Триступенева схема знесолення води.

Методы обессоливания воды

Обессоливание – снижение ОСС до кондиций дистводы(ОСС до 20 мг/дм³).

К методам опреснения и обессоливания относ. дистилляция, вымораживание, обратный осмос, электродиализ, ионный обмен.

Дистилляция основана на выпаривании воды с последующей конденсацией паров. Основной его «-»: повыш. энергозатраты и образование накипи на всех теплообменных трубах. Как правило, метод использ. для схем небольшой производительности.

Методы обратного осмоса основаны на пропускании воды через полупроницаемые мембраны, сквозь которые проходят молекулы воды, а задерживаются молекулы растворенных веществ. «-» мембр.методов – явление конценртрационной поляризации, в Украине нет разработанных мембран высокой производительности.

Электродиализ – процесс перехода анионов и катионов в воде под действием электрического поля через мембраны. Метод позволяет получить практически чистые кислоты и щелочи с одновременной очисткой воды. «-» метода – повышенные расходы электроэнергии.

Сущность ионного обмена заключается в следующем – при контакте воды с особыми веществами (ионитами) возможен обмен ионами между фазой ионита и фазой раствора. Обмен этот строго эквивалентен и описывается химическими реакциями обмена. В зависимости от знака обменивающихся ионов различают катионы и анионы соответственно процессы наз. катионирование и анионирование. «+» - возможность получить обессол.воду с ОСС_ост 0,01-0,05 мг/дм³, простота и надежность метода. «-» - образование большого объема воды после взрыхления, регенерации и отмывки ионитов.

Основные свойства ионитов

- Способность к ионному обмену. Количественной характеристикой этой способности есть величина обменной емкости. Различают – статистическую обменную емкость (СОЕ) или полная СОЕ (ПСОЕ) – теоретическое число функциональных групп, способных принимать участие в ионном обмене, выражается для набухшего ионита мг экв/дм³, моль/дм³; для воздушно-сухого ионита мг экв/г, г экв/кг. Как правило для определенного вида ионитов СОЕ=const и ее можно отыскать в справочной литературе. Динамическая ОЕ – емкость до проскока. На производстве и в промышленности обычно не дожидаются проскока, а отключают фильтры на регенерацию до появления проскока по времени отработки фильтра. В таком случае ОЕ – рабочая.

- способность к регенерации. Если катиониты в форме Н⁺, то регенерация осуществляется НCl, Н₂SO₄, HNO₃. Аниониты в форме ОН^- - NaOH.

- кислотность катионитов и основность анионитов.

- набухаемость ионита, т.е. его способность ионитов увеличивать свой объем в набухшем состоянии. - коэф. набухаемости.

Набухаемость ионитов приводит к увеличению скорости диффузии. В ионитовые фильтры катиониты и аниониты загружаются всегда в набухшем состоянии. Набухаемость ионитов определяет такие технологические параметры, как расход воды на обмывку ионитов после регенерации.

- селективность ионитов (избирательность) – способность адсорбировать из воды какой-то один определенный ион при наличии нескольких. Избирательность ионитов обуславливает многоступенчатость схем очистки воды при обессоливании.

- осмотическая стабильность – способность ионитов сохранять свой гранулометрический (фракционный) состав в течении многократного осуществления работы (расширение – сжатие).

- механическая прочность на истирание. Обычно срок службы отечественных ионитов 5-8 лет, импортных аналогов 8-12 лет.

- химическая стойкость ионитов. Поскольку регенерационные растворы – это кислоты и щелочи, соли - хим.стойкость к ним и инертность по отношению к воде, термическая стойкость.

23 Застосування адсорбційних методів обробки води.Назвіть адсорбенти, які застосовують у процесах водоподготовки.

Адсорбцией называется концентрирование вещества на границе раздела фаз или в объёме пор твёрдого тела. В процессе адсорбции участвуют минимум как 2 агента.Сущность метода заключается в следующем: при контакте жидкости с твёрдым телом молекулы жидкости могут переходить на поверхность этого тела и удерживаться на ней.

