Методы обеззараживания воды

Химические показатели при добавлении реагентов:

Хлор остаточный свободный – 0,3-0,5; Хлор остаточный связанный – 0,8-1,2; Озон остаточный - 0,3; Полиакрилламид – 2;

Обеззараживание является заключительным этапом для подготовки воды в хоз. Питьевых целях. Различают

Реагентное: хлорирование, озонирование, манганация и введение ионов благородных металлов.

Безреагентное: Ультрафиолетовое или бактерицидное оббеззораживание, обработка Ультразвуком, термическая обработка и т.д.

Задачей обеззараживания является уничтожение патогеннх бактерий и вирусов. Выбор метода обеззараживания происходит исходя из расхода и качества обрабатываемой воды, технологии очистки, условий поставки, хранения реагентов и возможности автоматизации процесса обеззараживания.

1.Хлорирование. В качестве реагентов используют газообразный хлор, гипохлориды Nа и Са, хлорную известь и другие. Для качественного хлорирования необходим не менее чем 30 минутный контакт воды с хлор-реагентами с перемешиванием, что осуществляется в РЧВ или трубопроводах подачи воды потребителю. В зависимости от назначения и воды, различают следующие виды хлорирования: Прехлорирование (первичное хлорирование). Дозы хлора составляют 5-10мг/л. Осуществляется перед смесителями, назначение – предварительное уничтожение бактерий, вирусов, микроорганизмов, что бы не происходило биообрастаний трубопроводов и элементов сооружений и для уменьшения дозы коагулянтов. Постхлорирование (вторичное хлорирование). Осуществляется перед подачей воды в РЧВ или водопроводную сеть. Дозы хлора – 3-5мг/л. Суперхлорирование – это хлорирование повышенными дозами хлора (от 1-10 мг/л). Осуществляется при повышенной бактериальной загрязненности воды, когда нормального хлорировании я недостаточно. Дехлорирование – применяют для удаления излишек хлора, если остаточное содержание выше нормы. Для дехлорирования используют добавление реагентов (сульфит и теосульфат Na, оксид серы SO₂, или фильтрованием через активированный уголь).

При хлорировании газообразным хлором, хлор поставляют на станцию в баллонах, затем в автоматических хлораторах (Лонии-10, Лк) смешивают с водой в результате гидролиза хлора образуется хлорная вода, содержащая хлорновательстую кислоту и уже хлорную воду дозируют в обрабатываемую воду CI₂+H₂O<=>НOCI+HCI. Хлорное хозяйство располагают в отдельных помещениях, в состав его входит помещения для приема, хранения, испарения хлора, дозирования газообразного хлора и получения хлорной воды. Допускается предусматривать общие резервные хлораторы для первичного и вторичного хлорирования. Для улучшения эффекта обеззараживания, уменьшение дозы хлора и уменьшения образования хлор-органических соединений предусматривают аммонизацию воды.

При реакции хлорновательстой кислоты с аммиаком образуется монохлорамин: HOCI+NH₃ -->NH₂CI+H₂O.

При его гидролизе образуется гипохлоридный ион, который является очень сильным окислителем и уничтожает не только бактерии но и вирусы в отличии от хлора: NH₂CI+H₂O -->NH ⁺+OCI ^–

Аммиачное хозяйство устраивают аналогично хлорному.

Более безопасный и эффективный способ обеззараживания – гипохлориддами, которые получают методом прямого электролиза из солей NaCI₂, CaCI₂ непосредственно на станциях. «-» данные методы требуют повышенных энергозатрат на электролиз «+» хлорирования – это консервативность действия. «-» токсичность хлора «-» образование хлорорганических соединений

2.Озонирование.

«+» Является сильным окислителем, действует как на бактерии так и на вирусы, обеспечивая высокий обеззараживающий эффект, так же обеспечивает дезодарацию и улучшение вкусовых качеств воды, не требует тщательного контроля за остаточным содержанием. «-» быстрое разрушение озона, он не обладает консервирующим действием.

Озон получают из атмосферного воздуха в озонаторах под действием рассеянного электрозаряда. Озоно-воздушную смесь вводят через эжекторы в трубопровод или через пористые трубы или распределительные каналы в контактном резервуаре. Распределительные каналы перекрывают фильтросными пластинами. Доза озонирования принимается в зависимости от назначения и составляет -0,75-4 мг/л. Продолжительность контакта 5-10 мин.

