Методы очистки воды
Вода является основой нашей жизни, без нее невозможны никакие процессы в организме. На возникновение более чем половины болезней прямо или косвенно влияет вода плохого качества. Именно поэтому так важно заботиться о вопросах очистки воды. А теперь перейдем к методам очистки. Разберём как стандартные методы, так и относительно новые.
Самыми популярными методами очистки воды являются:
- механические
- физико-химические
- биологические
Механические методы очистки воды
Механические методы очистки воды — одни из самых дешевых. Механическая очистка сточных вод очищает бытовые жидкости от взвешенных частиц на 60-65%, от нерастворимых грубодисперсных элементов на 90-95%.
К механическим методам очистки относятся:
- Процеживание. Метод процеживания основан на поэтапной фильтрации воды. На первом этапе вода проходит через сетку, задерживающую крупный мусор. Далее вода пропускается через сетку с меньшей длиной ячейки. На последнем этапе размер ячейки сетки минимален, что позволяет задерживать мельчайшие частицы.
- Отстаивание. Метод используют с целью улучшения качества воды в замкнутых системах водоснабжения. Во время отставания частицы с большей плотностью оседают на дне, в то время как частицы с плотностью меньше, чем плотность воды всплывают на поверхность.
- Фильтрование. Грязная вода проходя сквозь фильтрующий материал оставляет все ненужные взвеси в фильтре. Выделяют различные виды фильтров. Наиболее распространены: сетчатые, вакуумные. Для активной очистки воды используют центрифуги и гидроциклоны. Мусор в них скапливается на стенках под влиянием центробежной силы.
Физико-химические методы очистки воды
К физико-химическим методам очистки воды относятся:
- Коагуляция. Метод имеет эффективность до 95%. Начинается очистка воды с того, что в воду добавляются активные коагулянты: Соли аммония, меди, железа. Вредные вещества выпадают в осадок, после чего удаляются без труда. Метод используется на многих предприятиях текстильной, легкой, нефтехимической, целлюлозабумажной, химической и др. Хорошим коагулянтом считается двухвалентное железо FeSО4, которое является отходом процесса травления стали. Травильные стоки содержат до 15 % железа. При его использовании очистка по ХПК – до 75%, мутность снижается до 90%, количество фосфора – на 98%, бактерий – до 80%.
- Адсорбция. При адсорбции адсорбент впитывает в себя все вещества и примеси, не задерживая при этом ток воды. Популярные адсорбенты: уголь, торф, цеолиты, бентонитовые глины. В зависимости от вида используемого адсорбента и удаляемого химического вещества можно достигнуть эффективности до 95%.
- Флотация. Флотация основана на образовании воздушных пузырьков, которые поднимают примеси вверх. Образуется слой пены, которую легко удалить. Метод действенен при обработке сточных вод от нефтепродуктов, волокнистых частиц, масел и других веществ. Вода после флотации может направляться на внутренние нужды предприятия или подвергаться более тщательной очистки.
- Экстракция. Используют для удаления со сточных вод органики, которую впоследствии перерабатывают: жирные кислоты, фенолы. Здесь работает физико-химический закон распределения: при активном перемешивании двух нерастворимых жидкостей всякое вещество, растворенное в одной из них, начнет распределяться согласно своей растворимости. После выделения первой жидкости из второй, одна из них будет частично очищена. Когда примеси начинают скапливаться в экстракционном слое, покидая воду, экстракт удаляется. Для эффективности очистки сточную воду подвергают экстракционной очистки несколько раз.
- Ионный обмен. Иониты твердой фазы и ионы в растворе происходит обмен. Благодаря этому можно забирать из сточных вод нужные радиоактивные вещества и примеси: фосфор, мышьяк, ртуть, свинец и др. Особо результативен ионный обмен при высокой токсичности воды.
- Диализ. В процессе диализа полупроницаемая мембрана освобождает коллоидные растворы и низкомолекулярные соединения из высокомолекулярных веществ. Низкомолекулярные вещества способны пройти через мембрану. Главный недостаток диализа – долгий период очистки. Для ускорения процесса прибегают к увеличению активной площади и повышают температуру. Диализ объединяет в себе осмос и диффузию.
