Очистка воды (осветление, обеззараживание, дегазация, дистиляция)

Введение

Водоподготовка - сложный процесс, требующий тщательного рассмотрения. Существует множество технологий и нюансов, которые прямо или косвенно непосредственно влияют на состав водоочистки, ее мощность. Поэтому, чтобы разработать технологию, переосмыслить оборудование, этапы должны быть очень осторожными.
Основной причиной создания технологий очистки воды является жесткая вода. В свою очередь, очистка воды в энергетическом секторе возникает в результате некачественной очистки воды, производимой централизованными системами очистки. Вредные выбросы в атмосферу, развитие атомной энергетики, химическое производство приводят к тому, что чистая вода на нашей земле становится редкостью. Даже где-нибудь в лесу вода, вытекающая из источника, не будет кристально чистой. Т.к. в грунтовые воды вода попадает из осадков, а продукты жизнедеятельности человека сказываются на всем. В результате вода, поступающая в централизованную систему очистки, уже содержит все виды примесей, не говоря уже о вирусах и бактериях. Для их удаления в централизованной системе очистки используется хлор и его соединения. Вот почему жесткая вода течет из наших труб. Это вода с высоким содержанием солей кальция и магния.
Хотя мы и применяем эту технологию водоподготовки каждый день, пьем ее, едим с ней, но мы редко задумываемся, каковы ее воздействия на наш организм и нашу технику
Целью данной работы является изучение очистки воды осветлением, обеззараживанием, дегазацией и дистилляцией.
Для достижения этой цели необходимо решить ряд следующих задач:
1. охарактеризовать главные загрязнители воды;
2. изучить методы очистки воды;
3. подробно рассмотреть такие методы очистки воды как: осветление, обеззараживание, дегазация, дистилляция.
Глава 1. Загрязнение и очистка воды
1.1 Главные загрязнители воды
Установлено, что более 400 видов веществ могут вызывать загрязнение воды. Если допустимая норма превышена по крайней мере для одного из трех индикаторов опасности: санитарно-токсикологических, общих санитарных или органолептических, вода считается загрязненной.
Различают химические, биологические и физические загрязнители. Среди химических загрязнителей наиболее распространенными являются нефть и нефтепродукты, СПАВ (синтетические поверхностно-активные вещества), пестициды, тяжелые металлы, диоксины и т. д. Биологические загрязнители очень опасно загрязняют воду: вирусы и другие патогенные микроорганизмы; и физические - радиоактивные вещества, тепло и т. д.
Процессы загрязнения поверхностных вод обусловлены различными факторами. К основным из них относятся:
1. Сброс в водоемы неочищенных сточных вод.
2. Смыв ядохимикатов ливневыми осадками.
3. Газодымовые выбросы.
4. Утечки нефти и нефтепродуктов.
Помимо поверхностных вод, подземные воды постоянно загрязняются, особенно в районах крупных промышленных центров. Загрязняющие вещества могут проникать в подземные воды различными способами: когда просачиваются промышленные и бытовые сточные воды из хранилищ, прудов, отстойников и т. д. Просачиваются через кольцевое пространство неисправных скважин, через впитывающие колодцы, карстовые воронки и т. д.
Природные источники загрязнения включают непосредственно высокоминерализованные подземные или морские воды, которые можно вводить в пресную незагрязненную воду во время работы водозаборных сооружений и откачки воды из скважин.
Важно подчеркнуть, что загрязнение подземных вод не ограничивается областью промышленных предприятий, хранилищ отходов и т. д. A распространяется вниз по течению на расстояние от 20 до 30 км или более от источников загрязнения. Это создает реальную угрозу для снабжения питьевой водой.
Загрязнение водных экосистем представляет огромную опасность для всех живых организмов и, в частности, для человека. Для здоровья человека неблагоприятные последствия при использовании загрязненной воды, а также при соприкосновении с ней (купание, стирка, рыбалка и т. д.) проявляются непосредственно при питье или в результате биологического накопления. При прямом контакте человека с водой, загрязненной бактериями, а также при проживании или вблизи водоема, несколько паразитов могут проникать в кожу и вызывать серьезные заболевания, особенно характеристики тропиков и субтропиков.
Среди проблем водозащиты одной из важнейших является разработка и внедрение эффективных методов обеззараживания и очистки поверхностных вод для питьевого водоснабжения.
Наиболее распространенные примеси, ухудшающие качество питьевой воды:
1. Взвешенные вещества - нерастворимые в воде суспензии, эмульсии. Наличие взвешенных веществ в воде свидетельствует о ее загрязнении частицами глины, песка, ила, водорослей и т. д.
2. Органические вещества природного происхождения - частицы гумуса почвы, отходы и разложение растительных и животных организмов.
3. Органические вещества технологического происхождения - органические кислоты, белки, жиры, углеводы, хлорорганические соединения, фенолы, нефтепродукты.
4. Микроорганизмы - планктон, бактерии, вирусы.
5. Соли жесткости - соли кальция и магния угольной, серной, соляной и азотной кислот.
6. Соединения железа и марганца - органические комплексные соединения, сульфаты, хлориды и бикарбонаты.
