Фізичні методи очистки води


Про важливість води і про широку сферу її застосування говорити мабуть зайве. Проте останнім часом все актуальнішою стає тема її очищення, адже в результаті життєдіяльності людини запаси чистої води стрімко скорочуються. За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я, причина приблизно 80% усіх захворювань пов'язана з якістю питної води. Внаслідок споживання недоброякісної питної води кожного року близько 25% населення, особливо дитячого, піддаються ризику захворювань, у тому числі все більше хвороб, які передаються через воду реєструється в Україні.

Перед тим, як розглянути методи очистки води від забруднення потрібно з'ясувати, які бувають домішки.

Домішки, що містяться у воді, умовно можна розділити на декілька груп: зайві, механічні і шкідливі.

Найбільш небезпечними для живих організмів домішками вважаються нітрати, фосфати, пестициди, хвороботворні мікроорганізми і важкі метали. Ось лише деякі захворювання, причиною виникнення яких може послужити забруднена вода: алергія, борний псоріаз, кретинізм, анемія, подагра, рак, флюороз.

До зайвих домішок відносяться залізо, сірководень, солі металів, марганець і інші речовини, що сприяють корозійним процесам. Ну, а джерелами механічних домішок служать іржа, пісок, глина та окалина.

Важливим етапом будь-якого аналізу води є визначення органолептичних властивостей води, тобто споживчих якостей - кольору, смаку, запаху, мутності і температури. Хороші органолептичні властивості води позитивно позначаються на здоров'ї людей, а неприємний запах, осад, лужний або інший присмак - перші ознаки забрудненої води.

Під фізичними способами очищення води мається на увазі якийсь фізичний вплив, що здійснюється на неочищену воду.

Найпростішою фізичною технологією водоочищення можна назвати кип'ятіння. Кип'ятіння, з одного боку, повністю очищає воду від будь-яких хвороботворних організмів, проте з іншого боку, такий принцип очищення води не дозволяє позбавитися від різних хімічних забруднень і може застосовуватися лише в обмежених обсягах.

Інша технологія фізичної очищення - це опромінення води ультрафіолетом. Треба відзначити, що це актуальний і сучасний метод очищення води, який масово застосовується на великих об'єктах водоочищення.

Ультрафіолетові промені короткої довжини (280-180 нм) мають, крім біологічної дії, ще і сильну бактеріоцидну дію. Вони згубно впливають як на вегетативні форми бактерій, так і на спори, простіші і віруси. Цей метод знезаражування відноситься до безреагентних, оскільки при цьому у воду не поступають ніякі речовини і у воді не проходить ніяких змін.

Знезараження води ультрафіолетовим промінням здійснюється протягом декілька секунд, але при умові, що вода бездоганно прозора, вільна від колоїдних частин. Тому знезараження води можливе лише на водогонах з підземних джерел.

При дії ультразвуку протягом 5 с гине більшість мікроорганізмів. Колірність і каламутність води на якість знезараження не впливають. Дія ультразвуку не змінює хімічного складу, смаку і запаху води. Суть методу полягає в тому, що генератор утворює токи високої частоти, а вібратор перетворює електричні коливання в ультразвукові. Під впливом ультразвукових хвиль гинуть клітини, простіші і мікроорганізми. Ефект дії залежить від інтенсивності ультразвукових коливань і від морфологічних особливостей об'єктів. Обробка тонкого шару води протягом 1-2 хвилин викликає гибель 95% кишкових паличок і інших мікроорганізмів. Використовується в поєднанні з ультрафіолетовим знезараженням води.

Механічні методи очищення води передбачають використання всіляких фільтрів. Фільтри бувають різні: грубі - для очищення води від великого сміття та піску, і тонкі, дозволяють відфільтрувати дуже дрібний пил, а деякі механічні пристрої очищення води допомагають видалити навіть хімічні домішки і мікроорганізми.

Якість води в чималому ступені залежить від труби, по якій вона тече у наш дім. Більшість труб, які подають воду до наших осель в основному сталеві труби. Основним недоліком сталевих водопровідних труб є їх схильність до корозії. Найбільшою проблемою системи водопостачання України є її спрацьованість, яка становить 30%.

