Химические методы очистки воды. Химические способы водоочистки

Химические методы очистки воды. Химические способы водоочистки

Все они сводятся к правильному подбору ингредиентов и активизации нужных процессов – либо выпадения осадка, либо разложения на безопасные составляющие.

Методы данной категории можно условно разделить на 3 подгруппы:

нейтрализация,

восстановление,

оксидация (окисление).

Первый случай основан на кислотно-щелочном взаимодействии – выравнивается pH-уровень. Для этого нужно добавить в жидкость либо недостающую среду, либо средства-активаторы. Например, для стоков это либо Ca(OH)2 (известковое молоко) или Na2CO3, либо отходящие газы со значительной концентрацией NO2, CO2 или SO2.

Но как быть тогда, когда примеси не вступают в реакцию с вышеперечисленными соединениями? Нужно использовать более сильные вещества, обычно хлорсодержащие: Cl2, ClO2, NaClO, KClO, Ca(ClO)2. Не менее популярны H2O2, KMnO4, K2Cr2O7, O2 и O3 – запускающие реакции оксидации, в результате которых вредные добавки становятся либо менее токсичными, либо легче удаляемыми.

Ранее очистка воды химией путем хлорирования широко использовалась в централизованных системах водоснабжения. Ее применяли из-за низкой стоимости, впечатляющей эффективности и антибактериального действия реагентов. Но со временем стали проявляться и недостатки: по мере износа коммуникационных линий вероятность повторного загрязнения становилась выше, всегда оставался риск не соблюсти дозировку, что оборачивалось появлением токсинов в жидкости.

Поэтому сейчас все чаще отдают предпочтение озонированию, ведь O3 абсолютно безопасен в любых своих концентрациях, а результативность его даже лучше. Единственный его минус в том, что получать его в больших объемах пока проблематично.

Физико-химические методы очистки воды. Физико-химические методы очистки.

Данные методы используют для очистки от растворенных примесей, а в некоторых случаях и от взвешенных веществ. Многие методы физико-химической очистки требуют предварительного глубокого выделения из сточной воды взвешенных веществ, для чего широко используют процесс коагуляции.

В настоящее время в связи с использованием оборотных систем водоснабжения существенно увеличивается применение физико-химических методов очистки сточных вод, основными из которых являются:

флотация, сорбция, ионообменная и электрохимическая очистка, гиперфильтрация, нейтрализация, экстракция, эвапорация, выпаривание, испарение и кристаллизация.

Флота́ция (фр. flottation, от flotter — плавать) — процесс разделения мелких твёрдых частиц (главным образом, минералов), основанный на различии их в смачиваемости водой. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы избирательно закрепляются на границе раздела фаз, обычно газа и воды, и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц. При флотации пузырьки газа или капли масла прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности.

Коагуляция (от лат. coagulatio — свертывание, сгущение), также старение — объединение мелких частиц дисперсных систем в более крупные под влиянием сил сцепления с образованием коагуляционных структур.

Коагуляция — физико-химический процесс слипания коллоидных частиц.

Коагуляция ведёт к выпадению из коллоидного раствора хлопьевидного осадка или к застудневанию. Коагуляция — естественный, самопроизвольный процесс расслаивания коллоидного раствора на твёрдую фазу и дисперсионную среду. Таким образом дисперсная система стремится достигнуть состояния минимальной энергии.

82. Флотация

Флотация предназначена для извлечения из воды гидрофобных частиц (нефтепродукты) пузырьками газа, подаваемого в сточную воду. В основе этого процесса имеет место молекулярное слипание частиц масла и пузырьков тонкодиспергированного в воде газа. Образование агрегатов «частица — пузырьки газа» зависит от интенсивности их столкновения друг с другом, химического взаимодействия содержащихся в воде веществ, избыточного давления газа в сточной воде и т. п.

