Способы очистки природной и сточной воды

При выборе способа очистки воды следует выявить качество воды определенного источника. В этом случи при оценке качества воды необходимо знать физические, химические, бактериологические показатели. При разнообразии присутствующих примесей все загрязнения делится на 4 группы:

1) грубодисперсные взвеси (нерастворимые примеси)

2) коллоидные растворы (растворы высокомолекулярных соединений)

3) органические вещества, растворенные газы

4) ионные растворы (растворы электролитов)

Все методы очистки подразделяются на механические, физико-химические, биологические. Каждый из этих методов может быть деструктивным (приводящим к разрушению вещества) либо регенерационным. Для очистки 1й группы загрязнений используются механические способы очистки: отстаивание, флотация, центрифугирование, осветление, фильтрование.

Отстаивание - основано на движении частиц в жидкости под действием силы тяжести. По мере отстаивания происходит увеличение объема осветленной жидкости и уплотнение осадка. Происходит в отстойниках.

Флотация – основан на образовании комплекса частица- пузырек, всплывании этого комплекса на поверхность воды и в удалении образовавшегося пенного слоя с ее поверхности.

Электрофлотация- разновидность метода флотации, заключается в том, что пузырьки газа образуются при электролизе воды.

Фильтрование – обычно завершающая стадия, когда воду пропускают через насадки из пористых материалов: песок, шлак, гравий. Регенерацию фильтра производят потоком сжатого воздуха с последующей обратной промывкой.

Для очистки от колоидных р-ов используютфизико-химическиеметоды: коагуляция, флокуляция, окисление и др.

Коагуляция – основан на обработке воды коагулянтами (соли Al и Fe). Эти соли в растворе гидролизуются с образованием нерастворимых гидроокисей: Al₂(SO₄)₃+H₂O=Al(OH)₃. Частицы примеси оседают на поверхности образующихся гидрооксидов образуя зародыши кристаллической формы. Дальше происходит рост кристаллов и образование осадка – представляют собой крупные частицы с пористой структурой.

Электрокоагуляция – очищаемую воду пропускают через электролизер где в качестве анода используется растворимый под нагрузкой пластины из Fe или Al.

Флокуляция – для ускорения процесса хлопьеобразования при коагуляции, увеличения скорости и повышения качества используют флокулянты: крахмал, полиакриламид и тд.

Для очистки от молекулярных растворов: окисление(электрохимическое), озонирование, хлорирование – деструктивные методы; гидролиз, адсорбция, ионный обмен, биологическое окисление, для газов- отдувка, нагрев.

Озонирование – озон обладает окислительной способностью и при нормальной тем-ре разрушает некоторый органические вещества, причем в процессе озонирования возможно одновременное окисление примесей, обесцвечивание, дезодорация и насыщение ее кислородом. Кроме того достоинством этого метода является и то что в воду не вносятся дополнительные химические реагенты. Наиболее экономичным методом получения озона служит пропускание воздуха через электрический разряд высокого напряжения- озонатор, который состоит из 2х электродов расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Озонированием чистят воду от фенолов, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ, канцерогенных примесей, а также питьевую воду для доочистки и после биологической очистки.

Электрохимический метод- проводят в электролизерах где происходит анодной окисление и катодное восстановление. В идеале загрязняющее вещество распадается до простых: аммиак, углекисл газ, воду. Анодом служит графит, свинец и др. Катод: сплавы вольфрама и железа.

Адсорбционный метод - в качестве адсорбентов используются КАД, БАУ, АГ. Процесс ведут либо путем перемешивания сорбента со сточными водами, либо путем фильтрования через слой сорбента которым заполняются адсорбционные колонны. Очищаемая вода подается в колонну снизу вверх. Как правило работают 2 колонны, а 3я отключается на регенерацию, которая заключается в том что десорбируется сорбированные молекулы и восстанавливается активность угля. В качестве десорбирующего агента используют воздух, воду, инертный газ, кислоту, щелочь в зависимости от загрязняющего вещества.

Биологическая очистка – основана на способности анаэробных микроорганизмов использовать для своего развития и жизнедеятельности те органические соединения которые небыли удалены из очищаемой воды на предыдущих стадиях. Потребляя органическое вещество микроорганизмы частично разрушают их превращая в углекисл газ, в нитрат и сульфат ионы, а частично используют для образование собственной биомассы. Такую очистку можно производить как в искусственных условиях (биологических фильтрах и аэротанках), так и в естественных условиях (на полях фильтрации, биологических прудах). Просачиваясь сквозь разгрузку биофильтра, сточные воды оставляют на ней органические вещества не отделенные на предыдущих стадиях водоочистки. Эти вещества образуют на поверхности зерен фильтра биопленку, в которой развиваются микроорганизмы. В результате из сточных вод удаляется органическое загрязнение, а в толще биофильтра увеличивается масса биопленки. Используют анаэробные бактерии, грибы, дрожжи, личинки комаров. Для аэробной очистки используют аэробные группы организмов для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода при тем-ре 20-40 С. Анаэробная очистка протекает без доступа кислорода и используется преимущественно для обезвреживания осадков. Биологические фильтры представляют резервуары заполненные крупнозернистым материалом: гравием, шлаком, песком, сквозь которую пропускают сточную воду. Из нижней части фильтра дренажные устройства отводят очищенную воду во вторичные отстойники. Кроме биофильтров используют аэротенки – резервуары в которых медленно движется смесь активного ила и сточной воды, который постоянно перемешивается с помощью спец приспособлений. Более эффективными являются окситенки где используется технический кислород и более высокие концентрации угля.

Для очистки от неорг в-в (ионных р-в)- используют реагентный метод (метод нейтрализации), коагуляция, ионный обмен, сорбционный метод, электрохимическое окисление, экстракция, обратный осмос.

Нейтрализация – применяется для обработки вод содержащих щелочи и кислоты. При этом используют взаимную нейтрализацию, когда используют кислые и щелочные воды.

Реагентный - в сточную воду добавляют гашеную и негашеную известь, переводя ионы тяжелых металлов в нерастворимые гидроокиси и выпадают в качестве осадка.

Ионный обмен– регенерационный метод, способствует утилизации ценных примесей (например тяжелых металлов). В данном методе используют катионы и амиониты (ионные смолы). Их набивают в колонны через которые пропускают загрязненный раствор. Происходит обмен ионоводорода на катион металла: Me[k]+H=Meⁿ⁺¹+H[k]