Управление качеством воды
Основные физико-химические процессы при обработке воды. Хлопьеобразование и химическая преципитация. Характеристика отстаивания, флотации, фильтрации и центрифугирования. Сепарирование при помощи мембран и адсорбция. Удаление органических веществ.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 09.03.2015 |
| Размер файла | 806,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
от образовавшейся области поверхности и специфической области поверхности материала;
от природы связи адсорбата-адсорбента, другими словами, от свободной энергии взаимодействия между местом адсорбции и частью молекулы, контактирующей с повезхностью;
от времени контакта раствора с твердым веществом.
Основным адсорбентом является активированный уголь.
Установлено, что активированный уголь обладает широким спектром адсорбирующей активности, т.к. большинство органических молекул удерживаются на его поверхности. Наиболее трудно удержать молекулы, более полярные и линейные с низкой молекулярной массой.
Активированный уголь применяется:
- при полирующей обработке питьевой воды илди очень чистой промышленной воды, здесь активированный уголь сохраняет растворенные органические соединения не разрушенные природными биологическими средствами (самоочищение воды) микрозагрязнители, вещества отвечающие за вкус и запах воды, он также адсорбирует некоторые тяжелые металлы;
- при обработке промышленных водных отходов. Применение активированного угля способствует селективному удержанию токсических элементов, и полученная в результате жидкость может затем разлагаться обычными биологическими средствами;
- при третичной обработке муниципальных и промышленных водных отходов.
Реже применяются неорганические адсорбенты: окись алюминия и другие оксиды металлов, имеющие большую специфическую площадь (300-400 мІ.g).
Из органических адсорбентов применяют макромолекулярные смолы.
Активированный уголь бывает в двух видах: порошкообразный и гранулированный.
Порошкообразный активированный уголь применяют в виде зерен 10-50 нм и его использование сочетается с очистной обработкой. Если его постоянно добавлять в воду вместе с флоккулирующими реагентами, он переходит в хлопья и затем экстрагируется из воды вместе с ними. Гранулированный активированный уголь - используется в качестве фильтровальной подушки, через которую проходит обрабатываемая вода, оставляя загрязнители на ней, которые затем удаляются. Вода постепенно лишается загрязнителей, входит в зону активированного угля, который становится более активным.
Компактная угольная подушка выполняет четыре функции:
Фильтрация - обычно сводится к минимуму, чтобы избежать засорения подушки, что является неизбежным без эффективной промывочной системы, разрушая слои полностью после каждого цикла. Кроме того, уголь старается экстрагировать адсорбированный продукт из флоков, с которыми он вступает в контакт. Поэтому используется фильтрование песком на начальной ступени.
Биологическая среда - это явление может содействовать процессу очистки, но также может быть очень опасным, если его тщательно не контролировать (ферментация, загрязнение подушки и т.д.).
Каталитическое действие.
Адсорбция: должна сохранять основную роль угля.
Имеются три основных способа организации:
Простая фиксированная подушка - этот способ широко применяется при обработке питьевой воды.
Серия фиксированных подушек - используется серия из нескольких колонн (рис. 11).
Рис. 11. Диаграмма установки фиксированных подушек.
Подвижные подушки - используют принцип встречных потоков (рис 12).
Рис. 12. Диаграмма установки подвижных подушек. Углеродистая дорожка
Однако активированный уголь является дорогостоящим продуктом. Во многих случаях стоимость замены насыщенного угля будет непозволительной. Поэтому он должен регенерироваться. С этой целью были разработаны три метода:
Паровая регенерация.
Термальная регенерация.
Химическая регенерация.
11. Обработка питьевой воды
Ионные обменники - это нерастворимые гранулированные вещества, которые имеют в своей молекулярной структуре кислотные или основные радикалы, которые могут обмениваться без явного изменения в их физическом виде и без ухудшения или растворения. Положительные или отрицательные ионы фиксируются на этих радикалах на ионы того же знака в растворе или жидкости, контактирующими с ними.
Первыми оинообменными субстанциями были естественные земли (зеолиты), за ними последовали органические и неорганические соединения, они применяются сегодня под названием смолы.
Есть две категории: смолы гелевого типа и макропористые:
- смолы гелевого типа имеют естественную пористость, которая является результатом процесса полимеризации и ограничивается межмолекулярным расстоянием. Их структура микропористая;
- макропористый тип смол имеет дополнительную искусственную пористость, которая достигается путем добавления вещества, созданного с этой целью. Такими веществами являются леватит М 500, дуолит А 101 и др.
Ионообменные материалы для промышленного использования должны удовлетворять следующим требованиям:
- продукт должен быть нерастворим при обычных условиях использования;
- продукт должен быть в виде гранул максимально однородных и одного размера, чтобы их потери при просачивании оставались допустимыми.
Наличие большого количества растворенных газов в воде может повлечь за собой серьезные нарушения в деятельности ионообменных субстанций.
11.1 Обычные методы
Важно подчеркнуть, что методы, связанные с процессом обмена ионов, не должны применяться до тех пор, пока сырая вода не была подвергнута предварительной обработке, соответствующей данному типу. Это должно включать удаление твердых субстанций, органических материалов, остаточного хлора и хлорамина и т.д. Предварительная обработка зависит от применяемого ионообменника.
Обычные системы состоят из - ионообменников фиксированной подушки, регенерированных на конкурентной основе: обрабатываемая вода и регенерирующий раствор проходят через подушку из смол сверху донизу.
Описание системы ионного обмена
Каков бы ни был тип обмена, для смягчения, или для удаления карбоната либо деминерализации, каждая система состоит из вертикального, закрытого цилиндрического сосуда, содержащего смолу. Последняя может быть помещена в прямом контакте с системой сбора обработанной воды, состоящей либо из выпускных отверстий равномерно распределенных по поверхности поддона, или системы перфорированных труб подходящего размера и числа. Смолы могут поддерживаться слоем инертного гранулированного материала, такого как silex, антрацит или пластик. Сам слой осушается посредством коллекторной системы (рис.13).
