Современные технологии очистки вод.

Введение

Актуальность темы. Проблема обеспечения населения России доброкачественной питьевой водой относится к числу наиболее социально значимых, поскольку вода непосредственно влияет на состояние здоровья граждан и кардинальным образом определяет степень экологической и эпидемиологической безопасности целых регионов. Анализ состояния водоснабжения населения в большинстве регионов России показал, что качество питьевой воды в ряде случаев остается неудовлетворительным, а в некоторых населенных пунктах эта проблема приобрела кризисный характер, поэтому изучение темы «Современные технологии очистки вод» является актуальным в наше время.
Цель работы: теоретическое обоснование современных технологий очистки вод.
Поставленная цель определила следующие задачи:
1. определить особенности методов и технологий очистки вод;
2.проанализировать современные технологии очистки сточных вод;
3. охарактеризовать технологии получения питьевой воды.
В работе использовано следующие методы исследования:
• изучение научно-теоретических источников,
•синтез,
•сравнение и индукция.
Реферативная работа состоит из оглавления, двух глав, которые максимально раскрывают личное видение автором особенностей современных технологий очистки вод, заключения и списка использованных источников литературы.
Реферативная работа представлена на 16 страницах машинописного текста.


Теоретическое обоснование особенностей методов и технологий очистки вод

В рамках раскрытия данного параграфа, важно обозначить, что вода имеет ключевое значение для функционирования жизни на Земле. Известный ученый, основоположник ряда новых научных дисциплин, биохимик и минералог, академик В. И. Вернадский писал: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества – минерала горной породы, живого тела, которое её бы не заключало. Всё земное вещество ею проникнуто и охвачено» [1].
В ХХ в. было принято решение о необходимости введения нормативов качества на питьевую воду. Обозначим, что вода характеризуется физическими, химическими и бактериологическими свойствами. К физическим свойствам относятся: температура, цветность, мутность, привкус и запах. Химические свойства воды определяются следующими показателями: активной реакцией, жесткостью, окислением, содержанием солей. Степень бактериологического загрязнения воды зависит от количества бактерий, содержащихся в 1 см3 воды. Например, вода таких поверхностных источников, как реки и озера, содержит бактерии сточных и дождевых вод[5].
Эволюция реагентных методов очистки воды началась с давних времен. Тогда человеку не хватало знаний, его действия основывались на интуиции и жизненном опыте – воду очищали соками тропических растений, с помощью серебряной нити, отстаиванием. Только в середине XIX в., при развитии систем водоснабжения, возникли научные подходы к очистке питьевой воды. Позже ученые-химики И. Я. Горбачевский, М. Д. Зелинский, К. Б. Яцимирский, Д. Симпсон, Е. Пелиго, Ж. Гуннинг начали исследования по определению эффективности применения химических веществ для очистки воды. Они доказали, что применяя отстаивание и фильтрование, целесообразно добавлять к воде небольшое количество химических соединений для эффективного освещения, очистки от взвешенных веществ и бактериального загрязнения.
Современные методы очистки воды и принципы работы очистных устройств можно разделить на пять основных групп[3]
•физические,
• химические,
•физико-химические,
•биологические и механические.
Химический процесс очистки воды заключается в ее хлорировании или озонировании. Большинство стран для очистки воды используют метод озонирования. Также существуют такие методы химической очистки воды, как: фильтрация и нейтрализация с помощью специальных препаратов, благодаря которым можно обрабатывать небольшие объемы загрязненной и непригодной для употребления воды. При фильтрации жидкость, проходя через фильтр, очищается за счет реакции обмена, когда нежелательные элементы и частицы оседают на ионообменных смолах. Данный метод химической очистки воды позволяет выделить из жидкости конкретные вещества и оставить элементы, не требующие удаления.
Нейтрализация – это метод очистки воды, который заключается в применении нейтрализующих веществ (сода, известь, аммиак), вступая во взаимодействие с загрязняющими элементами, они позволяют очистить жидкость от кислот.
Самым простым физическим методом очистки воды является кипячение. Благодаря ему вода очищается от болезнетворных организмов, однако не лишается различных химических загрязнений. К современным и актуальным физическим методам принадлежит также облучение воды ультрафиолетом, благодаря которому уничтожаются все вредные микроорганизмы.
Механические методы очистки воды предусматривают использование различных фильтров

