Technologie uzdatniania wody. Uzdatnianie wody rozpoczyna się od analizy chemicznej wody
Wstęp
Przez wiele lat i wieków uzdatnianie wody nie było wyodrębniane jako dziedzina techniki, a tym bardziej jako gałąź technologii chemicznej. Zastosowano empirycznie znalezione techniki i metody oczyszczania wody, głównie przeciwinfekcyjne. Dlatego historia uzdatniania wody to historia adaptacji do przygotowania i oczyszczania wody znanych procesów i technologii chemicznych, które znalazły lub znajdują swoje zastosowanie. Przygotowanie wody do zaopatrzenia w wodę pitną i przemysłową zasadniczo różni się od innych dziedzin technologii chemicznej: procesy uzdatniania wody zachodzą w dużych ilościach wody i przy bardzo małych ilościach rozpuszczonych substancji. Oznacza to, że duże zużycie wody wymaga instalacji wielkogabarytowych urządzeń, a niewielka ilość substancji wyekstrahowanych z wody nieuchronnie wiąże się ze stosowaniem „dokładnych” metod uzdatniania wody. Obecnie intensywnie rozwijane są podstawy naukowe technologii uzdatniania wody, z uwzględnieniem specyfiki tej gałęzi techniki. A taka praca jest daleka od ukończenia, jeśli w ogóle możemy mówić o ostatecznej wiedzy o wodzie. Byłoby wielką przesadą stwierdzenie, że zaawansowane siły naukowe i projektowe, najlepsze możliwości budowy maszyn miały na celu zaspokojenie potrzeb uzdatniania wody. Wręcz przeciwnie, uwaga poświęcona tej branży, a co za tym idzie finansowaniu, została wykazana w najmniejszej kwocie, na zasadzie rezydualnej.
Uzdatnianie wody również przeszło próby, które spadły na Rosję w ciągu ostatnich 12-15 lat. Zarówno klienci, jak i dostawy urządzeń do uzdatniania wody są coraz bardziej, że tak powiem, zindywidualizowane. W ubiegłych latach dostawy miały z reguły charakter hurtowy, obecnie jednak głównie na małą skalę i jednorazowo. Nie wspominając już o tym, że całkiem niedawno w Rosji nie było produkcji filtrów domowych i autonomicznych systemów zaopatrzenia w wodę, które z definicji dostarczane są w jednym lub kilku egzemplarzach. A import takiego sprzętu był bardzo ograniczony. Oznacza to, że uzdatnianiem wody zajmuje się wiele osób, które wcześniej nie były z tym zaznajomione. Dodatkowo, ze względu na niewielką liczbę specjalistów w zakresie uzdatniania wody, wodą zajmuje się wielu inżynierów, którzy zdobyli wykształcenie na innych specjalnościach. Zadanie zapewnienia konsumentom wody pitnej wysokiej jakości trudno nazwać łatwym.
Prawie niemożliwe jest nawet krótkie omówienie wszystkich metod oczyszczania i uzdatniania wody. W tym miejscu chcieliśmy zwrócić uwagę czytelników na najczęściej stosowane w praktyce nowoczesne technologie w oczyszczalniach różnych systemów wodociągowych.
1. Właściwości i skład wody
Woda jest najbardziej anomalną substancją natury. To powszechne wyrażenie wynika z faktu, że właściwości wody w dużej mierze nie odpowiadają prawom fizycznym, którym podlegają inne substancje. Przede wszystkim trzeba przypomnieć: gdy mówimy o wodzie naturalnej, wszelkie sądy należy odnosić nie do wody jako takiej, ale do wodnych roztworów różnych, a właściwie wszystkich elementów Ziemi. Do tej pory nie było możliwości uzyskania chemicznie czystej wody.
1.1 Właściwości fizyczne wody
Polarna asymetryczna struktura wody i różnorodność jej towarzyszek determinują niesamowite anomalne właściwości fizyczne wody. Woda osiąga największą gęstość w temperaturach dodatnich, ma nienormalnie wysokie ciepło parowania i ciepło topnienia, ciepło właściwe, temperaturę wrzenia i zamarzania. Duży ciepło właściwe -4,1855 J/(g°C) w temperaturze 15°C - pomaga regulować temperaturę na Ziemi w wyniku powolnego ogrzewania i chłodzenia mas wody. Na przykład rtęć ma ciepło właściwe w temperaturze 20°C wynoszące zaledwie 0,1394 J/(g°C). Ogólnie rzecz biorąc, pojemność cieplna wody jest ponad dwukrotnie większa niż pojemność cieplna jakiegokolwiek innego związku chemicznego. To może wyjaśniać wybór wody jako płynu roboczego w energetyce. Anomalna właściwość wody - zwiększenie objętości o 10% po zamrożeniu zapewnia pływanie lodu, czyli ponownie chroni życie pod lodem. Kolejną niezwykle ważną właściwością wody jest jej wyjątkowo duża wielkość napięcie powierzchniowe . Cząsteczki na powierzchni wody doświadczają przyciągania międzycząsteczkowego z jednej strony. Ponieważ siły oddziaływania międzycząsteczkowego w wodzie są nienormalnie duże, każda cząsteczka „unosząca się” na powierzchni wody jest jakby wciągana w warstwę wody. Woda ma napięcie powierzchniowe 72 mN/m w temperaturze 25°C. W szczególności ta właściwość wyjaśnia kulisty kształt wody w warunkach nieważkości, wzrost wody w glebie oraz w naczyniach włosowatych drzew, roślin itp.
Naturalna woda - złożony system dyspersyjny zawierający szeroką gamę zanieczyszczeń mineralnych i organicznych.
Jakość wody naturalnej w ogólności odnosi się do charakterystyki jej składu i właściwości, które określają jej przydatność do określonych sposobów wykorzystania wody, natomiast kryteria jakościowe to cechy, według których ocenia się jakość wody.
1.2. Zawieszone zanieczyszczenia
Zawiesiny , obecne w wodach naturalnych, składają się z cząstek gliny, piasku, mułu, zawieszonych substancji organicznych i nieorganicznych, planktonu i różnych mikroorganizmów. Zawieszone cząstki wpływają na klarowność wody.
Zawartość zanieczyszczeń zawieszonych w wodzie, mierzona w mg/l, daje wyobrażenie o zanieczyszczeniu wody cząsteczkami głównie o średnicy nominalnej większej niż 1,10 – 4 mm. Jeżeli zawartość substancji zawieszonych w wodzie jest mniejsza niż 2-3 mg/l lub większa od podanych wartości, ale nominalna średnica cząstek jest mniejsza niż 1 × 10-4 mm, o zanieczyszczeniu wody decyduje się pośrednio poprzez zmętnienie woda.
1.3. Mętność i przejrzystość
Mętność woda powstaje na skutek obecności drobnych zanieczyszczeń spowodowanych nierozpuszczalnymi lub koloidalnymi substancjami nieorganicznymi i organicznymi różnego pochodzenia. Wraz z zmętnieniem, szczególnie w przypadkach, gdy woda ma lekką barwę i zmętnienie, a ich oznaczenie jest trudne, stosuje się wskaźnik « przezroczystość» .
1.4. Zapach
Charakter i intensywność zapachu wodę naturalną określa się organoleptycznie. Ze względu na charakter zapachy dzieli się na dwie grupy: pochodzenia naturalnego (organizmy żyjące i umierające w wodzie, gnijące resztki roślin itp.); pochodzenia sztucznego (zanieczyszczenia ścieków przemysłowych i rolniczych). Zapachy drugiej grupy (sztucznego pochodzenia) nazywane są substancjami determinującymi zapach: chlorem, benzyną itp.
1,5. Smakuj i smacz
Wyróżnić cztery rodzaje aromatów wodnych : słony, gorzki, słodki, kwaśny. Jakościowe cechy odcieni wrażeń smakowych - smak - wyrażane są opisowo: chlor, rybny, gorzki i tak dalej. Najczęstszy słony smak wody jest powodowany najczęściej przez rozpuszczony w wodzie chlorek sodu, gorzki przez siarczan magnezu, kwaśny przez nadmiar wolnego dwutlenku węgla itp.
1.6. Chroma
Wskaźnik jakości wody, charakteryzujący intensywność barwy wody, wyznaczany zawartością związków barwnych, wyrażany jest w stopniach skali platynowo-kobaltowej i wyznaczany poprzez porównanie barwy badanej wody ze wzorcami. Chroma O temperaturze wód naturalnych decyduje przede wszystkim obecność substancji humusowych i związków żelaza(III) w zakresie od kilku do tysięcy stopni.
1.7. Mineralizacja
Mineralizacja - całkowita zawartość wszystkich substancji mineralnych stwierdzona podczas analizy chemicznej wody. Mineralizacja wód naturalnych, która określa ich przewodność elektryczną, waha się w szerokich granicach. Większość rzek ma mineralizację od kilkudziesięciu miligramów na litr do kilkuset. Ich właściwa przewodność elektryczna waha się od 30 do 1500 µS/cm. Mineralizacja wód gruntowych i słonych jezior waha się w granicach od 40-50 mg/l do kilkuset g/l (gęstość w tym przypadku już znacznie różni się od jedności). Właściwa przewodność elektryczna opadów atmosferycznych o mineralizacji od 3 do 60 mg/l wynosi 10-120 µS/cm. Naturalne wody mineralizacyjne dzielą się na grupy. Limit dla wody słodkiej – 1 g/kg – został ustalony ze względu na fakt, że przy mineralizacji przekraczającej tę wartość smak wody jest nieprzyjemny – słony lub gorzko-słony.
1.8. Przewodnictwo elektryczne
Przewodnictwo elektryczne jest liczbowym wyrażeniem zdolności roztworu wodnego do przewodzenia prądu elektrycznego. Przewodność elektryczna wody zależy głównie od stężenia rozpuszczonych soli mineralnych i temperatury.
Na podstawie wartości przewodności elektrycznej można w przybliżeniu ocenić mineralizację wody.
woda
Rodzaj wody Zasolenie Gęstość,
1.9. Sztywność
Twardość wody powstaje na skutek obecności w wodzie jonów wapnia, magnezu, strontu, baru, żelaza i manganu. Jednak całkowita zawartość jonów wapnia i magnezu w wodach naturalnych jest nieporównywalnie większa niż zawartość wszystkich pozostałych wymienionych jonów – a nawet ich suma. Dlatego przez twardość rozumie się sumę ilości jonów wapnia i magnezu – twardość całkowitą, na którą składają się wartości twardości węglanowej (tymczasowej, usuwanej przez gotowanie) i niewęglanowej (stałej). Pierwsza spowodowana jest obecnością w wodzie wodorowęglanów wapnia i magnezu, druga obecnością siarczanów, chlorków, krzemianów, azotanów i fosforanów tych metali. Jeśli jednak twardość wody przekracza 9 mmol/l, należy wziąć pod uwagę zawartość strontu i innych metali ziem alkalicznych w wodzie.
Zgodnie z normą ISO 6107-1-8:1996, która zawiera ponad 500 terminów, twardość definiuje się jako zdolność wody do tworzenia piany z mydłem. W Rosji twardość wody wyraża się w mmol/l. W twardej wodzie zwykłe mydło sodowe zamienia się (w obecności jonów wapnia) w nierozpuszczalne „mydło wapniowe”, tworząc bezużyteczne płatki. Dopóki w ten sposób nie zostanie wyeliminowana cała twardość wapnia w wodzie, tworzenie się piany nie rozpocznie się. Na 1 mmol/l twardości wody takie zmiękczanie wody teoretycznie wymaga 305 mg mydła, praktycznie do 530. Ale oczywiście głównym problemem jest tworzenie się kamienia.
Klasyfikacja wody ze względu na twardość (mmol/l): Grupa wody Jednostka miary, mmol/l
Bardzo miękkie……………..do 1,5
Miękkie………………….1,5 - 4,0
Średnia twardość……… 4 - 8
Trudne…………………... 8 - 12
Bardzo trudne…………….więcej niż 12
1.10. Zasadowość
Zasadowość woda to całkowite stężenie anionów słabych kwasów i jonów hydroksylowych zawartych w wodzie (wyrażone w mmol/l), które podczas badań laboratoryjnych reagują z kwasami solnym lub siarkowym, tworząc sole chlorkowe lub siarczanowe metali alkalicznych i ziem alkalicznych. Wyróżnia się następujące formy zasadowości wody: wodorowęglan (węglowodorowęglan), węglan, hydrat, fosforan, krzemian, humat - w zależności od anionów słabych kwasów, które określają zasadowość.
Zasadowość wód naturalnych, których pH zwykle wynosi< 8,35, зависит от присутствия в воде бикарбонатов, карбонатов, иногда и гуматов. Щелочность других форм появляется в процессах обработки воды.
Ponieważ o zasadowości wód naturalnych prawie zawsze decydują wodorowęglany, w przypadku takich wód przyjmuje się, że całkowita zasadowość jest równa twardości węglanowej.
1.11. Materia organiczna
Zakres zanieczyszczenia organiczne bardzo szeroki:
Kwasy huminowe i ich sole – humaty sodu, potasu, amonu;
Niektóre zanieczyszczenia pochodzenia przemysłowego;
Część aminokwasów i białek;
Kwasy fulwowe (sole) i kwasy huminowe oraz ich sole – humaty wapnia, magnezu, żelaza;
Tłuszcze różnego pochodzenia;
Cząstki różnego pochodzenia, w tym mikroorganizmy.
Zawartość substancji organicznych w wodzie ocenia się metodami określania utlenialności wody, zawartości węgla organicznego, biochemicznego zapotrzebowania tlenu i absorpcji w zakresie ultrafioletu. Wartość charakteryzującą zawartość substancji organicznych i mineralnych w wodzie, które w określonych warunkach ulegają utlenieniu przez jeden z silnych utleniaczy chemicznych, nazywa się utlenialność . Istnieje kilka rodzajów utlenialności wody: nadmanganian, dwuchromian, jodan, cer (rzadko stosuje się metody oznaczania dwóch ostatnich). Utlenialność wyrażana jest w miligramach tlenu, co odpowiada ilości odczynnika użytego do utlenienia substancji organicznych zawartej w 1 litrze wody. W wodach gruntowych (artezyjskich) zanieczyszczeń organicznych praktycznie nie ma, natomiast w wodach powierzchniowych jest ich zdecydowanie więcej.
2. Dobór metod uzdatniania wody
Metody uzdatniania wody należy wybrać porównując skład wody źródłowej i jej jakość, regulowaną dokumentami regulacyjnymi lub ustaloną przez konsumenta wody. Po wstępnym doborze metod oczyszczania wody analizowane są możliwości i warunki ich zastosowania w zależności od postawionego zadania. Najczęściej wynik osiąga się poprzez stopniowe wdrażanie kilku metod. Zatem ważny jest zarówno wybór samych metod uzdatniania wody, jak i ich kolejność.
Metod uzdatniania wody jest około 40. Tutaj omówiono tylko te najczęściej stosowane.
2.1.Procesy fizykochemiczne uzdatnianie wody
Procesy te charakteryzują się wykorzystaniem odczynników chemicznych w celu destabilizacji i zwiększenia rozmiaru cząstek tworzących zanieczyszczenia, po czym następuje fizyczne oddzielenie cząstek stałych od fazy ciekłej.
2.1.1. Koagulacja i flokulacja
Koagulacja i flokulacja to dwa zupełnie różne elementy fizycznego i chemicznego uzdatniania wody.
Koagulacja - jest to etap, podczas którego następuje destabilizacja cząstek koloidalnych (podobnie jak kulki o średnicy mniejszej niż 1 mikron).
Słowo koagulacja pochodzi od łacińskiego słowa „coagulare”, co oznacza „aglomerować, sklejać, gromadzić”. W uzdatnianiu wody koagulację osiąga się poprzez dodanie substancji chemicznych do zawiesiny wodnej, gdzie rozproszone cząstki koloidalne gromadzą się w duże agregaty zwane kłaczkami lub mikrokłaczkami.
Koloidy to nierozpuszczalne cząstki zawieszone w wodzie. Małe rozmiary (poniżej 1 mikrona) sprawiają, że cząstki te są wyjątkowo stabilne. Cząsteczki mogą być różnego pochodzenia:
Minerał: muł, glina, krzemionka, wodorotlenki i sole metali itp.
Organiczne: kwasy humusowe i fulwowe, barwniki, środki powierzchniowo czynne i
itp.
Uwaga: Mikroorganizmy takie jak bakterie, plankton, algi, wirusy są również uważane za koloidy.
Stabilność, a co za tym idzie, niestabilność zawieszonych cząstek jest czynnikiem determinowanym przez różne siły przyciągania i odpychania:
Siły oddziaływań międzycząsteczkowych
Siły elektrostatyczne
Przez grawitację ziemi
Siły biorące udział w ruchach Browna
Koagulacja jest procesem zarówno fizycznym, jak i chemicznym. Reakcje pomiędzy cząstkami a koagulantem powodują powstawanie agregatów i ich późniejsze wytrącanie. Koagulanty kationowe neutralizują ładunek ujemny koloidów i tworzą luźną masę zwaną mikropłatkami.
Mechanizm krzepnięcia można sprowadzić do dwóch etapów:
1- Neutralizacja ładunku: co odpowiada redukcji ładunków elektrycznych, które mają działanie odpychające na koloidy.
2- Tworzenie agregatów cząstek.
Obecnie stosuje się głównie koagulanty mineralne. Oparte są głównie na solach żelaza lub glinu. Są to najczęściej stosowane koagulanty. Ładunek kationu tworzą tu jony metali, które w kontakcie z wodą tworzą się z wodorotlenków żelaza lub glinu. Głównymi zaletami takich koagulantów jest ich wszechstronność i niski koszt.
Koagulacja - jest to pośredni, ale bardzo ważny etap w procesie fizycznego i chemicznego oczyszczania wody i ścieków. Jest to pierwszy etap usuwania cząstek koloidalnych, którego główną funkcją jest destabilizacja cząstek. Destabilizacja polega głównie na neutralizacji ładunku elektrycznego obecnego na powierzchni cząstki, co sprzyja agregacji koloidów.
Flokulacja - Jest to etap, podczas którego zdestabilizowane cząstki koloidalne (lub cząstki powstałe na etapie koagulacji) gromadzą się w agregaty.