3.Обеззораживание ультрафиолетом или бактерицидными лучами. «+» УФ лучи обладают высокими бактерицидными свойствами, действуя как на бактерии, так и на вирусы.«+» При УФ обеззараживании отсутствует реагентное хозяйство.«+» не происходит ухудшение вкусовых свойств воды в виду добавления реагентов.«+» не нужен тщательный контроль за остаточным содержанием.«+» более простая эксплуатация установки.«-» невозможность использования для мутных и цветных вод;«-» нет надежных способов контроля за эффектом обеззараживания;«-» повышенные энергозатраты.

Процесс обеззараживания проводят в УФ установках, в которых вода тонким слоем обтекает источник облучения (ртуть-кварцевые или аргоно-ртутные лампы). Для обеззараживания вода должна обладать максимальной проницаемостью, т.е. прозрачностью.

Установки могут быть напорными и безнапорными.

4.Обеззараживание ионами металлов. Используют металлы, обладающие бактерицидными свойствами – серебро, медь. Обеззараживание можно проводить растворением реагентов в воде или электролитическим способом, путем электролиза с электродами из серебра или меди. Примерные дозы реагентов составляют 0,05-0,2мг/л, время контакта 30-60 мин. Но ввиду высокой стоимости методы имеют ограниченное применение для локальной очистки.

5. Мангонирование: Марганцовка является очень сильным окилителем и позволяет достичь высокого эффекта обеззараживания при этом не вступает реакция замещения и не образуются побочные соединения.

Недостатки: высокая стоимость, сложность дозирования, дефицитность.

18. Методы обезжелезивания и демангации воды.

Норматив СанПиНа : Fe – 0.3мг/л (1,0), Mn - 0,1 мг/л (0,3)

В поверхностных водах Fe и Mn содержатся в виде взвесей и оксидов, т.е в нерастворимых формах. В подземных водах в растворимой форме. Нерастворимые формы Fe и Mn удаляются фильтрованием или осаждением с реагентами. Сущность метода заключается в разрушении агрегативной устойчивости нерастворимых соединений и их последующем осаждении

Удаление растворимых форм Fe и Mn основано на окислении за счет чего растворимые формы становятся нерастворимые с последующим удалением.

1) Удаление Fe упрощенной аэрацией с фильтрованием.

Сущность заключается в окислении Fe, содержащегося в воде кислородом воздуха при свободном изливе воды из воронки, которая располагается на высоте 0,5 м.от фильтрующей загрузки, с последующим задержанием образующей соединения в толще фильтрующей загрузки. На зернах фильтрующего слоя одновременно происходит реакция окисления и гидролиза. В качестве загрузки применяют кварцевый песок, дробленные горные породы. Метод применяется при большем содержании Fe не более 10мг/л + технологическая надежность, низкая стоимость, простота обслуживания, безреагентная обработка. - высокие концентрации соединения железа на поверхности загрузки.

2) Обезжелезивание на крупнозернистых фильтрах.

Сущность метода заключается в окислении железа кислородом воздуха, к-ый подается в толщу фильтрующей загрузки. В качестве загрузки используются различные фильтрующие материалы с крупн-ю 5-10 мм. Примен-ся при малой производительностью до 50м3/сут. При преимущественном содержании в воде в форме бикарбонатов и отсутствии органич. соединений. + большая продолжительность фильтроцикла ,малые потери напора, лучшее удаление соединений при промывке, высокая эф. обезжел - узкая область применение - малая производительность(до 5 тыс.м3/сут).

3) сущность закл-ся в аэрирова-и воды в напорном смесителе с послед-м фильтровании воды в закрытых напорных фильтрах происходит смешение и аэрация. Применяется при пр. 50000м3/сут, при содержании железа до 5мг/л применяем 1 степень напорных фильтров, более 5-2. + более высокая степень обезжелезивание, за счет высокого давления вводимого в фильтре воздуха. -повышенные энергозатраты.

4) 2-х ступенчатое обезжелез. на фильтрах с упрощенной аэрацией.

Заключается в упрощ-й аэрацией и фильтрование через 2 ступени открытых фильтров.На первой ступени восходящий поток фильтрования, на 2 – нисходящий, что обеспечивает повышенную грязеемкость фильтров. Примен-ся при содержании Fe 10-15 мг/л, рН не менее 6,3.