Незадовільний технічний стан системи водопостачання загалом та водопровідної мережі зокрема негативно позначаються на якості очищеної води і є причиною вторинного її забруднення.

Зі зміною економічної системи господарювання помітним постало зниження норм водоспоживання, а відтак зменшилась продуктивність очисних споруд, насосних станцій, системи розподілу води. Зменшення продуктивності системи водорозподілу, зумовлює зростання тривалості перебування в ній води. Так, в Україні протягом останніх десятиліть тривалість перебування води в системі водорозподілу зросла в 2 рази, а на окремих ділянках сягає декількох десятків діб. Це позначається на властивості води в ній: змінюється гідравлічний режим роботи мережі, зменшується кількість розчиненого у воді кисню, змінюються склад та концентрація домішок, посилюються біохімічні процеси на внутрішній поверхні труб.

За таких умов якість води, що потрапляє до споживачів, надто відрізняється від якості води яка поступає в мережу. Через те багато споживачів очищують воду самостійно, за допомогою різного виду фільтрів, а також народними методами.

Існують такі побутові фільтри для очищення питної води:

Фільтри на кран, проточні фільтри, фільтри глечики, кулери, системи зворотного осмосу, настільні фільтри.

До народних фізичних методів очищення води можна віднести замороження і намагнічення.

Перед заморожуванням воду варто очистити від газів і хлору. Для цього її треба підігріти (накривши посудину кришкою), зняти з вогню, не чекаючи кипіння, й остудити. Охололу воду ставлять у морозильник до замерзання на одну третину обсягу. Цей лід і є чиста вода. Брудна вода замерзає пізніше, а тане раніш. Некрижану воду виливають, а процедуру повторюють кілька разів протягом чотирьох-п'яти годин. Вода льоду, що не станув, зберігає льодоподібну структуру упродовж кількох годин. Тому тала вода - перехідний ступінь (фаза) між льодом і водою звичайною. Структура замороженої і талої води аналогічна структурі води в клітинах організму людини, і засвоюється вона значно ефективніше, ніж звичайна.

Уся вода на Землі намагнічена магнітним полем планети. Але поки вона дійде до міського споживання по металевих трубах, магнетизм її поглинається металом. У країнах Європи, зокрема в Великобританії і Німеччині, водні магістралі виготовляють з міді - металу, що не позбавляє воду її магнетизму. У давнину водопроводи Рима й Афін споруджували з каменю. вода очищення опромінення фільтр

Як же одержати слабко намагнічену воду в домашніх умовах?

З найбільш доступних методів можна назвати такі:

Використання магнітної лійки. Такі лійки продаються в аптеках, а вода, проходячи через лійку, здобуває певну впорядковану структуру, що робить її біологічно активною.

Найпростіший спосіб - застосування звичайного підковоподібного магніту. Він установлюється на зливальну трубку крана так, щоб струмінь води проходив між полюсами цього магніту.

Навіть при короткочасному перебуванні води в слабкому магнітному полі хімічний склад її залишається колишнім, але от властивості поліпшуються.

Очищувати потрібно не тільки ту воду, яку ми споживаємо, але і ту яку вже використали.

До фізичних способів очищення стічних вод належать насамперед випарювання і виморожування. При цьому вирішальним фактором є температура. Тому такі способи очищення в інженерній практиці часто називають термічними.

Ці способи застосовують для очищення мінералізованих стічних вод, виділення з них солей та отримання умовно чистої води для кільцевого водопостачання.

Процес розділення мінеральних речовин і води відбувається у два етапи: концентрування і виділення сухих речовин. Очищену воду з мінералізованих стічних вод отримують у випарювальних, виморожувальних (вакуумних) і кристалогідратних установках. Вибір способу очищення залежить від складу, концентрації, об'єму стічних вод, їхньої корозійної активності й необхідного ступеня очищення.