Флотация — метод извлечения из жидкости диспергированных и коллоидных включений, основанный на способности частиц прилипать к газовым пузырькам (образуя флотокомплексы) и переходить вместе с ними в пенный слой. Сущность флотационного процесса заключается в специфическом действии молекулярных сил, вызывающих слипание частиц примесей с пузырьками газа, всплывание флотокомплексов и образованию на поверхности жидкости пенного слоя, содержащего извлеченные вещества. Слипание пузырьков воздуха происходит только с гидрофобными частицами (несмачиваемыми водой) или частицами, имеющими гидрофобные участки поверхности. Следовательно, для интенсификации флотационного процесса рекомендуется использовать реагенты, которые, находясь в воде, сорбируются на поверхности частиц, понижая их смачиваемость, а значит, повышают гидрофобизацию загрязнений. Кроме того следует отметить, что понижение поверхностного натяжения повышает эффект флотационной очистки воды. Образование флотокомплексов (агрегатов «частица — пузырьки газа») зависит от интенсивности их столкновения друг с другом, химического взаимодействия содержащихся в воде веществ, избыточного давления газа в сточной воде и т. п.

Способы очистки воды механический химический биологический. Типичные загрязнения питьевой воды: методы очистки

Чтобы определить, от какого именно типа загрязнений требуется очищать воду, необходимо провести ее анализ, выявляющий как качественные, так и количественные показатели всех составляющих.

Наиболее распространенные виды загрязнений и методы очистки питьевой воды:

• Механические примеси, которые могут присутствовать как в воде из колодца (скважины) , так и в водопроводной воде, удаляются при помощи грязевых (механических) и угольных фильтров.
• В тех случаях, когда в воде в большом количестве присутствуют микроорганизмы, органические соединения, а также превышены нормы содержания химических элементов, универсальным является применение метода обратного осмоса для очистки воды.
• Повышенное содержание железа в воде из колодца или из скважины требует обезжелезивания, которое выполняется при помощи различных методов: с применением в фильтрах инертных либо каталитических загрузок, методом аэрации, способом электромагнитной очистки.
• Высокое содержание марганца, которое часто встречается в воде из скважин или из открытых источников водозабора, можно нейтрализовать при помощи перманганата калия; каталитических загрузок; а при незначительных концентрациях — применением метода обратного осмоса.
• Жесткая вода из колодцев или скважин , отличающаяся избыточным содержанием гидрокарбонатов и сульфатов, требует умягчения фильтрами с ионообменными смолами.
• Вирусы и бактерии, которые встречаются в воде из природных источников (колодцев и скважин), но могут присутствовать и в водопроводной воде , уничтожаются с применением хлорирования, озонирования, УФ-облучения, ионов серебра или при помощи обратноосмотического мембранного способа очистки воды.
• Загрязнения смешанного характера — сероводород, механические примеси, железо, марганец, избыточная жесткость и прочее, — присутствующие в воде из скважин , требуют применения одновременно нескольких способов очистки.

Источник: https://avtonomnaya-kanalizaciya.aystroika.info/novosti/tehnologii-ochistki-kanalizacionnyh-stokov-kak-vliyayut-neochishchennye-stoki-na

Химическая очистка воды это. Химические методы очистки сточной воды

Очистка сточных вод химическим путем – один из трех способов, использующихся для борьбы с загрязнениями. Существуют также механический и физико-химический. Первый направлен на первичную обработку и удаление самых крупных частиц, в то время как физико-химический способен справиться даже с малейшими частицами путем обработки озоном и ультразвуком.

Химическая очистка воды из стоков способствует выделению из отработанных жидкостей растворенных веществ – механическая обработка на это неспособна. Технология оказывает действие на загрязняющие вещества на молекулярном уровне, не только извлекая примеси, но также дезинфицируя и обесцвечивая воду. Однако, для достижения желаемого эффекта важно строго соблюдать количество используемых реагентов и обеспечить оптимальные условия для полноценного завершения реакций.