Etap flokulacji może mieć miejsce jedynie w wodzie, w której cząstki uległy już destabilizacji. Jest to etap, który logicznie następuje po koagulacji. Flokulanty, dzięki swojemu ładunkowi i bardzo dużej masie cząsteczkowej (długie łańcuchy monomerowe), wiążą zdestabilizowane cząstki i agregują je wzdłuż łańcucha polimeru. W rezultacie na etapie flokulacji następuje wzrost wielkości cząstek w fazie wodnej, co wyraża się tworzeniem kłaczków.
Wiązania pomiędzy zdestabilizowanymi cząstkami a flokulantem są z reguły jonowe i wodorowe.
2.2. Oczyszczanie wody poprzez filtrację
Początkowym etapem uzdatniania wody z reguły jest jej uwolnienie z zawieszonych zanieczyszczeń - klarowanie wody, czasami klasyfikowane jako obróbka wstępna.
Istnieje kilka rodzajów filtrowania:
- naciągnięcie - rozmiary porów materiału filtracyjnego są mniejsze niż rozmiary zatrzymanych cząstek;
- filtracja filmowa - pod pewnymi warunkami, po pewnym początkowym okresie, materiał filtracyjny zostaje otoczony warstwą substancji zawieszonych, na której mogą zatrzymać się cząstki nawet mniejsze niż wielkość porów materiału filtracyjnego: koloidy, małe bakterie, duże wirusy;
- filtracja objętościowa - cząstki zawieszone, przechodząc przez warstwę materiału filtracyjnego, wielokrotnie zmieniają kierunek i prędkość ruchu w szczelinach pomiędzy granulkami i włóknami materiału filtracyjnego; Zatem zdolność zatrzymywania zanieczyszczeń przez filtr może być dość duża – większa niż w przypadku filtracji foliowej. Filtrację w filtrach tkaninowych, ceramicznych i prawie wszystkich filtrach z elementami filtracyjnymi z włókniny przeprowadza się według dwóch pierwszych wymienionych typów; w filtrach drobnoziarnistych – według drugiego rodzaju, w gruboziarnistych filtrach masowych – według trzeciego.
2.2.1. Klasyfikacja filtrów z obciążeniem ziarnistym
Filtry ziarniste stosowane są głównie do oczyszczania cieczy, w których zawartość fazy stałej jest znikoma, a osad nie ma żadnej wartości, a głównym zadaniem filtrów jest klarowanie wody naturalnej. To one są najczęściej stosowane w technologii uzdatniania wody. Klasyfikacja filtrów według kilku głównych oznaki:
♦ prędkość filtracji:
Wolny (0,1-0,3 m/h);
Ambulanse (5-12 m/h);
Bardzo duża prędkość (36-100 m/h);
♦ ciśnienie, pod jakim pracują:
Otwarty lub sypki;
Ciśnienie;
♦ liczba warstw filtra:
Pojedyncza warstwa;
Podwójna warstwa;
Wielowarstwowe.
Najbardziej efektywne i ekonomiczne są filtry wielowarstwowe, w których w celu zwiększenia chłonności zanieczyszczeń i skuteczności filtracji wsad składa się z materiałów o różnej gęstości i wielkości cząstek: na górze warstwy znajdują się duże cząstki lekkie, na dole są małe i ciężkie. Przy filtracji w dół duże zanieczyszczenia zatrzymują się w górnej warstwie załadunkowej, a pozostałe mniejsze w dolnej warstwie. W ten sposób działa cała objętość załadunku. Filtry oczyszczające skutecznie zatrzymują cząstki o wielkości > 10 mikronów.
2.2.2. Technologia filtracji
Woda zawierająca zawieszone cząstki, przemieszczająca się przez ziarnisty ładunek zatrzymujący zawieszone cząstki, ulega klarowaniu. Efektywność procesu uzależniona jest od właściwości fizykochemicznych zanieczyszczeń, złoża filtracyjnego oraz czynników hydrodynamicznych. Zanieczyszczenia gromadzą się w grubości wsadu, zmniejsza się objętość wolnych porów i zwiększa się opór hydrauliczny wsadu, co prowadzi do wzrostu strat ciśnienia w wsadzie.
Ogólnie proces filtracji można podzielić na kilka etapów: przeniesienie cząstek ze strumienia wody na powierzchnię materiału filtracyjnego; utrwalanie cząstek na ziarnach i w pęknięciach między nimi; separacja cząstek stałych i ich powrót do strumienia wody. Usuwanie zanieczyszczeń z wody i ich wiązanie na ziarnach obciążających następuje pod wpływem sił adhezji. Osad powstający na cząstkach ładunku ma kruchą strukturę, która może ulec zniszczeniu pod wpływem sił hydrodynamicznych. Część wcześniej przyklejonych cząstek zostaje oderwana od ziaren wsadu w postaci drobnych płatków i przeniesiona do kolejnych warstw wsadu (sufuzja), gdzie ponownie zatrzymują się w kanałach porów. Zatem proces klarowania wody należy traktować jako całkowity wynik procesu adhezji i sufuzji. Rozjaśnienie w każdej elementarnej warstwie obciążającej następuje tak długo, jak intensywność adhezji cząstek przekracza intensywność separacji. W miarę nasycenia górnych warstw wsadu proces filtracji przesuwa się do dolnych, strefa filtracyjna zdaje się przesuwać w kierunku przepływu z obszaru, w którym materiał filtracyjny jest już nasycony zanieczyszczeniami i dominuje proces sufuzji do obszar świeżego ładunku.
Potem przychodzi moment, gdy cała warstwa obciążająca filtr zostaje nasycona zanieczyszczeniami wodnymi i nie zostaje osiągnięty wymagany stopień klaryfikacji wody. Stężenie zawiesiny na wylocie załadunkowym zaczyna rosnąć.
Czas, w którym następuje wyklarowanie wody do określonego stopnia, nazywa się czas ochrony ładowania . Po jego osiągnięciu lub osiągnięciu maksymalnej straty ciśnienia filtr klarujący należy przełączyć w tryb płukania spulchniającego, gdy wsad jest myty wstecznym przepływem wody, a zanieczyszczenia są odprowadzane do odpływu.
Możliwość zatrzymania zawiesiny gruboziarnistej na filtrze zależy głównie od jej masy; drobne zawiesiny i cząstki koloidalne - od sił powierzchniowych. Ładunek zawieszonych cząstek jest ważny, ponieważ cząstki koloidalne o tym samym ładunku nie mogą łączyć się w konglomeraty, powiększać i osiadać: ładunek uniemożliwia ich zbliżenie. To „alienowanie” cząstek zostaje przezwyciężone poprzez sztuczną koagulację. W wyniku koagulacji powstają agregaty – większe (wtórne) cząstki składające się ze skupiska mniejszych (pierwotnych). Z reguły koagulacja (czasami dodatkowo flokulacja) prowadzona jest w osadnikach-odstojnikach.
Często proces ten łączy się ze zmiękczaniem wody poprzez wapnowanie lub wapnowaniem sodowym lub zmiękczaniem sodą kaustyczną. W konwencjonalnych filtrach klarujących najczęściej obserwuje się filtrację filmową. Filtrację objętościową organizuje się w filtrach dwuwarstwowych oraz w tzw. osadnikach kontaktowych. Filtr wypełniony jest dolną warstwą piasku kwarcowego o uziarnieniu 0,65-0,75 mm i górną warstwą antracytu o uziarnieniu 1,0-1,25 mm. Na górnej powierzchni warstwy dużych ziaren antracytu nie tworzy się film, zawieszone zanieczyszczenia wnikają w głąb warstwy – do porów i osadzają się na powierzchni ziaren. Substancje zawieszone, które przeszły przez warstwę antracytu, są zatrzymywane przez dolną warstwę piasku. Podczas luzowania filtra warstwy piasku i antracytu nie mieszają się, ponieważ gęstość antracytu jest o połowę mniejsza od gęstości piasku kwarcowego.
3. Metody oczyszczania jonowymiennego
Wymiana jonówto proces ekstrakcji niektórych jonów z wody i zastąpienia ich innymi. Do procesu wykorzystuje się substancje jonowymienne – substancje sztucznie ziarniste, nierozpuszczalne w wodzie, specjalne włókniny lub naturalne zeolity posiadające w swojej strukturze grupy kwasowe lub zasadowe, które można zastąpić jonami dodatnimi lub ujemnymi.
Technologia wymiany jonowej jest obecnie najczęściej stosowaną metodą zmiękczania i demineralizacji wody. Technologia ta pozwala na osiągnięcie jakości wody spełniającej standardy różnych obiektów przemysłowych i energetycznych.
Oczyszczanie kwaśnych wód popłucznych metodą wymiany jonowej polega na zdolności nierozpuszczalnych w wodzie wymieniaczy jonowych do wchodzenia w wymianę jonową z solami rozpuszczalnymi w wodzie, ekstrahując ich kationy lub aniony z roztworów i uwalniając do roztworu równoważną ilość jonów , którymi podczas regeneracji okresowo nasyca się wymieniacze kationowe i anionowe.
Metodę jonowymienną oczyszczania wody stosuje się do odsalania i oczyszczania wody z jonów metali i innych zanieczyszczeń. Istota wymiany jonowej polega na zdolności materiałów jonowymiennych do pobierania jonów z roztworów elektrolitów w zamian za równoważną ilość jonów wymieniaczy jonowych.
Oczyszczanie wody odbywa się za pomocą wymienników jonowych – syntetycznych żywic jonowymiennych wytwarzanych w postaci granulek o średnicy 0,2...2 mm. Wymieniacze jonowe wykonane są z nierozpuszczalnych w wodzie substancji polimerowych, które posiadają na swojej powierzchni ruchomy jon (kation lub anion), który w określonych warunkach wchodzi w reakcję wymiany z jonami tego samego znaku zawartymi w wodzie.
Selektywna absorpcja cząsteczek przez powierzchnię stałego adsorbentu następuje w wyniku działania na nie niezrównoważonych sił powierzchniowych adsorbentu.
Żywice jonowymienne mają zdolność regeneracji. Po wyczerpaniu się roboczej zdolności wymiennej wymieniacza jonowego traci on zdolność do wymiany jonów i wymaga regeneracji. Regenerację przeprowadza się roztworami nasyconymi, których wybór zależy od rodzaju żywicy jonowymiennej. Procesy odzyskiwania z reguły zachodzą automatycznie. Regeneracja trwa zwykle około 2 godzin, z czego 10-15 minut na rozluźnienie, 25-40 minut na przefiltrowanie roztworu regenerującego i 30-60 minut na mycie. Oczyszczanie jonowymienne odbywa się poprzez sekwencyjną filtrację wody przez wymieniacze kationowe i wymieniacze anionowe.
W zależności od rodzaju i stężenia zanieczyszczeń w wodzie oraz wymaganej efektywności oczyszczania stosuje się różne schematy instalacji jonowymiennych.
3.1. Kationowanie
Kationowanie jak sama nazwa wskazuje, służy do ekstrakcji rozpuszczonych kationów z wody, tj. kationizacja - proces uzdatniania wody metodą wymiany jonowej, w wyniku którego następuje wymiana kationów. W zależności od rodzaju jonów (H+ lub Na+) obecnych w objętości wymieniacza kationowego wyróżnia się dwa główne rodzaje kationizacji: kationizację sodową i kationizację wodorową.
3.1.1. Kationizacja sodu
Metoda wymiany kationowej sodu służy do zmiękczania wody o zawartości zawiesiny nie większej niż 8 mg/l i barwie wody nie większej niż 30 stopni. Twardość wody zmniejsza się przy jednostopniowej kationizacji sodu do wartości 0,05 – 0,1 mEq/l, przy dwustopniowej kationizacji sodu – do 0,01 mEq/l. Proces kationizacji sodu opisują następujące reakcje wymiany:
Regeneracja wymiennika kationowego Na polega na przefiltrowaniu przez niego 5-8% roztworu soli kuchennej z szybkością 3-4 m/h.
Zalety soli kuchennej jako środka regeneracyjnego:
1. tani;
2. dostępność;
3. Produkty regeneracyjne można łatwo utylizować.
3.1.2. Kationizacja wodoru
Metoda wymiany kationowo-wodorowej stosowany do głębokiego zmiękczania wody. Metoda ta polega na filtrowaniu uzdatnionej wody przez warstwę kationitu zawierającą kationy wodoru jako jony wymienne.
Podczas kationizacji wodorowej wody pH filtratu ulega znacznemu obniżeniu ze względu na powstające w tym procesie kwasy. Dwutlenek węgla uwalniający się podczas reakcji zmiękczania można usunąć poprzez odgazowanie. Regenerację N-kationitu w tym przypadku przeprowadza się za pomocą 4 - 6% roztworu kwasu.
3.1.3. Inne metody kationizacji
Metoda jonizacji sodowo-chlorowej stosowane, gdy konieczne jest zmniejszenie twardości całkowitej, zasadowości całkowitej i mineralizacji wody źródłowej, podwyższenie kryterium potencjalnej agresywności zasadowej (zmniejszenie zasadowości względnej) wody kotłowej, zmniejszenie dwutlenku węgla w parze i wartości przeczyszczającej kotłów parowych - poprzez filtrację kolejno przez warstwę żywicy kationowej sodu w jednym filtrze i przez warstwy: najpierw - anionit chlorowy, a następnie - kationit sodowy w drugim filtrze.
Kationizacja wodorowo-sodowa (kombinowana, równoległa lub sekwencyjna z regeneracją normalną lub „głodową” filtrów wodorowo-kationowymiennych) - w celu zmniejszenia twardości całkowitej, zasadowości ogólnej i mineralizacji wody, a także zwiększenia kryterium potencjalnej agresywności zasadowej wody kotłowej, zmniejszenia zawartość dwutlenku węgla w parze i zmniejszyć przedmuch kotła.
Kationizacja amonowo-sodowa wykorzystywane do osiągnięcia tych samych celów, co jonizacja chlorem sodu.
3.2. Anionizacja
Anionizacja jak sama nazwa wskazuje, służy do ekstrakcji rozpuszczonych anionów z wody. Woda, która została już poddana wstępnej kationizacji, ulega anionizacji. Regenerację filtra anionowymiennego zwykle przeprowadza się za pomocą zasady (NaOH). Po wyczerpaniu się roboczej zdolności wymiennej anionitu następuje jego regeneracja.Zarówno silnie, jak i słabo zasadowe anionity są w stanie absorbować z wody aniony mocnego kwasu. Aniony słabych kwasów - węglowego i krzemu - są absorbowane tylko przez silnie zasadowe anionity.W przypadku silnie zasadowych anionitów jako regenerator stosuje się roztwór NaOH (dlatego proces ten nazywany jest również anionizacją wodorotlenkową). Mechanizm wymiany jonowej i wpływ różnych czynników na technologię procesu anionizacji są pod wieloma względami podobne do ich wpływu na procesy kationizacji, ale istnieją też istotne różnice. Słabo zasadowe wymieniacze anionowe są zdolne do sorpcji różnych anionów w różnym stopniu. Z reguły obserwuje się pewną serię, w której każdy poprzedni jon jest absorbowany aktywniej i w większych ilościach niż następny.
W łańcuchu technologicznym demineralizacji metodą jonizacji, po filtrach kationowo-wodorowych i słabo zasadowych, stosuje się filtry silnie zasadowe, w przypadku konieczności usunięcia z wody anionów kwasu krzemowego i czasami anionów węglowych. Najlepsze rezultaty uzyskuje się przy niskich wartościach pH i niemal całkowitej dekacji wody. Stosowanie wymieniaczy anionowych, gdy woda źródłowa zawiera zanieczyszczenia organiczne, ma swoją własną charakterystykę.
3.3. Odsalanie wody metodą jonową
Do oczyszczania ścieków z anionów mocnych kwasów stosuje się schemat technologiczny jednostopniowej kationizacji H i anionizacji OH z zastosowaniem silnie kwasowego wymieniacza kationowego i słabo zasadowego wymieniacza anionowego.
Do głębszego oczyszczania ścieków, w tym od soli, stosuje się jedno- lub dwustopniową kationizację H na silnie kwasowym kationinie, a następnie dwustopniową anionizację OH na anionie słabo-, a następnie silnie zasadowym. wymiennik.
Gdy ścieki zawierają dużą ilość dwutlenku węgla i jego soli, pojemność silnie zasadowego wymieniacza anionowego szybko się wyczerpuje. Aby ograniczyć zubożenie, ścieki po filtrze kationowymiennym odgazowuje się w specjalnych odgazowywaczach z dyszą wykonaną z pierścieni Raschiga lub w innych urządzeniach. W przypadku konieczności zapewnienia pH ~6,7 i oczyszczenia ścieków z anionów słabych kwasów, zamiast filtrów anionowymiennych II stopnia można zastosować filtr o działaniu mieszanym, obciążony mieszaniną silnie kwasowego kationitu i silnie zasadowego anionu wymiennik jest używany.
Metoda odsalania wody metodą wymiany jonowej polega na sekwencyjnym filtrowaniu wody przez filtr z żywicy kationowymiennej H, a następnie filtr z żywicy anionowymiennej OH-, HCO 3 lub CO 3. W filtrze z żywicy kationowymiennej H. , kationy zawarte w wodzie ulegają wymianie na kationy wodoru. W filtrach anionowymiennych OH, przez które woda przepływa za wymieniaczami kationowymi H, aniony powstałych kwasów ulegają wymianie na jony OH-. Wymagania dla wody dostarczanej do filtrów H-OH:
substancje zawieszone – nie więcej niż 8 mg/l;
zawartość soli ogółem – do 3 g/l;
siarczany i chlorki – do 5 mg/l;
kolor - nie więcej niż 30 stopni;
utlenianie nadmanganianu – do 7 mg O 2 /l;
żelazo ogółem – nie więcej niż 0,5 mg/l;
produkty naftowe - brak;
wolny aktywny chlor - nie więcej niż 1 mg/l.
Jeżeli woda źródłowa nie spełnia tych wymagań, konieczne jest przeprowadzenie wstępnego uzdatniania wody.
W zależności od wymaganej głębokości odsalania wody projektuje się instalacje jedno, dwu i trzystopniowe, przy czym we wszystkich przypadkach do usuwania jonów metali z wody stosuje się silnie kwaśne wymienniki kationowe H o dużej zdolności wymiennej.
Jednostopniowe jednostki jonowymienne służą do produkcji wody o zawartości soli do 1 mg/l (ale nie większej niż 20 mg/l).