- Кристаллизация. Удаление кристаллов примесей. Применяется в водоемах и прудах выпариванием. Возможно только при высоком содержании примесей.
Биологический метод очистки воды
- Биологические пруды. Такая очистка требует наличие открытых искусственных водоемов. В них происходят самоочистка сточных вод. Такой способ позволяет добиться наилучшего результата, чем при использовании искусственных методов. Наиболее эффективно биологическая очистка работает в теплое время года. В зимнее время очистка не происходит, так как микроорганизмы не способны питаться при минусовой температуре окружающей среды.
- Аэротенки. При биологической методике происходит за счет взаимодействия активного ила и механически очищенных сточных вод. Активный ил содержит множество аэробных микроорганизмов. Если им создать благоприятные условия, то в процессе своей жизнедеятельности микроорганизмы будут выводить из сточных вод различные загрязнители, и тем самым будет происходить очистка. Биологическое очищение происходит непрерывно, главное, чтобы регулярно поступал свежий воздух. Когда уровень биохимического потребления кислорода (БПК) снижается, вода поступает в следующие секции. В них начинают работать еще одни микроорганизмы — бактерии-нитрификаторы. Часть этих бактерий перерабатывает азот аммонийных солей, в результате получаются нитриты. Далее активный ил превращается в осадок, а очищенная вода поступает в водоемы.
- Биофильтры. Наиболее распространенной, особенно среди владельцев индивидуальных застроек, является очистка с помощью биофильтра. Биологическая методика очистки происходит с помощью все тех же микроорганизмов, находящихся в биофильтре в виде активной пленки. Производительность биофильтров, имеющих капельную фильтрацию, весьма низкая. Но именно они, обеспечивают наибольшую степень очистки сточных вод. Двухступенчатые биофильтры обладают высокой производительностью, при этом качество несильно отличается от капельной фильтрации. Принцип работы биофильтра схож с процессом очистки с помощью аэротенки. Вначале с помощью механических фильтров и отстойника сточные воды избавляются от взвеси и крупных частиц. Затем вода поступает в тело биофильтра, где и происходит очистка. Бактерии, находящиеся на активной пленке, получают с водой питательные вещества. В процессе поедания органики, бактерии размножаются. В результате разросшаяся колония микроорганизмов очищает сточные воды от всей органики.
Реагентный метод очистки воды
В воду добавляется реагент, который связывает растворенные в воде загрязнения и переводит их в осадок. Метод применяется для удаления из сточных вод растворенных неорганических веществ ионного типа (соли, кислоты, основания), растворенных органических веществ (ПАВ), с переводом последних в нерастворимые комплексы. Эффект очистки достигает 97–98 %.
- Окисление. К сильным окислителям относятся озон, фтор, кислород, хлор и другие вещества, обладающие большими значениями окислительно-восстановительных потенциалов Е. Методы окисления используют для доочистки сточных вод в основном от органических веществ (фенолы, органические кислоты, ПАВ и пр.). При этом продукты окисления – это нетоксичные компоненты: CO2; H2O; NH3 и осколки органических веществ различного строения. При правильном выборе режима окисления и четкого контроля за ним эффект очистки достигает 99 %.
- Нейтрализация. Реакция обмена между кислотой и основанием, при которой оба соединения теряют свои характерные свойства и происходит образование солей. Реагенты вводятся в виде порошков (известь, кальцинированная сода), водных растворов (NaOH, гашеная известь и др.), газов, активных загрузок фильтров (дробленый мрамор, известняк, доломит).Если на промышленных предприятиях образуются кислые и щелочные стоки, представляется возможной их взаимная нейтрализация путем смешения в регулируемом режиме. Процесс осуществляется в нейтрализаторах (емкости снабжены перемешивающим устройством и дозатором реагентов), чаще с последующим осветлением.