- Корпус ионообменника.
- Входное отверстие для сырой воды.
- Выходное отверстие для обработанной воды.
- Распределение сырой воды.
- Колектор обработанной воды.
- Регенерантная разгрузка.
- Смола.
- Поддерживающий слой.
ис. 13. Смягчитель.
Для смягчения воды применяется ионообменник, регенерированный при помощи хлорида натрия. Все соли в обрабатываемой воде трансформированы в соли натрия. Твердость обрабатываемой воды выглядит нулевой. Значения pH и щелочность остаются без изменений. Смягчение воды может выполняться после предварительной очистки известью, что удаляет бикарбонаты, и уменьшает щелочность метила оранжевого до значений 2 и 4. В этом случае, полученная вода не содержит углекислых солей и смягчена (рис.F14).
Рис. 14. Ионообменник.
Для удаление углекислых солей используется карбоксилированная смола, в форме R-H, предварительно регенерированная кислотой. Эта смола обладает свойствами остаточных металлических катионов и высвобождает соответствующие анионы в виде свободной кислоты, до тех пор, пока pH обрабатываемой воды не достигнет уровня между 4 и 5. В этой точке все угольные кислоты выводятся из бикарбонатов. Катионы, ассоциированные с анионами сильных кислот (хлориды, нитраты, сульфаты), не удерживаются смолой. При этих условиях, обрабатываемая вода содержит все оригинальные соли сильных кислот и количество растворенного углекислого газа, которое эквивалентно бикарбонатам в сырой воде (рис.15).
Рис. 15. Ионообменник.
Завод по очистке воды, желающий производить воду по качеству пригодную для питья, должен всегда производить ее в соответствии со стандартами, которые могут изменяться в зависимости от страны. И сырье, то есть входящая вода, может иметь разные характеристики, особенно в случае с поверхностными водами.
В зависимости от этих вариаций, очистные заводы могут использовать разные процессы, для чего изыскиваются комбинации, удовлетворяющие с технической и экономической точек зрения (стоимость получения воды и стоимость операций).
На рисунке показаны основные применяемые в Ливане линии по обработке воды, которые могут быть дополнены специальными линиями, необходимыми при наличии специфических нежелательных субстанций в сырой воде (фтор, нитраты, кальций и т.д.)
Линия 1 предназначена для обработки чистой, незагрязненной сырой воды, требующей только дезинфекции для достижения необходимого микробиологического качества. Линия 2 предназначена для обработки воды не содержащей загрязнителей, кроме SS, и нуждающейся лишь в простой фильтрации перед дезинфицированием. Если вода содержит небольшое количество коллоидов или имеет отчетливый цвет, коагуляция внутри линии решит эту проблему (линия 3). Если количество коагулянта, призванного удалить коллоиды или снизить цветность оказывается слишком большим, образовавшийся флок также будет большим и быстро засорит фильтр, создавая необходимость для частой промывки. Поэтому важно ввести стадию сепарации с применением осаждения или флотационных методов до начала фильтрации (линия 4).
Сгусток, образовавшийся после добавки коагулянта, очищает воду. Этот флок также имеет адсорбирующие свойства, позволяющие ряду растворенных загрязнителей адсорбироваться на его поверхности. Однако, если концентрация загрязняющих органических веществ слишком высока, необходимо включение дополнительной обработки такой как оксидация (линия 6) или адсорбция (линия 7). Там, где процесс обработки имеет дело с взаимодействием твердого вещества и воды, это взаимодействие вызывает развитие микроорганизмов, что может оказывать положительный эффект на обрабатываемую воду. Это справедливо для стадий фильтрования (песок или Gac) и, в меньшей степени, иловая подушка которая используется в осадочных танках.
11.2 Хранение сырой воды
Хранение сырой воды может быть преимуществом в условиях продолжительной засухи, когда уровень воды в реках падает и качество воды часто изменяется. Объем запасаемой воды должен быть достаточным, чтобы удовлетворить потребности в воде на максимально длительный срок. Запасание воды также помогает преодолеть трудности связанные со случайным загрязнением, связанным с ухудшением качества сырой воды, которая становится неприемлемой для обрабатывающего завода. В таком случае, закачка воды из рек может быть приостановлена и вода может подаваться из запасных резервов, таким образом удастся избежать перерывов в производстве обработанной воды.
Рис.16. Диаграмма процесса главной обработки воды.
Там, где географические и климатические условия способствуют развитию планктона, хранение сырой воды представляет определенную проблему. Например там, где время хранения воды не является соответствующим, рост увеличенного числа водорослей и грибов может иметь место, чей жизненный цикл может способствовать развитию нежелательного привкуса, удалить который будет стоить дополнительных затрат. Если время хранения воды достаточно (месяц), некоторые из этих проблем могут быть решены зоопланктоном, который развивается в воде. Одновременно улучшатся другие характеристики воды, например, содержание Н2 S, аммиака, количество бактериальной флоры и т.д.
Хранение сырой воды требует больших площадей поверхности, что дорого и почти недоступно на городских территориях. Кроме того, может понадобиться периодическая чистка резервуаров.
И наконец, сооружение водных резервуаров большой мощности (дамбы и т.д) требует специальных защитных мер. Вся растительность удаляется и сжигается за пределами затапливаемой зоны, верхний слой почвы должен быть удален, также не используются ранее действующие места хранения мусора, химикатов и т.д.
11.3 Забор воды
В случае грунтовых вод, первостепенной внимание уделяется созданию эффективной водозаборной системы с минимальным попаданием земли и песка. Важно оставить достаточную и хорошо обозначенную защитную зону в соответствии с местными правилами.
Если источником является река, забор воды оборудуется на случай попадания крупных предметов, которые могут содержаться в воде. Правильное оборудование забора воды - первый шаг в обработке.