W jednostopniowych instalacjach jonowymiennych woda przepuszczana jest kolejno przez grupę filtrów z wymiennikiem kationowym H, a następnie przez grupę filtrów ze słabo zasadowym anionitem; wolny tlenek węgla (CO 2) usuwany jest w odgazowywaczu zainstalowanym za filtrami kationowymi lub anionowymi, jeżeli są one regenerowane roztworem sody lub wodorowęglanu. Każda grupa musi mieć co najmniej dwa filtry.
3.4. Demineralizacja wody metodą jonizacji
Demineralizacja wody - metoda mająca na celu zmniejszenie mineralizacji wody, w tym twardości całkowitej, zasadowości całkowitej i zawartości związków krzemu. Jonowymienna metoda demineralizacji wody polega na sekwencyjnej filtracji wody przez wodorowy wymieniacz kationowy, a następnie filtr anionowymienny HCO 3 -, OH - lub CO 3 -. Z anionów, z którymi związane są kationy, w przesączu tworzy się równoważna ilość kwasu. CO2 powstający podczas rozkładu węglowodorów jest usuwany w dekarbonizatorach.
W filtrach anionowych (anionizacja wodorotlenkowa) aniony powstałych kwasów wymieniane są na jony OH - (zatrzymany przez filtr). Rezultatem jest woda zdemineralizowana (odsolona).
Ta metoda jest właściwie „niezależna”, syntetyczna. Przedstawia schematyczną serię opcji łączenia różnych stopni złożoności – w zależności od celu uzdatniania wody – kationizacji wodoru i anionizacji wodorotlenku.
3.5. Warunki stosowania jednostek jonowymiennych
Jednostki jonowymienne należy zasilać wodą zawierającą sole - do 3 g/l, siarczany i chlorki - do 5 mmol/l, substancje zawieszone - nie więcej niż 8 mg/l, barwę - nie wyższą niż 30 stopni, utlenialność nadmanganianu - do 7 mgO/l. W zależności od wymaganej głębokości odsalania wody projektuje się instalacje jedno, dwu i trzystopniowe, przy czym we wszystkich przypadkach do usuwania jonów metali z wody stosuje się silnie kwaśne kationity wodorowe. Dla odbiorców przemysłowych i energetycznych wodę można przygotować w schemacie jednoetapowym - jeden filtr kationowymienne i jeden anionowymienne; zgodnie ze schematem dwustopniowym - odpowiednio dwa filtry kationowymienne i dwa filtry anionowymienne; według schematu trójstopniowego, przy czym stopień trzeci można zaprojektować w dwóch wariantach: oddzielne filtry kationowymienne i anionowymienne lub połączenie kationowymiennego i anionowymiennego w jednym filtrze.
Po schemacie jednoetapowym: zasolenie wody - 2-10 mg/l; właściwa przewodność elektryczna - 1-2 µS/cm; zawartość związków krzemu nie ulega zmianie. W procesie dwuetapowym otrzymuje się wodę o zawartości soli 0,1-0,3 mg/l; właściwa przewodność elektryczna 0,2-0,8 µS/cm; zawartość związków krzemu do 0,1 mg/l. Schemat trzystopniowy pozwala na obniżenie zawartości soli do 0,05-0,1 mg/l; właściwa przewodność elektryczna - do 0,1-0,2 µS/cm; stężenie kwasu krzemowego - do 0,05 mg/l. W przypadku filtrów domowych stosuje się demineralizację jednostopniową – wspólne obciążenie filtra żywicą kationowymienną i anionowymienną.
3.6. Filtry mieszane
Połączenie wymieniacza kationowego i wymieniacza anionowego w jednym aparacie pozwala na osiągnięcie wysokiego stopnia oczyszczenia: prawie wszystkie jony w roztworze są ekstrahowane z wody w jednym przejściu. Oczyszczona woda ma odczyn neutralny i niską zawartość soli. Po nasyceniu jonitami mieszaninę jonitów – w celu regeneracji – należy najpierw podzielić na kationit i anionit, które mają różną gęstość. Separację przeprowadza się metodą hydrodynamiczną (przepływ wody od dołu do góry) lub poprzez napełnienie filtra stężonym 18% roztworem odczynnika. Obecnie główni zagraniczni producenci wytwarzają zestawy monodyspersyjnych granulatów żywicy specjalnie dobranych pod względem gęstości i wielkości, zapewniających wysoki stopień separacji i stabilność działania.
Ze względu na złożoność operacji rozdziału mieszaniny kationitu i anionitu oraz ich regeneracji, urządzenia tego typu stosowane są głównie do oczyszczania wód o niskim zasoleniu oraz doczyszczania wód uprzednio odsolonych metodą odwróconej osmozy, gdy przeprowadzana jest regeneracja rzadko lub wymieniacze jonowe są używane jednorazowo.
3.7. Cechy technologii wymiany jonowej
Historycznie prawie wszystkie konstrukcje filtrów jonowymiennych charakteryzują się precyzją równoległą (przepływem bezpośrednim), to znaczy uzdatniona woda i roztwór regenerujący przemieszczają się w filtrze w tym samym kierunku – od góry do dołu. Gdy roztwór regeneracyjny przemieszcza się z góry na dół przez warstwę wymiennika jonowego, ciśnienie stężenia – różnica stężeń między wcześniej zatrzymanymi jonami (na przykład wapnia i magnezu) a jonami roztworu regenerującego (na przykład sodu), które je wypierają – staje się coraz mniej.
„Słaby” roztwór regeneracyjny na końcu swojej drogi napotyka warstwę wymieniacza jonowego zawierającą pewną, choć niewielką, ilość jonów, które należy wyprzeć z wymieniacza jonowego. Nie ma żadnego przemieszczenia. W rezultacie kolejny strumień uzdatnionej wody nie osiąga wymaganej jakości.
Ta cecha technologii wymiany jonowej, a także właściwości wymieniaczy jonowych, regenerantów i szeregów liotropowych determinują podstawowe wady technologii wymiany jonowej do oczyszczania wody: duże zużycie odczynników, wody do przemywania wymieniacza jonowego z pozostałości roztworu regeneracyjnego oraz duża ilość ścieków, których jakość nie spełnia wymagań dokumentów regulacyjnych.
Wyjście z tej sytuacji znaleźli technolodzy, którzy zaproponowali dwustopniową filtrację do kationizacji sodu i trójstopniową filtrację do demineralizacji przez jonizację. Filtrację równoległo-przeciwprądową można uznać za rodzaj zmiękczania dwustopniowego: wbrew nazwie w każdym z par filtrów prowadzona jest filtracja równoległa.
Dekarbonizacja- usuwanie tlenku węgla powstającego w procesach kationizacji i anionizacji wodoru.
Konieczne jest usunięcie go z wody przed mocnymi zasadowymi filtrami anionowymiennymi, ponieważ w obecności CO 2 w wodzie część roboczej zdolności wymiany anionitu zostanie wykorzystana na absorpcję CO 2.
Tradycyjnie do usuwania dwutlenku węgla z wody stosuje się dekarbonizatory - urządzenia napełniane różnymi dystrybutorami wody (zwykle masowymi, np. Raschiga, pierścieniami Palla itp.), zwane dyszami lub bez wypełniaczy i wdmuchiwane powietrzem w kierunku strumienia wody . W zależności od konstrukcji dekarbonizator można zamontować po pierwszym lub drugim etapie kationizacji wodoru lub po pierwszym (słabo zasadowym) etapie anionizacji. Ten ostatni schemat jest częściej stosowany w inwestycjach zagranicznych. Urządzenia eżektorowe (próżniowe, strumieniowe) stają się powszechne. Ich praca polega na wytworzeniu w urządzeniu eżektorowym dużej prędkości przepływu, w którym następuje jego ewakuacja, a następnie zasysanie powietrza do wody i wydmuchanie go. Dzięki niewielkim wymiarom konstrukcja ta zapewnia większą produktywność i wysoką skuteczność usuwania gazów. W tym przypadku - wolny CO2. W małych stacjach uzdatniania wody i przy niskiej zawartości wodorowęglanów w wodzie źródłowej stosuje się schemat uzdatniania wody bez dekarbonizatorów.
5. Metody uzdatniania wody baromembranowej
Demineralizacja wody metodą wymiany jonowej oraz demineralizacja termiczna (destylacja) umożliwiają odsalanie wody i niemal całkowite jej odsolenie. Jednak zastosowanie tych metod ujawniło wady: potrzebę regeneracji, nieporęczny i kosztowny sprzęt, drogie wymieniacze jonowe itp. W związku z tym powszechne stały się baromembranowe metody uzdatniania wody.
Do grupy metod baromembranowych zalicza się odwróconą osmozę, mikrofiltrację, ultrafiltrację i nanofiltrację. Odwrócona osmoza (wielkość porów 1-15Å , ciśnienie robocze 0,5-8,0 MPa) służy do demineralizacji wody, zatrzymuje prawie wszystkie jony w 92-99%, a przy układzie dwustopniowym aż do 99,9%. Nanofiltracja (wielkość porów 10-70Å , ciśnienie robocze 0,5-8,0 MPa) służy do oddzielania barwników, pestycydów, herbicydów, sacharozy, niektórych rozpuszczonych soli, substancji organicznych, wirusów itp. Ultrafiltracja (wielkość porów 30-1000Å , ciśnienie robocze 0,2-1,0 MPa) służy do oddzielania niektórych koloidów (np. krzemu), wirusów (w tym polio), sadzy węglowej, rozdzielania mleka na frakcje itp. Mikrofiltracja (wielkość porów 500-20000Å , ciśnienie robocze od 0,01 do 0,2 MPa) służy do separacji niektórych wirusów i bakterii, drobnych pigmentów, pyłu węgla aktywnego, azbestu, barwników, separacji emulsji wodno-olejowych itp. Im większe są pory w membranie, tym bardziej zrozumiały jest proces filtracji przez membranę, tym bardziej zbliża się on do tzw. filtracji mechanicznej w sensie fizycznym.
Grupę pośrednią tworzą tzw. membrany torowe, otrzymywane poprzez napromieniowanie folii Mylar (politereftalant etylenu) w cyklotronie strumieniem ciężkich jonów. Po wystawieniu folii na działanie promieni ultrafioletowych i wytrawieniu alkaliami w folii tworzą się pory o średnicy 0,2-0,4 mikrona (przeważnie 0,3 mikrona).
5.1. Odwrócona osmoza
Odwrócona osmoza - jedna z najbardziej obiecujących metod uzdatniania wody, której zaletami jest niskie zużycie energii, prostota konstrukcji urządzeń i instalacji, ich małe wymiary i łatwość obsługi; Stosowany jest do odsalania wód o zawartości soli do 40 g/l, a granice jego zastosowania stale się poszerzają.
Istota metody. Jeśli rozpuszczalnik i roztwór są oddzielone półprzepuszczalną przegrodą, która pozwala tylko cząsteczki rozpuszczalnika, wtedy rozpocznie się rozpuszczalnik przejść przez przegrodę do rozwiązania aż tak długo, jak stężenia roztworów po obu stronach membrany nie są wyrównane. Proces spontanicznego przepływu substancji przez półprzepuszczalną membranę oddzielającą dwa roztwory różnych stężeniach (szczególnym przypadkiem jest czysty rozpuszczalnik i roztwór), tzw przez osmozę (z greckiego: osmos - pchanie, nacisk). Jeśli wytworzysz przeciwciśnienie w roztworze, szybkość przenikania rozpuszczalnika przez membranę zmniejszą się. Po ustaleniu równowagi odpowiednie ciśnienie może służyć jako ilościowa charakterystyka zjawiska odwróconej osmozy. Nazywa się to ciśnieniem osmotycznym i równe ciśnieniu, jakie należy zastosować roztworem w celu doprowadzenia go do równowagi z czystym rozpuszczalnikiem oddzielonym od niego półprzepuszczalną przegrodą. W odniesieniu do systemów uzdatniania wody, gdzie rozpuszczalnikiem jest woda, proces jest odwrotny Osmozę można przedstawić w następujący sposób: jeśli od strony naturalnej wody przepływającej przez aparat z pewną zawartością zanieczyszczeń zastosuj ciśnienie przekraczające ciśnienie osmotyczne, wówczas woda wycieknie przez membranę i gromadzą się po drugiej stronie, a zanieczyszczenia pozostają w wodzie źródłowej, ich stężenie będzie zwiększyć.
W praktyce membrany zwykle nie są idealnie półprzepuszczalne i następuje pewne przenikanie substancji rozpuszczonej przez membranę.
Ciśnienia osmotyczne roztworów mogą sięgać kilkudziesięciu MPa. Ciśnienie robocze w urządzeniach do odwróconej osmozy musi być znacznie wyższe, gdyż o ich wydajności decyduje siła napędowa procesu – różnica pomiędzy ciśnieniem roboczym i osmotycznym. Zatem przy ciśnieniu osmotycznym 2,45 MPa dla wody morskiej zawierającej 3,5% soli zaleca się utrzymanie ciśnienia roboczego w zakładach odsalania na poziomie 6,85-7,85 MPa.
5.2. Ultrafiltracja
Ultrafiltracja - proces separacji membranowej oraz frakcjonowania i zatężania roztworów. Zachodzi to pod wpływem różnicy ciśnień (przed i za membraną) roztworów związków o dużej i niskiej masie cząsteczkowej.
Ultrafiltracja zapożyczyła metody wytwarzania membran z odwróconej osmozy i jest do niej w dużej mierze podobna pod względem konstrukcji sprzętu. Różnica polega na znacznie większych wymaganiach dotyczących usunięcia z powierzchni membrany stężonego roztworu substancji, która w przypadku ultrafiltracji może tworzyć warstwy żelowe i słabo rozpuszczalne osady. Ultrafiltracja zgodnie ze schematem przebiegu procesu i parametrami jest pośrednim ogniwem pomiędzy filtracją a odwróconą osmozą.
Możliwości technologiczne ultrafiltracji są w wielu przypadkach znacznie szersze niż odwróconej osmozy. Zatem w przypadku odwróconej osmozy z reguły następuje ogólne zatrzymanie prawie wszystkich cząstek. Jednak w praktyce często pojawia się zadanie selektywnego oddzielania składników roztworu, czyli frakcjonowania. Rozwiązanie tego problemu jest bardzo ważne, ponieważ możliwe jest wyodrębnienie i skoncentrowanie bardzo cennych lub rzadkich substancji (białka, substancje fizjologicznie czynne, polisacharydy, kompleksy metali rzadkich itp.). Ultrafiltracja, w przeciwieństwie do odwróconej osmozy, służy do rozdzielania układów, w których masa cząsteczkowa rozpuszczonych składników jest znacznie większa od masy cząsteczkowej rozpuszczalnika. Przykładowo dla roztworów wodnych przyjmuje się, że ultrafiltrację można zastosować, gdy co najmniej jeden ze składników układu ma masę cząsteczkową 500 lub większą.
Siłą napędową ultrafiltracji jest różnica ciśnień po obu stronach membrany. Zazwyczaj ultrafiltrację prowadzi się przy stosunkowo niskim ciśnieniu: 0,3-1 MPa. W przypadku ultrafiltracji znacznie wzrasta rola czynników zewnętrznych. Zatem w zależności od warunków (ciśnienie, temperatura, intensywność turbulizacji, skład rozpuszczalnika itp.) na tej samej membranie można osiągnąć całkowite rozdzielenie substancji, co nie jest możliwe przy innej kombinacji parametrów. Do ograniczeń ultrafiltracji zalicza się: wąski zakres technologiczny – konieczność dokładnego zachowania warunków procesu; stosunkowo niska granica stężenia, która dla substancji hydrofilowych zwykle nie przekracza 20-35%, a dla substancji hydrofobowych - 50-60%; krótki (1-3 lata) okres użytkowania membran ze względu na osadzanie się w porach i na ich powierzchni. Prowadzi to do zanieczyszczenia, zatrucia i naruszenia struktury membran lub pogorszenia ich właściwości mechanicznych.
5.3. Membrany
Decydującymi czynnikami we wdrażaniu metod membranowych jest rozwój i produkcja membran półprzepuszczalnych, które spełniają następujące podstawowe wymagania:
Wysoka zdolność separacji (selektywność);
Wysoka produktywność właściwa (przepuszczalność);
Odporność chemiczna na elementy wydzielonego układu;
Spójność charakterystyk podczas pracy;
Wystarczająca wytrzymałość mechaniczna, aby spełnić warunki instalacji, transportu i
magazynowanie membranowe;
Niska cena.
Obecnie na rynku dostępne są dwa główne typy membran, wykonane z octanu celulozy (mieszanina mono-, di- i trioctanu) oraz z poliamidów aromatycznych. Ze względu na kształt membrany dzielą się na rurowe, arkuszowe (walcowane spiralnie) i wykonane w postaci włókien pustych. Nowoczesne membrany odwróconej osmozy – kompozytowe – składają się z kilku warstw. Całkowita grubość wynosi 10-150 mikronów, a grubość warstwy decydującej o selektywności membrany nie przekracza 1 mikrona.
Z praktycznego punktu widzenia największe znaczenie mają dwa wskaźniki procesu: współczynnik retencji substancji rozpuszczonej (selektywność) i produktywność (przepływ objętościowy) przez membranę. Obydwa te wskaźniki w sposób niejednoznaczny charakteryzują właściwości półprzepuszczalne membrany, ponieważ w dużej mierze zależą od warunków procesu (ciśnienie, warunki hydrodynamiczne, temperatura itp.).
6. Metody odmrażania wody
Woda o dużej zawartości żelaza ma nieprzyjemny smak, dlatego jej wykorzystanie w procesach produkcyjnych (przemysł tekstylny, papierniczy itp.) jest niedopuszczalne, gdyż powoduje powstawanie plam i plam rdzy na gotowym produkcie. Jony żelaza i manganu zanieczyszczają żywice jonowymienne, dlatego w większości procesów wymiany jonowej poprzedzającym etapem uzdatniania wody jest ich usunięcie. W urządzeniach elektroenergetycznych (kotły parowe i wodne, wymienniki ciepła) żelazo jest źródłem powstawania osadów kamienia żelaznego na powierzchniach grzewczych. W wodzie dostarczanej do uzdatniania baromembran, elektrodializy i urządzeń magnetycznych zawartość żelaza jest zawsze ograniczona. Oczyszczanie wody ze związków żelaza jest w niektórych przypadkach dość złożonym zadaniem, które można rozwiązać jedynie kompleksowo. Okoliczność ta związana jest przede wszystkim z różnorodnością form istnienia żelaza w wodach naturalnych. Aby określić najbardziej efektywną i ekonomiczną metodę odmrażania dla konkretnej wody, należy przeprowadzić próbne odżelazienie. Sposób odmrażania wody, parametry projektowe i dawki odczynników należy przyjąć w oparciu o wyniki badań technologicznych przeprowadzonych bezpośrednio u źródła zaopatrzenia w wodę.
