Методы очистки питьевой воды

4. Электрофлотация

     Электрофлотация это современная высокоэффективная  технология очистки сточных вод  от нерастворимых веществ: гидроксидов  и фосфатов тяжелых металлов, поверхностно-активных веществ, взвешенных веществ и нефтепродуктов. Метод электрофлотации идеально подходит для очистки сточных вод промышленных предприятий, в том числе гальванических производств и проворства печатных плат. В процессе электрофлотации происходит быстрое всплытие загрязняющих веществ на поверхность воды за счет выделения электролитических газов, электростатического и флотационного эффектов.

     Данный  метод может применяться без  добавления или с добавлением  различных флотореагентов[1].

3. Химические  методы обеззараживания

 

1. Хлорирование

     Наиболее  распространенным методом обеззараживания воды является метод хлорирования. Это объясняется высокой эффективностью, простотой используемого технологического оборудования, дешевизной применяемого реагента – жидкого или газообразного хлора – и относительной простотой обслуживания.

     Очень важным и ценным качеством метода хлорирования является его последействие. Если количество хлора взято с некоторым расчетным избытком, так чтобы после прохождения очистных сооружений в воде содержалось 0,3–0,5 мг/л остаточного хлора, то не происходит вторичного роста микроорганизмов в воде.

     Хлор является сильнодействующим  токсическим веществом, требующим  соблюдения специальных мер по  обеспечению безопасности при  его транспортировке, хранении  и использовании; мер по предупреждению  катастрофических последствий в чрезвычайных аварийных ситуациях. Поэтому ведется постоянный поиск реагентов, сочетающих положительные качества хлора и не имеющих его недостатков.

     Предлагается применение диоксида  хлора, который обладает рядом  преимуществ, таких как: более высокое бактерицидное и дезодорирующее действие, отсутствие в продуктах обработки хлорорганических соединений, улучшение органолептических качеств воды, отсутствие необходимости перевозки жидкого хлора. Однако диоксид хлора дорог, должен производиться на месте по достаточно сложной технологии. Его применение

имеет перспективу для установок относительно небольшой производительности.

     Применение для обеззараживания  воды хлорсодержащих реагентов  (хлорной извести, гипохлоритов  натрия и кальция) менее опасно в обслуживании и не требует сложных технологических решений. Однако используемое при этом реагентное хозяйство более громоздко, что связано с необходимостью хранения больших количеств препаратов (в 3–5 раз больше, чем при использовании хлора). Во столько же раз увеличивается объем перевозок. При хранении происходит частичное разложение реагентов с уменьшением содержания хлора. Остается необходимость устройства системы притяжно-вытяжной вентиляции и соблюдения мер безопасности для обслуживающего персонала. Растворы хлорсодержащих реагентов коррозионно-активны и требуют оборудования и трубопроводов из нержавеющих материалов или с антикоррозийным покрытием.

     Действие  хлора приводит к изменению внутриклеточного вещества, распаду структуры клетки и прекращению жизнедеятельности бактерий[5].

2. Йодирование

     Это метод обеззараживания воды, при  котором используются соединения йода. Как бактерицидное вещество йод  применяется с давних пор и  повсеместно используется в медицине. Проблемы состоят в невысокой  растворимости йода в воде, и по этой причине обычно используются его соединения.

     Йодирование нередко применяется для обеззараживания  воды в спортивных бассейнах. Существует ряд средств (так называемые йодные таблетки), применяемые для персонального  обеззараживания воды в дорожных условиях. По результатам исследований это самый эффективный метод дезинфекции небольшого объема воды в походных условиях.

     Йод гидролизуется значительно медленьше  хлора и зависит от pH среды. Он действует на вегетативные и спорообразующие формы бактерий, обладает более широким спектром гермицидной  способности и быстротой обеззараживания (экспозиция 5-10 мин) по сравнению с хлором.

     Доза  для обеззараживания 0,6-1 мг/л[2].

3. Бромирование

     Бромирование  – альтернатива хлорированию воды. Бром – это галоген и сильный окислитель, убивающий бактерии, вирусы и грибки, способствующий удалению из воды органических примесей. Благодаря устойчивости к высоким уровням pH бром обеспечивает оптимальный уровень надежности дезинфекции воды. Например, при уровне pH = 8,0 эффективность дезинфицирующего действия брома составляет 87%, а у хлора – 33%. Соединения на основе брома устойчивы к действию солнечных лучей, не имеют характерного запаха и не образуют в воде токсичных веществ, щадят кожу и глаза и эффективны в борьбе с водорослями[2].

4. Коагуляция и флокуляция

     Учитывая, что по величине бактерии соответствуют  коллоидным частицам и что они  входят в состав более крупных  образований сорбируясь на частицах и агрегатах для их удаления приемлемы  процессы коагуляции и флокуляции.

     Коагуляция - слипание частиц коллоидной системы  при их столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания  или направленного перемещения  во внешнем силовом поле. В результате коагуляции. образуются агрегаты - более  крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления более мелких (первичных). Первичные частицы в таких скоплениях соединены силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей (дисперсионной) среды. Коагуляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц

(увеличением  размера и массы агрегатов)  и уменьшением их числа в  объёме дисперсионной среды - жидкости или газа.