Если уровень воды в озере примерно постоянен, высота забора выбирается таким образом, чтобы попадание SS, коллоидных субстанций, железа, марганца и планктона было бы минимальным, насколько возможно, в течение всего года.
Если озеро глубокое, размещают забор на 30-35 метров ниже поверхности, где влияние света минимально, что гарантирует ограниченное содержание планктона, особенно в период ускоренного роста. Однако, забор осуществляется по крайней мере на 6-8 метров над уровнем подушки озера, во избежание влияния отложений и потоков на дно.
Допуск должен быть сделан с учетом смещения слоев воды в озере, явления, которое может возникнуть под влиянием температурных колебаний.
Это же относится и к оборудованию забор воды, в запруженных резервуарах с различным уровнем воды (дамбы), здесь же требуется сооружение водозаборных башен, через которые вода будет забираться с различных уровней, в зависимости от времени года.
Забор воды из реки оборудуется таким образом, чтобы защитить его от попадания различных, содержащихся в воде инородных тел таких как, песок, листья, камыш, трава, использованный упаковочный материал (пластик), плавающие предметы, пена и углеводородные пленки и т.д. не существует идеального проекта водозабора, существуют различные типы, подходящие для разных типов озерного состава, уровня воды, формы берегов, наличия или отсутствия водного транспорта, водных сооружений и т.д. Принимая во внимание все это, может возникнуть необходимость в сооружении донного водозабора, бокового водозабора, сифонного водозабора и т.д. каждый случай при этом рассматривается отдельно.
В зависимости от закачиваемой воды, первой стадией обработки является грубая обработка, предназначенная для удаления грубых частиц, которые в дальнейшем мешают последующим очистным процессам.
Установка включает:
экранную систему;
систему процеживания, известную как макропроцеживание, которое требуется, если вода содержит траву, листья, пластиковые отходы и т.д. Очистка должна быть автоматической. Отсутствие установленных фильтров по причинам экономии порождает проблемы на многих заводах, особенно тех, которые используют лифтинговые помпы;
песчаная камера, расположенная в соответствии с характером забора воды сверху или снизу фильтровальной системы (если она есть). Важно удаление песка, так как последующие этапы очистного завода чувствительны к качеству песка в воде;
микрофильтровальную установку, если количество планктона ограничено и не планируется последующего отстаивания. Из-за ограниченного эффекта микрофильтрование редко применяется на современных заводах в Ливане;
поверхностный маслоочиститель;
установку предварительной осадки, нужную, если уровень SS в сырой воде (ил, глина) превышают уровень концентрации для отстойников против течения.
Следующим этапом проводится предварительная обработка хлором для снижения количества органических веществ в воде.
Защита труб, по которым течет сырая вода, может требовать предварительной обработки хлором или его производными, например, водой Javel, гипохлорной кислотой или двуокисью хлора.
Когда в воде имеется большое количество органическим веществ или ее нужно долго вести по трубам к очистному заводу, важно включить окислительную обработку в начальной стадии, иначе поток воды в трубах уменьшится, из-за развития значительного количества планктона на стенках трубопровода. Такой вид обработки нужен и в коротких трубах, если присутствуют пресноводные мидии (Dreisseni polymorpha).
Бактерии железа или серо-редуцирующие бактерии воздействуют на железо металлического трубопровода, что может быть причиной увеличения уровня железа в составе воды, особенно во время остановки переработки воды. Обработка хлором снижает эти проблемы.
Если вода содержит низкий уровень кислорода, необходима аэрация, в этом случае процесс включает следующее:
- окисление железистых ионов;
- увеличение содержания кислорода, что улучшает вкус воды, борется с анаэробиозом, предупреждает коррозию металлических труб, способствуя образованию защитного слоя.
Аэрация также необходима, если вода содержит избыток газов:
- сероводород (Н2S), что придает очень неприятный вкус и может быть легко удален атмосферной аэрацией;
- кислород (О2), когда вода перенасыщена и выделение кислорода мешает работе танков отстаивания, где флок стремится образоваться на поверхности или фильтры, которые постоянно засоряются из-за выделения газа внутри фильтровальной подушки;
- углекислый газ (CO2), который делает воду агрессивной, удаляется аэрацией при атмосферном давлении. Степень удаления углекислого газа изменяется в зависимости от минерального состава воды. Частичное удаление углекислого газа в некоторых случаях будет достаточно, при этом оставшийся газ служит для увеличения минерального состава путем реагирования с нейтрализующими агентами.
Далее вода подвергается химической обработке которая включает использование хлора и его производных, озона и калия перманганата.
Прехлорирование до очистки широко применяется в Ливане. Его сильные стороны заключаются в следующем:
улучшенная флокуляция путем воздействия на органическое вещество, адсорбированное на SS. Это увеличивает коэффициент связывания ила, что увеличивает скорость оседания;
удаление большей части водорослей и других организмов (зоопланктон и фитопланктон), которые обычно развиваются в отстойниках и фильтрах, это способствует работе завода (чаще отстойники, дольше работают фильтры). При этом отсутствует риск;
анаэробной ферментации;
ослабление цвета;
удаление аммиака и нитритов;
возможно уменьшение скорости обработки коагулянтом;
частичное удаление сильного привкуса;
стабилизированная абсорбция хлора как функция времени;
увеличенная безопасность для дезинфекции распределяемой воды.
Скорость обработки соответствует обычно моменту разрыва, с некоторым остаточным количеством свободного хлора, при этом аммиак должен удаляться. В случае с аммиаком неорганического происхождения требуемое соотношение Cl2 K NH4 равно 7. Это соотношение увеличивается с уровнем органического вещества и может достигать 15 или 25. Возможно обрабатывать воду при скорости ниже момента разрыва, в этом случае образуются хлорамины. Важно убедиться, что этот метод не создаст нежелательных вкусовых проблем (например, фенолы, окисленные в хлорфенолы), с имеющимися в результате сложностями по удалению.