7. Соединения азота - нитраты, нитриты, аммиак.
8. Растворимые в воде газы - сероводород, метан.
Метод или набор методов очистки выбирается на основании изучения свойств родниковой воды, ее запасов в источнике, непосредственно количества требуемого продукта и уязвимости канализационной системы для поглощения загрязнителей, извлеченных из воды.
1.2 Методы очистки воды
В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Тем не менее, это происходит медленно. В то время как промышленные и бытовые сбросы были низкими, реки сами справились с ними. В нашу индустриальную эпоху из-за значительного увеличения отходов водоемы больше не могут справляться с таким значительным загрязнением. Сточные воды должны быть нейтрализованы, обработаны и утилизированы.
Очистка сточных вод - обработка сточных вод для уничтожения или удаления вредных веществ. Сброс сточных вод в результате загрязнения является сложным производством. Как и во всех производствах, в нем есть сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода).
Методы очистки вод непосредственно можно разделить на 2 большие группы: деструктивные и регенеративные.
Деструктивные методы основаны на уничтожении загрязняющих веществ. Образующиеся продукты разложения удаляются из воды в виде газа, отложений или остаются в воде, но в нейтрализованной форме.
Методы регенерации - это не только очистка сточных вод, но и утилизация ценных веществ, образующихся в отходах.
Методы очистки воды можно разделить на: механические, химические, гидрохимические, электрохимические, физико-химические и биологические. При совместном использовании метод очистки и удаления сточных вод называется комбинированным методом. Применение конкретного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примеси.
Суть механического метода заключается в том, что механические примеси непосредственно удаляются из сточных вод путем отстаивания и фильтрации. Крупные частицы, в зависимости от их размера, улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозными ловушками различных конструкций и поверхностными загрязнителями, улавливаемыми нефтяными ловушками, газовыми ловушками, отстойниками.
Химический метод включает добавление различных химических веществ в сточные воды, которые реагируют с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков.
Гидромеханические методы используются непосредственно для извлечения дисперсных и нерастворимых грубых примесей из органических и неорганических веществ из сточных вод путем осаждения, фильтрации, процеживания и центрифугирования. Для этого используются несколько структурных модификаций сит, решеток, песколовок, отстойников, центрифуг и гидроциклонов.
Электрохимические процессы очистки сточных вод от различных растворимых и дисперсных загрязнений включают анодное окисление и катодное восстановление, электрокоагуляцию и электродиализ. Процессы, лежащие в основе этих методов, происходят, когда электрический ток проходит через сточные воды.
Физико-химические методы очистки сточных вод разнообразны

. Это коагуляция, флотация, очистка адсорбцией, ионный обмен, экстракция, обратный осмос и ультификация. С помощью физико-химического метода обработки мелкодисперсные и растворенные неорганические примеси удаляются из сточных вод, а органические и слегка окисленные вещества разрушаются.
Биохимические методы очистки сточных вод. Они используются для очистки бытовых и промышленных сточных вод от органических и некоторых неорганических веществ (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитратов и т. д.).
Глава 2. Осветление, обеззараживание, дегазация, дистилляция воды
2.1 Осветление воды
Осветление воды относится к удалению взвешенных веществ. Обесцвечивание воды - устранение цветных коллоидов или действительно растворенных веществ. Осветление и обесцвечивание воды получают непосредственно путем осаждения, фильтрации через пористые материалы и коагуляции. Чаще всего эти методы используются в сочетании друг с другом, например, седиментация с фильтрацией или коагуляция с седиментацией и фильтрацией.
Фильтрация происходит из-за удержания взвешенных частиц снаружи или внутри пористой фильтрующей среды, в то время как седиментация т.е. осаждение представляет собой процесс осаждения взвешенных частиц в осадке (для этого неосветленная вода задерживается в специальных отстойниках).
Взвешенные частицы осаждаются под действием силы тяжести. Преимущество отложения заключается в отсутствии дополнительных энергетических затрат при осветлении воды, в то время как технологический поток прямо пропорционален размеру частиц. Когда наблюдается уменьшение размера частиц, наблюдается увеличение времени осаждения. Эта зависимость также влияет на изменение плотности частиц в суспензии. Осадки рационально используются для выделения тяжелых и громоздких взвесей.
Фильтрация на практике может обеспечить любое качество осветления воды. Однако, благодаря этому способу осветления воды, необходимы дополнительные затраты энергии, которые непосредственно служат для снижения гидравлического сопротивления пористой среды, которая способна накапливать взвешенные частицы и увеличивать сопротивление со временем. Чтобы предотвратить это, желательно профилактически очистить пористый материал, способный восстановить первоначальные свойства фильтра.
С увеличением концентрации взвешенных веществ в воде требуемый показатель осветления также увеличивается. Эффект осветления может быть улучшен во время операции химической очистки воды, которая требует использования вспомогательных процессов, таких как: флокуляция, коагуляция и химическое осаждение.
