Приборы и методы очистки питьевой воды

Способов водоподготовки и методов очистки воды придумано  уже немало. Причин загрязнений питьевой воды существует множество. Однако все  они, так или иначе, связаны с  источниками воды. Каждый тип источника  имеет свои характерные причины, вызывающие загрязнение воды.  

Решением проблем, связанных с загрязнениями воды, является ее очистка. На сегодняшний  день имеется ряд способов водоподготовки и методов очистки воды, позволяющих  получить высокое качество питьевой воды практически из любого источника.

Различные варианты получения гарантированного высокого качества питьевой воды из разнообразных  источников:

· Методы осаждения 

· Осветление воды

· Мембранные методы

· Химические реагенты для окисления 

· Адсорбция 

· Обезжелезивание  воды

· Умягчение  воды

· Обессоливание  воды

· Кондиционирование  воды

· Обеззараживание  воды

· Удаление органических загрязнений 

· Дехлорирование воды

· Удаление нитратов 

3.2.Разнообразие  методов очистки  питьевой воды                             [6,4,3] 

По цели очистки  методы подразделяют на:

А) улучшающие органолептические свойства воды, т.е. свойства, воспринимаемые органами чувств человека: запах, привкус, окраска, мутность, температура, пленки и др.;

Б) обеспечивающие ее эпидемиологическую безопасность;

В) методы кондиционирования подземных вод;

Г) улучшающие ее газовый состав после удаления сероводорода, кислорода, метана, свободной углекислоты и других веществ;

Д) направленные на извлечение трудноокисляемой органики, вредных продуктов, образующихся попутно при обработке воды с помощью проведения процессов обратного осмоса, биосорбции, нанофильтрации и других. 

К методам, улучшающим органолептические свойства воды, относят  осветление, обесцвечивание и дезодорацию. Осветление воды предполагает удаление из нее взвешенных и коллоидных веществ. Осветление и обесцвечивание воды проводят с помощью метода коагуляции (заключающегося в добавлении в воду химического реагента (коагулянта) с целью дестабилизации взвешенных коллоидных частиц и их последующего хлопьеоброзования), методов отстаивания и фильтрации (заключающейся в удалении взвешенного вещества из массы путем пропусканяи воды через слой пористого материала или через сетки с подходящим размером отверстий). 

Эпидемиологическую  безопасность воды обеспечивают с помощью методов хлорирования, озонирования, элекроимпульсной обработки, ультрафиолетового облучения. В ходе предварительного хлорирования воды в нее добавляется хлор с целью прекращения роста бактерий, растений или животных организмов, окисления органического вещества, содействия флокуляции или уменьшения запаха. Метод электроимпульсной обработки основан на совместном действии природных окислителей (озон, радикалы ОН, атомарный кислород и т.д.), УФ-излучения и электрокоагулянта, генерируемых в водо-воздушном потоке. Метод ультрафиолетового облучения основан на использовании ультрафиолетовых лучей для обеззараживания воды.  
 
 

Рисунок № 10. Метод ультрафиолетового облучения.  

Рисунок № 11. Результаты дезинфекции при помощи системы комбинированного применения ClO₂ УФ для НРС (Esparza, 1997) 
 
 
 
 
 
 
 

Более экологически чистым и эффективным является метод  озонирования воды. Озонирование предполагает добавление озона к воде или сточным  водам с целью дезинфекции, окисления  органического вещества либо удаления неприятного вкуса или запаха. Озонирование дает возможность комплексной обработки воды и улучшает ее основные органолептические свойства (цветность, запах, привкус), а также освобождает воду от природных или внесенных в нее промышленных органических веществ. Кроме того, озон, в отличие от хлора, не образует канцерогенных органических соединений и обладает наибольшим обеззараживающим свойством против возбудителей вирусных заболеваний и споровых форм, в т.ч. устойчивых к хлору. Озонирование воды разрушает органические вещества, способствующие развитию микроорганизмов. Правильно подобранные дозы озона позволяют удалять из воды фенолы, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества, сернистые соединения, сероводород, окисляет двухвалентное железо. Наконец, при озонировании пестицидов происходит дезодорация с одновременным глубоким разрушением исходных соединений.