Однако прехлорирование также продуцирует нежелательные соединения, которые могут быть вредны для здоровья, такие как органохлорные соединения и галометаны (галоформы).
Такие соединения создаются действием хлора на определенные соединения в воде, известные как предшественники.
Поэтому предпочтительно отложить хлорирование на более поздний период в цепи обработки, пока как можно большее количество таких предшественников будет разрушено.
Прехлорирование проводится только если:
в воде не содержаться большие концентрации предшественников;
требуется окисление железистых ионов в закисное железо. Механизм окисления хлора на марганце Mn (создается двуокись марганца) часто слишком медленный, чтобы иметь практическое значение.
Если сырая вода не содержит аммиака, обработка ведется путем введения хлораминов, полученных ранее воздействием хлора на аммиак или сульфат аммония.
Преоксидация двуокисью хлора проводится как попытка заменить хлор в качестве преокислительного агента. Фактичеки, двуокись хлора не позволяет ни для окисления аммиака ни для образования галоформ. Однако, реакция окисления-редуцирования между двуокисью аммиака и ОМ высвобождает CLO2, который должен быть выведен позже. Применение двуокиси хлора в качестве преоксидантного агента поэтому уменьшается, но метод используется в определенных случаях для окиисления Mn2+ в MnО2, где соответствующий механизм реакции быстрее, чем полученный при окислении с хлором.
Преоксидация с озоном также широко распространена.
Используемый до фильтрации, этот прием может быть применяется для удаления железа или марганца. Он также может использоваться для улучшения качества очистки.
Примером этого метода является завод Roberval.
Рис.17. Поточный очистной завод на озере Сант-Джин в Робервале. Производительность: 400 м3.ч.
Преоксидация с озоном позволяет:
частично окислить органические вещества;
разрушить органометаллический комплекс, связывающий железо и марганец до органического материала;
формировать флок, достаточный для удержания фильтрами.
Если сырая вода содержит значительное количество коллоидов, добавление коагулянта имеет важное значение. Когда полученный флок слишком непрочный, нужно ввести вспомогательное вещество для укрепления сцепления во флоке и предупредить преждевременный разрыв фильтра.
Улучшения отстаивания взвешенных частиц можно добиться путем подачи азота в воду.
Этот метод применяется на заводе Mont-Valerien.
Рис.18. Главный поточный очистной завод CEB`S. Производительность: 2200 м3.ч.
Количество подаваемого азота должно лимитироваться, чтобы продуцировать оптимальный уровень флока. Слишком большая доза дестабилизирует коллоиды, являясь причиной плохой флоккуляции и отстаивания. Доза обычно находится между 0,2 и 1,5 мг/л, с временем контакта максимум 2-3 минуты.
Преимущества этого метода следующие:
лучшая флоккуляция и лучший коэффициент сцепления ила;
улучшенная способность к оседанию у флока;
лучшее удаление органических веществ;
удаление предшественников галоформ;
ограниченный рост планктона в отстойниках. На самом деле, происходит селекция видов, в то время как некоторые удаляются другие остаются;
уменьшенная доза коагулянта (экономия 10-50% в зависимости от типа воды и времени года).
В конце линии обработки требуется уменьшенное количество озона.
Однако использование озона для предокислительной обработки с целью улучшения качества очистки должно заканчиваться дальнейшей озонной обработкой после очистки, для того, чтобы убедиться, что любые соединения, образованные во время первоначальной обработки, полностью окислены.
Также используется калий перманганат.
Этот окислительный агент применяется особенно там, где сырая вода содержит марганец. Ионы марганца и перманганата подвергаются следующему окислительно-редукционному процессу:
3 Mn2 + 2 Mn (VII) > 5 Mn (VI)
Процессу способствует высокий уровень pH, который повышает кинетику реакции. Там, где применяется известь для корректировки pH во время флоккационного этапа, (как с минеральными водами), рекомендуется допустить несколько минутный контакт после введения извести и калия перманганата, перед добавлением коагулянта.
Калия перманганат иногда используется для частичного окисления некоторых органических веществ и удаления некоторых неприятных привкусов.
Количество KМnO4, введенного в процесс предокисления, должно строго контролироваться.
Излишняя обработка может придать обрабатываемой воде розоватый оттенок из-за наличия растворимого марганца Mn (VII).
11.4 Очистка
Очистка состоит из серии операций, имеющих целью удаления из сырой воды взвешенных твердых частиц путем абсорбции, создания комплексов и т.д., а также загрязнителей (органических и неорганических) связанных с этими твердыми веществами.
Использование коагулянта в воде:
снимает отрицательный электрический заряд частиц в воде, что приводит к полной коагуляции коллоидов, которые могут затем флоккулировать;
вызывает сопреципитацию некоторых органических материалов;
вызывает адсорбцию некоторых органических материалов, цветность образовавшегося флока.
В зависимости от качества сырой воды, потребуется большое количество коагулянта. Поэтому необходимо удалить большую часть полученного флока стадией сепарации (отстаиванием или флотацией) до начала фильтровани.
Гидроокисная способность фильтра ограничена, и если фильтровать воду без этой предварительной операции, фильтр быстро засорится, что потребует частой промывки. В свою очередь, это потребует неоправданных затрат воды как с экономической, так и технической точек зрения.
Если нужная обработка производится медленно, применяется прямая филь-трация с добавлением коагулянта или помощника коагулянта. Такой процесс называется коагуляция в линии и применяется, когда частичная коагуляция (неполное удаление отрицательного электрического частиц) производит воду удовлетворительного, но не отличного качества.
Если полученный флок после полной коагуляции содержит большое количество гидроокиси (высокое соотношение AL(OH)3 и твердых взвешенных частиц в сырой воде), то плотность флока будет низкой и будет более разумно применить флотацию для стадии сепарации.
Одновременно для сильно загрязненной воды применяется очистка коагуляцией, флоккуляцией, отстаиванием и фильтрацией.