В водоподготовке используют сорбенты как гидрофобные, так и гидрофильные. Гидрофобные: различные марки углей и активированных углей

Гидрофильные: природные алюмосиликаты, силикогели, цеолиты.

Метод адсорбции применяют для удаления из воды примесей 3 группы классификации Кульского.

- углевание прир. воды с целью удаления окрашенных соединений

- дезодарация и дехлорирование в процессах водоподготовки питьевой воды.

- для извлечения ценных органических компонентов

- для доотчистки биологических очищенных сточных вод и для доочистки после экстракции.

Триступенева схема знесолення води.

Конструкції зворотньоосмотичних установок вибирають залежно від якості солоної води, конструкції апаратів та вартості електроенергії.Багатоступінчасті схеми використовують з витратою фільтрату першого ступеня як вихідну воду в наступних ступенях.Триступеневу схемою можна застосовувати для різних потреб і отримувати воду різної якості – від питної до знесоленої.

Вихідну солону природну воду хлорують і подають у фільтр, очищена вода направляється в зворотньоосмотичний апарат першого ступеня. З нього опріснена вода зливається у проміжний бак, звідки частина води подається споживачу, а решту – для знесолення в другому ступені. Фільтрат із 2-го ступеня надходить у місткість, звідки частково подається споживачеві, а решта – на 3-й ступінь – фільтр змішаної дії.ФЗД дає змогу отримувати глибокознесолену воду.

25. Обгрунтуйте вибір і наведіть конструкції апаратів адсорбційної очистки води

У різноманітних варіантах технологічних схем з використанням адсорбції застосовують головним чином три типи масообмінних апаратів, які принципово різняться умовами контакту адсорбенту та очищуваної води: з щільним нерухомим шаром, псевдозрідженим шаром та примусовим перемішуванням (механічним або пневматичним). Інші типи адсорбційних апаратів за умовами масообміну між рідиною та адсорбентом можна розглядати здебільшого як модифікації цих 3-х типів.

Принцип роботи апаратів з щільним нерухомим шаромадсорбенту полягає у фільтруванні рідини крізь нерухомий шар до проскакування у фільтрат речовин, що вилучаються із води. Такі апарати виготовляють закритими (напірними) у вигляді сталевих циліндричних колон, розрахованих на роботу під тиском, або відкритими (безнапірними) у вигляді резервуарів прямокутного або круглого перерізу. Ці апарати прості і надійні у застосуванні.

Схема вертикального напірного адсорбера:

1 — корпус; 2 — нерухомий шар активованого вугілля; З — відбійник; 4 — трубопровід подавання стічної води, щoочищується; 5 — трубка для скидання повітря; 6 — люк

Схема безнапірного залізобетонного адсорбера:

1 — корпус; 2 — активоване вугілля; З — жолоб для збирання очищеної води; 4 — дренажна система; 5 — підтримувальні шари з гравію; Є — трубопровід подавання води для спушування; 7 — трубопровід подавання очищуваної води; 8 — трубопроводи поверхневого промивання шару адсорбенту

Істотно зменшити об’єм необхідної кількості активованого вугілля дають змогу апарати безперервної дії з щільним шаром адсорбенту, який рухається.

Схема адсорбера з рухомим шаром адсорбенту:

1- корпус; 2, 6, 9, 10 - регулювальні клапани; 3- трубопровід для подавання свіжого адсорбентy; 4,7 - розподільні ґратки; 5 — трубопровід для відведення очищеної води; 8 - трубопровід для відведення відпрацьованої частини вугілля на регенерування; 11- трубопровід для підведення води, яка очищується

Для адсорбційного вилучення розчинених органічних речовин з води на очисних спорудах великої потужності використовують апарати з псевдозрідженим шаромадсорбенту (активованого вугілля). Ці апарати мають ряд переваг:

- можливість використання зерен адсорбенту відносно малих розмірів (0,2 - 1,0 мм);

- невеликий гідравлічний опір шару;

- велика рухливість часточок у псевдозрідженому шарі, яка дає змогу без особливих ускладнень вести безперервний процес адсорбції;

- можливість створення відносно простих конструктивно та надійних в експлуатації апаратів великої потужності.