- Экстракция. Метод очистки, альтернативный сорбции, применяющийся для удаления молекулярных примесей в основном органического характера. В качестве экстрагентов применяются плохо растворимые в воде органические жидкости: сложные эфиры, спирты, ароматические соединения, кетоны.
Мембранный метод очистки воды
Мембраны, как и другие фильтрующие материалы, можно рассматривать как полупроницаемые среды: они пропускают воду, но не пропускают, точнее, хуже пропускают некоторые примеси. Однако если обычное фильтрование применяют для удаления из воды относительно крупных образований – дисперсных и крупных коллоидных примесей, то мембранные технологии – для извлечения мелких коллоидных частиц, а также растворенных соединений. Для этого мембраны должны иметь поры очень малого размера.
Основное отличие мембран от обычных фильтрующих сред состоит в том, что они тонкие, и удаляемые примеси задерживаются не в объеме, а только на поверхности мембраны. Грязеемкость поверхности, очевидно, гораздо меньше, чем у объема. Казалось бы, мембрана должна из-за этого очень быстро засориться и перестать пропускать воду.
Так бы оно и было, если бы в мембранном фильтре не происходило постоянного самоочищения мембраны. Для этого применяется так называемая «тангенциальная» схема движения воды в аппарате, при которой собирают воду с обеих сторон мембраны: одна часть потока проходит через мембрану и образует фильтрат (или пермеат), то есть очищенную воду, а другую направляют вдоль поверхности мембраны, чтобы смывать задержанные примеси и удалять их из зоны фильтрации. Эта часть потока называется концентратом или ретентатом, и обычно ее либо сбрасывают в дренаж, либо (например, при очистке гальванических стоков) отводят для дальнейшей обработки и выделения нужных компонентов.
Таким образом, узел мембранной фильтрации имеет один вход и два выхода, и часть воды постоянно расходуется на очистку мембраны. (В двухступенчатых мембранных установках концентрат второй ступени может быть значительно чище, чем исходная вода, поэтому его можно использовать, подавая снова на вход установки. Таким способом добиваются снижения расхода воды.)
Видео
Источники
Вода является основой нашей жизни, без нее невозможны никакие процессы в организме. На возникновение более чем половины болезней прямо или косвенно влияет вода плохого качества. Именно поэтому так важно заботиться о вопросах очистки воды. А теперь перейдем к методам очистки. Разберём как стандартные методы, так и относительно новые.
Самыми популярными методами очистки воды являются:
- механические
- физико-химические
- биологические
Механические методы очистки воды
Механические методы очистки воды — одни из самых дешевых. Механическая очистка сточных вод очищает бытовые жидкости от взвешенных частиц на 60-65%, от нерастворимых грубодисперсных элементов на 90-95%.
К механическим методам очистки относятся:
- Процеживание. Метод процеживания основан на поэтапной фильтрации воды. На первом этапе вода проходит через сетку, задерживающую крупный мусор. Далее вода пропускается через сетку с меньшей длиной ячейки. На последнем этапе размер ячейки сетки минимален, что позволяет задерживать мельчайшие частицы.
- Отстаивание. Метод используют с целью улучшения качества воды в замкнутых системах водоснабжения. Во время отставания частицы с большей плотностью оседают на дне, в то время как частицы с плотностью меньше, чем плотность воды всплывают на поверхность.
- Фильтрование. Грязная вода проходя сквозь фильтрующий материал оставляет все ненужные взвеси в фильтре. Выделяют различные виды фильтров. Наиболее распространены: сетчатые, вакуумные. Для активной очистки воды используют центрифуги и гидроциклоны. Мусор в них скапливается на стенках под влиянием центробежной силы.
Физико-химические методы очистки воды
К физико-химическим методам очистки воды относятся:
- Коагуляция. Метод имеет эффективность до 95%. Начинается очистка воды с того, что в воду добавляются активные коагулянты: Соли аммония, меди, железа. Вредные вещества выпадают в осадок, после чего удаляются без труда. Метод используется на многих предприятиях текстильной, легкой, нефтехимической, целлюлозабумажной, химической и др. Хорошим коагулянтом считается двухвалентное железо FeSО4, которое является отходом процесса травления стали. Травильные стоки содержат до 15 % железа. При его использовании очистка по ХПК – до 75%, мутность снижается до 90%, количество фосфора – на 98%, бактерий – до 80%.