Aby usunąć żelazo z wód powierzchniowych, stosuje się wyłącznie metody odczynnikowe, a następnie filtrację. Odmrażanie wód gruntowych odbywa się poprzez filtrację w połączeniu z jedną z metod wstępnego oczyszczania wody:
Uproszczone napowietrzanie;
Napowietrzanie za pomocą specjalnych urządzeń;
Koagulacja i klarowanie;
Wprowadzenie odczynników utleniających, takich jak chlor, podchloryn sodu lub wapnia, ozon,
nadmanganian potasu.
Z uzasadnionym uzasadnieniem stosuje się kationizację, dializę, flotację, elektrokoagulację i inne metody.
Aby usunąć z wody żelazo zawarte w postaci koloidalnego wodorotlenku żelaza lub w postaci koloidalnych związków organicznych, takich jak humiany żelaza, stosuje się koagulację siarczanem glinu lub tlenochlorkiem glinu lub siarczanem żelazawym z dodatkiem chloru lub podchlorynu sodu.
Jako wypełniacze filtrów stosuje się głównie piasek, antracyt, węgiel sulfonowany, glinę ekspandowaną, piroluzyt, a także materiały filtracyjne poddane obróbce katalizatorem przyspieszającym utlenianie żelaza dwuwartościowego do żelaza żelazowego. W ostatnim czasie coraz większą popularnością cieszą się wypełniacze o właściwościach katalitycznych.
Jeżeli w wodzie występuje koloidalne żelazo dwuwartościowe, należy je przeprowadzić odroczenie próbne . Jeżeli nie ma możliwości przeprowadzenia tego na pierwszym etapie projektowania, należy wybrać jedną z powyższych metod, opierając się na próbnym odmrożeniu przeprowadzonym w laboratorium lub doświadczeniu z podobnymi instalacjami.
7. Odmanganizacja wody
Mangan występuje w dużych ilościach w skorupie ziemskiej i zwykle występuje razem z żelazem. Zawartość rozpuszczonego manganu w wodach gruntowych i powierzchniowych ubogich w tlen sięga kilku mg/l. Rosyjskie normy sanitarne ograniczają poziom maksymalnej dopuszczalnej zawartości manganu w wodzie pitnej do 0,1 mg/l.
W niektórych krajach europejskich wymagania są bardziej rygorystyczne: nie więcej niż 0,05 mg/l. Jeżeli zawartość manganu jest wyższa od tych wartości, właściwości organoleptyczne wody ulegają pogorszeniu. Gdy zawartość manganu przekracza 0,1 mg/l, na produktach sanitarnych pojawiają się plamy, a w wodzie pojawia się niepożądany smak. Na wewnętrznych ściankach rurociągów tworzy się osad, który odkleja się w postaci czarnego filmu.
W wodach gruntowych mangan występuje w postaci dobrze rozpuszczalnych soli w stanie dwuwartościowym. Aby usunąć mangan z wody, należy go przekształcić w stan nierozpuszczalny poprzez utlenienie do postaci trój- i czterowartościowej. Utlenione formy manganu hydrolizują tworząc praktycznie nierozpuszczalne wodorotlenki.
Dla skutecznego utlenienia manganu tlenem konieczne jest, aby wartość pH oczyszczonej wody kształtowała się na poziomie 9,5-10,0. Nadmanganian potasu, chlor lub jego pochodne (podchloryn sodu), ozon pozwalają na prowadzenie procesu demaganizacji przy niższych wartościach pH wynoszących 8,0-8,5. Do utlenienia 1 mg rozpuszczonego manganu potrzeba 0,291 mg tlenu.
7.1. Metody demanganizacji
Głębokie napowietrzanie, a następnie filtracja. W pierwszym etapie oczyszczania z wody pod próżnią ekstrahuje wolny dwutlenek węgla, który promuje podniesienie wartości pH do 8,0-8,5. W tym celu użyj próżniowego urządzenia wyrzucającego, kiedy W tym przypadku w części wyrzutowej woda ulega rozproszeniu i nasyceniu tlenem z powietrza. Następnie woda jest kierowana do filtracji przez wsad ziarnisty, np. piasek kwarcowy.Ta metoda oczyszczania ma zastosowanie, gdy stopień utlenienia nadmanganianu w wodzie źródłowej nie przekracza 9,5 mgO/l. Musi być obecny w wodzie żelazo dwuwartościowe, którego utlenienie powoduje powstanie wodorotlenku żelaza, który adsorbuje Mn 2+ i katalitycznie go utlenia.
Stosunek stężeń / nie powinien być mniejszy niż 7/1. Jeżeli w wodzie źródłowej ten stosunek nie jest spełniony, do wody dozuje się dodatkowo siarczan żelazawy (siarczan żelaza).
Odmanganianie nadmanganianem potasu. Metodę można stosować zarówno do wód powierzchniowych, jak i podziemnych. Po dodaniu nadmanganianu potasu do wody rozpuszczony mangan utlenia się powstawanie słabo rozpuszczalnego tlenku manganu. Wytrącony tlenek manganu w postaci płatków posiada wysoko rozwiniętą gęstość właściwą, która decyduje o jego wysokich właściwościach sorpcyjnych. Osad jest dobry katalizator, który pozwala na deemancypację w trakcie pH = 8,5.
Jak już wspomniano, nadmanganian potasu zapewnia usuwanie z wody nie tylko manganu, ale także żelaza w różnych postaciach. Usuwane są również nieprzyjemne zapachy i poprawia się smak wody dzięki właściwościom sorpcyjnym.
Po nadmanganianie potasu wprowadza się koagulant w celu usunięcia produktów utleniania i zawiesin, a następnie filtruje na złożu piaskowym. Podczas oczyszczania manganu z wód gruntowych równolegle z nadmanganianem potasu wprowadza się aktywowany kwas krzemowy lub flokulanty. Dzięki temu płatki tlenku manganu stają się większe.
8. Dezynfekcja wody
Dezynfekcja wody Istnieją środki sanitarne mające na celu zniszczenie bakterii i wirusów znajdujących się w wodzie, które powodują choroby zakaźne. Istnieją chemiczne lub odczynnikowe i fizyczne lub bezodczynnikowe metody dezynfekcji wody. Do najczęściej stosowanych chemicznych metod dezynfekcji wody zalicza się chlorowanie i ozonowanie wody, natomiast do metod fizycznych zalicza się dezynfekcję promieniami ultrafioletowymi. Przed dezynfekcją wodę poddaje się zwykle uzdatnianiu, podczas którego usuwane są jaja robaków oraz znaczna część mikroorganizmów.
W przypadku chemicznych metod dezynfekcji wody, aby uzyskać trwały efekt dezynfekcyjny, konieczne jest prawidłowe określenie dawki podawanego odczynnika i zapewnienie odpowiedniego czasu jego kontaktu z wodą. Dawkę odczynnika ustala się metodą dezynfekcji próbnej lub metodami obliczeniowymi. Aby utrzymać wymagany efekt chemicznymi metodami dezynfekcji wody, dawkę odczynnika oblicza się w nadmiarze (resztkowy chlor, resztkowy ozon), gwarantując zniszczenie mikroorganizmów, które dostaną się do wody jakiś czas po dezynfekcji.
W obecnej praktyce dezynfekcji wody pitnej chlorowanie najczęściej. W USA 98,6% wody (zdecydowana większość) jest chlorowana. Podobny obraz występuje w Rosji i innych krajach, tj. na świecie w 99 na 100 przypadków do dezynfekcji stosuje się czysty chlor lub produkty zawierające chlor
Popularność chlorowania wynika również z faktu, że jest to jedyna metoda zapewniająca bezpieczeństwo mikrobiologiczne wody w dowolnym miejscu sieci dystrybucyjnej w dowolnym momencie ze względu na skutki uboczne. . Efekt ten polega na tym, że po akcji wprowadzenia do wody cząsteczek chloru („efekt następczy”), te ostatnie zachowują swoją aktywność w stosunku do drobnoustrojów i hamują ich układy enzymatyczne na całej drodze wody przez sieci wodociągowe od stację uzdatniania wody (pobór wody) każdemu konsumentowi. Podkreślmy to następstwa są nieodłącznie związane tylko z chlorem.
Ozonowanie opiera się na właściwości ozonu rozkładającego się w wodzie z utworzeniem tlenu atomowego, który niszczy układy enzymatyczne komórek drobnoustrojów i utlenia niektóre związki nadające wodzie nieprzyjemny zapach (na przykład zasady humusowe). Ilość ozonu potrzebna do dezynfekcji wody zależy od stopnia zanieczyszczenia wody i wynosi 1-6 mg/l przy kontakcie przez 8-15 minut; ilość resztkowego ozonu nie powinna być większa niż 0,3-0,5 mg/l, ponieważ większa dawka nadaje wodzie specyficzny zapach i powoduje korozję rur wodociągowych. Ze względu na duże zużycie energii, zastosowanie skomplikowanego sprzętu oraz wysoko wykwalifikowany dozór techniczny, ozonowanie znalazło zastosowanie do dezynfekcji wody jedynie w przypadku scentralizowanego zaopatrzenia w wodę obiektów specjalnego przeznaczenia.
Spośród fizycznych metod dezynfekcji wody najbardziej rozpowszechnione dezynfekcja promieniami ultrafioletowymi , których właściwości bakteriobójcze wynikają z ich wpływu na metabolizm komórkowy, a zwłaszcza na układ enzymatyczny komórki bakteryjnej. Promienie ultrafioletowe niszczą nie tylko wegetatywne, ale także przetrwalnicze formy bakterii i nie zmieniają właściwości organoleptycznych wody. Warunkiem koniecznym skuteczności tej metody dezynfekcji jest bezbarwność i przezroczystość dezynfekowanej wody, wadą jest brak efektu ubocznego. Dlatego dezynfekcję wody promieniami ultrafioletowymi stosuje się głównie w przypadku wód podziemnych i podkanałowych. Do dezynfekcji wody z otwartych źródeł stosuje się kombinację promieni ultrafioletowych z małymi dawkami chloru.
Spośród fizycznych metod indywidualnej dezynfekcji wody najczęstszą i niezawodną jest wrzenie , w którym oprócz niszczenia bakterii, wirusów, bakteriofagów, antybiotyków i innych czynników biologicznych często zawartych w otwartych źródłach wody, usuwane są rozpuszczone w wodzie gazy i zmniejszana jest twardość wody. Smak wody po zagotowaniu niewiele się zmienia.
Monitorując skuteczność dezynfekcji wody w wodociągach, kierują się one zawartością w dezynfekowanej wodzie mikroflory saprofitycznej, a zwłaszcza E. coli, gdyż wszystkie znane patogeny ludzkich chorób zakaźnych przenoszonych przez wodę (cholera, dur brzuszny, czerwonka) są bardziej wrażliwe na bakteriobójcze działanie chemicznych i fizycznych środków odkażających wodę niż E. coli. Wodę uważa się za zdatną do użycia, jeśli zawiera nie więcej niż 3 bakterie E. coli w 1 litrze. Na stacjach wodociągowych stosujących chlorowanie lub ozonowanie zawartość resztkowego chloru lub ozonu sprawdzana jest co 1 godzinę (lub 30 minut) jako pośredni wskaźnik niezawodności dezynfekcji wody.
W Rosji poważna sytuacja dotyczy stanu technicznego kompleksów uzdatniania wody scentralizowanych ujęć wody, które w wielu przypadkach zostały zaprojektowane i zbudowane 70-80 lat temu. Ich zużycie wzrasta z roku na rok, a ponad 40% sprzętu wymaga całkowitej wymiany. Z analizy sytuacji awaryjnych wynika, że 57% wypadków w obiektach infrastruktury wodno-kanalizacyjnej ma miejsce na skutek zniszczenia urządzeń, dlatego dalsza eksploatacja doprowadzi do gwałtownego wzrostu liczby wypadków, których szkody znacznie przekroczą koszty ich zapobiegania . Sytuację pogarsza fakt, że w wyniku niszczenia sieci woda w nich ulega wtórnemu zanieczyszczeniu i wymaga dodatkowego czyszczenia i dezynfekcji. Jeszcze gorsza jest sytuacja w przypadku scentralizowanego zaopatrzenia w wodę ludności wiejskiej.
Daje to podstawy do nazwania problemu higieny zaopatrzenia w wodę, czyli zapewnienia ludności dobrej jakości, solidnie zdezynfekowanej wody, najważniejszym problemem wymagającym kompleksowego i najskuteczniejszego rozwiązania. Bezpieczna woda pitna, zgodnie z definicją zawartą w Wytycznych Światowej Organizacji Zdrowia w sprawie jakości wody pitnej, nie powinna stwarzać żadnego zagrożenia dla zdrowia w wyniku jej spożycia przez całe życie, w tym różnej podatności ludzi na choroby na różnych etapach życia. Do grup najbardziej narażonych na choroby przenoszone przez wodę należą niemowlęta i małe dzieci, osoby o złym zdrowiu lub żyjące w niehigienicznych warunkach oraz osoby starsze.
Wszystkie schematy technologiczne oczyszczania i dezynfekcji wody muszą opierać się na podstawowych kryteriach jakości wody pitnej: woda pitna musi być bezpieczna epidemiologicznie, nieszkodliwa pod względem chemicznym i mieć korzystne właściwości organoleptyczne (smak). Kryteria te stanowią podstawę przepisów we wszystkich krajach (w Rosji SanPiN 2.14.1074-01). Zastanówmy się nad głównymi najczęściej stosowanymi środkami dezynfekcyjnymi: chlorowaniem, ozonowaniem i dezynfekcją wody ultrafioletem.
8.1. Chlorowanie wody
W ostatniej dekadzie w Rosji wzrosło zainteresowanie zakładami uzdatniania wody z punktu widzenia lobbowania interesów przedsiębiorstw. Co więcej, dyskusje te są uzasadnione dobrymi intencjami zapewnienia ludności wody wysokiej jakości. W ramach takiego rozumowania o konieczności spożywania czystej wody podejmuje się próbę wprowadzenia bezsensownych i bezpodstawnych innowacji z pogwałceniem sprawdzonych technologii i SanPiN 2.14.1074-01, który spełnia najwyższe światowe standardy i wymaga obowiązkowa obecność chloru w wodzie pitnej scentralizowanych systemów zaopatrzenia w wodę (pamiętaj o następstwach charakterystycznych dla chloru). Czas zatem rozwiać błędne przekonania, od których zależy zdrowie narodu.
Oprócz chloru do dezynfekcji wody wykorzystuje się jego związki, z których najczęściej stosuje się podchloryn sodu.
Podchloryn sodu - NaCIO. W przemyśle podchloryn sodu produkowany jest w postaci różnych roztworów o różnych stężeniach. Jego działanie dezynfekujące polega przede wszystkim na tym, że po rozpuszczeniu Podchloryn sodu, podobnie jak chlor, po rozpuszczeniu w wodzie tworzy podchloryn. Ma bezpośrednie działanie dezynfekujące i utleniające.
Różne marki podchlorynu są stosowane w następujących obszarach:
. gatunek A Roztwór według GOST 11086-76 stosowany jest w przemyśle chemicznym do odtłuszczania wody pitnej i wody do basenów, a także do wybielania i dezynfekcji;
. roztwór klasy B zgodnie z GOST 11086-76 stosowany jest w przemyśle witaminowym jako środek utleniający do wybielania tkanin;
. klasa Rozwiązanie zgodne ze specyfikacjami stosowane jest w celu uniknięcia zanieczyszczenia ścieków i wód naturalnych w instalacjach wody użytkowej i pitnej. Roztwór ten stosowany jest także do dezynfekcji wody w zbiornikach rybackich, produkcji środków wybielających oraz przeprowadzania dezynfekcji w przemyśle spożywczym;
. roztwór klasy B zgodnie ze specyfikacją służy do dezynfekcji miejsc zanieczyszczonych wydzielinami kałowymi, odpadami bytowymi i spożywczymi; bardzo dobrze nadaje się również do dezynfekcji ścieków;
. roztwór klasy G, B zgodnie ze specyfikacją służy do dezynfekcji wody w zbiorniku rybackim;
. roztwór klasy E zgodnie ze specyfikacją stosuje się do dezynfekcji w taki sam sposób jak w klasie A zgodnie ze specyfikacją. Bardzo powszechny jest także w placówkach gastronomicznych, zakładach służby zdrowia, do dezynfekcji ścieków, wody pitnej, wybielania, w obiektach obrony cywilnej itp.
Uwaga! Środki ostrożności: roztwór podchlorynu sodu GOST 11086-76 klasa A jest bardzo silnym utleniaczem, w przypadku kontaktu ze skórą może spowodować oparzenia, w przypadku przedostania się przypadkowo do oczu może spowodować nieodwracalną ślepotę.
Po podgrzaniu powyżej 35°C podchloryn sodu rozkłada się, tworząc chlorany i oddzielając chlor i tlen. MPC chloru w środowisku stanowiska pracy – 1 mg/m3; na terenach zaludnionych: 0,1 mg/m3 – maksymalnie jednorazowo i 0,03 mg/m3 – codziennie.
Podchloryn sodu jest materiałem niepalnym i niewybuchowym. Ale podchloryn sodu zgodnie z GOST 11086-76 klasa A, w kontakcie z organiczną substancją palną (trociny, szmaty, drewno) podczas suszenia, może spowodować nagłe samozapłon.
Ochronę osobistą personelu należy prowadzić stosując specjalną odzież i środki ochrony indywidualnej: maskę gazową klasy B lub BKF, rękawice gumowe i okulary ochronne.
W przypadku kontaktu skóry i błon śluzowych z roztworem podchlorynu sodu należy niezwłocznie przemyć je pod bieżącą wodą przez 20 minut, a w przypadku dostania się kropli roztworu do oczu należy je natychmiast przepłukać dużą ilością wody i przewieźć poszkodowanego do doktor.