     Флокуляция - вид коагуляции, при которой  мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в жидкой или газовой  среде, образуют рыхлые хлопьевидные скопления (флокулы). Флокуляция  в жидких дисперсных системах (золях, суспензиях, эмульсиях, латексах) происходит под влиянием специально добавляемых веществ - флокулянтов, а также при тепловых, механических, электрических и прочих воздействиях. Эффективные флокулянты это растворимые полимеры, особенно полиэлектролиты. Действие полимерных флокулянтов обычно объясняют адсорбцией нитевидных макромолекул одновременно на различных частицах. Возникающие при этом агрегаты образуют хлопья, которые могут быть легко удалены отстаиванием или фильтрованием. Флокулянты (поликремниевая кислота, полиакриламид и др.) широко используются при подготовке воды для технических и бытовых нужд, обогащении полезных ископаемых, в бумажном производстве, в сельском хозяйстве (для улучшения структуры почв), в процессах выделения ценных продуктов из производственных отходов, обезвреживания промышленных сточных вод. При водоочистке полимерные флокулянты применяют обычно в концентрации 0,1=5 мг/л.

     Отделение частиц коагулянта и взвесей от воды обеспечивает значительно большую бактериальную безопасность, чем хлорирование, озонирование или применение УФ-облучения, которое эффективно при условии бесцветной и абсолютно прозрачной воды[2].

4. Электрообработка

 

1. Электродиализ

     Электродиализ – это разделение веществ, основанное на их электролитической диссоциации и переносе образовавшихся ионов через мембрану под действием разности потенциалов, создаваемой в растворе по обе стороны мембраны. Применяется для обессоливания воды и других жидкостей; особенно эффективен при использовании так называемых ионитовых мембран, избирательно пропускающих катионы либо анионы. На электродиализе основано введение лекарств через кожу (ионофорез)[1].

2. Электролиз

     Электро́лиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, которое возникает при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита.

     Упорядоченное движение ионов в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле, которое создается электродами — проводниками, соединёнными с полюсами источника электрической энергии. Анодом при электролизе называется положительный электрод, катодом — отрицательный. Положительные ионы — катионы — (ионы металлов, водородные ионы, ионы аммония и др.) — движутся к катоду, отрицательные ионы — анионы — (ионы кислотных остатков и гидроксильной группы) — движутся к аноду.

     Явление электролиза широко применяется  в современной промышленности. В частности, электролиз является одним из способов промышленного получения алюминия, водорода, а также гидроксида натрия, хлора, хлорорганических соединений, диоксида марганца, пероксида водорода. Большое количество металлов извлекаются из руд и подвергаются переработке с помощью электролиза (электроэкстракция, электрорафинирование).

     Электролиз  применяется для обеззараживания  воды[1].

3. Электрохимическая коагуляция

     Электрохимическая коагуляция – это метод электрообработки при котором в межэлектродном пространстве под действием внешнего поля генерируются катионы образующие сорбирующие гидроксиды в результате чего под действием как катионов, так и гидроокиси происходит коагуляция, сорбция и разрушается устойчивость дисперсии. Этот метод пригоден для получения коагулянта, используется в технологии очистки и обеззараживания воды[1].

4. Электрофлотация

     Электрофлотация – это флотация, при которой  образование газовых пузырьков  производится путём электролитического разложения воды с выделением на аноде пузырьков кислорода, а на катоде водорода. Применяется главным образом для очистки отработанных промышленных растворов и стоков от ионов металлов и тонкодисперсных осадков гидрооксидов металлов: железа, меди, никеля, кадмия, хрома, магния и др.

     Принципиальная особенность электрофлотации — возможность осуществления процесса без реагентов-собирателей (применяются только реагенты для образования осадков и их флокуляции), а также высокая дисперсность пузырьков (мкм и десятки мкм), что на 1-2 порядка меньше, чем в обычной пенной флотации; это позволяет флотировать более тонкие частицы, вплоть до ионов.

     Перспективность использования электрофлотации  определяется возможностью существенного  ускорения процесса отстаивания  и отделения осадка, который в  обычных химических производствах составляет 2-6 ч.

Кроме того, при электрофлотации существует принципиальная возможность селективного извлечения металлов, а не в смеси с др. компонентами раствора. Отсутствие органических реагентов не вызывает побочного загрязнения отработанных растворов, что благоприятствует созданию производств по извлечению электрофлотацией некоторых компонентов из морских и термальных вод.

     Электрофлотация используется в обогащении и для  очистки и обеззараживания воды[1].

5. Электрофорез

     Электрофорез  — это электрокинетическое явление  перемещения частиц дисперсной фазы (коллоидных или белковых растворов) в жидкой или газообразной среде под действием внешнего электрического поля.

     С помощью электрофореза удаётся  покрывать мелкими частицами  поверхность, обеспечивая глубокое проникновение в углубления и  поры. Различают две разновидности  электрофореза: катафорез — когда  обрабатываемая поверхность имеет отрицательный электрический заряд (то есть подключена к отрицательному контакту источника тока) и анафорез — когда заряд поверхности положительный[1].

6. Электрокаогуляция

     Электрокоагуляция—  коагуляция (оседание) коллоидных систем вследствие действия на них постоянного электрического тока, который вызывает электрическую диссоциацию присутствующих в системе солей, выборочное взаимодействие ионов с образованием и выпадением гелей.

     Электрокоагуляция используется для очищения оборотных вод в системах обработки шламов.

     Технология  производства на горно-рудных и обогатительных предприятиях требует большого количества воды. В связи с большой плотностью населения в развитых странах и постоянным ростом загрязнённости естественных источников пресной воды является абсолютно необходимым повторное использование оборотных вод. Поэтому роль электрокоагуляции как промышленной технологии очень важна[1].