Это применяется для воды, обладающей одной или несколькими из следующих характеристик:
уровень взвешенных веществ выше чем 20-40 мг/л -3 часть года или весь год;
уровень цветности больше, чем 30 мг/л. по Pt-Co шкале (если усиление цвета является единственным недостатком воды, возможны другие виды обработки, как рассматривается далее);
высокий уровень органического вещества, который должен быть сведен к минимуму;
высокое содержание планктона, даже если временное. Фактически только комбинированная коагуляция, фильтрация и отстаивание, в связи с предокислением, способны снизить содержание планктона на 95-99%, причем, остальное удаляется фильтрацией. Микрофильтрация полностью не может соответствовать данной цели.
Очистительная обработка имеет разные формы, в зависимости от содержания твердых взвешенных частиц в воде.
Там, где содержание взвешенных твердых частиц в воде превышает 1500 - 3000 мг/л в течение продолжительного периода, нужно обеспечить:
либо одноэтапное отстаивание в флокуляторе-отстойнике со скребком, что возможно только тогда, когда максимальное содержание не очень высоко и не приведет к образованию большого объема ила, забивающего отстойник. Приемлемая скорость подьема может быть в пределах 1 и 1.5 мг/л или даже 2 мг/л;
либо двухэтапное отстаивание с применением предварительного осаждающего резервуара и финального отстойника. Такой процесс подходит для воды с очень высоким содержанием глины;
для максимальной эффективности, танк предварительного осаждения не должен рассматриваться как камера для песка. Если имеется значительное количество песка, он должен быть удаляется заранее, до частиц размером 0,1- 0,2 мм, иначе это может повредить или забить скрепер в танке предварительного отстаивания. Важно, чтобы система работала без добавления реагента, независимо от качества воды даже на пике замутненности, важно, чтобы танк осаждения был достаточно большим для работы при максимальной загрузке.
Рис. 19. Поточный очистной завод Джов-Аль-Асфар. Производительность: 9000 м3.ч.
Рис. 20. Поточный очистной завод Альгиерс. Производительность: 23600 м3.ч.
Рассматриваемый процесс полной коагуляции, флоккуляции, одноэтапного отстаивания и фильтрации применяется довольно часто в Ливане.
В этом процессе одновременно производится дополнительная очистка такая как удаление железа и марганца и полировка. Этот процесс имеет то преимущество, что может действовать таким образом один сезон года, и преобразован в коагуляцию в линии на остальное время, в этом случае осадочный танк минуется или используется в качестве единого контактного танка перед фильтрацией с целью прехлорирования.
Если вода не имеет постоянно высокого содержания твердых веществ, (обычно менее 20-40 г.м3), с низкой цветностью (менее 30 единиц по шкале Pt-Co), и низкое содержание органического материала, железа и марганца, тогда она обрабатываться частичной коагуляцией с последующей фильтрацией. Добавление коагулянта обычно требует определенного времени контактирования до того, как она попадает в фильтры, в то время, как помощники добавляются на выходе из фильтров. Доза коагулянта определяет окончательную замутненность после фильтрации. Целью добавления помощника коагулянта является замедлить проникновение в подушку фильтра мелких, плохо сцепленных флоков. Такой тип обработки используется только на относительно незагрязненных водах, иначе окончательное качество будет неприемлемо, т.к. меньше органического материала удаляется, чем при методе полной коагуляции.
Ограничения обработки такого типа также связаны с удаляющей способностью фильтровальной среды, которая может быть повышена при использовании более толстого слоя или подушки с песком разного размера.
Примером такой установки является завод Lyonnaise des Eaux-Dumez. Этот завод берет воду из канала de la Siagne. Эта вода способствует камнеобразованию (scale) и важно, поэтому, вводить достаточное количество серной кислоты, чтобы корректно сбалансировать воду, до того, как она попадет в фильтры.
Рис. 21. Поточный очистной завод Наттасиер. Производительность: 2000 м3.ч.
Обычно завод работает без введения коагулянта. Когда вода канала становится очень мутной, например, после сильных дождей, включается система подачи коагулянта, чтобы сделать воду необходимого качества.
Интересное усовершенствование этого метода- установка двух последовательных коагуляторных ступеней в линии, с возможностью введения коагулирующих и флоккулирующих агентов в верхних слоях каждой ступени. Первая фильтрационная ступень наполнена грубым материалом и служит для грубой очистки, продуцируя воду c нормальным уровнем мутности между 5 и 10 NTU. Вторая фильтрационная ступень очишает воду до достижения желаемого качества. Рис. показывает завод по переработке восстановленной воды. Этот завод обеспечивает водоподачу со скоростью 14,000 м3/ч.
Рис. 22. Очистной завод на Ивре. Производительность: 14600 м3.ч-1.
Флотация применяется для следующего качества воды:
с низким содержанием взвешенных твердых веществ (из озер, дамб и т.д.);
плохо осаждаемой, продуцирующей легкий флок;
содержащей количество планктона, которое летом из-за хлорофильной активности водорослей, становится насыщенной кислородом, таким образом, затрудняя оседание и способствуя накоплению флока на поверхности, если применяются методы отстаивания;
Флотация имеет следующие дополнительные преимущества:
высокую операционную подвижность. Завод может начать работу почти мгновенно;
экономное использование коагулирующих реагентов. Экономия достигает 30% по сравнению с количеством коагулянта, используемого для осаждения;
уплотнение ила: полученный ил может быть направлен непосредственно в систему без промежуточной стадии уплотнения.
Завод La Gileppe перерабатывает воду из запруды.
Рис. 23. Поточный очистной завод Ла Гилеппе. Производительность: 3900 м3.ч.
Вода довольно кислая, окрашена, с большим содержанием органического материала, относительно мало минерализована, с небольшим количеством взвешенных веществ. Поэтому флок состоит в основном из гидроокиси алюминия на котором частично адсорбируется органический материал сырой воды.