. Фильтры бывают грубые - для очистки воды от крупного мусора и песка, а также тонкие, позволяющие отфильтровать очень мелкую пыль, химические примеси и микроорганизмы[2].
Биологические методы предусматривают использование микроорганизмов в процессе переработки органики, которые влияют на процессы окисления и восстановления различных органических субстанций. Подобные субстанции образуют коллоидные системы или тонкие суспензии, а микроорганизмы очищают воду от твердых и жидких продуктов жизнедеятельности человека и хозяйственно бытовых загрязнений. Очистные системы, которые реализуют биологические методы очистки воды, условно можно разделить на природные и искусственные сооружения. Для достижения лучшего результата методы комбинируются. Фильтры высокотехнологичных устройств очистки воды могут сочетать в себе химические, механические и биологические принципы работы. Современные системы очистки воды является многоступенчатыми, в каждом звене которых применяют последовательно различные методы очистки воды от загрязнений.
Физико-химические методы очистки воды используют для обеззараживания воды и ликвидации органических частиц, образующих мелкодисперсные и коллоидные массы в канализационных системах. Они основывается на фильтрации, гиперфильтрации, флокуляции, коагуляции и деструкции, что позволяет избавиться от нежелательных ионов и кислот.
К технологии очистки воды относятся угольные фильтры, ионный обмен, ультрафиолетовая фильтрация, микрофильтрация и обратный осмос. Угольные фильтры используются для фильтрации воды. С помощью картриджа с активированным углем нормализуется запах, вкус и цвет воды, однако он не удаляет тяжелые металлы.
Ионный обмен используется для смягчения жесткой воды и удаления металлов и неорганических минералов (нитратов, сульфатов, железа, магния и кальция), однако он не является эффективным при удалении бактерий. Ультрафиолетовая фильтрация избавляет воду бактерий и вирусов и дезинфицирует ее.
Технология микрофильтрации - это очищение воды от больших отложений, таких как частицы краски, ржавчины, бактерий и различного рода осадка.
Технология обратного осмоса на сегодняшний день является самой популярной для очистки воды, при фильтрации удаляется большая часть вредных веществ - нитратов, сульфатов, пестицидов, гербицидов, микроорганизмов, химических примесей и вирусов.
Таким образом, подводя итоги данного параграфа, важно обозначить, что автором проанализированы теоретические аспекты методов и технологий очистки вод, во второй главе проведем детальный анализ современных технологий очистки вод.

2.Общая характеристика современных технологий очистки питьевых и сточных вод

2.1 Анализ основных технологий очистки сточных вод

Основным методом очистки городских сточных вод изначально была призвана биологическая очистка в искусственных условиях, основанная на жизнедеятельности микроорганизмов и воспроизводящая природные процессы самоочищения почв и водоемов. Весь дальнейший опыт подтверждает правильность выбранного направления, несмотря на то, что требования к качеству очищенных сточных вод постоянно менялись.
Стоит акцентировать внимание на том, что к настоящему времени разработано большое количество технологий глубокой очистки сточных вод[4]:
• модифицированные технологии биологической очистки;
• ионообменные технологии;
• сорбционные процессы;
• мембранная технология;
• кристаллизация;
• обработка в магнитном поле и пр.
Важно обозначить, что технологии очистки должны отвечать экологическим требованиям и при этом быть экономически доступными, наиболее приемлемыми являются модифицированные технологии биологической очистки.
Одним из направлений совершенствования технологий является биологическая очистка с чередованием аэробных и анаэробных условий обработки сточной воды.
Наиболее широко аэробно-анаэробная технология обработки сточной воды применяется при использовании биологической нитрификации –денитрификации – практически единственного метода, позволяющего удалить все нормируемые в нашей стране соединения азота из сточных вод. Метод заключается в окислении аммония солевого микроорганизмами активного ила до нитратов и нитратов с последующим восстановлением окисленных форм азота до газообразного азота и выделением азота в воздух. Она представляет собой единственно доступную технологию удаления азота для городских станций аэрации большой производительности. Достоинством метода является возможность использовать для его реализации существующие сооружения.
В рамках раскрытия данного параграфа, также, важно раскрыть особенности мембранной технологии очистки вод.
Стоит акцентировать внимание на том, что технологии мембранных биореакторов позволяют:
- повысить эффективность и надежность очистных сооружений;
- повысить производительность очистных сооружений за счет увеличения концентрации активного ила в аэротенках;
- сделать очистные сооружения более компактными благодаря замене вторичного отстаивания и фильтрации на фильтрах различного типа на мембранную доочистку;
- снизить объем избыточного активного ила
Мембранные биореакторы (МБР) - сочетают в себе процессы микрофильтрации и ультрафильтрации, а также процесс аэробной биологической очистки сточных вод с высокой селективностью (высокомолекулярные соединения, взвешенные вещества, микроорганизмы активного ила и т.д.).
Биореактор состоит из нескольких камер, заключенных в монолитный герметичный резервуар, и представляет собой своеобразный фильтр для стоков:
- различные слои бактерий по ходу тока обрабатывают протекающую через них воду;
- биологически-активные слои в биореакторе: торф, биоблокатор, кальцийсодержащие породы – щебень.

Обозначим, что важным и необходимым для формирования технологических схем очистки сточных вод, отвечающим современным требованиям, является использование химической обработки сточных вод