Рисунок № 12. Принципиальная схема очистки воды с озонатором. 
 
 
 
 

 

Рисунок № 13. Схема метода озонирования воды. 
 
 
 

Недостатком метода озонирования является то, что из-за нестойкости озон не может поддерживать бактерицидное состояние в течение длительного времени, и поэтому необходимо исключить попадание загрязнений в очищенную воду, что реально только на коротких водопроводных сетях. Для использования метода озонирования необходимо, чтобы водопроводы были выполнены из полимерных труб. Кроме того, нужно отметить, что технология озонирования требует значительных первичных денежных затрат по сравнению с другими методами очистки воды, но она окупается в течение 5-8 лет, т.к. не требует дополнительных зaтрат на реагенты.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица № 2. Сравнение результатов очистки воды методами озонирования, биологической очистки и центрифугирования с исходным состоянием.  

 
 
 

Ультрафильтрация воды. 

Из всех мембранных методов водоподготовки для подготовки воды питьевого качества наиболее подходящим является ультрафильтрация воды.

Под ультрафильтрацией  воды (УФ) понимается процесс удаления взвешенных и агломератов коллоидных частиц, в диапазоне размеров от 0.03 до 0.1 мкм, на мембранах низкого давления. В мире установки ультрафильтрации воды широко используются для обработки поверхностных или грунтовых вод, в том числе и для производства питьевой воды. Применение ультрафильтрации позволяет полностью решить проблему удаления из воды взвесей агломератов коллоидов, микроорганизмов. Фильтрат, полученный на установках ультрафильтрации имеет следующие типичные характеристики: значения SDI менее 2; взвешенные вещества менее 0,5 мг/л; содержание органических соединений в воде в сочетании с коагуляцией снижается в 2-3 раза; цветность не более 10-15 0 ; качество фильтрата стабильно и не зависит от флуктуаций качества питающей воды. 

Ультрафильтрационная  мембрана Hydracap изготавливается из полых  волокон гидрофильного полиэстерсульфона ( PES ). Мембрана устойчива к воздействию хлора и имеет ресурс 200 000 ppm *часов по активному хлору. В цикле химической мойки мембрана может работать в широком диапазоне рН (2-13), при этом оставаясь устойчивой к биологическому загрязнению. Мембрана изготовлена из полых волокон с внутренним диаметром 0,8 или 1,2 мм . Стандартный модуль Hydracap 60 включает в себя 13200 полых волокон. Мембраны с волокнами диаметром 0,8 мм используются при значении мутности до 200 мг/л. Для более мутной воды рекомендуется использовать мембраны с волокнами диаметром 1,2 мм . 

Параметр селективности  стандартной мембраны ультрафильтрации составляет 100-150 кДа, что соответствует  размеру поры примерно 0,025 мкм. Таким  образом, мембрана обеспечивает эффективный барьер для большинства вирусов (на 4 порядка), бактерий (на 6 порядков) и Cryptosporidium oocysts . 

На рисунке представлена диаграмма ультрафильтрационной системы водоподготовки, которая состоит из питающего насоса, грязевика, ультрафильтрационного модуля, бака обратной промывки, насоса обратной промывки и системы химической очистки и дезинфекции.

 

Рисунок № 14. Схема полупромышленной ультрафильтрационной установки водоподготовки. 

Питающая вода под давлением подается в систему  ультрафильтрационной водоподготовки при помощи питающего насоса. Оценочный максимум дифференциального давления через всю систему около 2,5 бар, учитывающий потери на трение, а также падение давления на мембране, которое может увеличиваться из-за ее постепенного загрязнения и достигать значения 1,0 бар. 