После флотации вода реминерализуестя добавлением углекислого газа и фильтруется при помощи нейтрализующего агента. Этот фильтрационный процесс также удаляет остаточную мутность флотируемой воды и сохраняет марганец, преципитируемый увеличением pH.
11.5 Удаление органических веществ
Органический материал или ОМ, включает широкий ряд составляющих с различными химическими и физическими свойствами.
Каждая ступень линии обработки способствует удалению определенной части ОМ. Нужно заметить, что чем выше содержание органического материала в воде, тем более вероятна их вариабельность. Следовательно требуется большее число ступеней очистки.
Некоторые летучие вещества лучше всего удалять аэрацией, которая может проводиться в начале линии обработки (каскадированием или аэрозолями), в каналах, проводящих отстойную воду (путем инъекции воздуха), во время определенных процессов обработки при инъекции воздуха или при озонировании.
Если органическое загрязнение воды происходит только за счет летучих соединений, они могут быть удалены методом стрипинга.
Это относится к некоторым грунтовым водам. После стрипинга, окончательная стадия очистки состоит в фильтровании на активированном угле.
Определенные соединения могут быть абсорбированы или преципитированы при помощи флока, образованного после того, как соли металла добавляются в воду. Эти соединения включают такие органические соединения как гумовые кислоты. Если очишение выполняется частичной коагуляцией и флокуляцией в линии, то уровень удаления ОМ (то есть значение перманганата) сводится до 10-30%. Если полная коагуляция выполняется с оседанием и флотацией, этот уровень может достигать 40-60, или даже 70%.
Некоторые органические вещества остаются при фильтрации.
Фильтрация на фильтрах из песка или двойной среды мало способствует удалению органических материалов когда она проводится после отстаивания или флотации. Фильтрация убирает остаточный флок и органические вещества, адсорбированные на поверхности этого флока. Уровень удаления в этом случае составляет 5-10 % от органических веществ, присутствующих в данной воде.
Для воды с очень высокой степенью концентрации ОМ, что недостаточное количество будет удалено при очистной обработке. В этом случае потребуются дополнительные виды очистки, обычно озонация и адсорбция.
Рис. 24. Поточный очистной завод Менден. Производительность - 210 м3.ч.
Широко применено озонирование.
Озон заметно улучшает органолептические свойства воды: уровень органических веществ, цвет и вкус. Озон значительно улучшает параметры поглощения ультрафиолета, являющийся результатом изменения органического материала путем открытия двойных связей (например, этиленовых связей или ароматических колец).
Когда реакция между загрязнителем и озоном быстрая, как с фенолом, появление остаточного озона указывает на окончание преобразований первоначального загрязнителя. Если реакция между загрязнителем и озоном медленная, только появление остаточного озона не является достаточным, и остаточный уровень должен поддерживаться в течение некоторого времени, чтобы убедиться, что реакция закончена. По этой причине несколько озонных реакторов (или контактных камер) монтируются в установку.
Условия, при которых озон применяется для обработки питьевой воды, обычно исключают возможность окисления органического вещества до последней ступени (CO2,H2 O).
Хотя трансформирование органического вещества озоном, продуцирует соединения, с меньшей молекулярной массой и большей полярностью и большей способностью к биоразрушению, если даже их общая потребность в кислороде уменьшена. Эффективность озона на простых ароматических составляющих значительно варьирует и зависит от природы радикала, прикрепленного к ароматическому кольцу.
Озон эффективен для удаления фенолов, детергентов, полициклических углеводородов, и некоторых пестицидов, таких как альдрин. С другой стороны, озон не удаляет другие пестициды, такие как линданс. Озон также снижает уровень предшественников галоформ.
Он значительно уменьшает органические составляющие. Однако, стоит заметить, что там, где скорость обработки очень медленная как и время контакта, разложение одних органических веществ приводит к созданию других, влияющих на вкус воды (кетоны, альдегиды). В этом случае важно увеличить скорость обработки и время контакта, чтобы убедиться, что достигнуто нужное качество.
Дозировка озона для данной воды может определяться лабораторным тестированием.
Также используется адсорбция, которая особенно эффективна при удалении органических веществ, в частности, когда молекулярная масса высока и полярность низка.
Активированный уголь используется для удаления:
многочисленных вкусовых компонентов;
фенолов;
серфактантов;
насыщенных углеводородов с относительно низкой растворимостью молекул, на которые трудно воздействовать озоном;
пестицидов.
Адсорбция менее эффективна против полярных растворителей и органохлорированных составляющих с низкой молекулярной массой, поэтому фильтрование только на гранулированном активированном угле является недостаточным для удовлетворительного удаления галоформных соединений.
Когда уголь применяется в порошкообразной форме до отстаивания, значение перманганата или TOC может упасть еще примерно на 10%. Порошковый уголь может применяться в случаях случайного загрязнения, чтобы уменьшить пик загрязнения.
При гранулированной форме активированного угля, все органические составляющие удаляются новым углем. Подушка из активированного угля постепенно истощается и ее эффективность постепенно снижается со временем. Падение эффективности зависит от числа и типа удерживаемых соединений. Когда уголь считается неэффективным, время проходящее от начала использования угля до его регенерации называется «сроком эксплуатации».
После полной очистки умеренно загрязненной поверхностной воды, срок эксплуатации активированного угля хорошего качества, применяемого во второй фильтрационной стадии при обработке питьевой воды, для различных типов органических веществ следующий:
- галоформные соединения - 1-2 месяца;
- пегманганат - 3-6 месяцев;
анионный детергент - 3-6 месяцев;
удаление неприятного привкуса - 3-4 года.
Для многих типов воды уровень удаленных органических веществ только при помощи активированого угля стабилизируется примерно через 6 месяцев между 5 и 15 % первоначального содержания сырой воды, не включая количества, удаленные при обработке верхних слоев воды.
Процесс удаления происходит частично из-за диффузии органических соединений внутри пор угля, и частично из-за биологической активности микроорганизмов внутри фильтровальной подушки. Процесс удаления может прекратиться в холодной воде. Срок службы данного гранулированного активированного угля используемого для удаления органических веществ может быть определен при использовании многочисленных моделей и лабораторных тестов как для обрабатываемой воды, так и для применяемого угля.
