31) Методы умягчения воды

Методы и способы умягчения воды

Выбор метода умягчения воды (способа умягчения воды) определяется качеством воды, необходимой глубиной умягчения и технико-экономическими требованиями. Существуют различные методы и способы умягчения воды:

Термический метод умягчения воды

Этод метод очистки воды основан на нагревании воды, дистилляции воды или вымораживании.

Реагентный метод умягчения воды

Находящиеся в воде ионы Са2+ (ионы кальция) и Mg2+ (ионы магния) связывают различными реагентами в практически нерастворимые соединения.

Безреагентное умягчение воды

Безреагентное умягчение воды (безреагентные методы умягчения) осуществляется, как правило, по технологии стабилизации жёсткости воды СОФТНОР (SOFT-N-OR). Смягчитель воды, работающий по технологии SOFTNOR, преобразует структуру солей жёсткости (например, кальцит в арагонит) и является очень динамично развивающимся и перспективным методом умягчения воды.

Основан на фильтровании умягчаемой воды через ионообменные смолы, обменивающие входящие в их состав ионы Na- (ионы натрия) или Н- (водород-ион) на ионы Са2+ (ионы кальция) и Mg2+ (ионы магния), содержащиеся в воде. Как правило, ионообменные фильтры-умягчители работают (фильтры умягчения воды) по технологии натрий-катионирования.

Мембранный метод умягчения воды

Реакции ионного обмена при умягчении воды не всегда оправданы с технологической, экономической или экологической сторон. В этих случаях, как правило, применяют мембранные технологии очистки воды от солей жёсткости (нанофильтрация воды или обратный осмос)

Прочие системы умягчения воды

Известкование, магнитное умягчение воды, диализ, известкование и различные сочетания перечисленных методов (комбинированный метод умягчения воды) и т.д.

32) Основные процессы самоочищения водоёмов

Процессами самоочищения водоемов называют процессы, связанные с возвращением экосистем водоемов в первоначальное состояние.

К важнейшим процессам самоочищения водоемов относятся:

1) осаждение грубодисперсных и коагуляция коллоидных примесей;

2) окисление (минерализация) органических примесей;

3) окисление минеральных примесей кислородом;

4) нейтрализация кислот и оснований за счет буферной емкости водоема;

5) гидролиз солей тяжелых металлов, приводящий к образованию малорастворимых гидроксидов и выделению их из раствора и т.д.

Таким образом, хозяйственная деятельность человека привела к сокращению количества воды в водоемах суши, к росту водопотребления, к исчерпанию самоочищающей способности водоемов и к деградации природных вод. Выход из положения - создания замкнутых водооборотных систем.

33) основные методы очистки природных и сточных вод

1. Механическая очистка

Этот метод очистки используется для удаления из сточных вод нерастворимых примесей. Для удаления крупных кусков примесей применяют решетки, на которых происходит осаждение примесей. Для удаления твердых частиц, например песка, используют песколовки. В специальных отстойниках происходит осаждение взвешенных частиц на дно. Сбор нефтепродуктов, жиров, смол и других нерастворимых в воде жидкостей с поверхности стоков осуществляют в нефтеловушках, в жироуловителях, в смолоуловителях, на кварцевых фильтрах, а также с помощью устройств типа механических рук. Для удаления очень мелких частиц применяют фильтры или слой песка примерно 1,5-метровой толщины.

2. Физико-химическая очистка

Методы физико-химической очистки сточных вод основаны на изменении физического состояния загрязнителей и в большинстве случаев требуют применения реагентов:

• коагуляция - метод, позволяющий увеличить размер загрязняющих частиц, что облегчает их осаждение;

• флотация - метод, позволяющий придать примеси плавучие свойства, что облегчает ее удаление.

3. Химическая или реагентная очистка

Одним из видов обработки сточных вод является реагентная очистка, которая представляет собой сочетание различных типов химических реакций, приводящих к удалению из сточных вод токсичных компонентов.

А. Нейтрализация сточных вод - это химическая реакция, ведущая к уничтожению кислотных свойств раствора с помощью щелочей, а щелочных свойств раствора - с помощью кислот.

Б. Реакции осаждения - это химические реакции, приводящие к осаждению загрязняющих веществ или ценных компонентов.

В. Реакции окисления-восстановления - это одновременное окисление одних компонентов и восстановление других.

4. Биохимическая очистка

Методы биохимической очистки применяются для удаления из сточных вод органических веществ.

А. Аэробная биохимическая очистка - это минерализация органического вещества промышленных или бытовых стоков в результате его окисления при содействии аэробных микроорганизмов (минерализаторов) в процессе использования ими этого вещества в качестве источника питания в условиях интенсивного потребления микроорганизмами растворенного кислорода.