Схеми адсорберів безперервної дії з псевдозрідженим шаром активованого вугілля:

a — одноярусний; б — багатоярусний з перетічними трубами; в— з секціонуванням шару адсорбенту; 1 — опорні ґратки; 2— розподільні ґратки; З — адсорбент; 4 — жолоб для очищеної води; 5 — підживлювальна лійка сухого дозування вугілля; 6 — ерліфт; 7 — шар гравію

Апарати з примусовим перемішуванням використовують головним чином для адсорбційного очищення стічних вод порошкоподібним активованим вугіллям, яке має ряд переваг перед гранульованими адсорбентами. По-перше, це нижча вартість порошкоподібного вугілля, яка становить від 1/4 до 1/3 вартості гранульованого, а також більша швидкість поглинання розчинених речовин, що зумовлено зменшенням шляху внутрішньої дифузії органічних молекул та збільшенням зовнішньої поверхні адсорбенту. Слід також відзначити зручність гідравлічного транспортування водної суспензії порошкоподібного вугілля в системах очищення стічних вод. В апаратах з порошкоподібним активованим вугіллям застосовують механічне, гідравлічне чи пневматичне перемішування адсорбенту з рідиною. Для механічного перемішування доцільно використовувати лопатеві, турбінні або пропелерні мішалки.

Схеми апаратів з лопатевою, турбінноюта пропелерною мішалками:

1- корпус апарата; 2 - вал; 3 - мішалка; 4 - відбивні перегородки

В адсорбційних апаратах з пневматичним перемішуваннямпримусовий рух рідини та порошкоподібного активованого вугілля зумовлений підведенням енергії з потоком повітря, яке вводять апарат через розподільний пристрій. В хімічній промисловості пневматичне перемішування стисненим повітрям рекомендується в тих випадках, коли рідина, яку перемішують, має хімічну активність і швидко руйнує механічні мішалки. В технології адсорбційного очищення стічних вод пневматичне перемішування широко застосовують для проведення так званого біоадсорбційного очищення стічних вод.

26. Наведіть порівняльну характеристику методів знезараження води, назвіть недоліки і переваги

Знезараження (дезінфекція) води здійснюється з метою знищення хвороботворних мікроорганізмів, бактерій, вірусів. При обробці води коагулюванням з наступним відстоюванням в осад переходить приблизно 90 – 95 % бактерій. Однак серед залишившихся можуть бути хвороботворні бактерії і віруси, тому, якщо вода назначена для господарчо-питних цілей, то обов’язковим являється її знезараження, яке буде ефективним тільки при відсутності зважених частинок. Всі методи знезараження води розділяють на 4 основні групи:

- термічні;

- хімічні або реагентні;

- олігодинамія;

- фізичні (ультрафіолет, ультразвук, радіоактивне випромінювання).

Термічні методи звичайно застосовують для невеликих об’ємів води. Їх застосовують в санаторіях, поїздах, теплоходах, лікарнях. Повне знезараження води, т.б. знищення в ній всіх патогенних бактерій, досягається 10 - 15 хв. кип’ятінням води. Для цього використовують титан.Метод не знаходить широкого застосування на крупних водопроводах через дороговизну.

Фізичні методи.Знезараження води бактерицидними променями має ряд переваг:

- не змінюється природна смакова якість води;

- бактерицидна дія променів протікає в багато разів швидше, ніж хімічними реагентами, і після опромінення воду відразу можна подавати споживачу;

- не змінюється хімічний склад води;

- установки не складні в експлуатації.