Широко используется комбинированная обработка озоном и активированным углем. Такая обработка - идеальна для удаления органических веществ, и используется на многих современных заводах. Такой процесс оптимально сочетает преимущества угольной обработки.
Улучшая биоорганическую расщепляемость органических материалов, озон делает более легкой адсорбцию активированного угля, таким образом, ускоряя течение цикла между двумя регенерациями на 20-50%.
Рис. 25. Очистной завод LE-Dunes. Производительность 3800 м3 час.
Удаление неприятных привкусов
Минеральный состав воды придает ей специфический вкус. Некоторые потребители предпочитают «мягкий вкус», в то время как другим нравится «минеральный» вкус. Если основная система оснащена двумя типами воды различного минерального состава, потребитель будет неудовлетворен, так как вода часто будет иметь неприятный вкус.
Решением является смешивать воду перед распределением, если это возможно, или избегать изменения источника подаваемой воды.
Характеристика других привкусов определяется присутствует ли привкус весь год или только в течение некоторых периодов. И здесь надо смотреть, можно ли соотнести привкус с некоторыми естественными явлениями (рост водорослей, изменения температуры, дожди, уровень воды в запрудах и т.д.) или результат деятельности человека, сельскохозяйственной или промышленной (удобрения, пестициды, компания уборки сахарной свеклы и т.д.). Неприятный привкус может появиться во время некоторых фаз обработки воды, например, при хранении и транспортировке сырой воды, при отстаивании, окислении и т.д). Следующий шаг - корректно идентифицировать привкус либо на вкус либо лабораторным анализом GC-MC сочетаемостью, что дорого. Такое исследование определит являются ли продукты, образующие привкус, летучими, адсорбируемыми на гранулированный активированный уголь, или разрушаемы окислением. Избыточный хлор в основном источнике (> 0,15 мг/л) также неприятен для потребителя.
Обработка воды проводится следующими путями:
- аэрацией.
Аэрация удаляет привкус, причиной которого является H2S или определенные летучие органические компоненты, такие как тулюин или этилбензин.
Очисткой.
Осаждением и фильтрацией удаляют привкус, причиной которого являются взвешенные твердые вещества. Кроме того, нужно избегать мертвых зон в установке, и принимать шаги, чтобы убедиться, что нет анаэробных областей, особенно, если завод работает с малой скоростью.
Обрабатывается также активированным углем. Адсорбция активированным углем довольно хорошо подходит для удаления определенных веществ, придающих воде неприятный привкус. Уголь может применяться в порошкообразной форме, если привкус появляется периодически, при условии, что происхождение привкуса в сырой воде определено. Если доза угля превышает ежегодно в среднем 15-20 мг/м3, то предпочтительно использовать гранулированный уголь, который применяется в фильтровальной подушке и обеспечивает постоянный барьер в линии обработки.
При необходимости обеззаразить воду применяется дезинфекция.
Дезинфекция должна тщательно прорабатываться,чтобы этот важный процесс обработки не стал источником неприятного вкуса. Дезинфицирование с хлором может привести к появлению хлорфенолового привкуса, если в воде имеются следы фенола. Одновременно, хлор окисляет бромиды воды ( или иодиды) в бром (иод), которые реагируют с предшественниками галоформ и образуются бромоформы ( иодоформы), которые, в свою очередь придают воде химический привкус. В этом случае необходимо применять дезинфицирование двуокисью хлора.
Целью промежуточного окисления является разрушение любых продуктов, влияющих на вкус. Например, озон разрушает фенолы, и вода может быть хлорирована без риска образования хлорфенолов.
Также озонирование разрушает предшественников галоформ и предупреждает последующее появление вкусовых галоформ при хлорировании. Следовательно, озон является наиболее эффективным окислителем для удаления неприятных привкусов. Однако, геозмин и привкусы, вызванные хлорированными пестицидами, до конца не убираются.
Когда используется CIO2 для финальной дезинфекции, нет возможности сохранить остаточный CIO2 до конца рабочей цепи, и это потребует дополнительной обработки, имеющей результатом неприятный металлический привкус вследствие присутствия ионов CIO2.
Наиболее часто применяется комбинированная обработка озон-активиро-ванный уголь. Такая обработка - идеальное средство удаления привкусов, а также для снижания расхода хлора, требуемого водными магистралями. Такая обработка внедряется на большом числе заводов.
11.6 Искусственный подзаряд водоносного слоя
Искуственный подзаряд водоносного слоя - техника применяемая для геологически изолированных грунтовых водных источников, где естественный запас стал недостаточным для удовлетворения потребностей обслуживаемой территории.
Одним из примеров применения такой технологии может быть Croissy (рис. 26).
Рис. 27. Эквиферная перезарядка воды на заводе в Гросси. Производительность: 5700 м3.ч.
Дренажная площадь состоит из белого Senonian мела, помещенного на глубину нескольких десятков метров, покрытого смесью песка и гравия. Естественно он питается:
дождевой водой;
просачиванием из реки;
инфильтратом.
Качество подземных вод ухудшается из-за загрязнения рек.
Дальнейшая урбанизация привела к возрастанию потребностей. Естественная инфильтрация составляет 30х106 м3 в год, в то время как помпы закачивают 50х106 м3 в год. Поэтому стало необходимым ввести систему искусственного подзаряда с двойной целью - поддержать уровень грунтовых вод и обеспечить достаточно большой запас воды для удовлетворения нужд.