Przechowywanie podchlorynu sodu. Podchloryn sodu należy przechowywać w nieogrzewanym, wentylowanym magazynie. Nie przechowywać razem z produktami organicznymi, materiałami łatwopalnymi lub kwasami. Nie dopuścić do przedostania się soli metali ciężkich do podchlorynu sodu lub do kontaktu z takimi metalami. Produkt ten jest pakowany i transportowany w pojemnikach polietylenowych (pojemnik, beczka, kanister) lub w pojemnikach tytanowych i kontenerach-cysternach. Produkt podchlorynu sodu nie jest stabilny i nie ma gwarantowanego okresu przydatności do spożycia (uwaga do GOST 11086-76).
Więcej informacji na temat zalet i wad dezynfekcji wody chlorem lub podchlorynem sodu można znaleźć na stronie internetowej www. krawt. ru.
8.2. Ozonowanie wody
Ozonowanie wody stosowany jest do dezynfekcji wody pitnej, wody basenowej, ścieków itp., pozwalając jednocześnie na uzyskanie odbarwień, utlenienia żelaza i manganu, eliminację smaku i zapachu wody oraz dezynfekcję dzięki bardzo dużej zdolności utleniającej ozonu.
Ozon - niebieskawy lub jasnofioletowy gaz, który samorzutnie dysocjuje w powietrzu i roztworze wodnym, zamieniając się w tlen. Szybkość rozpadu ozonu gwałtownie wzrasta w środowisku zasadowym i wraz ze wzrostem temperatury. Ma wysoką zdolność utleniania, niszczy wiele substancji organicznych obecnych w wodach naturalnych i ściekach; jest słabo rozpuszczalny w wodzie i szybko ulega samozniszczeniu; Będąc silnym utleniaczem, może zwiększać korozję rurociągów przy długotrwałym narażeniu.
Należy wziąć pod uwagę niektóre cechy ozonowania. Przede wszystkim należy pamiętać o szybkim zniszczeniu ozonu, czyli braku tak długotrwałego efektu jak chlor.
Ozonowanie może powodować (szczególnie w wodach silnie zabarwionych i z dużą zawartością materii organicznej) powstawanie dodatkowych osadów, dlatego po ozonowaniu należy zadbać o filtrację wody przez węgiel aktywny. W wyniku ozonowania powstają produkty uboczne w postaci: aldehydów, ketonów, kwasów organicznych, bromianów (w obecności bromków), nadtlenków i innych związków. Pod wpływem kwasów humusowych, w których występują związki aromatyczne typu fenolowego, może pojawić się fenol. Niektóre substancje są odporne na ozon. Wadę tę przezwycięża się wprowadzając do wody nadtlenek wodoru w technologii firmy Degremont (Francja) w reaktorze trójkomorowym.
8.3. Dezynfekcja wody ultrafioletem
Ultrafioletowy nazywa się promieniowaniem elektromagnetycznym w zakresie długości fal od 10 do 400 nm.
Do dezynfekcji stosuje się „obszar bliski”: 200-400 nm (długość fali naturalnego promieniowania ultrafioletowego na powierzchni ziemi jest większa niż 290 nm). Największe działanie bakteriobójcze ma promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali 200-315 nm. Nowoczesne urządzenia UV wykorzystują promieniowanie o długości fali 253,7 nm.
Bakteriobójcze działanie promieni ultrafioletowych tłumaczy się reakcjami fotochemicznymi zachodzącymi pod ich wpływem w strukturze cząsteczek DNA i RNA, które stanowią uniwersalną podstawę informacyjną mechanizmu odtwarzalności organizmów żywych.
Efektem tych reakcji jest nieodwracalne uszkodzenie DNA i RNA. Ponadto działanie promieniowania ultrafioletowego powoduje zaburzenia w strukturze błon i ścian komórkowych mikroorganizmów. Wszystko to ostatecznie prowadzi do ich śmierci.
Sterylizator UV to metalowa obudowa, w której znajduje się lampa bakteriobójcza. Ten z kolei umieszczony jest w ochronnej rurce kwarcowej. Woda myje rurkę kwarcową, jest poddawana działaniu światła ultrafioletowego i odpowiednio dezynfekowana. W jednej instalacji może znajdować się kilka lamp. Stopień inaktywacji, czyli odsetek mikroorganizmów zabitych pod wpływem promieniowania UV, jest proporcjonalny do intensywności promieniowania i czasu ekspozycji. W związku z tym liczba zneutralizowanych (inaktywowanych) mikroorganizmów rośnie wykładniczo wraz ze wzrostem dawki promieniowania. Ze względu na różną oporność mikroorganizmów dawka światła ultrafioletowego wymagana do inaktywacji, na przykład 99,9%, różni się znacznie od niskich dawek dla bakterii do bardzo wysokich dawek dla zarodników i pierwotniaków. Podczas przechodzenia przez wodę promieniowanie UV jest tłumione w wyniku absorpcji i rozpraszania. Aby uwzględnić to osłabienie, wprowadza się współczynnik nasiąkliwości, którego wartość zależy od jakości wody, a zwłaszcza zawartości w niej żelaza, manganu, fenolu, a także od zmętnienia wody.
zmętnienie – nie więcej niż 2 mg/l (przezroczystość czcionki ≥30 stopni);
kolor - nie więcej niż 20 stopni skali platynowo-kobaltowej;
instalacje UV); coli – nie więcej niż 10 000 szt./l.
Do operacyjnej kontroli sanitarnej i technologicznej skuteczności i niezawodności dezynfekcji wody światłem ultrafioletowym, podobnie jak w przypadku chlorowania i ozonowania, stosuje się oznaczanie bakterii Escherichia coli (organizmów z grupy coli).
Doświadczenie w stosowaniu promieniowania ultrafioletowego pokazuje, że jeśli dawka promieniowania w instalacji nie będzie niższa od określonej wartości, wówczas gwarantowany będzie stabilny efekt dezynfekcji. W praktyce światowej wymagania dotyczące minimalnej dawki promieniowania wahają się od 16 do 40 mJ/cm2. Minimalna dawka odpowiadająca normom rosyjskim wynosi 16 mJ/cm2.
Zalety metody:
Najmniej „sztuczne” są promienie ultrafioletowe;
Wszechstronność i skuteczność zwalczania różnych mikroorganizmów - promieni UV
niszczą nie tylko bakterie wegetatywne, ale także bakterie tworzące przetrwalniki, które kiedy
chlorowanie zwykłymi standardowymi dawkami chloru pozostaje opłacalne;
Skład fizyczny i chemiczny uzdatnionej wody zostaje zachowany;
Brak górnej granicy dawki;
Nie ma potrzeby organizowania specjalnego systemu bezpieczeństwa, jak w przypadku chlorowania i
ozonowanie;
Nie ma produktów wtórnych;
Nie ma potrzeby tworzenia magazynu odczynników;
Urządzenie działa bez specjalnego personelu konserwacyjnego.
Wady metody:
Spadek wydajności przy uzdatnianiu słabo oczyszczonej wody (mętna, zabarwiona woda jest słabo oczyszczona).
przeświecający);
Okresowe czyszczenie lamp z osadów, wymagane przy przetwarzaniu mętów i
Twarda woda;
Nie ma „efektu wtórnego”, czyli możliwości wystąpienia efektu wtórnego (po radioterapii)
zanieczyszczenie wody.
8.4. Porównanie głównych metod dezynfekcji wody
Opisane powyżej podstawowe metody dezynfekcji wody mają szereg zalet i wad, przedstawionych w licznych publikacjach na ten temat. Zwróćmy uwagę na najważniejsze z nich.
Każda z trzech technologii, jeśli zostanie zastosowana zgodnie z normami, może zapewnić niezbędny stopień inaktywacji bakterii, w szczególności bakterii wskaźnikowych z grupy E. coli i ogólnej liczby drobnoustrojów.
W przypadku cyst pierwotniaków chorobotwórczych żadna z metod nie zapewnia wysokiego stopnia oczyszczenia. Aby usunąć te mikroorganizmy, zaleca się połączenie procesów dezynfekcji z procesami redukcji zmętnienia.
Prostota technologiczna procesu chlorowania i brak chloru decydują o powszechnym stosowaniu tej szczególnej metody dezynfekcji.
Metoda ozonowania jest najbardziej złożona technicznie i kosztowna w porównaniu z chlorowaniem i dezynfekcją ultrafioletową.
Promieniowanie ultrafioletowe nie zmienia składu chemicznego wody nawet w dawkach znacznie większych, niż jest to praktycznie konieczne.
Chlorowanie może prowadzić do powstawania niepożądanych związków chloroorganicznych, które są wysoce toksyczne i rakotwórcze.
Podczas ozonowania mogą powstawać także produkty uboczne zaliczane przepisami do substancji toksycznych – aldehydy, ketony i inne alifatyczne związki aromatyczne.
Promieniowanie ultrafioletowe zabija mikroorganizmy, ale≪ powstałe fragmenty (ściany komórkowe bakterii, grzybów, fragmenty białek wirusów) pozostają w wodzie. Dlatego zaleca się późniejszą filtrację dokładną.
. Tylko chlorowanie zapewnia efekt uboczny, czyli ma niezbędny efekt długoterminowy, co powoduje, że stosowanie tej metody jest obowiązkowe przy dostarczaniu czystej wody do sieci wodociągowej.
9. Metody elektrochemiczne
Metody elektrochemiczne znajdują szerokie zastosowanie tam, gdzie tradycyjne metody mechanicznego, biologicznego i fizykochemicznego uzdatniania wody nie są wystarczająco skuteczne lub nie można ich zastosować, np. ze względu na brak przestrzeni produkcyjnej, złożoność dostawy i stosowania odczynników lub z innych powodów . Instalacje do wdrażania tych metod są kompaktowe, wysoce produktywne, a procesy kontroli i monitorowania można stosunkowo łatwo zautomatyzować. Zazwyczaj obróbkę elektrochemiczną stosuje się w połączeniu z innymi metodami oczyszczania, dzięki czemu możliwe jest skuteczne oczyszczenie wód naturalnych z zanieczyszczeń o różnym składzie i dyspersji.
Do dostosowania właściwości fizykochemicznych uzdatnianej wody można zastosować metody elektrochemiczne, które mają silne działanie bakteriobójcze i znacznie upraszczają schematy technologiczne oczyszczania. W wielu przypadkach metody elektrochemiczne eliminują wtórne zanieczyszczenie wody pozostałościami anionowymi i kationowymi charakterystycznymi dla metod odczynowych.
Elektrochemiczne oczyszczanie wody opiera się na elektrolizie, której istotą jest wykorzystanie energii elektrycznej do przeprowadzenia procesów utleniania i redukcji. Proces elektrolizy zachodzi na powierzchni elektrod znajdujących się w roztworze przewodzącym prąd elektryczny – elektrolicie.
Proces elektrolizy wymaga: roztworu elektrolitu - zanieczyszczonej wody, w której zawsze obecne są jony w takim czy innym stężeniu, zapewniającym przewodność elektryczną wody; elektrody zanurzone w roztworze elektrolitu; zewnętrzne źródło prądu; przewody prądowe - metalowe przewodniki łączące elektrody ze źródłem prądu. Woda sama w sobie jest słabym przewodnikiem, ale naładowane jony w roztworze, powstałe podczas dysocjacji elektrolitu, pod wpływem napięcia przyłożonego do elektrod, poruszają się w dwóch przeciwnych kierunkach: jony dodatnie (kationy) do katody, jony ujemne ( aniony) do anody. Aniony oddają swoje „dodatkowe” elektrony anodzie, zamieniając się w neutralne atomy. Jednocześnie kationy docierając do katody, odbierają z niej brakujące elektrony i również stają się neutralnymi atomami lub grupą atomów (cząsteczkami). W tym przypadku liczba elektronów otrzymanych przez anodę jest równa liczbie elektronów przeniesionych przez katodę. W obwodzie płynie stały prąd elektryczny. Zatem podczas elektrolizy zachodzą procesy redoks: na anodzie - utrata elektronów (utlenianie), na katodzie - przejęcie elektronów (redukcja). Mechanizm reakcji elektrochemicznych różni się jednak znacznie od konwencjonalnych przemian chemicznych substancji. Charakterystyczną cechą reakcji elektrochemicznej jest przestrzenne rozdzielenie reakcji elektrochemicznych na dwa sprzężone procesy: procesy rozkładu substancji lub wytwarzanie nowych produktów zachodzą na granicy elektroda-roztwór za pomocą prądu elektrycznego. Podczas elektrolizy, jednocześnie z reakcjami elektrodowymi w objętości roztworu, następuje zmiana pH i potencjału redoks układu oraz rozproszone fazowo przemiany zanieczyszczeń wodnych.
www. aqua-term. ru
> Systemy uzdatniania wody
Obecnie termin „uzdatnianie wody” jest mocno ugruntowany. Chociaż termin ten pojawił się po raz pierwszy wraz z pojawieniem się kotłów parowych i silników parowych. Naukowcy zauważyli, że trwałość tych konstrukcji zależy bezpośrednio od jakości wody. Wodę wykorzystywaną w kotłach parowych i maszynach parowych przygotowywano w specjalny sposób.
Uzdatnianie wody to proces usuwania z wody wszelkich zanieczyszczeń, od cząstek zawieszonych po sole metali.
Na co dzień zajmujemy się uzdatnianiem wody. Dlaczego sklepy z częściami samochodowymi sprzedają wodę destylowaną? Do konserwacji akumulatora. Bo jeśli napełnisz akumulator zwykłą wodą, po kilku dniach po prostu nie uruchomisz samochodu.
Obecnie termin ten stał się szerzej rozumiany. Do uzdatniania wody przemysłowej dodano uzdatnianie wody domowej. Na rynku pojawiła się ogromna liczba filtrów domowych. Środowisko się pogarsza, a ludzie zauważyli, że nasze zdrowie zależy od czystości wody, którą spożywamy.
Czy uzdatnianie wody i oczyszczanie wody są synonimami?
Na poziomie gospodarstwa domowego uzdatnianie i oczyszczanie wody to jedno i to samo. To są synonimy.
Filtr do oczyszczania wody z żelaza jest jednym z elementów systemu w domku lub wiejskim domu prywatnym.
Kolejnym elementem uzdatniania wody jest filtr zmiękczający wodę.
Systemy uzdatniania wody – główne elementy
Przyjrzyjmy się głównym elementom systemu:
- Filtr mechaniczny. Stosowany jest najczęściej jako filtr samoczyszczący, w którym zanieczyszczenia mechaniczne zatrzymywane są przez metalową siatkę. W przypadkach dużego zmętnienia stosuje się filtry osadowe, zorganizowane w kolumny o różnej wielkości z zasypką piaskową.
- Filtr żelazny. Służy do usuwania rozpuszczonego żelaza z wody. Jednocześnie usuwa mangan i siarkowodór.
- Filtr zmiękczający. Usuwa z wody sole powodujące twardość.
- Filtr węglowy. Usuwa nieprzyjemny zapach i zatrzymuje cząstki materiałów filtracyjnych z poprzednich filtrów. Może być zrealizowany w formie filtra kasetowego lub w formie kolumny.
- Filtro-dezynfektor w oparciu o lampę ultrafioletową. Usuwa bakterie w wodzie. Filtry te są najbardziej odpowiednie dla studni i płytkich studni.
- Filtr odwróconej osmozy. Usuwa fluor i inne zanieczyszczenia. Służy do przygotowywania wody pitnej.
Punkt piąty stał się ostatnio najbardziej istotny. Jeden sąsiad czyści kanalizację i zabiera oczyszczoną wodę, a drugi sąsiad za wysokim płotem wylewa ją pod siebie bez żadnego uzdatniania. Okazuje się więc, że w okolicach Moskwy nie ma już czystych studni. Prawie wszystkie zawierają E. coli. A liczba takich sąsiadów nie maleje.
W jednej z wiosek prestiżowego obszaru obwodu moskiewskiego odkryliśmy w wodzie zarodniki wąglika. Dalsze badania tematu wykazały, że w latach 30. XX w. w tym miejscu znajdowało się cmentarzysko bydła. Takie przypadki są niezwykle rzadkie, ale zdarzają się precedensy.
Zauważa się to miękka woda smakuje gorzej. W świętych źródłach twardość wody wynosi 7 mEq/l. Ale taka twardość psuje urządzenia grzewcze, w czajniku tworzy się kamień, a bojlery na gorącą wodę szybko ulegają awarii. Tutaj pojawia się zadanie optymalizacji uzdatniania wody przemysłowej i uzdatniania wody użytkowej.
W przypadku wód artezyjskich regionu moskiewskiego konieczne jest uzdatnianie wody. Średnia zawartość żelaza wynosi 3 mg/litr. To wystarczy, aby po praniu jasne ubrania stały się czerwone.
Elementy systemu uzdatniania i oczyszczania wody
Jak zauważono, zgodnie z technologią elementy do uzdatniania wody mogą być bezodczynnikowe lub bezodczynnikowe. Oczywiście nie ma potrzeby przywracania czegokolwiek w filtrze kasetowym. Wystarczy na czas wymienić element wkładu. A filtr zmiękczający wykorzystuje nasycony roztwór soli. Technologia ta jest uważana za technologię odczynnikową.
Filtry do usuwania żelaza dzielą się także na odczynnikowe i nieodczynnikowe.
- W filtrach odczynników stosuje się roztwór nadmanganianu potasu lub soli kuchennej.
- W trybie bezodczynnikowym - tylko powietrze, które jest dostarczane do układu przez sprężarkę (chociaż bardziej słuszne jest założenie, że w tym przypadku odczynnikiem jest powietrze).
Uzdatnianie wody rozpoczyna się od analizy chemicznej wody
Wybór poszczególnych technologii uzdatniania wody zależy od analizy chemicznej wody. Na przykład, gdy wartość pH jest mniejsza niż 7 jednostek, nie stosuje się oczyszczania za pomocą napowietrzania z żelaza. Tutaj konieczne jest zainstalowanie korektora pH lub zastosowanie żywic jonowymiennych jako elementu filtrującego.
Dlatego jeśli czujesz się na siłach i wiedzy, aby samodzielnie zainstalować system uzdatniania wody, zdecydowanie zalecamy skontaktowanie się z chemikiem zajmującym się uzdatnianiem wody w celu dobrania schematu technologicznego. Jest całkiem sporo niuansów.