К основным задачам химических методов можно отнести очистку сточных вод от вредных веществ и микроорганизмов, которые могут оказывать пагубное влияние на окружающую среду. Он подразумевает добавление реагентов, под действием которых загрязнения выпадают в осадок. Далее, механизированным путем, они удаляются.

Химические методы очистки сточных вод

Существует три основных метода химической водоочистки, используемых чаще всего: нейтрализация, окисление и коагулирование.

1. Нейтрализация . Сущность метода заключена в обработке стоков кислотами или щелочами. Это позволяет добиться оптимального показателя рН. Он активно задействуется в промышленной сфере. В частности, его используют в текстильной, фармацевтической, химической промышленности, а также в машиностроении. В роли реагентов применяют растворы кислот и щелочей. В некоторых случаях вода может проводиться через загрузки с нейтрализующими свойствами – магнезит или доломит. В этом случае используется специальное оборудование.
2. Окисление . Данный метод выражается в добавлении сразу нескольких видов окислителей. К ним можно отнести хлор, диоксид хора, кислород, а также гипохлорит натрия или кальция. Способ эффективен при очистке отработанных стоков, в составе которых присутствуют такие соединения как цинк и цианид меди. Окисление часто применяют в машиностроении и приборостроении, а также целлюлозно-бумажной промышленности и свинцово-цинковых производствах. После проведения такой очистки токсичные вещества теряют свои вредные свойства. К недостаткам технологии можно отнести достаточно высокую стоимость реагентов и их большой расход.
3. Коагулирование . Коагулирование подразумевает использование особых соединений – коагулянтов. В зависимости от серьезности загрязнений, в их роли может выступать сернокислый алюминий или хлорное железо. Соединения вступают в контакт с бикарбонатами, содержащимися в стоках, и обеспечивают их быстрое, а главное эффективное осаждение. Это касается как полимерных смол, так и других вредных веществ.

Биологические способы очистки воды

Биологические методы восстановления нормативных показателей воды являются самыми современными и довольно результативными. Биотехнологии основаны на использовании живых организмов – различных видов бактерий, низших грибов, водорослей, простейших и даже некоторых многоклеточных (красных червей и мотыля).

Биологический способ очистки воды осуществляется путем подбора определенного вида живых организмов, подходящих для нормализации химического состава сточных вод. Например, для окисления азотсодержащих соединений используются нитрофицирующие бактерии Nitrobacter и Nitrosomonas, а для удаления фосфора из жидкости необходимы фосфат аккумулирующие организмы.

Скопления колоний бактерий и микроорганизмов, которые очищают водные стоки, называются активным илом. Эта темно-коричневая или черная илистая масса с запахом сырой земли при отстаивании образует оседающие хлопья. Колонии микроорганизмов (зооглеи), в зависимости от условий биоочистки и химического состава жидкости, могут принимать различную форму (шарообразную, древовидную и т. д.) После улучшения качественных показателей сточных вод активный ил с находящимися в нем зооглеями легко отделяется от водной составляющей.

Использование определенного оборудования и технологические особенности очистительного процесса напрямую зависят от вида микроорганизмов, которые образуют очищающую биомассу. Все они делятся на две основные группы: аэробные и анаэробные. Аэробным бактериям для окисления веществ необходим кислород, который они потребляют в процессе питания. Анаэробные организмы при выполнении своей «работы» в кислороде не нуждаются.

Условия, в которых используются биологические способы очистки воды:

• биологические пруды – естественные или искусственные водоемы;
• поля фильтрации – участки почвы, через которые происходит фильтрация воды (песок, глина, суглинок или торф);
• биофильтры – специальные очистные сооружения;
• аэротенки (окситенки) – сложные конструкции для искусственной аэрации;
• метантенки – геометрические резервуары для анаэробной стабилизации осадков и сточных вод.

