Классификация методов обработки воды

Основные методы обработки воды		Специальные методы обработки воды
Методы осветления и обесцвечивания	Методы обеззараживания
Коагуляция Отстаивание Фильтрация	Реагентные Хлорирование Озонирование Серебрение Безреагентные Действие УФО Кипячение Действие g-лучей Действие ультразвука	Дезодорация Обезжелезивание Опреснение Умягчение Фторирование Дефторирование Дезактивация Дегазация

 

Коагуляция Суть процесса заключается в увеличении размеров взвешенных частиц, которые находятся в коллоидном состоянии с помощью коагулянтов. Как коагулянты используются химические вещества, которые имеют электрический заряд, противоположный заряду коллоидных частиц, которые находятся в воде и способны коагулироваться. Этим требованиям отвечают соли алюминия /Al₂(SO₄)₃/ и железа /FeSO₄, FeCl₃/.

Если внести эти вещества в воду, заряд коллоидных частичек нейтрализуется, они соединяются (агломерируются) и достаточно крупные хлопья выпадают в осадок. Хлопья адсорбируют коллоидные и мелкие взвешенные частицы, опускаясь вниз, механически захватывают взвешенные частицы. В процессе коагуляции происходит быстрое осветление воды, повышается ее прозрачность, одновременно снижается цветность и, частично, удаляются микроорганизмы.

 

Отстаивание воды производят после коагуляции, для того чтобы осели крупные взвешенные частицы. Отстойники это резервуары, где вода из узкого русла трубы выливается в широкий резервуар и замедляет свое течение. В результате этого взвешенные частицы под действием силы тяжести осаждаются на дно отстойников. Скорость оседания взвешенных частиц зависит от температуры воды и прежде всего от размеров и формы частиц. В зависимости от направления течения воды отстойники подразделяют на горизонтальные (обычные и радиальные) и вертикальные.

 

Фильтрация воды Фильтрация воды необходима для освобождения ее от взвешенных частичек, которые не были удалены на первых этапах обработки воды (при коагуляции и отстаивании). За время нахождения воды в отстойниках (2-6 часов) успевают осесть только достаточно крупные взвешенные вещества. Во время фильтрации вода освобождается от взвешенных частиц и частично освобождается от микроорганизмов. Фильтруют воду путем пропускания ее через пористый материал, который задерживает взвешенные частицы. В качестве фильтрующего материала чаще всего используется крупнозернистый (речной) песок, отмытый от примесей.

Фильтрация осуществляется на специальных сооружениях –фильтрах (рис. 3). Различают медленные и скорые фильтры. Очистка на фильтрах значительно затрудняется, если предварительно не производится обработка воды, во время которой удаляется планктон (мелкие животные и растительные организмы). Предварительная обработка воды производится на микрофильтрах.

 

Обеззараживание воды Вышеперечисленные методы обработки воды полностью не освобождают воду от микроорганизмов. Чтобы вода отвечала требования по микробиологическим показателям, необходимо производить обеззараживание.

Наиболее распространенным методом обеззараживания воды является хлорирование. Для хлорирования используются как газообразный хлор, так и его соединения (хлорная известь, гипохлориты, хлорамин, оксид хлора).

Хлор – газ, который имеет резкий специфический запах, раздражающий слизистую оболочку. Это соединение относится к отравляющим веществам, поэтому газообразный хлор используется только на больших фильтровальных станциях, где он сохраняется в стальных баллонах. На небольших водопроводах и при местном водоснабжении часто используется хлорная известь.

Обеззараживающий эффект хлора заключается в непосредственном действии на цитоплазму (сильный окислитель вызывает денатурацию), действие на обменные процессы (инактивация дегидрогеназ).

Хлорная известь является продуктом взаимодействия хлора и гашенной извести. Это белый порошок, который легко растворяется в воде с образованием хлорноватистой кислоты (НОСl). Гипохлоритный ион (ОСl^-)  обеспечивает бактерицидный эффект. Свежая хлорная известь содержит около 36% активного хлора. Под действием влаги, углекислоты, тепла, света данное соединение разрушается и переходит в хлорид кальция.

При хлорировании воды  необходимо обеспечить дозу хлора, которая должна обеспечить обеззараживание воды. Доза хлора складывается из хлорпоглощаемости и остаточного хлора. Хлорпоглощаемость – это количество мг хлора, которые тратятся на окисление органических и легкоокисляемых неорганических веществ, содержащихся в воде. Чтобы под действием хлора погибли микроорганизмы, необходимо вносить такое его количество, которое покроет хлорпоглощаемость и образует определенное остаточное количество. По остаточному хлору судят об эффективности хлорирования.

Если содержание остаточного хлора больше 0,5 мг/л, то вода становится непригодной для питьевых целей, потому что приобретает специфический запах и привкус. Поэтому, обеззараживая воду, подают такое количество (дозу) хлора, чтобы после обработки вода содержала 0,3-0,5 мг/дм³ остаточного хлора.