Uzdatnianiu poddawana jest także woda miejska. Dezynfekcja wody na skalę przemysłową odbywa się za pomocą chloru. Większość filtrów domowych jest przeznaczona do usuwania chloru.
Ponieważ wszelkie procesy uzdatniania wody są ukryte przed naszymi oczami, pojawiło się wielu oszustów, którzy za bardzo rozsądne pieniądze oferują filtry, które nie tylko usuną z wody wszystkie szkodliwe zanieczyszczenia, ale także naładują wodę cudownymi jonami, bez których na ogół się nie obejdzie. nie da się żyć.
System uzdatniania wody i jego koszt
Niestety, cuda się nie zdarzają. Im wyższy stopień oczyszczenia wody, tym droższy jest system uzdatniania wody. Im bardziej produktywny jest system, tym jest on droższy.
Należy zauważyć, że istnieje stała tendencja ciągłego obniżania cen systemów uzdatniania wody przy jednoczesnej poprawie jakości ich pracy. Nauka nie stoi w miejscu. A technologie membranowe weszły do technologii uzdatniania wody w postaci filtrów odwrotno-somatycznych.
W warunkach współczesnego dużego miasta, z zanieczyszczonym powietrzem i dość ubogim środowiskiem, każdy człowiek stara się zachować zdrowie. Woda jest głównym produktem każdego z nas. Ostatnio coraz więcej osób zastanawia się nad tym, jakiej wody używają. W związku z tym twardość wody i stopień jej oczyszczenia nie są pustymi pojęciami, ale ważnymi parametrami. Dziś specjaliści z powodzeniem wykorzystują technologie uzdatniania i oczyszczania wody, co pozwala uzyskać znacznie czystszą wodę, nadającą się do spożycia. Specjaliści zwracają także uwagę na zmiękczanie wody, przeprowadzając szereg działań mających na celu poprawę jej właściwości.
Co zapewniają technologie uzdatniania wody?
Przyjrzyjmy się bliżej, czym są technologie uzdatniania wody. Jest to przede wszystkim oczyszczanie wody z planktonu. Ten mikroorganizm żyjący w rzekach zaczął się najintensywniej rozwijać po pojawieniu się dużych zbiorników wodnych. Należy pamiętać, że gdy plankton rozwinie się w dużych ilościach, woda zaczyna nieprzyjemnie pachnieć, zmieniać kolor i nabierać charakterystycznego smaku.
Obecnie wiele przedsiębiorstw przemysłowych wlewa do rzek nieoczyszczone ścieki zawierające ogromną zawartość zanieczyszczeń organicznych i chemicznych. Z tych otwartych zbiorników następnie pozyskiwana jest woda pitna. W rezultacie większość z nich, głównie zlokalizowana w megamiastach lub w ich pobliżu, jest bardzo zanieczyszczona. Woda zawiera fenole, pestycydy chloroorganiczne, azot amonowy i azotynowy, produkty naftowe i inne szkodliwe substancje. Oczywiście woda z takich źródeł nie nadaje się do spożycia bez wcześniejszego przygotowania.
Nie powinniśmy zapominać o nowych technologiach produkcji, różnych sytuacjach awaryjnych i wypadkach. Wszystkie te czynniki mogą również pogorszyć stan wody w źródłach i negatywnie wpłynąć na jej jakość. Dzięki nowoczesnym metodom badawczym naukowcom udało się znaleźć w wodzie produkty naftowe, aminy, fenole i mangan.
Technologie uzdatniania wody, jeśli chodzi o miasto, obejmują budowę stacji uzdatniania wody. Przechodząc przez kilka etapów oczyszczania, woda staje się bardziej odpowiednia do picia. Niemniej jednak, nawet przy zastosowaniu urządzeń do uzdatniania wody, nie jest ona całkowicie wolna od szkodliwych zanieczyszczeń, dlatego przedostaje się do naszych domów nadal dość zanieczyszczona.
Obecnie istnieją różne technologie uzdatniania wody oraz oczyszczania wody pitnej i ścieków. W ramach tych działań stosuje się oczyszczanie mechaniczne w celu usunięcia różnych zanieczyszczeń za pomocą zainstalowanych filtrów, usunięcia zalegającego chloru i pierwiastków zawierających chlor, oczyszczenia wody z dużej ilości zawartych w niej soli mineralnych, a także zmiękczania i usuwania soli i żelaza.
Podstawowe technologie uzdatniania i oczyszczania wody
Technologia 1. Rozjaśnianie
Klarowanie to etap oczyszczania wody, podczas którego eliminowane jest jej zmętnienie, zmniejszając ilość zanieczyszczeń mechanicznych w wodach naturalnych i ściekowych. Poziom zmętnienia wody, szczególnie w źródłach powierzchniowych podczas powodzi, osiąga czasami 2000-2500 mg/l, podczas gdy norma dla wody nadającej się do picia i użytku domowego nie przekracza 1500 mg/l.
Oczyszczanie wody polega na wytrącaniu substancji zawieszonych przy użyciu specjalnych odstojników, osadników i filtrów, które są najbardziej znanymi urządzeniami do uzdatniania wody. Jedną z najbardziej znanych i szeroko stosowanych w praktyce metod jest koagulacja, czyli zmniejszenie ilości drobno zdyspergowanych zanieczyszczeń w wodzie. W ramach tej technologii uzdatniania wody stosuje się koagulanty – kompleksy do sedymentacji i filtracji substancji zawieszonych. Następnie sklarowana ciecz trafia do zbiorników z czystą wodą.
Technologia 2. Przebarwienia
Koagulacja, zastosowanie różnych utleniaczy (np. chloru i jego pochodnych, ozonu, manganu) i sorbentów (węgiel aktywny, żywice sztuczne) pozwala na odbarwienie wody, czyli wyeliminowanie lub odbarwienie kolorowych koloidów lub substancji całkowicie rozpuszczonych w tym.
Dzięki tej technologii uzdatniania wody można znacznie zmniejszyć zanieczyszczenie wody, eliminując większość bakterii. Co więcej, nawet po usunięciu niektórych szkodliwych substancji, często w wodzie pozostają inne, na przykład prątki gruźlicy, dur brzuszny, czerwonka, Vibrio cholera, zapalenie mózgu i wirusy polio wywołujące choroby zakaźne. Aby je całkowicie zniszczyć, należy zdezynfekować wodę wykorzystywaną na potrzeby bytowe i gospodarcze.
Koagulacja, sedymentacja i filtracja mają swoje wady. Te technologie uzdatniania wody są niewystarczająco wydajne i drogie, dlatego konieczne jest stosowanie innych metod oczyszczania i poprawy jakości wody.
Technologia 3. Odsalanie
Dzięki tej technologii uzdatniania wody usuwane są z wody wszystkie aniony i kationy, które wpływają na ogólną zawartość soli i poziom jej przewodności elektrycznej. Podczas odsalania stosuje się odwróconą osmozę, wymianę jonową i elektrodejonizację. W zależności od poziomu zawartości soli i wymagań stawianych wodzie zdemineralizowanej dobiera się odpowiednią metodę.
Technologia 4. Dezynfekcja
Ostatnim etapem oczyszczania wody jest dezynfekcja, czyli dezynfekcja. Głównym zadaniem tej technologii uzdatniania wody jest tłumienie aktywności szkodliwych bakterii w wodzie. Aby całkowicie oczyścić wodę z drobnoustrojów, nie stosuje się filtracji i sedymentacji. Aby go zdezynfekować, chloruje się go i stosuje inne technologie uzdatniania wody, które omówimy później.
Obecnie eksperci stosują wiele metod dezynfekcji wody. Technologie uzdatniania wody można podzielić na pięć głównych grup. Pierwsza metoda jest termiczna. Drugi to sorpcja na węglu aktywnym. Trzeci jest chemiczny, w którym stosuje się silne środki utleniające. Czwarta to oligodynamia, w której jony działają na metale szlachetne. Piąty jest fizyczny. Ta technologia uzdatniania wody wykorzystuje promieniowanie radioaktywne, promienie ultrafioletowe i ultradźwięki.
Z reguły do dezynfekcji wody stosuje się metody chemiczne, wykorzystując jako utleniacze ozon, chlor, dwutlenek chloru, nadmanganian potasu, nadtlenek wodoru, podchloryn sodu i wapń. Jeśli chodzi o konkretny środek utleniający, w tym przypadku najczęściej stosuje się chlor, podchloryn sodu i wybielacz. Metodę dezynfekcji wybiera się na podstawie zużycia i jakości uzdatnianej wody, skuteczności jej wstępnego oczyszczania, warunków transportu i przechowywania odczynników, możliwości automatyzacji procesów i mechanizacji złożonych prac.
Specjaliści dezynfekują wodę wstępnie oczyszczoną, skoagulowaną, sklarowaną i odbarwioną w warstwie zawieszonego osadu lub osiadłą, przefiltrowaną, ponieważ filtr nie zawiera cząstek na lub wewnątrz, na których mogą znajdować się zaadsorbowane drobnoustroje, które nie zostały zdezynfekowane.
Technologia 5.Dezynfekcja przy użyciu silnych środków utleniających
Obecnie w mieszkalnictwie i usługach komunalnych woda jest najczęściej chlorowana w celu jej oczyszczenia i dezynfekcji. Pijąc wodę kranową należy zwrócić uwagę na zawartość związków chloroorganicznych, których poziom po dezynfekcji chlorem sięga 300 µg/l. Jednocześnie początkowy próg zanieczyszczenia nie wpływa na ten wskaźnik, ponieważ to chlorowanie powoduje powstawanie tych 300 mikroelementów. Wysoce niepożądane jest spożywanie wody z takimi wskaźnikami. Chlor łącząc się z substancjami organicznymi tworzy trihalometany - pochodne metanu, które mają wyraźne działanie rakotwórcze, w wyniku czego pojawiają się komórki nowotworowe.
Po zagotowaniu chlorowanej wody powstaje wysoce toksyczna substancja zwana dioksynami. Poziom trihalomenianów w wodzie można obniżyć zmniejszając ilość chloru stosowanego podczas dezynfekcji i zastępując go innymi substancjami dezynfekcyjnymi. W niektórych przypadkach granulowany węgiel aktywny służy do usuwania związków organicznych powstałych podczas dezynfekcji. Oczywiście nie można zapominać o pełnym i regularnym monitorowaniu wskaźników jakości wody pitnej.
Jeśli wody naturalne są bardzo mętne i mają intensywny kolor, często uciekają się do wstępnego chlorowania. Ale, jak wspomniano wcześniej, ta technologia uzdatniania wody nie ma wystarczającej wydajności, a także jest bardzo szkodliwa dla naszego zdrowia.
Wady chlorowania jako technologii uzdatniania wody obejmują zatem niską wydajność i ogromne szkody dla organizmu. Kiedy tworzy się rakotwórczy trihalometan, pojawiają się komórki nowotworowe. Jeśli chodzi o powstawanie dioksyn, pierwiastek ten, jak wspomniano powyżej, jest silną trucizną.
Bez użycia chloru dezynfekcja wody nie jest możliwa z ekonomicznego punktu widzenia. Różne alternatywne technologie uzdatniania wody (np. dezynfekcja promieniowaniem UV) są dość drogie. Najlepszą opcją na dziś jest dezynfekcja wody za pomocą ozonu.
Technologia 6.Ozonowanie
Dezynfekcja ozonem wydaje się bezpieczniejsza niż chlorowanie. Ale ta technologia uzdatniania wody ma również swoje wady. Ozon nie ma zwiększonej odporności i jest podatny na szybkie zniszczenie, dlatego działa bakteriobójczo przez bardzo krótki czas. Wymaga to przedostania się wody do naszych domów przez instalację wodno-kanalizacyjną. Tutaj pojawiają się trudności, ponieważ wszyscy mamy pojęcie o przybliżonym stopniu pogorszenia się rurociągów wodociągowych.
Kolejnym niuansem tej technologii uzdatniania wody jest to, że ozon reaguje z wieloma substancjami, w tym na przykład fenolem. Jeszcze bardziej toksyczne są pierwiastki powstające podczas ich interakcji. Dezynfekcja wody za pomocą ozonu jest przedsięwzięciem niebezpiecznym, jeśli zawiera ona niewielki procent jonów bromu (trudno to wykryć nawet w laboratorium). Podczas ozonowania pojawiają się toksyczne związki bromu – bromki, które już w mikrodawkach stanowią zagrożenie dla człowieka.
W tym przypadku ozonowanie jest najlepszą opcją do dezynfekcji dużych ilości wody, wymagających dokładnej dezynfekcji. Nie należy jednak zapominać, że ozon, podobnie jak substancje powstające podczas jego reakcji z chloroorganicznymi, jest pierwiastkiem toksycznym. W związku z tym wysokie stężenie chloroorganicznych na etapie oczyszczania wody może powodować ogromne szkody i zagrożenie dla zdrowia.
Zatem wady dezynfekcji ozonem obejmują jeszcze większą toksyczność podczas interakcji z fenolem, co jest jeszcze bardziej niebezpieczne niż chlorowanie, a także krótki efekt bakteriobójczy.
Technologia 7.Dezynfekcja promieniami bakteriobójczymi
Do dezynfekcji wód gruntowych często stosuje się promienie bakteriobójcze. Można je stosować tylko wtedy, gdy wskaźnik coli stanu początkowego wody nie jest większy niż 1000 jednostek/l, zawartość żelaza nie przekracza 0,3 mg/l, a zmętnienie nie przekracza 2 mg/l. W porównaniu do dezynfekcji chlorem działanie bakteriobójcze na wodę jest optymalne. Stosowanie tej technologii uzdatniania wody nie powoduje żadnych zmian w smaku wody i jej właściwościach chemicznych. Promienie niemal natychmiast przenikają do wody, a po ich ekspozycji staje się ona zdatna do spożycia. Dzięki tej metodzie niszczone są nie tylko bakterie wegetatywne, ale także przetrwalnikujące. Ponadto korzystanie z instalacji do dezynfekcji wody w ten sposób jest znacznie wygodniejsze niż stosowanie chlorowania.
W przypadku wód nieoczyszczonych, mętnych, zabarwionych lub o dużej zawartości żelaza współczynnik absorpcji okazuje się na tyle duży, że stosowanie promieni bakteriobójczych staje się nieuzasadnione z ekonomicznego punktu widzenia i niewystarczająco pewne z punktu widzenia sanitarnego punktu widzenia. W związku z tym lepiej jest zastosować metodę bakteriobójczą do dezynfekcji już oczyszczonej wody lub do dezynfekcji wód gruntowych, które nie wymagają oczyszczania, ale wymagają dezynfekcji w celu zapobiegania.
Do wad dezynfekcji promieniami bakteriobójczymi zalicza się nieuzasadnienie ekonomiczne i zawodność tej technologii uzdatniania wody z punktu widzenia sanitarnego.
Technologia 8.Odroczenie
Głównymi źródłami związków żelaza w wodzie naturalnej są procesy wietrzenia, erozja gleby i rozpuszczanie skał. Jeśli chodzi o wodę pitną, żelazo może się w niej znajdować na skutek korozji rur wodociągowych, a także dlatego, że do klarowania wody komunalne oczyszczalnie ścieków stosowały koagulanty zawierające żelazo.
Obecnie panuje trend w zakresie niechemicznych metod oczyszczania wód podziemnych. Jest to metoda biologiczna. Ta technologia uzdatniania wody opiera się na wykorzystaniu mikroorganizmów, najczęściej bakterii żelazowych, które przekształcają Fe 2 + (żelazo żelazne) w Fe 3 + (rdza). Pierwiastki te nie są niebezpieczne dla zdrowia człowieka, jednak ich odpady są dość toksyczne.
Podstawą nowoczesnych biotechnologii jest wykorzystanie właściwości filmu katalitycznego, który tworzy się na ładunku piasku i żwiru lub innego podobnego materiału o małych porach, a także zdolności bakterii żelaznych do zapewnienia wystąpienia złożonych reakcji chemicznych bez kosztów energii i odczynników. Procesy te są naturalne i opierają się na biologicznych prawach naturalnych. Bakterie żelazne aktywnie i licznie rozwijają się w wodzie, której zawartość żelaza wynosi od 10 do 30 mg/l, jednak praktyka pokazuje, że mogą żyć w niższym stężeniu (100-krotnym). Jedynym warunkiem jest utrzymanie odpowiednio niskiego poziomu kwasowości środowiska i jednoczesny dostęp tlenu z powietrza, przynajmniej w małej ilości.
Ostatnim etapem stosowania tej technologii uzdatniania wody jest oczyszczanie sorpcyjne. Służy do zatrzymywania produktów przemiany materii bakteryjnej i przeprowadzania końcowej dezynfekcji wody za pomocą promieni bakteriobójczych.
Metoda ta ma sporo zalet, z których najważniejszą jest na przykład przyjazność dla środowiska. Ma wszelkie szanse na dalszy rozwój. Jednak ta technologia uzdatniania wody ma również wadę - proces zajmuje dużo czasu. Oznacza to, że aby zapewnić duże wolumeny produkcji, konstrukcje zbiorników muszą być wielkogabarytowe.
Technologia 9. Dgazowanie
Na agresywność korozyjną wody wpływają pewne czynniki fizyczne i chemiczne. W szczególności woda staje się agresywna, jeśli zawiera rozpuszczone gazy. Jeśli chodzi o najczęstsze i żrące pierwiastki, można tu wymienić dwutlenek węgla i tlen. Nie jest tajemnicą, że jeśli woda zawiera wolny dwutlenek węgla, korozja tlenowa metalu staje się trzykrotnie bardziej intensywna. W związku z tym technologie uzdatniania wody zawsze obejmują usuwanie rozpuszczonych gazów z wody.
Istnieją główne sposoby usuwania rozpuszczonych gazów. W ich ramach stosuje się desorpcję fizyczną, a także chemiczne metody ich wiązania w celu usunięcia zalegającego gazu. Stosowanie takich technologii uzdatniania wody z reguły wymaga wysokich kosztów energii, dużych powierzchni produkcyjnych i zużycia odczynników. Ponadto wszystko to może powodować wtórne skażenie mikrobiologiczne wody.