Преимущества подзарядки водоносного слоя является:
естесственное удаление всех патогенных микробов и бактерий биологической мембраной которая появляется на дне подзаряжающего бассейна и при прохождении через землю;
сокращение числа органических материалов, содержащихся в воде посредством биологического воздействия на разных стадиях обработки;
получение значительного резерва воды хорошего качества, водоносный слой служит как хранилище и подзарядка выполняется только тогда, когда сырье имеет оптимальное качество. При случайном загрязнении прекращаются только операции по зарядке, при этом распределение воды производится из подземных источников и полировочной стадии;
...Подобные документы
Характеристика и условия применения реагентных и безреагентных методов обезжелезивания воды. Технологические схемы установок обезжелезивания воды и очистки подземных вод в пласте. Сущность и особенность методов "сухой фильтрации", аэрации и флотации.
реферат [2,0 M], добавлен 09.03.2011Теоретические сведения о системах обратного осмоса (гиперфильтрации), лучшего из известных способов фильтрации воды. Явление осмоса. Описание обратноосмотических мембран их устройство. Фирмы-производители мембран, характеристика выпускаемой продукции.
реферат [855,3 K], добавлен 11.01.2011Проблема обводнения нефти при добыче. Деэмульсация термической обработкой. Химическая обработка нефти. Сущность термохимического метода. Механизм гравитационного отстаивания, фильтрации в пористых средах, центрифугирования. Обработка в электрическом поле.
презентация [2,6 M], добавлен 07.02.2016Сущность процесса флотации. Принцип действия, теоретические основы работы и недостатки флотационных установок. Закономерности растворения воздуха в воде. Схемы напорной флотации. Конструкция флотаторов с горизонтальным и радиальным движением воды.
реферат [818,2 K], добавлен 09.03.2011Мембранная технология очистки воды. Классификация мембранных процессов. Преимущества использования мембранной фильтрации. Универсальные мембранные системы очистки питьевой воды. Сменные компоненты системы очистки питьевой воды. Процесс изготовления ПКП.
реферат [23,1 K], добавлен 10.02.2011Задачи обработки воды и типология примесей. Методы, технологические процессы и сооружения для очистки воды, классификация основных технологических схем. Основные критерии для выбора технологической схемы и состава сооружений для подготовки питьевой воды.
реферат [1,2 M], добавлен 09.03.2011Классификация углеводородных газов. Процесс очистки газов от механических примесей. Осушка газа от воды гликолями. Технология удаление сероводорода и углекислого газа. Физико-химические свойства абсорбентов. Процесс извлечения тяжелых углеводородов.
презентация [3,6 M], добавлен 26.06.2014Технологический процесс очистки воды, автоматизация определения качества поступившей воды и расчета необходимых химических веществ для ее обеззараживания поэтапно на примере работы предприятия ГУП "ПО Горводоканал". Контроль ввода реагентов в смеситель.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 25.05.2012Особенности воды, её химические и физические свойства, определение жёсткости и методы ее устранения. Неблагоприятное воздействие жесткой воды на техническое и промышленное оборудование, а также на ткань, посуду, продукты питания и кожу человека.
курсовая работа [33,5 K], добавлен 16.05.2009Методы обеззараживания воды в технологии водоподготовки. Электролизные установки для обеззараживания воды. Преимущества и технология метода озонирования воды. Обеззараживание воды бактерицидными лучами и конструктивная схема бактерицидной установки.
реферат [1,4 M], добавлен 09.03.2011Нормативные документы, регламентирующие производство и контроль качества воды. Типы воды, ее загрязнение и схемы очистки. Системы распределения воды очищенной и воды для инъекций. Контроль систем получения, хранения и распределения, валидация системы.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 12.03.2010Физико-химическая характеристика нефти. Первичные и вторичные процессы переработки нефти, их классификация. Риформинг и гидроочистка нефти. Каталитический крекинг и гидрокрекинг. Коксование и изомеризация нефти. Экстракция ароматики как переработка нефти.
курсовая работа [71,9 K], добавлен 13.06.2012Классификация сточных вод и методы их очистки. Основные направления деятельности предприятия "Мосводоканал". Технологическая схема автомойки и процесс фильтрации воды. Структурная схема управления системой очистки воды, операторы программы CoDeSys.
отчет по практике [5,4 M], добавлен 03.06.2014Проблемы воды и общий фон развития мембранных технологий. Химический состав воды и золы ячменя. Технологическая сущность фильтрования воды. Описание работы фильтр-пресса и его расчет. Сравнительный анализ основных видов фильтров для очистки воды.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 08.05.2010Оценка качества воды в источнике. Обоснование принципиальной технологической схемы процесса очистки воды. Технологические и гидравлические расчеты сооружений проектируемой станции водоподготовки. Пути обеззараживания воды. Зоны санитарной охраны.
курсовая работа [532,4 K], добавлен 02.10.2012Применение ультразвукового и ультрафиолетового излучений для обеззараживания воды. Гидравлические процессы в рабочей емкости резервуара. Условия статической прочности элементов сосудов, работающих под давлением. Характеристика расчета потока жидкости.
дипломная работа [4,3 M], добавлен 12.08.2017Производство высокоочищенной питьевой воды, системы ее очищения и техническое обслуживание. Применение метода двухступенчатого обратного осмоса для современного способа получения воды для инъекций. Основные положения метода, его достоинства и недостатки.
контрольная работа [260,5 K], добавлен 07.11.2014Характеристика минеральной воды, ее классификация, физико-химические и органолептические характеристики. Технологическая схема и описание производства. Микробиологический контроль, оборудование, метрологическое обеспечение, лабораторная документация.
курсовая работа [60,5 K], добавлен 07.12.2009Сущность и принцип работы мембранной технологии, материалы и сферы применения. Классификация мембран и их признаки. Использование мембран в технологических процессах и оценка их эффективности. Получение питьевой воды с помощью мембранной технологии.
контрольная работа [22,1 K], добавлен 20.10.2009Классификация примесей, содержащихся в воде для заполнения контура паротурбинной установки. Показатели качества воды. Методы удаления механических, коллоидно-дисперсных примесей. Умягчение воды способом катионного обмена. Термическая деаэрация воды.
реферат [690,8 K], добавлен 08.04.2015