- Адсорбция. При адсорбции адсорбент впитывает в себя все вещества и примеси, не задерживая при этом ток воды. Популярные адсорбенты: уголь, торф, цеолиты, бентонитовые глины. В зависимости от вида используемого адсорбента и удаляемого химического вещества можно достигнуть эффективности до 95%.
- Флотация. Флотация основана на образовании воздушных пузырьков, которые поднимают примеси вверх. Образуется слой пены, которую легко удалить. Метод действенен при обработке сточных вод от нефтепродуктов, волокнистых частиц, масел и других веществ. Вода после флотации может направляться на внутренние нужды предприятия или подвергаться более тщательной очистки.
- Экстракция. Используют для удаления со сточных вод органики, которую впоследствии перерабатывают: жирные кислоты, фенолы. Здесь работает физико-химический закон распределения: при активном перемешивании двух нерастворимых жидкостей всякое вещество, растворенное в одной из них, начнет распределяться согласно своей растворимости. После выделения первой жидкости из второй, одна из них будет частично очищена. Когда примеси начинают скапливаться в экстракционном слое, покидая воду, экстракт удаляется. Для эффективности очистки сточную воду подвергают экстракционной очистки несколько раз.
- Ионный обмен. Иониты твердой фазы и ионы в растворе происходит обмен. Благодаря этому можно забирать из сточных вод нужные радиоактивные вещества и примеси: фосфор, мышьяк, ртуть, свинец и др. Особо результативен ионный обмен при высокой токсичности воды.
- Диализ. В процессе диализа полупроницаемая мембрана освобождает коллоидные растворы и низкомолекулярные соединения из высокомолекулярных веществ. Низкомолекулярные вещества способны пройти через мембрану. Главный недостаток диализа – долгий период очистки. Для ускорения процесса прибегают к увеличению активной площади и повышают температуру. Диализ объединяет в себе осмос и диффузию.
- Кристаллизация. Удаление кристаллов примесей. Применяется в водоемах и прудах выпариванием. Возможно только при высоком содержании примесей.
Биологический метод очистки воды
- Биологические пруды. Такая очистка требует наличие открытых искусственных водоемов. В них происходят самоочистка сточных вод. Такой способ позволяет добиться наилучшего результата, чем при использовании искусственных методов. Наиболее эффективно биологическая очистка работает в теплое время года. В зимнее время очистка не происходит, так как микроорганизмы не способны питаться при минусовой температуре окружающей среды.
- Аэротенки. При биологической методике происходит за счет взаимодействия активного ила и механически очищенных сточных вод. Активный ил содержит множество аэробных микроорганизмов. Если им создать благоприятные условия, то в процессе своей жизнедеятельности микроорганизмы будут выводить из сточных вод различные загрязнители, и тем самым будет происходить очистка. Биологическое очищение происходит непрерывно, главное, чтобы регулярно поступал свежий воздух. Когда уровень биохимического потребления кислорода (БПК) снижается, вода поступает в следующие секции. В них начинают работать еще одни микроорганизмы — бактерии-нитрификаторы. Часть этих бактерий перерабатывает азот аммонийных солей, в результате получаются нитриты. Далее активный ил превращается в осадок, а очищенная вода поступает в водоемы.
- Биофильтры. Наиболее распространенной, особенно среди владельцев индивидуальных застроек, является очистка с помощью биофильтра. Биологическая методика очистки происходит с помощью все тех же микроорганизмов, находящихся в биофильтре в виде активной пленки. Производительность биофильтров, имеющих капельную фильтрацию, весьма низкая. Но именно они, обеспечивают наибольшую степень очистки сточных вод. Двухступенчатые биофильтры обладают высокой производительностью, при этом качество несильно отличается от капельной фильтрации. Принцип работы биофильтра схож с процессом очистки с помощью аэротенки. Вначале с помощью механических фильтров и отстойника сточные воды избавляются от взвеси и крупных частиц. Затем вода поступает в тело биофильтра, где и происходит очистка. Бактерии, находящиеся на активной пленке, получают с водой питательные вещества. В процессе поедания органики, бактерии размножаются. В результате разросшаяся колония микроорганизмов очищает сточные воды от всей органики.