Wszystkie powyższe okoliczności przyczyniły się do pojawienia się zasadniczo nowej technologii uzdatniania wody. Jest to odgazowanie membranowe lub odgazowanie. Stosując tę metodę specjaliści, wykorzystując specjalną porowatą membranę, przez którą mogą przenikać gazy, ale woda nie może przeniknąć, usuwają gazy rozpuszczone w wodzie.
Podstawą działania odgazowywania membranowego jest zastosowanie specjalnych membran wielkopowierzchniowych (zwykle tworzonych na bazie włókien kanalikowych) umieszczonych w obudowach ciśnieniowych. W ich mikroporach zachodzą procesy wymiany gazowej. Technologia membranowego uzdatniania wody pozwala na zastosowanie bardziej kompaktowych instalacji, a ryzyko ponownego narażenia wody na zanieczyszczenia biologiczne i mechaniczne jest zminimalizowane.
Dzięki odgazowywaczom membranowym (lub MD) możliwe jest usuwanie rozpuszczonych gazów z wody bez jej dyspersji. Sam proces odbywa się w wodzie, następnie w membranie, a następnie w strumieniu gazu. Pomimo obecności w MD ultraporowatej membrany, zasada działania odgazowywacza membranowego różni się od innych typów membran (odwrócona osmoza, ultrafiltracja). W przestrzeni membran odgazowujących nie ma przepływu cieczy przez pory membran. Membrana jest gazoszczelną ścianą obojętną, która służy jako separator fazy ciekłej i gazowej.
Opinia eksperta
Cechy zastosowania technologii ozonowania wód gruntowych
V.V. Dziubo,
LI Alferova,
Starszy pracownik naukowy, Katedra Zaopatrzenia w Wodę i Kanalizacji, Tomski Państwowy Uniwersytet Architektury i Inżynierii Lądowej
Na to, jak skuteczne będzie ozonowanie jako technologia uzdatniania i oczyszczania wód gruntowych, wpływają nie tylko parametry syntezy ozonu: koszty energii elektrycznej, cena itp. Ważne jest również to, jak skutecznie zachodzi mieszanie i rozpuszczanie ozonu w wodzie poddawany leczeniu. Nie powinniśmy zapominać o jakościowym składzie.
Zimna woda jest bardziej odpowiednia do lepszego rozpuszczania ozonu, a substancja szybciej się rozpada, gdy wzrasta temperatura środowiska wodnego. Wraz ze wzrostem ciśnienia nasycenia ozon również lepiej się rozpuszcza. Wszystko to należy wziąć pod uwagę. Na przykład ozon rozpuszcza się do 10 razy szybciej w środowisku o określonej temperaturze niż tlen.
Badania związane z ozonowaniem wody były wielokrotnie prowadzone w Rosji i za granicą. Wyniki badań tej technologii uzdatniania wody wykazały, że na poziom nasycenia wody ozonem (maksymalne możliwe stężenie) wpływają następujące czynniki:
- stosunek objętości dostarczonej mieszaniny ozonu i powietrza (m 3) do ilości uzdatnionej wody Qw (m 3) - (Qoz / Qw);
- stężenie ozonu w mieszaninie ozonu i powietrza dostarczanej do wody;
- objętość uzdatnianej wody;
- temperatura uzdatnianej wody;
- ciśnienie nasycenia;
- czas nasycenia.
Jeżeli źródłem zaopatrzenia w wodę są wody gruntowe, należy pamiętać, że mogą one zmieniać się w zależności od pory roku, w szczególności zmienia się ich jakość. Należy to wziąć pod uwagę uzasadniając technologie uzdatniania wody dla organizacji publicznego zaopatrzenia w wodę, zwłaszcza jeśli wykorzystuje się w nim ozonowanie.
Jeśli ozon jest stosowany w technologiach uzdatniania wód podziemnych, nie należy zapominać o znacznych różnicach w ich jakości w różnych regionach Rosji. Ponadto jakość wód gruntowych różni się od składu wcześniej badanych wód czystych. W związku z tym zastosowanie jakiejkolwiek znanej technologii uzdatniania wody lub parametrów technologicznych do uzdatniania wody będzie niewłaściwe, ponieważ zawsze należy brać pod uwagę skład jakościowy i specyfikę uzdatnianej wody. Przykładowo, zawsze będą występowały różnice pomiędzy rzeczywistym lub rzeczywiście osiągniętym stężeniem ozonu w naturalnych wodach gruntowych poddawanych oczyszczaniu, a wartościami teoretycznie możliwymi lub osiąganymi przy użyciu czystej wody. Uzasadniając określone technologie uzdatniania wody, wymagane jest przede wszystkim szczegółowe badanie składu jakościowego źródła wody.
Nowoczesne technologie uzdatniania wody i innowacyjne metody
Wprowadzając nowe metody i technologie uzdatniania wody możliwe jest rozwiązanie określonych problemów, których osiągnięcie zapewnia:
- produkcja wody pitnej zgodnie z GOST i obowiązującymi normami spełniającymi wymagania klientów;
- niezawodne oczyszczanie i dezynfekcja wody;
- nieprzerwana i niezawodna praca stacji uzdatniania wody;
- obniżenie kosztów procesów przygotowania i oczyszczania wody;
- oszczędzanie odczynników, energii elektrycznej i wody na potrzeby osobiste;
- produkcja wody wysokiej jakości.
Należy również poruszyć temat najnowszych technologii uzdatniania wody, które służą poprawie jakości wody.
1. Metody membranowe
Metody membranowe opierają się na nowoczesnych technologiach uzdatniania wody, do których zalicza się makro- i mikro-, ultra- i nanofiltrację oraz odwróconą osmozę. Technologia membranowego uzdatniania wody służy do odsalania ścieków i rozwiązywania problemów związanych z uzdatnianiem wody. Jednocześnie oczyszczonej wody nie można jeszcze nazwać użyteczną i bezpieczną dla organizmu. Należy pamiętać, że metody membranowe są drogie i energochłonne, a ich stosowanie wiąże się ze stałymi kosztami utrzymania.
2. Metody bezodczynnikowe
W tym miejscu powinniśmy przede wszystkim podkreślić strukturowanie, czyli aktywację cieczy, jako najczęściej stosowaną metodę. Obecnie istnieją różne metody aktywacji wody (na przykład zastosowanie fal magnetycznych i elektromagnetycznych, kawitacja, fale o częstotliwości ultradźwiękowej, ekspozycja na różne minerały, metody rezonansowe). Za pomocą strukturyzacji można rozwiązać szereg problemów związanych z przygotowaniem wody (wybielanie, zmiękczanie, dezynfekcja, odgazowywanie, odmrażanie wody i przeprowadzanie szeregu innych manipulacji). Nie stosuje się technologii chemicznego uzdatniania wody.
Woda aktywowana i ciecz, do której zastosowano tradycyjne technologie uzdatniania wody, różnią się od siebie. Wady tradycyjnych metod zostały już wspomniane wcześniej. Struktura wody aktywowanej jest podobna do struktury wody ze źródlanej, „żywej” wody. Ma wiele właściwości leczniczych i ogromne korzyści dla ludzkiego organizmu.
Aby usunąć zmętnienie (rzadkie, trudne do osadzenia zawiesiny) z cieczy, stosuje się inną metodę wody aktywowanej - jej zdolność do przyspieszania koagulacji (adhezji i sedymentacji) cząstek, a następnie tworzenia się dużych płatków. Procesy chemiczne i krystalizacja substancji rozpuszczonych zachodzą znacznie szybciej, wchłanianie staje się intensywniejsze, następuje poprawa koagulacji zanieczyszczeń i ich wytrącania. Ponadto takie metody są często stosowane, aby zapobiec tworzeniu się kamienia w urządzeniach do wymiany ciepła.
Na jakość wody mają bezpośredni wpływ zastosowane metody aktywacji i technologie uzdatniania wody. Pomiędzy nimi:
- magnetyczne urządzenia do uzdatniania wody;
- metody elektromagnetyczne;
- kawitacja;
- strukturyzowanie cieczy za pomocą fali rezonansowej (technologia uzdatniania wody jest bezkontaktowa i opiera się na piezokryształach).
3. Systemy hydromagnetyczne
Celem HMS (systemów hydromagnetycznych) jest przetwarzanie przepływów wody za pomocą stałego pola magnetycznego o specjalnej konfiguracji przestrzennej. HMS służy do neutralizacji kamienia kotłowego w urządzeniach wymiany ciepła, a także do klarowania wody (np. po dezynfekcji chlorem). System ten działa w następujący sposób: jony metali w wodzie oddziałują ze sobą na poziomie magnetycznym. Jednocześnie następuje krystalizacja chemiczna.
Oczyszczanie za pomocą systemów hydromagnetycznych nie wymaga stosowania odczynników chemicznych, dlatego też ta metoda czyszczenia jest przyjazna dla środowiska. Ale są też wady GMS. W ramach tej technologii uzdatniania wody stosowane są magnesy trwałe o dużej mocy, które bazują na pierwiastkach ziem rzadkich, które zachowują swoje parametry (natężenie pola magnetycznego) przez długi czas (dziesiątki lat). Jeśli jednak elementy te przegrzeją się powyżej 110-120 o C, właściwości magnetyczne mogą ulec osłabieniu. W związku z tym montaż układów hydromagnetycznych należy wykonywać w miejscach, w których temperatura wody nie przekracza tych wartości, tj. przed nagrzaniem (powrót).
Zatem do wad HMS należy możliwość stosowania w temperaturze nie wyższej niż 110-120 o C, niewystarczająca wydajność i konieczność stosowania z nim innych metod, co jest nieopłacalne z ekonomicznego punktu widzenia.
4. Metoda kawitacyjna
Podczas kawitacji w wodzie tworzą się wgłębienia (wnęki lub pęcherzyki kawitacyjne), wewnątrz których znajduje się gaz, para lub ich mieszanina. Podczas kawitacji woda przechodzi do innej fazy, to znaczy zamienia się z cieczy w parę. Kawitacja pojawia się, gdy ciśnienie w wodzie spada. Zmiana ciśnienia spowodowana jest wzrostem jego prędkości (przy kawitacji hydrodynamicznej), przepływem wody akustycznej w półokresie rozrzedzania (przy kawitacji akustycznej).
Kiedy pęcherzyki kawitacyjne nagle znikają, pojawia się uderzenie wodne. W rezultacie w wodzie powstaje fala ściskania i rozciągania o częstotliwości ultradźwiękowej. Metodę kawitacyjną stosuje się do oczyszczania wody z żelaza, twardych soli i innych substancji, których stężenie przekracza maksymalne dopuszczalne stężenie. Jednocześnie dezynfekcja wody metodą kawitacyjną jest mało skuteczna. Do innych wad stosowania tej metody można zaliczyć znaczne zużycie energii oraz kosztowną konserwację przy użyciu ulegających zużyciu elementów filtrujących (zasoby od 500 do 6000 m 3 wody).
Technologie uzdatniania wody pitnej dla budownictwa mieszkaniowego i usług komunalnych według schematu
Schemat 1.Napowietrzanie-odgazowanie - filtracja - dezynfekcja
Tę technologię uzdatniania wody można nazwać najprostszą z technologicznego punktu widzenia i konstruktywną w realizacji. Schemat realizowany jest przy użyciu różnych metod napowietrzania i odgazowywania - wszystko zależy od składu jakościowego wód gruntowych. Oto dwa kluczowe zastosowania tej technologii uzdatniania wody:
- napowietrzanie-odgazowanie cieczy w stanie początkowym w zbiorniku; nie stosuje się wymuszonego nawiewu powietrza i późniejszej filtracji przy użyciu filtrów granulowanych oraz dezynfekcji promieniami UV. Podczas napowietrzania-odgazowania natrysk odbywa się na twardą warstwę kontaktową za pomocą dysz eżektorowych i dysz wirowych. Zbiornikiem wody początkowej może być basen kontaktowy, wieża ciśnień itp. Filtrami są tutaj albitofiry i wypalone skały. Technologia ta stosowana jest najczęściej do oczyszczania wód podziemnych zawierających mineralne formy rozpuszczonych Fe 2 + i Mn 2 + niezawierających H 2 S, CH 4 i zanieczyszczeń antropogenicznych;
- napowietrzanie-odgazowanie, przeprowadzane w sposób analogiczny do poprzedniej metody, ale z dodatkowym wykorzystaniem wymuszonego dopływu powietrza. Metodę tę stosuje się, jeśli woda gruntowa zawiera rozpuszczone gazy.
Oczyszczoną wodę można podawać do specjalnych RWC (zbiorników czystej wody) lub wież, które są specjalnymi zbiornikami magazynowymi, pod warunkiem, że nie były one już wykorzystywane jako zbiornik odbiorczy. Następnie woda transportowana jest do odbiorców sieciami dystrybucyjnymi.
Schemat 2.Napowietrzanie-odgazowanie - filtracja - ozonowanie - filtracja na GAC - dezynfekcja
Jeśli chodzi o tę technologię uzdatniania wody, jej zastosowanie jest wskazane do kompleksowego oczyszczania wód gruntowych, jeśli występują w nich silne zanieczyszczenia w dużych stężeniach: Fe, Mn, materia organiczna, amoniak. Podczas tej metody przeprowadza się ozonowanie pojedyncze lub podwójne:
- jeżeli w wodzie znajdują się rozpuszczone gazy CH 4, CO 2, H 2 S, materia organiczna i zanieczyszczenia antropogeniczne, ozonowanie przeprowadza się po napowietrzeniu-odgazowaniu z filtracją przy użyciu materiałów obojętnych;
- jeśli nie ma CH 4, w (Fe 2 +/Mn 2 +)< 3: 1 озонирование нужно проводить на первом этапе аэрации-дегазации. Уровень доз озона в воде не должен быть выше 1,5 мг/л, чтобы не допустить окисления Mn 2 + до Mn 7 +.
Można użyć materiałów filtracyjnych wskazanych na schemacie A. Jeśli stosuje się oczyszczanie sorpcyjne, często stosuje się węgiel aktywny i klinoptylolit.
Schemat 3. Napowietrzanie-odgazowanie - filtracja - głębokie napowietrzanie w aeratorach wirowych z ozonowaniem - filtracja - dezynfekcja
Technologia ta rozwija technologię oczyszczania wód gruntowych według schematu B. Można ją stosować do oczyszczania wód o podwyższonej zawartości Fe (do 20 mg/l) i Mn (do 3 mg/l), produktów naftowych do 5 mg/l, fenole do 3 µg/l i substancje organiczne do 5 mg/l przy pH wody źródłowej bliskim obojętnemu.
W ramach tej technologii uzdatniania wody do dezynfekcji oczyszczonej wody najlepiej stosować promieniowanie UV. Terytoriami instalacji bakteriobójczych mogą być:
- miejsca zlokalizowane bezpośrednio przed dostawą oczyszczonej wody do odbiorców (w przypadku małej długości sieci);
- tuż przed punktami poboru wody.
Uwzględniając jakość wód podziemnych z punktu widzenia sanitarnego oraz stan sieci wodociągowej (sieci, budowle na nich, RHF itp.), wyposażanie stacji lub urządzeń do uzdatniania wody w celu odkażania wody przed jej dostarczeniem do odbiorców konsumenci mogą sugerować obecność dowolnego sprzętu akceptowalnego dla warunków danego terytorium.
Schemat 4.Intensywne odgazowanie-napowietrzanie - filtracja (AB; GP) - dezynfekcja (naświetlanie Uralu)
Ta technologia uzdatniania wody obejmuje etapy intensywnego odgazowania-napowietrzania i filtracji (czasami dwustopniowe). Zastosowanie tej metody jest wskazane w przypadku konieczności usunięcia rozpuszczonych CH 4, H 2 S i CO 2, które występują w wysokich stężeniach przy dość niskiej zawartości rozpuszczonych form Fe i Mn – do 5 i 0,3 mg/ l, odpowiednio.
W ramach stosowania technologii uzdatniania wody wzmożone napowietrzanie i filtracja przeprowadzane są w 1-2 etapach.
Do wykonywania napowietrzania stosuje się dysze wirowe (w odniesieniu do poszczególnych układów), odgazowywacze wirowe – aeratory, kombinowane zespoły odgazowujące i napowietrzające (kolumny) z jednoczesnym usuwaniem gazów.
Jeśli chodzi o materiały filtracyjne, są one podobne do tych wskazanych na schemacie A. Gdy woda gruntowa zawiera fenole i produkty naftowe, filtrację przeprowadza się za pomocą sorbentów - węgli aktywnych.
Zgodnie z tym schematem woda jest filtrowana za pomocą filtrów dwustopniowych:
- I etap - oczyszczenie wody ze związków Fe i Mn;
- II etap - przeprowadzenie sorpcyjnego oczyszczania wody już oczyszczonej z produktów naftowych i fenoli.
Jeśli to możliwe, wykonywany jest tylko pierwszy etap filtrowania, dzięki czemu obwód staje się bardziej elastyczny. Jednocześnie wdrożenie takiej technologii uzdatniania wody wymaga większych kosztów.
Jeśli mamy na myśli małe i średnie osady, preferowane jest zastosowanie tej technologii uzdatniania wody w wersji ciśnieniowej.
W ramach stosowania technologii uzdatniania wody można zastosować dowolną metodę dezynfekcji wody już oczyszczonej. Wszystko zależy od wydajności systemu zaopatrzenia w wodę i warunków na terytorium, na którym stosowana jest technologia uzdatniania wody.
Schemat 5.Ozonowanie - filtracja - filtracja - dezynfekcja (NaClO)
W przypadku konieczności usunięcia zanieczyszczeń antropogenicznych i naturalnych stosuje się ozonowanie z dalszą filtracją przez wsad ziarnisty i adsorpcję na GAC oraz dezynfekcję podchlorynem sodu, gdy całkowita zawartość żelaza w wodzie wynosi do 12 mg/l, stosuje się nadmanganian potasu do 1,4 mg/l, a utlenialność do 14 mg O 2 /l.
Schemat 6.Napowietrzanie-odgazowanie - koagulacja - filtracja - ozonowanie - filtracja - dezynfekcja (NaClO)
Ta opcja jest podobna do poprzedniego schematu, ale tutaj stosuje się napowietrzanie-odgazowywanie i wprowadza się koagulant przed filtrami odmrażania i odmanganiania. Dzięki technologii uzdatniania wody możliwe jest usunięcie zanieczyszczeń antropogenicznych w bardziej złożonej sytuacji, gdy poziom żelaza sięga do 20 mg/l, manganu do 4 mg/l i występuje wysokie utlenienie nadmanganianu - 21 mg O 2 /l.