В почве биологических прудов обитают микроорганизмы активного ила, происходит естественная аэрация. В песчаных, глинистых, суглинистых и торфяных почвах тоже живут микроорганизмы, за счет них и осуществляется фильтрация. Очистные системы такого типа отличаются простотой и отсутствием эксплуатационных затрат, но они не способны бороться с сильными загрязнениями.

В биофильтре для очистки воды используется слой загрузочного материала, покрытый биопленкой – пластом аэробных бактерий. Этим микроорганизмам для окисления и биоразложения вредных веществ необходим кислород. Чтобы обеспечить доступ атмосферного воздуха в биофильтре предусмотрена воздухораспределительная система или используется естественная аэрация.

Аэротенк – сложное очистное сооружение для искусственной аэрации. В процессе биологической очистки вода смешивается с активным илом, в котором находятся колонии аэробных микроорганизмов. Искусственная аэрация в аэротенке способствует насыщению среды кислородом. Процессы биоразложения загрязнений стимулируются кислородом и дополнительным перемешиванием. В аэротенк для аэрации поступает атмосферный воздух, а в окситенке используется технический кислород, который повышает эффективность процесса очистки.

В метантенках сточные воды очищаются анаэробными микроорганизмами. Этот способ отличается от описанных выше технологий тем, что в процессе очистки не требуется кислород. В резервуар подается не вода, а концентрированный осадок, который выпадает в отстойниках. Он подвергается интенсивному сбраживанию: мезофильному при температуре +30…+35 °C или термофильному при температуре +50…+55 °C. Чтобы ускорить процесс брожения, в метантенке может быть установлен дополнительный подогрев. Анаэробное разложение происходит в несколько этапов. На последнем происходит образование метана, который является экологически чистым топливом.

Химическая очистка воды. Вода и технологии очистки

Что такое технология очистки воды - это процесс удаления из водного состава всех нежелательных примесей, присутствующих в коллоидном, растворенном, взвешенном виде.

Вода может быть загрязнена:

• Сульфатами - солями серной кислоты.
• Хлоридами - соединениями соляной (хлороводородной) кислоты.
• Нитратами - солями азотной кислоты, которые в большом количестве проникают в почву из азотных удобрений.
• Фторидами - твердыми соединениями фтористоводородной кислоты.
• Железистыми примесями , вместе с которыми часто присутствует нежелательный марганец.
• И многими другими элементами, наличие которых допустимо лишь в небольших дозах мг/л.

Примеси делятся на несколько групп:

1. Минеральные - частицы почвы, шлаков, глины, песка. В воде присутствуют минеральные соединения солей, кислот, оснований.
2. Органические природного происхождения - останки растений и животных, продукты их распада и физиологических выделений.
3. Биологические - микроскопические водоросли, частички ила, грибы. Это водная микрофлора. Микрофауну представляют микроорганизмы (планктон): рачки, черви, инфузории.
4. Органические искусственного происхождения - примеси, которые попадают в воду в результате деятельности промышленных предприятий.

По состоянию примеси могут быть: растворенными (невидимыми), жидкими (эмульгированными), твердыми (видимые частицы), газообразными (в воде обычно присутствует азот, углекислый газ, кислород).

Точный состав водного раствора можно определить, заказав экспертизу в сертифицированной лаборатории, где есть необходимое оборудование, инструменты, реактивы для исследований. При анализе проб определяется: общая жесткость, кислотность и щелочность (pH), числовые величины присутствия разных компонентов: кальция, натрия, стронция.

Физико-химические и химические методы очистки воды. Определение

Метод основан на использовании физических свойств загрязнений и химических веществ, используемых для их удаления.

У гидрофильных веществ энергия притяжения к молекулам воды больше энергии притяжения между собой водных молекул, поэтому многие гидрофильные компоненты интенсивно с ними взаимодействуют и хорошо растворяются.