Реагентный метод очистки воды
В воду добавляется реагент, который связывает растворенные в воде загрязнения и переводит их в осадок. Метод применяется для удаления из сточных вод растворенных неорганических веществ ионного типа (соли, кислоты, основания), растворенных органических веществ (ПАВ), с переводом последних в нерастворимые комплексы. Эффект очистки достигает 97–98 %.
- Окисление. К сильным окислителям относятся озон, фтор, кислород, хлор и другие вещества, обладающие большими значениями окислительно-восстановительных потенциалов Е. Методы окисления используют для доочистки сточных вод в основном от органических веществ (фенолы, органические кислоты, ПАВ и пр.). При этом продукты окисления – это нетоксичные компоненты: CO2; H2O; NH3 и осколки органических веществ различного строения. При правильном выборе режима окисления и четкого контроля за ним эффект очистки достигает 99 %.
- Нейтрализация. Реакция обмена между кислотой и основанием, при которой оба соединения теряют свои характерные свойства и происходит образование солей. Реагенты вводятся в виде порошков (известь, кальцинированная сода), водных растворов (NaOH, гашеная известь и др.), газов, активных загрузок фильтров (дробленый мрамор, известняк, доломит).Если на промышленных предприятиях образуются кислые и щелочные стоки, представляется возможной их взаимная нейтрализация путем смешения в регулируемом режиме. Процесс осуществляется в нейтрализаторах (емкости снабжены перемешивающим устройством и дозатором реагентов), чаще с последующим осветлением.
- Экстракция. Метод очистки, альтернативный сорбции, применяющийся для удаления молекулярных примесей в основном органического характера. В качестве экстрагентов применяются плохо растворимые в воде органические жидкости: сложные эфиры, спирты, ароматические соединения, кетоны.
Мембранный метод очистки воды
Мембраны, как и другие фильтрующие материалы, можно рассматривать как полупроницаемые среды: они пропускают воду, но не пропускают, точнее, хуже пропускают некоторые примеси. Однако если обычное фильтрование применяют для удаления из воды относительно крупных образований – дисперсных и крупных коллоидных примесей, то мембранные технологии – для извлечения мелких коллоидных частиц, а также растворенных соединений. Для этого мембраны должны иметь поры очень малого размера.
Основное отличие мембран от обычных фильтрующих сред состоит в том, что они тонкие, и удаляемые примеси задерживаются не в объеме, а только на поверхности мембраны. Грязеемкость поверхности, очевидно, гораздо меньше, чем у объема. Казалось бы, мембрана должна из-за этого очень быстро засориться и перестать пропускать воду.
Так бы оно и было, если бы в мембранном фильтре не происходило постоянного самоочищения мембраны. Для этого применяется так называемая «тангенциальная» схема движения воды в аппарате, при которой собирают воду с обеих сторон мембраны: одна часть потока проходит через мембрану и образует фильтрат (или пермеат), то есть очищенную воду, а другую направляют вдоль поверхности мембраны, чтобы смывать задержанные примеси и удалять их из зоны фильтрации. Эта часть потока называется концентратом или ретентатом, и обычно ее либо сбрасывают в дренаж, либо (например, при очистке гальванических стоков) отводят для дальнейшей обработки и выделения нужных компонентов.
Таким образом, узел мембранной фильтрации имеет один вход и два выхода, и часть воды постоянно расходуется на очистку мембраны. (В двухступенчатых мембранных установках концентрат второй ступени может быть значительно чище, чем исходная вода, поэтому его можно использовать, подавая снова на вход установки. Таким способом добиваются снижения расхода воды.)