Schemat 7.Napowietrzanie-odgazowanie - filtracja - filtracja - wymiana jonowa - dezynfekcja (NaClO)
Schemat ten jest zalecany dla obszarów zachodniej Syberii, gdzie występują znaczne złoża ropy i gazu. W ramach technologii uzdatniania wody następuje uwolnienie wody od żelaza, sorbcja na GAC, wymiana jonowa na klinoptylolicie w postaci Na z dalszą dezynfekcją i podchlorynem sodu. Przypomnijmy, że schemat ten jest już z powodzeniem stosowany na Syberii Zachodniej. Dzięki tej technologii uzdatniania woda spełnia wszystkie normy SanPiN 2.1.4.1074-01.
Technologia uzdatniania wody ma również wady: okresowo filtry jonowymienne należy regenerować roztworem soli kuchennej. W związku z tym pojawia się tutaj kwestia zniszczenia lub wtórnego wykorzystania roztworu regeneracyjnego.
Schemat 8. Napowietrzanie-odgazowanie - filtracja (C + KMnO 4) - ozonowanie - sedymentacja - adsorpcja (C) - filtracja (C + KMnO 4) (odmanganianie) - adsorpcja (C) - dezynfekcja (Cl)
Dzięki technologii uzdatniania wody według tego schematu metale ciężkie, amon, radionuklidy, antropogeniczne zanieczyszczenia organiczne itp., a także mangan i żelazo usuwane są z wody dwuetapowo - poprzez koagulację i filtrację poprzez załadunek z naturalnego zeolitu ( klinoptylolit), ozonowanie i sorpcja na zeolicie. Zregeneruj wsad metodą odczynnikową.
Schemat 9. Napowietrzanie-odgazowanie - ozonowanie - filtracja (klarowanie, usuwanie żelaza, odmanganianie) - adsorpcja na GAC - dezynfekcja (naświetlanie Uralu)
W ramach tej technologii uzdatniania wody wykonywane są następujące czynności:
- Metan jest całkowicie usuwany przy jednoczesnym wzroście pH w wyniku częściowego odpędzenia dwutlenku węgla, siarkowodoru i lotnych związków chloroorganicznych (LZO), przeprowadza się wstępne ozonowanie, utlenianie wstępnego ozonowania i hydrolizę żelaza (etap głębokiego napowietrzania-odgazowania) );
- Usuwane są 2-3-wartościowe kompleksy żelaza i fosforanów żelaza, częściowo mangan i metale ciężkie (etap filtracji w technologii uzdatniania wody);
- niszczą pozostałości trwałych kompleksów żelaza, nadmanganianu potasu, siarkowodoru, antropogenicznych i naturalnych substancji organicznych, sorpcję produktów ozonowania, nitrują azot amonowy (etap ozonowania i sorpcji).
Oczyszczoną wodę należy zdezynfekować. W tym celu przeprowadza się naświetlanie promieniami UV, wprowadza się niewielką dawkę chloru i dopiero wtedy ciecz dostarczana jest do sieci wodociągowych.
Opinia eksperta
Jak wybrać odpowiednią technologię uzdatniania wody
V.V. Dziubo,
Doktor Tech. Nauk ścisłych, profesor Wydziału Zaopatrzenia w Wodę i Kanalizacji, Tomski Państwowy Uniwersytet Architektury i Inżynierii Lądowej
Z inżynierskiego punktu widzenia dość trudno jest zaprojektować technologie uzdatniania wody i opracować schematy technologiczne, zgodnie z którymi konieczne jest doprowadzenie wody do standardów pitnych. Na określenie sposobu uzdatniania wód podziemnych jako odrębnego etapu rozwoju ogólnej technologii uzdatniania wody wpływa skład jakościowy wód naturalnych oraz wymagana głębokość oczyszczania.
Wody gruntowe w regionach Rosji są inne. To od ich składu zależą technologie uzdatniania wody i osiąganie zgodności wody z normami pitnymi w SanPiN 2.1.4.1074-01 „Woda pitna. Wymagania higieniczne dotyczące jakości wody w scentralizowanych systemach zaopatrzenia w wodę pitną. Kontrola jakości. Zasady i przepisy sanitarno-epidemiologiczne.” Stosowane technologie uzdatniania wody, ich złożoność i oczywiście koszt sprzętu do oczyszczania zależą również od początkowej jakości i zawartości wody pitnej.
Jak już wspomniano, skład wód jest inny. Na jego powstawanie wpływają warunki geograficzne, klimatyczne i geologiczne obszaru. Na przykład wyniki badań przyrodniczych składu wód na różnych terytoriach Syberii wskazują, że mają one różne cechy w różnych porach roku, ponieważ ich odżywianie zmienia się w zależności od pory roku.
W przypadku naruszenia warunków wydobywania wód gruntowych z warstw wodonośnych woda wypływa z sąsiednich poziomów, co również wpływa na zmianę właściwości i składu jakościowego cieczy.
Ponieważ wybór jednej lub drugiej technologii uzdatniania wody zależy od właściwości wody, konieczne jest szczegółowe i całkowite przeanalizowanie ich składu, aby wybrać najtańszą i najskuteczniejszą opcję.
1. Co oznacza obieg parowo-wodny kotłowni
Cykl para-woda to okres czasu, w którym woda zamienia się w parę i okres ten powtarza się wielokrotnie.
Dla niezawodnej i bezpiecznej pracy kotła ważna jest cyrkulacja w nim wody - jej ciągły ruch w ciekłej mieszaninie wzdłuż pewnego obwodu zamkniętego. Dzięki temu zapewniony jest intensywny odbiór ciepła z powierzchni grzewczej oraz eliminowany jest lokalny zastój pary i gazu, co zabezpiecza powierzchnię grzejną przed niedopuszczalnym przegrzaniem, korozją oraz zapobiega awariom kotła. Cyrkulacja w kotłach może być naturalna lub wymuszona (sztuczna), tworzona za pomocą pomp.
We współczesnych konstrukcjach kotłów powierzchnia grzewcza składa się z oddzielnych wiązek rur połączonych z bębnami i kolektorami, które tworzą dość złożony układ zamkniętych obiegów cyrkulacyjnych.
Na ryc. Pokazano schemat tzw. obwodu cyrkulacyjnego. Do naczynia wlewa się wodę, a lewe koło rurki w kształcie litery U podgrzewa się, tworzy się para; ciężar właściwy mieszaniny pary i wody będzie mniejszy w porównaniu do ciężaru właściwego w prawym kolanie. Ciecz w takich warunkach nie będzie w stanie równowagi. Na przykład A - A ciśnienie po lewej stronie będzie mniejsze niż po prawej - rozpoczyna się ruch, który nazywa się krążeniem. Para zostanie uwolniona z lustra parującego, dalej usunięta z naczynia, a woda zasilająca wpłynie do niego w tej samej ilości wagowej.
Aby obliczyć cyrkulację, rozwiązuje się dwa równania. Pierwsza wyraża równowagę materialną, druga równowagę sił.
Pierwsze równanie formułuje się następująco:
G poniżej =G op kg/s, (170)
Gdzie G under to ilość wody i pary poruszającej się w podnoszącej części obwodu, w kg/s;
G op - ilość wody poruszającej się w dolnej części, w kg/sek.
Równanie równowagi sił można wyrazić zależnością:
N = ∆ρ kg/m 2, (171)
gdzie N jest całkowitym ciśnieniem napędowym równym h(γ in - γ cm) w kg;
∆ρ – suma oporów hydraulicznych w kg/m2, uwzględniająca siłę bezwładności, powstających podczas przemieszczania się emulsji parowo-wodnej i wody przez biuro i ostatecznie powodująca równomierny ruch z określoną prędkością.
W obiegu cyrkulacyjnym kotła znajduje się duża liczba równoległych rur roboczych, a ich warunki pracy nie mogą być całkowicie identyczne z wielu powodów. Aby zapewnić niezakłóconą cyrkulację we wszystkich rurach równoległych obwodów roboczych i nie spowodować zawrotu cyrkulacji w żadnym z nich, należy zwiększyć prędkość przepływu wody w obwodzie, co zapewnia określony współczynnik cyrkulacji K.
Zazwyczaj współczynnik cyrkulacji wybiera się w zakresie 10–50, a przy niskim obciążeniu cieplnym rur znacznie ponad 200–300.
Przepływ wody w obwodzie, biorąc pod uwagę natężenie cyrkulacji, jest równy
gdzie D = zużycie pary (wody zasilającej) obliczonego obiegu w kg/godz.
Z równości można wyznaczyć prędkość wody na wejściu do części podnoszącej obwodu
m/s,2. Przyczyny powstawania osadów w wymiennikach ciepła
Różne zanieczyszczenia zawarte w podgrzanej i odparowanej wodzie mogą zostać uwolnione do fazy stałej na powierzchniach wewnętrznych wytwornic pary, parowników, konwerterów pary i skraplaczy turbin parowych w postaci kamienia, a wewnątrz masy wodnej w postaci osadu zawieszonego. Nie da się jednak wytyczyć jednoznacznej granicy pomiędzy kamieniem a osadem, gdyż substancje osadzone na powierzchni grzewczej w postaci kamienia mogą z czasem zamienić się w osad i odwrotnie; w pewnych warunkach osad może przylgnąć do powierzchni grzewczej, tworząca skalę.
Spośród elementów wytwornicy pary najbardziej podatne na zanieczyszczenie powierzchni wewnętrznych są podgrzewane rury sitowe. Tworzenie się osadów na wewnętrznych powierzchniach rur wytwarzających parę powoduje pogorszenie wymiany ciepła, a w konsekwencji niebezpieczne przegrzanie metalu rury.
Promieniowe powierzchnie grzewcze nowoczesnych wytwornic pary są intensywnie nagrzewane za pomocą palnika spalinowego. Gęstość przepływu ciepła w nich sięga 600–700 kW/m2, a lokalne strumienie ciepła mogą być jeszcze większe. Dlatego nawet krótkotrwałe pogorszenie współczynnika przenikania ciepła ze ścianki do wrzącej wody prowadzi do tak znacznego wzrostu temperatury ścianki rury (500–600 °C i więcej), że wytrzymałość metalu może nie zostać wystarczający, aby wytrzymać powstające w nim naprężenia. Konsekwencją tego są uszkodzenia metalu, charakteryzujące się pojawieniem się dziur, ołowiu, a często pęknięciem rury.
Podczas gwałtownych wahań temperatury ścianek rur wytwornicy pary, jakie mogą wystąpić podczas pracy wytwornicy pary, ze ścianek odchodzi kamień w postaci kruchych i gęstych zgorzeli, które są przenoszone przez przepływ krążącej wody do miejsc o powolne krążenie. Tam osiadają w postaci przypadkowego nagromadzenia kawałków o różnych rozmiarach i kształtach, spojonych osadem w mniej lub bardziej zwarte formacje. Jeżeli generator pary bębnowej ma poziome lub lekko nachylone odcinki rur wytwarzających parę z powolnym krążeniem, wówczas zwykle gromadzą się w nich osady luźnego osadu. Zwężenie przekroju poprzecznego przepływu wody lub całkowite zablokowanie rur wytwarzających parę prowadzi do problemów z cyrkulacją. W tzw. strefie przejściowej wytwornicy pary o przepływie bezpośrednim, aż do ciśnienia krytycznego, gdzie odparowuje ostatnia wilgoć i następuje lekkie przegrzanie pary, tworzą się osady związków wapnia, magnezu i produktów korozji.
Ponieważ wytwornica pary o przepływie bezpośrednim jest skutecznym łapaczem trudno rozpuszczalnych związków wapnia, magnezu, żelaza i miedzi. Jeśli ich zawartość w wodzie zasilającej jest duża, szybko gromadzą się w części rurowej, co znacznie skraca czas eksploatacji wytwornicy pary.
Aby zapewnić minimalne osady zarówno w strefach maksymalnych obciążeń cieplnych rurociągów parowych, jak i na drodze przepływu turbin, konieczne jest ścisłe przestrzeganie norm eksploatacyjnych w zakresie dopuszczalnej zawartości niektórych zanieczyszczeń w wodzie zasilającej. W tym celu dodatkowa woda zasilająca poddawana jest głębokiemu oczyszczaniu chemicznemu lub destylacji w stacjach uzdatniania wody.
Poprawa jakości kondensatów i wody zasilającej znacząco osłabia proces tworzenia się osadów eksploatacyjnych na powierzchni urządzeń energetyki parowej, ale nie eliminuje go całkowicie. Dlatego też, aby zapewnić odpowiednią czystość powierzchni grzewczej, należy obok jednorazowego czyszczenia przedstartowego przeprowadzić również okresowe czyszczenie eksploatacyjne urządzeń głównych i pomocniczych, i to nie tylko w przypadku występowania systematycznych zanieczyszczeń brutto. naruszenia ustalonego reżimu wodnego i niewystarczająca skuteczność działań antykorozyjnych prowadzonych w elektrowniach cieplnych, ale także w warunkach normalnej pracy elektrowni cieplnych. Przeprowadzenie czyszczenia eksploatacyjnego jest szczególnie konieczne w blokach energetycznych wyposażonych w wytwornice pary o przepływie bezpośrednim.
3. Opisać korozję kotłów parowych na drodze para-woda i gaz
Metale i stopy stosowane do produkcji urządzeń elektroenergetycznych mają zdolność interakcji ze środowiskiem, w którym się z nimi stykają (woda, para, gazy) zawierającym pewne zanieczyszczenia korozyjne (tlen, kwasy węglowe i inne, zasady itp.).
Niezbędne do zakłócenia normalnej pracy kotła parowego jest oddziaływanie substancji rozpuszczonych w wodzie z wymywaniem go z metalem, w wyniku czego następuje zniszczenie metalu, co przy określonej wielkości prowadzi do wypadków i awarii poszczególnych elementów kotła. Takie niszczenie metalu przez środowisko nazywa się korozją. Korozja zawsze zaczyna się od powierzchni metalu i stopniowo rozprzestrzenia się głębiej.
Obecnie wyróżnia się dwie główne grupy zjawisk korozyjnych: korozję chemiczną i elektrochemiczną.
Korozja chemiczna odnosi się do niszczenia metalu w wyniku jego bezpośredniej interakcji chemicznej ze środowiskiem. W ciepłownictwie przykładami korozji chemicznej są: utlenianie zewnętrznej powierzchni grzewczej przez gorące spaliny, korozja stali przez przegrzaną parę wodną (tzw. korozja parowo-wodna), korozja metalu przez smary itp.
Korozja elektrochemiczna, jak sama nazwa wskazuje, wiąże się nie tylko z procesami chemicznymi, ale także z ruchem elektronów w oddziałujących ośrodkach, tj. z pojawieniem się prądu elektrycznego. Procesy te zachodzą podczas oddziaływania metalu z roztworami elektrolitów, co zachodzi w kotle parowym, w którym krąży woda kotłowa będąca roztworem soli i zasad, które uległy rozkładowi na jony. Korozja elektrochemiczna zachodzi również w przypadku kontaktu metalu z powietrzem (o normalnej temperaturze), w którym zawsze znajduje się para wodna, która skrapla się na powierzchni metalu w postaci cienkiej warstwy wilgoci, tworząc warunki do wystąpienia korozji elektrochemicznej.
Zniszczenie metalu rozpoczyna się zasadniczo od rozpuszczenia żelaza, co polega na tym, że atomy żelaza tracą część swoich elektronów, pozostawiając je w metalu i w ten sposób zamieniają się w dodatnio naładowane jony żelaza, które przechodzą do roztworu wodnego . Proces ten nie zachodzi równomiernie na całej powierzchni metalu przemywanego wodą. Faktem jest, że chemicznie czyste metale zwykle nie są wystarczająco mocne, dlatego w technologii wykorzystuje się ich stopy z innymi substancjami.Jak wiadomo, żeliwo i stal są stopami żelaza i węgla. Ponadto do konstrukcji stalowej w małych ilościach dodaje się krzem, mangan, chrom, nikiel itp. w celu poprawy jej jakości.
Aktywny rozwój przemysłu i wzrost urbanizacji doprowadziły na przestrzeni kilku stuleci do obecnego stanu ekologii, w którym nie można ryzykować picia wody nawet ze studni, nie mówiąc już o jakimś źródle powierzchniowym. Budując nowe domy poza miastem, ludzie wolą wiercić studnie. Adaptowane są także inne pobliskie źródła, jednak z pewnością wykorzystują one instalacje filtrujące, a czasem nawet całe stacje. W swojej „surowej” postaci woda zawsze zawiera różne zanieczyszczenia, szczególnie jeśli jest wydobywana z głębin. Mogą w nich znajdować się nawet substancje toksyczne: naturalny siarkowodór lub fenole, azotany i inne zanieczyszczenia, które przedostały się do wód gruntowych ze ścieków przemysłowych. Jeśli dom jest podłączony do miejskiej sieci energetycznej, tokupić uzdatnianie wodyJa też będę musiał tam pojechać. Miejskie stacje filtracyjne aktywnie wykorzystują chlor, który po użyciu pozostaje w cieczy. Inne cechy jakościowe wody również doprowadzane są wyłącznie do zgodności z wymaganiami SanPiN. Oznacza to, że wiele substancji nie jest całkowicie eliminowanych, a jedynie zmniejsza się ich stężenie.
zastosowanie membrany lub innych materiałów o niskiej przepuszczalności;
wymiana jonów;
wpływ magnetyczny i elektromagnetyczny;
promieniowanie ultrafioletowe.
Zastosowanie każdej z tych technologii musi być uzasadnione charakterystyką obiektu, wymaganymi parametrami czyszczenia, dostępnością zakupu, konserwacji i innymi niuansami. Nowoczesne uzdatnianie wody wymaga poważnego podejścia i kilku etapów. Specjaliści najpierw przeprowadzają analizę laboratoryjną źródła i na podstawie jej wyników dobierane są konkretne metody czyszczenia i sprzęt, który najlepiej odpowiada indywidualnym cechom każdego obiektu. Kontaktując się z NTK Soltek LLC, mogą Państwo otrzymać pełen zakres usług: od obliczeń projektowych po montaż i dalszą konserwację oczyszczalni.