Периодически  проводится обратная промывка модуля ультрафильтрации воды, для которой  используется фильтрат, собранный в  бак обратной промывки. Во время  обратной промывки из системы удаляются  загрязнения, и восстанавливается начальное падение давления на мембране. 

Ультрафильтрационная  система водоподготовки работает в  автоматическом режиме и управляется  микропроцессорным контроллером ( PLC ), который координирует работу всех компонентов системы, управляя работой  насосов, вентилей и дозирующего оборудования. 

В воду, которая  питает ультрафильтрационную систему  водоподготовки, может осуществляться дозирование коагулянта. Данный прием  особенно эффективен, если имеют место  периодические ухудшения качества питающей воды. Действие коагулянта приводит к формированию «хлопьев», на которых адсорбируются органические соединения. «Хлопья» задерживаются на поверхности ультрафильтрационнй мембраны и легко удаляются при обычной обратной промывке. Без использования коагулянта уменьшение параметра полной органики (ТОС) системой ультрафильтрации находится на уровне 25%, при использовании коагулянта данное значение возрастает до 60% (поверхностные воды).

К методам кондиционирования  подземных вод относятся умягчение, обессоливание и опреснение, дегазация, обезжелезивание и деманганация, фторирование и обесфторирование, обескремнивание и некоторые другие методы. Умягчение воды имеет целью снижение жесткости воды посредством удаления из нее ионов кальция и магния.  

Обессоливание воды предполагает снижение концентрации растворенных в воде солей до заданной величины . Обессоливание состоит в удалении солей из воды для того, чтобы она стала пригодной в качестве питьевой, технологической или охлаждающей. Опреснение-снижение в воде концентрации солей до состояния ее пригодности для питья. Опреснение может осуществляться перегонкой соленой воды в опреснителях с последующей конденсацией пара, вымораживанием и другими способами. 

К специальным  методам улучшения качества воды относятся фторирование, обесфторирование, обезжелезивание, дезодорация и др. 

По характеру  протекания процессов методы очистки  воды делятся на химические, физико-химические и биологические. При химических процессах осуществляется введение химического реагента в обрабатываемую воду и осаждение примесей, протекают реакции нейтрализации, окисления и восстановления. При физико-химических процессах удаляются взвешенные и коллоидные вещества (коагуляция и флокуляция, осаждение и осветление, флотация, фильтрование), растворенные вещества (мембранная сепарация, адсорбция, ионный обмен). Биологические процессы протекают при аэробной и анаэробной обработке воды и характеризуются бактериальным окислением – восстановлением.  

Различают также  методы очистки воды по отдельным  процессам извлечения или снижения концентрации примесей. Например, методы умягчения воды подразделяются на термический, реагентный, ионообменный, диализный и комбинированный; методы обессоливания воды – на ионообменный, мембранный (обратный осмос и электродиализ) и дистиляцию. В основу методов дегазации положен принцип воздействия на обрабатываемую воду (физический, химический, биохимический и сорбционно-обменный). Стабилизационная обработка воды зависит от знака и значения индекса стабильности и может осуществляться реагентным, фильтрационным методами и аэрацией. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение. 

Экология с  каждым годом ухудшается. Происходят экологические катастрофы такие как аварии в Чернобыле, Свердловске, существуют необъявленные . Удобрения, нитраты, опыление с самолетов, кислотные дожди, асфальтные воды, а сколько танкеров терпит крушение и сколько нефти сливается в воды! К сожалению, - из-за круговорота воды в природе эти загрязнения неизбежно попадают в грунтовые воды и далее в водоемы, из которых мы берем питьевую воду. По данным науки каждый год добавляется до 500 новых, доселе неизвестных, загрязняющих воду примесей.

Всемирная организация  здравоохранения установила, что 80% всех болезней - это последствия водопроводной воды. Поэтому каждый из нас индивидуально ответственен за обеспечение себя и своей семьи питьевой водой хорошего качества.

Правильно выбранная  питьевая вода может надолго избавить нас от обращения к врачам, улучшить наше здоровье, физическое состояние и продлить нашу жизнь.