5) Удаление Fe с использованием усиленной аэрации

Применяют при низких значениях pH воды и наличие в воде сероводорода или углекислого газа. Метод заключается в усиленной аэрации с последующим удалением нерастворимых соединений Fe на фильтрах. Усиленная аэрация способствует дегазации воды. Повышается pH и ускоряется процесс окисления и гидролиза железа. Для усиленной аэрации используют градирни, брызгальные установки, ваакумные дегазаторы. -повышенные затраты электроэнергии.

6)Обезжелезивание с использованием окислителейПрименяют различные окислители, для перевода растворимой в нерастворимую форму: хлор, гипохлорид Na, озон. Окисление происходит в контактной камере окисления, задержание нерастворимых соединений железа в напорных фильтрах.

Демангация.

Марганец окисляется при более высоких значениях pH, и более высоких зн. окислительно-восстановительного потенциала. Окисляется и сорбируется только после Fe, т.к он легко окисляемый. Методы:

1) Окисление кислородом воздуха и подщелачивание.

Рекомен-ся применять при одновременном присутствие в воде Fe и Mn. Здесь вода аэрируется в градирни при этом удаляется излишняя часть свободной углекислоты и повышается pH. Удаление образующихся форм происходит на скорых безнапорных фильтров.

2) Использование активир-ми углями.

Применяется для очистки воды сложного состава. Сущ-ть метода заключается в углевании (добавление в воду порошкообразного угля) воды перед отстойниками или фильтрами.

3) Демангация реагентами

Применяют окислители (хром, озон), которые разрушают оргонические комплексы Fe и Mn , окисляют Fe и Mn, создает коагуляционную взвесь, обработка реагентов происходит в контактной камере и в зависимости от концентрации загр-й вода подается. в фильтр или отстойник с фильтрованием. Используют напорные или открытые филтры.

4)Демангация через катал-ую фильтрующую загрузку.

Сущность заключается в фильтровании воды, ч/з природные материалы, обладающими ионообменными св-ми.(глаугонит)Для усиления окислено-восстановительной способности фильт. Материала, рекомендуется обрабатывать фильтрующую загрузку пергам. Калия.

19. Методы и схемы умягчения.

Под умягчением воды понимают удаление солей жесткости (CaCO₃, MgCO₃- карбонатная, CaCl₂, MgCl₂ – некарбонатная) Жесткость общая =7мг-экв/л

Методы:1) Термический метод.Сущность заключается в повышении t (реже понижением). Применяется для удаления временной жесткости.2) Реагентные методы умягчения. Основаны на введении веществ, которые вступают в хим. реакцию с катионами жесткости, образуя нерастворимые соединения соли Ca(CO)₃, Mg(CO)₃ Образующиеся взвеси удаляются из воды коагуляции, осветлением или фильтрованием.Основное сооружение - вихревой реактор. В вихревой реактор загружается контактная масса ( дробленный песок, кварцевый песок) нах-ся во взвешенном состоянии в восходящем потоке воды. На поверхности контактной массы происходит оседание солей жесткости контактная масса сталкиваются и трутся друг от друга приобретая правильную шарообразную форму. При увеличении диаметра до 1,5-2 мм тяжелую массу отводят и заменяют на свежую порцию. Оксиды магния практически не задерживаются и для удаления остаточных солей жесткости воду пропускают через скорые фильтры или осветлители. Вихревые реакторы могут быть: безнапорные (открытые), напорные (закрытые).

В состав реагентного умягчения входит: -реагентное хозяйство (растворенные баки для приготовления реагентов, склады реагентов, дозаторы); -вихревой реактор (сооружения для доочистки, сф, осветлители, устройства для промывки фильтров, резер. умягчен. воды). Более высокая степень умягчения происходит при нагревании воды до 80-100 гр. При этом полного умягчения данный метод не достигает Жо=0,2; + простота использования; - невысокая степень умягчения, грамоздское реагентное хозяйство. -остаточное содержание реагентов в воде, повышен. остаточное солесодержание в воде

1. Умягчение известкованием:примен-ся когда требуется одновременно снизить и щелочность и жесткость.

2.Известково-содовый: Известью удаляется растворный угл. газ, соли временной жесткости. Содой - соли постоянной Ж.