Для випарювання стічних вод, що виділяються при виробництві синтетичних смол, лаків, фарб, реактивів та ін., широко застосовують випарювальні установки з контактними апаратами. У них відбувається безпосередній контакт між теплоносіями і стічною водою. Для нагрівання води використовують газоподібні, рідкі та тверді теплоносії.

Випарювальні установки бувають одноступеневими й багатоступеневими. На практиці широко застосовують одноступеневі адіабатні випарювальні установки

Цю установку називають установкою миттєвого випарювання. Вона працює за таким принципом. Стічна вода насосом подається в конденсатор 2, де попередньо нагрівається водяною парою.

Далі вода подається у підігрівач 4, з якого потрапляє в камеру випарювання 1. З цієї камери розчинник насосом подається частково на рециркуляцію і частково на подальше випарювання. Дистилат, що стік на підставку 3, насосом подається споживачу.

В установках виморожування процес концентрування мінералізованих вод грунтується на тому, що концентрація солей у кристалах льоду значно менша, ніж у розчині (теоретично утворюється прісний лід). Виморожування може здійснюватись у вакуумі або за допомогою спеціального холодильного агента. При подаванні в кристалізатор 5 з попередньо охолодженого розчину утворюється лід. Кристали льоду виділяються із суспензії в промивній колонці 1, а потім розморожуються в конденсаторі 2. Для стискання водяної пари до тиску, що відповідає насиченню чистої води при температурі її заморожування, використовують компресор 4. Установка працює при високому вакуумі. Установки такого типу використовують для опріснення солоних вод.

Процес очищення води методом гідроутворення відбувається в такий спосіб. Стічна вода подається в камеру 3 під тиском, при якому утворюються гідрати. Одночасно в камеру іншим насосом подаються теплоносій та гідроутворювальна речовина. Теплоносій є розчинником для гідратуючої речовини. У камері забезпечується безпосередній контакт стічної води й теплоносія, внаслідок чого утворюються тверді гідрати. Насичена хімічними речовинами стічна вода відводиться з камери, а теплоносій з гідратами надходить до камери розмороження 2, де відбувається руйнування кристалогідратів за допомогою тепла, що виділяється у процесі утворення гідратів. З камери 2 чиста вода, теплоносій та гідроутворювальна речовина потрапляють у сепаратор 1, де розділяються. Чиста вода відводиться за межі установки, а теплоносій і пара гідроутворювальної речовини надходять до конденсатора 5, де пара цієї речовини конденсується, після чого з теплоносієм спрямовується в камеру 3 для повторного використання. Як теплоносій використовують метан, пропан та інші гази.

Із фізичних методів очищення стічних вод найбільш ефективним й універсальним є вогневий метод. Суть його полягає в розпиленні стічних вод безпосередньо в топкових газах, нагрітих до температури 900-1000°С. При цьому вода повністю випаровується, а органічні суміші згоряють. Мінеральні речовини, що є у воді, утворюють тверді або розплавлені частинки, які пізніше вловлюються. Цей метод широко застосовується для очищення стічних вод, забруднених високотоксичними органічними речовинами - відходами лакофарбових матеріалів, які часто використовуються у технологічних процесах деревообробних підприємств та ін.

До фізико-хімічних методів очищення стічних вод відносяться коагуляція, флотація, адсорбція, іонний обмін, екстракція, ректифікація, а також методи, пов'язані з накладанням електричного поля - електрокоагуляція, електрофлотація, електроліз і ін. Ці методи використовують для видалення із стічних вод тонкодисперсних зважених твердих і рідких частинок, розчинних газів, мінеральних і органічних речовин.

Коагуляція - це процес злипання частинок колоїдної системи в результаті їх взаємодії під дією молекулярних сил зчеплення при перемішуванні або направленому переміщення в зовнішньому силовому полі. В результаті коагуляції утворюються агрегати - великі (вторинні) частинки, що складаються зі скупчення дрібних (первинних). Первинні частинки в таких агрегатах з'єднані силами міжмолекулярної взаємодії безпосередньо або через прошарок навколишнього середовища.

