску дешевых и простых в эксплуатации методов очистки воды.

Ключевые слова: вода, загрязнения, методы очистки, фильтрация, флотация, мембраны.

One of main tasks of modern society is quality of the given water to the consumers. The sources of water-supply are muddy the ions of heavy metals, pesticides, toxic and chemical elements insalubrious man, so for industrial needs. Being in water of dangerous admixtures is not an index, to give up her use. Therefore clearing of water is very topically for consumers. Large experience of application of different methods of water treatment is accumulated in world and home practice. The different reagentless methods of improvement of quality of water are considered in the article. Today large attention is spared to the search of cheap and simple in exploitation methods of water treatment.

Keywords: water, contaminations, cleaning methods, filtration, флотация, membranes.

Размещено на Allbest.ru