3. Содо-натриввый (содой и щелочью натрия) С помощью соды удаляется соли постоянной Ж, с помощью щелочи натрия соли времен. и пост. Ж. Данный метод применяется при определенном соотношении постоянной и временной Ж.

4. Содо-реагентный метод: Основан на использовании соды и ее востанвл. в процессе перегревания, применяется для удаления временной Ж.Недостаток: Образования большого кол-ва углекислого газа.

5.Фосфатный и бариевый метод:

Фосфатный основан на применение фосфатов натрия и в результате реакций образуются нерастворимые соединения. Удаляются соли времен. и пост. Ж. в виду с высокой стоимостью реагентов применяется для доумягчения после предварительного умягчения более дешевыми реагентами.

Бариевый основан на использовании бариево- содержащих реагентов. Они являются токсичными и дорогими, поэтому применяются редко и не пригодны для умягчения питьевой воды.

6. Термо-химический метод: Основан на использовании реагентов с одновременным прогревом воды более 100 гр., используют известковый метод, известково-содовый. Чаще применяют для подготовки воды идущей на питание паровых котлов.

3) Метод - инный обмен.

Ионный обмен – это процесс взаим-я раствора с твердым веществом ионитом, который обладает способностью обменивать свои ионы на ионы раствора. Иониты, обладающие способностью обмениваться с катионами наз-я катионитами. Бывают: Na – катиоты, и Н – катионты.

Иониты, обладающими щелочными свойствами способные обмениваться с растворами анионами наз-ся аниониты. Различают слабоосн-ые, среднеосновные и сильноосновные.

Процесс ионного обмена идет в несколько стадий: 1 –Диффузия ионов из раствора к поверхности анионита. 2 – Диффузия внутри зерна анионита 3 – Реакция ионного обмена 4 – Диф-я противоиона из зерна катионита и его поверхности.

5 – Диффузия противоиона от поверхности зерна ионита в раствор.

Основные характеристики ионитов: 1) Фракционный состав должен быть однородным. 2) Насыпной вес 3) Способность к набуханию (характеризует коэф. Набухания) 4) механическая прочность, химическая стойкость, способность к истиранию. 5) Обменная емкость: полная (кол-во ионов, к-е могут задержать 1 м3 ионита до момента когда Ж фильтрующей воды не сравняется с Ж. фильтрата) и рабочая (кол-во ионов, к-е могут задержать 1 м3 ионита до момента проскока катиона жесткости в фильтрате)

В качестве ионитов – минеральные и органические вещества естественного и искуст. Происхождения. Процесс ионного обмена происходит в ионно обмен-х фильтратах, которые представляют цилиндрический аппарат со сферическим днищем, работающий при давлении до 0,6 мПа

Процесс регенерации фильтров ионита происходит в несколько стадий: 1)Стадия взрыхления (т.к иониты слеж) 2)Подача регенерирующих растворов 3)Отмывка ионита (от остатков регенерирующих растворов)

В зависимости от глубины умягчения разделяют на 1, 2, 3-й ступени.

Катион. Фильтры.1 ступень: Предназначена для замещения всех катионов на катион водорода.2 ст: для обмена ионов Na проскочивших ч/з фильтрат 1 ступени3 ст: для задержание ионов, попадающих в раствор из-за нерастворимой отмывки ионитовых фильтров.

Анионитовые фильтры: 1 ст: загруж-ся слабоосновным анионом предназначенным для удаления сильных кислот. 2-3 ст: для удаления анионов слабых кислот.

Умягчение Na катионированием

Применяется для умягчения воды с небольшой Ж.

+ использование реагентов для регенерации только раствора NaCl, значит это безопасно в эксплуатации и возможность применение фильтров и оборудования без коррозионной защиты.

Умягчение Н-Na катеонированием

-последовательное (Жк/Жо<0,5)

Применяют для обработки сильно минеральных вод с солесодержанием более 100мг/л.

- параллельное (Жк/Жо>0,5)

+ возможность умягчения и снижения щелочности воды

4) Диализ

Это метод разделения растворенных веществ значительно отличающихся молекулярными массами. Процесс основан на разделении растворенных веществ ч/з селективную мембрану.

Движущей силой процесса является разность активного растворенного вещества по обе стороны мембраны

Эффективность процесса определяется параметром:

1)Селективность

- кон-я солей в исходном баке

- кон-я в умягчен воде.