Б. Анаэробная биохимическая очистка (метановое брожение или ферментация) - это минерализация органического вещества промышленных или бытовых стоков в результате его окисления при содействии анаэробных микроорганизмов в процессе использования ими этого вещества в качестве источника питания.

5. Удаление остаточных органических веществ

После биохимической очистки могут остаться органические, вещества плохо усваиваемые микроорганизмами. Лучший способ их удаления - адсорбция активированным углем, который впоследствии регенерируют.

6. Специальные методы очистки воды

А. Дистилляция (выпаривание) - это процесс разделения растворов путем выпаривания и последующей конденсации растворителя.

Б. Вымораживание - это метод разделения водных растворов путем их медленного охлаждения, в результате чего в первую очередь выпадают кристаллы льда, практически не содержащие солей.

В. Ионный обмен - этот метод извлечения из воды растворенных в ней солей с помощью ионообменных смол.

Г. Мембранные методы. К ним относятся электродиализ и гиперфильтрация (обратный осмос).

7. Обеззараживание воды

Многие годы обеззараживание воды осуществляли, обрабатывая ее хлором. Однако при таком способе обработки воды в ней образуются полихлорированные бифенилы, которые являются токсичными веществами. Во многих странах Европы и в США в 80-е годы перешли к фторированию воды, но оказалось, что оно тоже вредно. Поэтому во всем мире и в России тоже отдают предпочтение озонированию воды.

34) Механическая очистка природных и сточных вод

Механическую очистку сточных вод можно выполнять двумя способами.

Первый способ состоит в процеживании воды сквозь решетки и сита, в результате чего отделяются твердые частицы. Второй способ заключается в отстаивании воды в специальных отстойниках, в результате чего минеральные частицы оседают на дно.

Сточные воды из канализационной сети сначала поступают на решетки или сита, где они процеживаются, а крупные составляющие — тряпки, кухонные отходы, бумага и т.п. — удерживаются. Задержанные решетками и сетками крупные составляющие вывозят для обеззараживания.

Процеженная сточная вода поступает в песколовки, где задерживаются примеси в основном минерального происхождения (песок, шлак, уголь, зола и т.п.).

Песколовки защищают отстойники от загрязнения минеральными примесями. Конструкция песколовок может быть различной и зависит от количества поступающих стоков. После песколовок воды поступают в первичные отстойники, где осуществляется осаждение нерастворимых взвешенных частиц как органического, так и минерального происхождения.

35) Физико-химическая очистка воды

Методы физико-химической очистки сточных вод основаны на изменении физического состояния загрязнителей и в большинстве случаев требуют применения реагентов:

коагуляция - метод, позволяющий увеличить размер загрязняющих частиц, что облегчает их осаждение;

флотация - метод, позволяющий придать примеси плавучие свойства, что облегчает ее удаление.

36) Химическая очистка воды

Одним из видов обработки сточных вод является реагентная очистка, которая представляет собой сочетание различных типов химических реакций, приводящих к удалению из сточных вод токсичных компонентов.

А. Нейтрализация сточных вод - это химическая реакция, ведущая к уничтожению кислотных свойств раствора с помощью щелочей, а щелочных свойств раствора - с помощью кислот.

Поскольку химическая природа отходов может быть различной, то для нейтрализации одного вида отходов необходимо уменьшить кислотные свойства, а для другого вида отходов - щелочные. О степени кислотности или щелочности раствора можно судить по значению водородного показателя рН.

Самую простую систему нейтрализации можно представить в виде измельченного известняка, на который выливают раствор кислоты, а осадок собирают в отстойник. При рН = 4,3 все карбонаты и гидрокарбонаты, являющиеся основными компонентами природной воды, разлагаются с выделением CO2.

Б. Реакции осаждения - это химические реакции, приводящие к осаждению загрязняющих веществ или ценных компонентов.

Сточные воды содержат, как правило, растворенные нежелательные или ценные компоненты. Для их выделения используют реакции осаждения.

Например:

очистку сточных вод от ионов некоторых металлов (Cu+2, Ni+2, Fe+2 и др.) можно производить, используя щелочи. При рН = 8 яю& 9 обеспечивается наиболее полное осаждение труднорастворимых соединений меди, никеля и железа.

В. Реакции окисления-восстановления - это одновременное окисление одних компонентов и восстановление других.

Ниже приводится список наиболее распространенных окислителей и восстановителей:

окислители - кислород или воздух, озон, хлор, гипохлорит, перекись водорода, перманганат калия;

восстановители - хлорит, сульфат железа (II), гидросульфат, оксид серы (IV), сероводород.

Окислительно-восстановительные реакции применяют для превращения токсичных веществ в безвредные, а также для извлечения ценных компонентов.

Например:

в выщелоченных водах, образующихся при извлечении меди из руды, содержится растворенная медь, которая сможет быть регенерирована при пропускании стока через железный лом, а затем отфильтрована и направлена в печь