Недоліки:

- відносно невелика потужність;

- строге виконання умов опромінення. Н-д, для обробки УФ t не нижче +5 ⁰С;

- відсутність зважених частинок і на сьогоднішній день немає оперативного способу контролю за процесом знезараження води.

Обмеження по бактерицидним забрудненням, т.б. на обробку УФ потрібно подавати воду не більше 1000 колі-індекс. Серед установок УФ заст. ртутно-кварцові і аргоно-ртутні лампи. Використання УЗ знаходиться на стадії лабораторних досліджень, а використання радіоактивного випромінювання і рентгенівських променів, а також струму високої частоти поки що не здійснюється через недоліки вивчення і неможливості безпечного поведення процесу.

Олігодинамія– обробка води іонами металів з метою знезараження води.

Вплив іонів Ag безпосередньо на бактерії не має на сьогодні єдиної теорії, але більшість притримуються наступної: протоплазма клітин бактерій має негативний заряд і притягує до себе Ag⁺, при взаємодії з якими бактерії гинуть. При обробці води сріблом є обмеження по складу води. Вода повинна містити мінімальну кількість зважених частинок, вміст Cl^- не більше 25 мг/дм³. Звичайно дози іонів Ag – 0,05- 0,2 мг/дм³.

Реагентні методи, які використовуються для знезараження води на 80 – 85 % всіх водопроводів світу, відрізняються від процесів коагулювання тим, що під дією окисників закінчується життя мікроорганізмів і подальший їх розвиток. Одночасно відбувається окиснення гумусових речовин, молекулярних органічних сполук, іонів Ме зі змінною валентністю, т.б. окислювальні методи можна застосовувати при видаленні із води визначених речовин, що відносяться до всіх 4-х груп класифікації А. Л. Кульського. Серед реагентів-окисників найбільш часто використовують хлор, диоксид хлору, хлорний вапняк, озон, бром, йод, перманганати, пероксид водню, гіпохлорити.

Недоліком хлорування є те, що на ряду із знезараженням води хлор окислює і руйнує органічні домішки, внаслідок чого зменшується Ц, її привкуси і запахи, а інколи змешується вспінюємість води. Однак інколи при хлоруванні води визначені групи органічних сполук підсилюють запахи води внаслідок утворення хлорфенолів. Границя смакових якостей людини на хлорфенол складає 4*10^-6 мг/дм³.

Перевага диоксиду хлору в тому, що при обробці вод, що містять феноли, утворюються не хлорфеноли, а хінон і малеїнова кислота, яка в малих концентраціях не надає воді запахів і смаків.

Перспективним методом, але ще не до кінця вивченим, являється озонування води. Знезаражуюча дія озону заснована на його високій окислювальній здатності, яка забезпечується легкістю віддачі атомарного кисню. Важливою перевагою озонування є те, що вода не забруднюється додатковими домішками, а надлишок озону через короткий проміжок часу перетворюєтья в О₂:

О₃→О₂ + О.

Дозування озону не потребує такої точності і перемішування, як при дозуванні хлору. Озонування води приводить не лише до її знезараження, але й до знищення запахів і присмаків як природного, так і промислового походження. Крім того, озон сприяє знебарвленню води. Його основний недолік: короткочасна знезаражуюча дія в воді.

27 Назвіть суть та область застосування екстракційних методів обробки води.

Extraction – извлечение.

Сущность метода заключается в том, что вода смешивается с другой жидкостью, которая называется экстрагентом, и в котором извлекаемое вещество растворяется лучше, чем в воде.

В качестве экстрагентов чаще всего используют органические вещества – растворители.

Степень экстрагирования характеризуется коэффициентом экстракции или распределения:

, (1)

где С_Э – концентрация извлекаемого вещества в экстрагенте;

С_В – концентрация извлекаемого вещества в воде.

Степень экстрагирования зависит от:

- рН;

- температуры;

- присутствие примесей как в воде, так и в экстрагенте.