Обесцвечивание, наряду с осветлением, это один из начальных этапов очистки воды на очистных сооружениях. Данный этап производится путем отстаивания воды в емкостях с последующей фильтрацией непосредствнно через песчано-угольные фильтры. Для более быстрого осаждения взвешенных частиц в воду добавляются коагулянты-флокулянты - сульфат алюминия или хлорид железа. Для увеличения скорости процессов коагуляции также применяется химический препарат полиакриламид (ПАА), который непосредственно увеличивает коагуляцию взвешенных частиц. После коагуляции, отстаивания и фильтрации вода становится прозрачной и, как правило, бесцветной, а яйца геогельминтов и 70-90% микроорганизмов удаляются.
2.2 Методы обеззараживания воды
Реагентные (химические) способы обеззараживания питьевой воды:
1. Хлорирование
2. Озонирование
3. Применение тяжелых металлов
Физические методы обеззараживания питьевой воды:
1. Кипячение
2. Ультрафиолетовое излучение
3. Обеззараживание ультразвуком
4. Радиационное обеззараживание
5. Обеззараживание с помощью ионообменных смол
Хлорирование. Первичное хлорирование является распространенным и проверенным методом обеззараживания воды. Основной причиной успеха этого метода является повышенная эффективность обеззараживания воды и рентабельность научно-технического процесса по сравнению с другими способами. Метод хлорирования не только очищает воду от ненужных органических и биологических примесей, но и безопасно удаляет соли железа и марганца. Преимущество этого метода состоит в том, что этот метод сохраняет способность обеспечивать микробиологическую защиту воды во время ее транспортировки благодаря следующему эффекту. У этого метода также есть недостатки. Например, после хлорирования в воде наблюдается наличие свободного хлора. Этот процесс занимает несколько десятков часов. Для уничтожения примесей потребуется дополнительная очистка воды на угольных фильтрах. Для хлорирования воды используются непосредственно лекарства: например, прямой хлор (водный или газообразный), диоксид хлора и другие препараты, содержащие хлор.
Озонирование. Преимущество озона над другими дезинфицирующими средствами заключается в его дезинфицирующих и окислительных свойствах, благодаря выделению энергичного атомарного воздуха при контакте с органическими объектами, которые разрушают ферментативные системы микробных клеток и окисляют все соединения, которые придают воде неприятный аромат. В дополнение к его уникальной способности уничтожать микробы, озон имеет непосредственно наивысшую отдачу от уничтожения спор, кист и многих других патогенных бактерий. Количество озона, важное для обеззараживания питьевой воды, зависит от степени засорения воды и составляет 1-6 мг/л при контакте 8-15 минут; оставшийся озон должен быть менее 0,3-0,5 мг/л. С гигиенической точки зрения метод озонирования воды является лучшим методом обеззараживания питьевой воды.
Причинами медленного распространения технологии озонирования считаются высокая цена оборудования, высокое потребление электроэнергии, высокие производственные затраты, а также потребность в высококвалифицированном оборудовании. Метод озонирования воды является технически трудоемким и самым дорогим, в отличие от других методов обеззараживания питьевой воды. Все это ограничивает внедрение этого метода в повседневную жизнь. Еще одним существенным недостатком в озонировании является токсичность озона.
Применение тяжелых металлов.  Использование тяжелых металлов (меди, серебра и т. д.) для обеззараживания питьевой воды основано на использовании их «олигодинамического» качества - способности оказывать антибактериальное действие в небольших концентрациях. Эти сплавы могут быть введены в форме солевых растворов или путем химического растворения. В обоих методах возможен косвенный контроль их содержания в воде.
Также широко используемым методом в начале прошлого века была дезинфекция питьевой воды - дезинфекция соединениями брома и йода, кстати, этот метод более эффективен в отличие от хлора и обладает лучшими антибактериальными свойствами, чем хлор, хотя технология является более трудоемкой. В современной практике специализированные ионообменники, обогащенные йодом, обычно используются непосредственно для дезинфекции питьевой воды путем йодирования. Когда вода протекает через ионообменники, йод постепенно вымывается из ионообменной смолы, обеспечивая необходимую дозу в воде. Это решение приемлемо для компактных персональных установок. Недостатком этого способа является изменение концентрации йода в течение рабочего периода и отсутствие полного контроля за его концентрацией.
Кипячение. Самым популярным и верным методом обеззараживания воды считается кипячение, которое непосредственно относится к физическому методу обеззараживания воды. В процессе кипячения уничтожается большинство бактерий, микробов, бактериофагов, вирусов, антибиотиков и других биологических объектов в источниках воды.
Следует также отметить, что в процессе кипячения, растворенные газы удаляются, и вода становится непосредственно более мягкой. Вкусовые свойства воды практически не меняются во время приготовления. Для хорошей дезинфекции рекомендуется кипятить воду в течение 15-20 минут, так как самые маленькие организмы могут сохранять свою жизнеспособность даже после короткого кипения. Однако использование метода кипячения в промышленных масштабах невозможно из-за высокой стоимости процесса.
Ультрафиолетовое излучение.  УФ-излучение является перспективным промышленным методом обеззараживания воды. Дезинфицирующие свойства этого света обусловлены особым влиянием на клеточный метаболизм и ферментативные системы бактериальной клетки. В результате антибактериальный свет уничтожает вегетативные и споровые формы микробов