Флокуляція - один з видів коагуляції, при якій дрібні частки, що знаходяться в зваженому стані, під впливом спеціально доданих речовин (флокулянтів) утворюють інтенсивно осідаючі пухкі скупчення. Механізм дії флокулянтів заснований на явищі адсорбції молекул реагенту на поверхні колоїдних частинок, утворення сітчастої структури молекул реагенту, на злипанні колоїдних частинок за рахунок сил Ван-дер-Вальса.

Для очищення стічних вод використовують природні і синтетичні флокулянти. До природних флокулянтам належать крохмаль, декстрин, ефіри целюлози та ін. Активний діоксид кремнію (xSiO2 - уН2O) є найбільш поширеним неорганічним флокулянтом.

Флотація - найбільш поширений спосіб очищення стічних вод целюлозно-паперових і деревообробних підприємств. Флотацію успішно використовують для очищення стічних вод від маслопродуктів та інших легкоспливаючих речовин, що застосовуються в різних галузях промисловості.

Флотація - це процес молекулярного прилипання частинок забруднювальних речовин до поверхні розподілу двох фаз: вода - повітря, вода - тверда речовина. Процес очищення стічних вод від легкоспливаючих речовин (розчинників, нафтопродуктів та ін.), волокнистих матеріалів за допомогою флотації полягає в утворенні системи "частинки забруднень - бульбашки повітря", які спливають на поверхню та утилізуються.

Адсорбційний метод застосовують для глибокого очищення стічних вод від розчинених органічних речовин після біохімічної очистки, а також у локальних установках, якщо концентрація цих речовин у воді невелика і вони біологічно не розкладаються або є сильнотоксичными.

Адсорбцію використовують для знешкодження стічних вод від фенолів, гербіцидів, пестицидів, ароматичних нітросполук, ПАР, барвників. Достоїнство методу - висока ефективність, можливість очищення стічних вод, що містять кілька речовин, а також рекуперації цих речовин.

Схема адсорбаційної установки досить проста і складається лише із змішувача і відстійника.

Іонний обмін - це процес взаємодії розчину з твердими домішками, що володіє властивостями обмінювати свої іони на інші, наявні в розчині. Такий метод очищення стічних вод широко застосовується на енергетичних підприємствах.

Для очищення стічних вод з неприємним запахом використовують такі методи дезодорації: аерацію, хлорування, ректифікацію, екстракцію, озонування та ін. Найбільш ефективним вважається метод аерації.

Дезодорацію застосовують на металургійних, хімічних, деревообробних підприємствах для вилучення із стічних вод аміаку, сірководню, альдегідів і вуглеводів тощо, які надають їм неприємного запаху.

Екстракція - це процес вилучення зі стічних вод корисних речовин за допомогою екстрагентів з такими властивостям: високою екстрагувальною, селективною здатністю; незначною розчинністю у воді; густиною, відмінною від густини води; незначним питомим теплом випаровування; невеликою теплоємністю; вибухобезпечністю та нетоксичністю; невеликою вартістю. Ця установка має вигляд батареї змішувачів і відстійників. На кожному ступені застосовується змішувач води з екстрагентом і відстійник.

Для очищення стічних вод від різних розчинних і диспергованих домішок застосовують процеси анодного окислення і катодного відновлення, електрокоагуляції, электрофлокуляции і електродіалізу. Всі ці процеси протікають на електродах при проходженні через стічну воду постійного електричного струму.

При проходженні стічної води через межелектродное простір електролізера відбувається електроліз води, поляризація частинок, електрофорез, окислювально-відновні процеси, взаємодія продуктів електролізу один з одним.

Анодне окислення і катодне відновлення. В електролізері на позитивному електроді - аноді іони віддають електрони, тобто протікає реакція електрохімічного окислення; на негативному електроді - катоді відбувається приєднання електронів, тобто протікає реакція відновлення.

Існують різноманітні методи очищення води від забруднень і кожен з них має свої переваги та недоліки. Однозначно визначити найкращий неможливо, тому в рамках даної доповіді я розглянув фізичні методи очищення води.

Дякую за увагу!

Похожие статьи




Фізичні методи очистки води

Предыдущая | Следующая