По-этому очень часто коэффициент экстракции (уровнение (1)) отличается от рассчитываемой величины из-за:

- взаимодействие растворимого вещества как между собой так и с молекулами растворителя;

- взаимной растворимостью экстрагента в воде и растворимого вещества в воде.

,

где n – показатель степени, который характеризирует отклонение схемы от идеальной.

Экстракционный метод применяется для удаления из воды органических соединений 3 группы классификации Кульского в концентрациях > 2-3 тыс. мг/дм³, а также некоторых ионов металлов (4 группа).

28 Назвіть суть та область застосування біохімічного методу очистки води. Вимоги, які ставляться до стічних вод, які направляють на біохімічну обробку.

Биохимический метод очистки воды основан на биологическом окислении.

Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганиз-мов, которое включает множество различных бактерий, простейших и более высокоорганизованных организмов (водоросли, грибы, дрожжи). Главенствующая роль принадлежит бактериям, число которых варьируют 10⁴-10⁶ клеток на 1 грамм сухой биомассы.

Разнообразие микроорганизмов обусловлено наличием в воде соедине-ний различных классов.

Среди бактерий различают гетеротрофы (для получения энергий и биосинтеза клеток) и автотрофы (используют углерод неорганические соединения,а энергию получают за счет фотосинтеза).

Биохим. метод очистки применяют для удаления из воды растворенных органических и некоторых неорганических соединений.

При этом известны аэробные и анаэробные методы очистки.

К СВ, которые направляются на биохимическую очистку, предьявляюся следующие требования:

1. рН воды 6,5-8,5 (иногда допускаетя 5-9).

2. Оптимальная температура 2-35 °С (хотя некоторые микроорганизмы адаптируются от -8 до 85 °С). Важно чтобы не было резких перепадов температур воды, поступающих на очистку.

3. БПК: для аеротенков-вытеснителей – 500 мг О₂/дм³

для аеротенков- смесителей – 1000 мг О₂/дм³

4. - содержание взвешенных веществ не должно превышать 150 мг/дм³;

- содержание нефти, масел, жиров до 25 мг/дм³;

- содержание О₂ не меньше 2 мг/дм³;

- общее солесодержание до 10000 мг/дм³.

5. Желательное соотношение биогенных элементов БПК:N:P=100:5:1

6. Отсутствие биологически жестких препаратов, ограничение содержание ароматики.

7. Ограничение в соответствии с ПДК токсичных и ядовитых соединений.

8. Желательно, чтоб СВ имели неизменный состав, так как культивируется определенный вид биоценоза.

29. Суть і область застосування окислювальних методів в процесах водопідготовки.

Окисні методи знезараження води здійснюються з ціллю її дезінфекції, тобто знищення хвороботворних мікроорганізмів, бактерій, вірусів. Область застосування це вода, яка призначена для господарсько-питних цілей. Окисні методи: термічні, хімічні(реагентні), олігодинамічні, фізичні.

Термічний метод. Суть 10-15 хвилинне кип’ятіння. Використовується для невеликих об’ємів води у санаторіях, потягах, лікарнях.

Фізичні методи. Знезараження за допомогою ультрафіолету, ультразвуку чи радіоактивного випромінення. Використовується при невеликих потужностях, небезпечність проведення.

Хімічні методи. Під дією окисників (хлор,діоксид хлору, хлорне вапно, озон, йод, бром, перманганат, перекисі водню, гіпохлорити) закінчується життя мікроорганізмів. Використовується для знезараження води на 80-85% всі трубопроводах.

Олігодинамія. Обробка води за допомогою іонів металів( іонів срібла).

30. Обгрунтувати конструкцію і принцип роботи фільтра змішаної дії.

Фільтрацикл складається із 4 стадій: фільтрація води, зрихлення, регенерація, відмивка іоніту від залишку розчинів. Фільтрація води – це власне іонний обмін (між фазою іоніту і фазою розчину в еквівалентній кількості), що заключається в контакті води одночасно з катіонітом та аніонітом.