2)Проницаемость –способность мембраны пропускать определенный вид ионов.

Магнитные и акустические методы умягчения.

В результате воздействия Магнитного и акустического поля образуются центры кристаллизации на которых происходит осаждение солей жесткости в результате соли жесткости не оседают на стенках, а оседают на центрах кристаллизации и образуют шланг.

Схема акустической обработки:

Основана на использовании ультразвуковых частот

Магнитная обработка заключается в пропуске воды через магнитное поле создаваемое электромагнитами:

Недостатки: необходимость установки генератора усилителя частоты.

20. Стабилизация обработка воды. Виды отложений в трубопроводах. Предотвращение обрастаний и коррозии трубопроводов.

Стабильной называется вода, которая при длительном контакте с метал-и или бетонными поверхностям не изменяет своего состава, т.е не выделяет и не растворяет карбонат кальция. Величиной, характеризующий стабильность явл-ся индекс стабильности: I=PH₀-PHs и показатель ст.: С=Щ_нас/Щ_нен; С=PHs/PH₀

Если С<1,I>0 – вода агрессивная

С>1,I>0 – способна к выпадению осадка

С=1,I=0 – стабильная

При смещении углекислого равновесия влево вода становится коррозийной, вправо вода становится способной к образованию отложений.

Методы стабилизации: 1) Стабилизц-ая обработка реагентами.

- При отрицательном I – проводят подщелачивающими реагентами (известь, сода) или удаление избыточного СО2 в вентиляционных градирнях. - При I больше 0 – стабилизацию проводят кислотами серной (как разбавленную так и концентрированную) или соляной. При обработки кислотой происходит выделение агрессивной угольной кислоты. Недостатки: -трудность дозирование кислоты для сохранения защитной пленки. – при избытке кислоты увеличив-я коррозийность водыпо отношению к металлу или бетону.

2) Стабилиз-я обработка фильтрованием.

Проводят при отрицательном I. Заключается в пропуске воды через материалы: мраморную крошку, полуобоженный далонит, обоженный магнезит. Достоинства: -отсутсвие реагент. хоз-ва;

- невозможность ухудшения качества в результате передозировки реагентов. Недостатки: быстрое истирание материалов и невозможность их регенерации. При одновременном осветлении и стабилизации воду пропускают через комбинированный фильтр загруженный кварцевым песком и мраморным.

Виды отложений в трубопроводе:

Отложения возникают в результате выпадения и отложения на стенках различных соединений. Виды:

1)Донное отложение – отложение в нижней части трубы, возникает в результате транспортировки неочищенной воды(основные компоненты грубодисперсные примеси)

2)Сплошные отложения – расположенные эксцентрично по всему диаметру трубы с утолщением на дне (карбонат Са, грубодисперсные примеси)

3)Бугристые отложения – представляют собой бугорки неправильной формой сливающиеся друг с другом. (гидроксид железа, образуется в результате длительного жизненного цикла железобактерий)

4)Биологические обрастания. Образуется в результате способности микроорганизмов присоедин. к стенкам трубопровода и активно развива-ся.

Предотвращения обрастаний и коррозии: Для предотвращения обрастаний и коррозии воду обрабатывают полефосфатами. Действие фосфатов основано: 1) на торможении коррозийных процессов. 2) он адсорбируется на поверхности зародышей кристалла СаСо3. Обладает поверх.активными свойствами и препятствует росту отложений.

Антикоррозийная обработка воды: 1-обработка жидким стеклом.

Образуется защитная пленка, которая препятствует разрушению металла. 2 - Протекторная обработка – это покрытие различными материалами (цинк, олово, никель, краски, эмали)

Обработка с биоврастаниями:

Применяют Cl и медный купорос. Cl добавляют непрерывно или периодически в зависимости от загрязнения. Дозу выбирают таким образом, что бы после контакта остаточное содержание было не менее 1мг/л. Медный купорос применяют для открытых водоемов, а так же для борьбы с водорослями. Его распыляют над поверхностью водоема. Обработка охлажденной воды:

1)Продувка системы, т.е. частичный или полный сброс воды, промывку системы.

2)Обработку полифосфатами

3)Подкисление

4)Дымовыми газами (при растворении дымовых газов в воде увеличивается концентрация СO2, что компенсирует потери углекислоты в охладителях и предупреждает распад бикарбонатов.