У гидрофобных веществ энергия притяжения молекул к молекулам воды меньше энергии водородных связей молекул воды.

К ним относятся:

• жиры;
• часть углеводов (крахмал, гликоген, клетчатка);
• нуклеиновые кислоты;
• АТФ;
• большинство белков, нерастворимых в воде.

Абсолютно гидрофобных («водоотталкивающих») компонентов не существует, поэтому гидрофобность рассматривают как малую степень гидрофильности.

В результате взаимодействия гидрофобные компоненты отделяются от гидрофильных, преобразуются в пену или выпадают в осадок.

На этапе физико-химической очистки из сточных вод удаляются коллоидные и мелкодисперсные частицы  – нерастворимые примеси размером 1-1000 нм, трудноудаляемые минеральные и органические вещества.

Способ также эффективен для удаления некоторых щелочей, кислот, ионов, для разрушения слабоокисляемых соединений.

Преимущества физико-химических методов:

1. Позволяют очистным сооружениям стабильно работать даже при низкой температуре жидкости, колебаниях рН, гидравлических и органических нагрузках.
2. Невысокая продолжительность обработки.
3. Можно быстро запустить оборудование после первичной установки или профилактического обслуживания, ремонта.
4. Стабильная обработка стоков, особенно в сравнении с этапом биоочистки.
5. Процесс максимально автоматизирован – участие человека в контроле оборудования минимально.
6. Уровень очистки от примесей, которые не улавливаются при механической фильтрации, составляет, в зависимости от способа, 85-99%.
7. Возможность рекуперации большинства отходов для вторичного использования.

Недостатки физико-химических методов:

1. Высокоэффективные технологии (обратный осмос, абсорбция, ионный обмен) являются дорогостоящими.
2. При реализации недорогих способов (коагуляция, флокуляция) образуется большая масса побочных продуктов, требуется доочистка стоков.
3. Некоторые виды, основанные на использовании тока (электрофлотация, электрокоагуляция), требуют больших энергозатрат.

Хим очистка воды в котельной. Какое оборудование используют для водоподготовки

Классическая схема системы очистки воды для котельных:

• Первый этап – фильтры механической очистки. Это средства грубой очистки, которые убирают крупные загрязняющие частицы – песок, камни, взвеси. Для этого используют сетчатые и дисковые механические фильтры грубой очистки.
• Второй этап – умягчение и удаление растворенных в воде минеральных солей. Для этого используют установки умягчения и обессоливания – ионообменные фильтры или обратный осмос.
• Третий этап – удаление кислорода. Здесь используют 2 метода очистки: химический и термический. Первый осуществляется с помощью дозации в воду реагента. Мы используем корректирующее средство для химического связывания кислорода Гидрос-К9. Этот реагент не образует летучие пары и поэтому может использоваться для производства пара в пищевой промышленности. Термический метод представляет из себя удаление свободного кислорода в деаэраторе.

В зависимости от качества источника воды, перед вторым этапом помимо грубой механической очистки может потребоваться обезжелезивание и аэрация – окисление железа кислородом.

Пример промышленной установки для обратного осмоса

С точки зрения умягчения и защиты оборудования котельной от солей, самый эффективный способ из существующих – обратный осмос . Это глубокая очистка от солей, убирающая до 99 % вредных веществ. Жидкость под давлением насосами подается на обратноосмотические мембраны, которые пропускают только молекулы воды и задерживают загрязнения.

Выбор конкретного оборудования упирается в технико-экономическое обоснование. Отталкиваясь от качества воды мы подбираем оптимальное решение по соотношению цены и качества. Рассчитываем капитальные затраты на приобретение оборудования и эксплуатационные затраты. В последние входят расходы на исходную воду, сброс концентрата, электроэнергию, реагенты, фильтрующие элементы и работы по их замене. В результате имеем расчет себестоимости 1 куб.м. очищенной воды пригодной для котла.