Таким образом, доза хлора будет достаточной, если после 30 минут обеззараживания в воде останется 0,3-0,5 мг/дм³ остаточного свободного хлора и после 60 минут контакта останется 0,8-1,2 мг/дм³ связанного (хлораминного) хлора.

Хлорирование питьевой воды достаточно безопасное для здоровья людей. Экспериментально доказано, что хлор прежде всего поглощается слизистой полости рта. Если вода содержит значительные количества остаточного хлора, то он частично попадает в желудок, где при взаимодействии с желудочным содержимым сразу переходит в неактивную форму. Установлено, что употребление воды с содержанием 2,5 мг/дм³ остаточного хлора, не вызывает ни какой патологии.

Различают следующие виды хлорирования воды: обычное, двойное, суперхлорирование и хлорирование с преаммонизацией. При обычном хлорировании хлор вносится однократно после осветления и обесцвечивания воды (перед резервуаром чистой воды) в дозе обеспечивающей остаточный хлор на уровне 0,3-0,5 мг/дм³.

Двойное хлорирование используется в случае, когда бактериальное обсеменение воды значительное и с целью предотвращения разрастания планктона на фильтрах. В этом случае общие затраты хлора не увеличиваются. Хлор вносится в большей концентрации перед коагуляцией и  в небольших дозах после фильтрации, обеспечивая остаточной хлор на уровне 0,3-0,5 мг/дм³.

Суперхлорирование (гиперхлорирование) воды производится в случаях значительного бактериального загрязнения, в полевых условиях, при невозможности обеспечить 30 - минутный контакт хлора с водой. Вода обрабатывается большими дозами 10-20 мг/дм³ и более. Избыток остаточного хлора удаляют методом аэрации, химическими методами: связывания тиосульфатом, диоксидом серы, фильтрацией через активированный уголь. Удаление избыточного остаточного хлора называется дехлорированием.

Хлорирование с преаммонизацией заключается в ведении в воду вначале аммиака, а через несколько секунд хлора. В этом случае в воде образуется связанный (хлораминный) хлор. В сравнении с хлором хлорамин дольше сохраняет в воде обеззараживающие свойства и препятствует появлению неприятных запахов в воде, которая содержит фенол. При соединении фенола со свободным хлором образуются хлорфенолы, запах (аптечный) которых значительно более выражен чем у исходных веществ. Хлорамин не образует хлорфенолов, но окислительные свойства его меньше, поэтому необходимо увеличивать дозу остаточного связанного хлора и время его контакта с водой для обеспечения обеззараживающего эффекта в полном объеме

 

Специальные методы обработки воды В том случае если с помощью основных методов отработки воды не удается достигнуть необходимого качества питьевой воды, применяются особые методы обработки, получившие название специальных. Классификация их приведена в таблице 8.

Дезодорация – устранение запаха воды, достигается аэрированием, обработкой окислителями, фильтрацией через слой активированного угля.

Обезжелезивание – удаление избыточного содержания солей железа, осуществляется на специальных сооружениях – градирнях (в них воды разбрызгивается). При этом Fe⁺² окисляется, переходит в малорастворимую форму Fe⁺³ и в дальнейшем задерживается в отстойниках или на фильтрах.

Умягчение – метод удаления солей жесткости. Наиболее старый метод – известково-содовый. Современные методы опреснения основаны на применении ионообменных смол. Иониты могут быть естественного и искусственного происхождения. Использование катионитных смол позволяет удалить катионы, фильтруя воду через аниониты удаляют анионы.

Опреснение – метод удаления избытка солей. Известно много методов опреснения: дистилляция, химические (реагентные, ионный обмен), использование полупроницаемых мембран (гиперфильтрация), электродиализ.

Дезактивация – методы, позволяющие удалять из воды радиоактивные изотопы. Коагуляция, отстаивание и фильтрация снижает содержание радиоактивных веществ на 70-80%. С целью более глубокой дезактивации используют фильтрацию через ионообменные смолы.

Дефторирование. В случае необходимости удаления фтора ее фильтруют через активированную гидроокись алюминия. Иногда  имеется возможность уменьшения фтора в воде до оптимальных величин за счет разведения водой из другого водоисточнника, в которой содержится минимальное количество фтора.

Фторирование воды производится с целью профилактики кариеса. При низком содержании F в воде строго дозируются растворы фторсодержащих реактивов (фторид или кремнийфторид натрия и др.).

Дегазация – методы направленные на удаление разнообразных токсических веществ (в том числе и боевых отравляющих веществ). В зависимости от природы отравляющего вещества могут применятся самые разнообразные методы: сорбционные, ионообменные, с добавлением химических реагентов (например удаление избытка хлора при добавлении тиосульфата) и др.

6