Рисунок - 1-верхня дренажно-розпридільна система; 2-середня; 3-нижня; 4-шихта; 5-вихідна вода; 6-знесолена вода.

В процесі фільтрації води іоніти знаходяться в змішаному стані. В процесі зрихлення проходить розділ шарів шихти за рахунок різних густин.

31.Наведіть суть та область застосування іонного обміну в процесах водопідготовки. Головні характеристики іонітів.

Іонний обмін відноситься до методів видалення з води домішок 4 групи - демінералізація води, а саме методи опріснення та знесолення.

Суть і.о.: найчастіше в фільтруванні води через нерухомий шар іоніту;при контакті води з особими речовинами (іонітами) можливий обмін іонами міх фазою іоніту та фазою розчину.

В залежності від знаку обмінних іонів розрізняють процес: катіонування та аніонування. Основні характеристики іонітів:

• Стійкість до іонного обміну та регенерації;
• Здатність до набухання;
• Кислотність катіонів та основність аніонів;
• Селективність;
• Осмотична стабільнісит4
• Механічна міцність;
• Хімічна і термічна стійкість.

32.Навести класифікацію води за різноманітними ознаками.

• Природні:

Ø Поверхневі (зміна витрати і складу):моря, океани, ріки, озера, канали..

Ø Підземні (постійність мінералогічного складу, t, відсутність муті, сан безпека, але підвищений склад Fe, Mn, F): ґрунтові, артезіанські, карстові, шахтні...

• Стічні:

Ø Господарчо - побутові (на кухні, в лікарні, в хімчистці);

Ø Промислові (виробничі);

Ø Атмосферні (дощові).

Води можна класифікувати по декільком видам:

ü По ступені мінералізації;

ü По величині рН;

ü По загальній жорсткості;

ü По бактеріальному стану.

Води використовують за призначенням:

v Для господарчо - побутових цілей;

v Для технічних цілей;

v Як питна вода (безпека вживання, не шкідливість хімічного складу, органо - лептичні властивості.

33 Класифікація і ознаки утворення стічних вод

Одним із роз поширених способів класифікації стічних вод являється місце або умови утворення стічних вод. Розрізняють:

- господарсько-побутові стічні води

- промислові

- лівневі

Побутові води-води,що утворюються в результаті життєдіяльності людей.

Всі поверхневі джерела діляться на 3 категорії:

1)господарсько-побутового призначення

2)Культурно –побутового призначення

3)рибогосподарські водойми

При каналізації стічних вод необхідно враховувати 3 основні принципи:

- бажано,щоб стічні води мали близький мінералогічний склад

- різко відводяться потоки, із яких можуть бути вилучені цінні компоненти

- не дозволяється суміщати потоки,які мають речовини, здатні реагувати між собою з утворенням токсичних або зривонебезпечних речовин

Існують два типи систем каналізації стічних вод:

- загально сплавна

- роздільна

Всі стадії по очистці стічних вод діляться на 3 типи:

1) цехові або локальні очисні установки

2) заводські

3) районні

34 Моделі рідкої води, аномальні властивості води

Якщо би у воді присутнє було лише Н2О ,то температура кипіння води складала би лише 63 С.Основна маса води -16.Присутність ізотопних зєднань виявляють у воді ,так звані аномальні властивості.

Молекула води має 10 електронів.В молекулі Н2О існують 4 полоси зарядів,які розміщені у вершинах тетраедра.Два відємних полюси і два позитивних.

Основне значення асоціатів, це має поява водневого зв’язку.Кожна молекула води може приєднати до себе 4 другі молекули води.

Унікальні властивості води:

1) здатність існувати в трьох агрегатних станах одночасно(рідкий,твердий,газ.)

2) високі температури фазових переходів

3) сама висока температура води спостерігається при температурі 3,98С.

4) Аномальні властивості води в інтервалі від 0-30С

5) Висока теплоємкість

6) Теплопровідність води

7) Універсальна розчинна здатність.

Лід складається із правильних гексаедрів або тетраедрів.