Что очищает воду от растворимых примесей

Очистка воды от примесей

Многие ошибочно считают, что ограничения СанПиН основаны на биологической потребности человека. На самом деле, их составляют исходя из экономических возможностей и технической оснащенности водоподготовки.

К тому же каждый из людей имеет массу индивидуальных особенностей. Что для одного подойдет, то другому нанесет вред: аллергия, заболевания органов и т.д. Даже если в нормах и учитывалось влияние химических веществ на организм, то брались данные для взрослого здорового человека. Ребенок или люди с хроническими заболеваниями должны обязательно пользоваться очисткой воды от примесей.

Хлор спас мира от эпидемий холеры. Но он является токсичным веществом и особенно опасен для астматиков и аллергиков. В воде могут образовываться соединения с хлором – хлороформ и др.

После всех очистки воды от примесей ее подает по старым ржавым трубам, что ведет к вторичному загрязнению: трехвалентным железом, ионами металлов и механическими примесями.

Как очистить воду от примесей?

Для каждого случая загрязнения предусмотрены свои способы очистки. Главное – знать, что следует убирать. Для этого проводят химический и бактериологический анализ воды. Максимальный результат достигается при системе из нескольких фильтров.

Механическая фильтрация

Механические фильтры являются самыми распространенными. Они задерживают нерастворенные частицы. Воду пропускают через «сито». Размер ячеек определяет уровень очистки. В воде преобладают примеси от 0,1 до 20 микрон. Гранулированный уголь с фракцией 0,1-1 мм способен хорошо очистить воду. Но в воде присутствуют микроорганизмы размером от 0,4 до 3 микрон.

Городские очистительные станции широко используют этот метод очистки.

В квартирах механические фильтры выполняют предварительную очистку, что бы снизить нагрузку на следующие этапы.

Ионный обмен

Представляет собой сорбцию ионов: фильтрующая масса поглощает одни ионы, а выпускает другие. Вредные заряженные частицы остаются в сорбенте, а безвредные оказываются в воде.

Сорбент называют ионообменным материалом (иониты). Обычно они работают на замещение солей (натрий замещает кальций и магний). Вода становиться более мягкой и не образует налета на нагревательных элементах. Используются для очистки воды от тяжелых металлов и нитратов, которые наносят вред организму.

Ионообменная смола характеризуется обменной емкостью – возможным количеством замещенных ионов. Ее преимуществом является способность к восстановлению.

Обратный осмос

Метод основан на использовании обратноосмотической мембраны. Через ее поры способны проходить только молекулы воды, а примеси остаются на поверхности. Вода становится почти дистиллированной, удаляется до 99% примесей.

После мембраны вода направляется в бак для сбора фильтрата, а концентрат солей смывается в канализацию.

Недостатком считается медленная работа, большой объем воды уходит в отходы (для очистки 1 литра тратиться более 5 литров канализационной воды).

Электрохимическая очистка

Вода подвергается воздействию сильного электрического тока, который вызывает окислительно-восстановительные реакции. При небольших финансовых затратах можно получить воду приемлемого качества.

Метод чаще используется на промышленных производствах, а не в быту. Очищает воду от микроорганизмов и органических веществ. Знать полный химический состав невозможно, поэтому никто не гарантирует, что продут нужные реакции. Повышается вероятность появление опасных соединений.

Дистилляция

Вода подвергается испарению, а потом пар конденсируют. выделяются твердые примеси и жидкости, имеющие другую температуру испарения. Вода становиться чистой, но очень дорогой. Используют в фармацевтической и химической промышленности.

В системе обязательно должен быть активированный уголь для удаления низкомолекулярную высоколетучую органику.

Кипячение

Кипячение является разновидностью стерилизации. Из воды полностью удаляются микроорганизмы, которые не переносят высоких температур. Удобен при обработке больших объемов воды.

В быту очистка воды осуществляется кипячением. Однако при своей эффективности, есть ряд недостатков:

• уменьшается концентрация солей;
• часть воды выкипает, а концентрация вредных примесей увеличивается;
• кипяченая вода не имеет вкуса и долго не храниться.

Как правильно кипятить воду? Если нужен кипяток, то достаточно довести ее до кипения. Если необходима очистка воды от примесей, то кипятят от 10 до 15 минут. Этого времени достаточно, что бы убить все микробы. Однако вирус Гепатита А гибнет только после 30 минут кипячения.

Вымораживание

Вымораживанием удаляются соли и твердые примеси. Чистая вода кристаллизуется быстрее, чем с примесями. Воду замораживают. Когда образуются кристаллики чистой воды, то незамерзшую жидкость сливают, а лед растапливают.

Следует следить, что бы вода не охлаждалась слишком быстро, а то замерзнет вместе с примесями.

Следует понимать, что полностью обессоленная вода не будет полезной.

Сорбция

Вода проходит через фильтр с сорбентом, который поглощает газы и твердые примеси. Наиболее распространенным сорбентом является активированный уголь. Он эффективен в удалении многих примесей.

Активированный уголь может быть природного и искусственного происхождения. Исходный материал подвергают обработке высокой температурой в присутствии кислорода. Для активации угля производят обработку водяным паром. Благодаря ей, сорбент увеличивает сваю активную площадь до 1,5 тысячи квадратных метров на 1 грамм. Множество пор разного размера позволяет любому виду примеси найти место.

Для очистки воды от примесей очень важной является скорость сорбции. Вода в фильтрующей массе находится недолго – несколько секунд. Нужно, что бы примеси успели осесть на активную поверхность. Добросовестные производители стремятся к увеличению времени контакта до 30 секунд. Достигается это более толстым слоем активированного угля для прохождения воды. При покупке фильтра обязательно обращайте внимание на скорость. Если в фильтре 100 грамм угля, то за минуту он должен пропускать только 1 стакан воды.

Блок безнапорной дегазации/аэрации в сборе.
Установка обезжелезивания воды HFI 1465 263 740. Загрузка сорбент АС и МС
Установка умягчения воды HFS 1044 255 760. По расходомеру. Смола Lewatit (ФРГ)
Солевой бак для установки умягчения.
Установка сорбционная HFK 1465 263 740. Загрузка активированный уголь.
Канализация свободного излива. Предоставляет заказчик.
Щит управления системой очистки. Входит в комплект п.1
Блок обеззараживания UV-12
Фильтр механической очискти Honeywell F76S 1″
Красный — базовая коплектация. Синий — дополнительное оборудование.

В очистке питьевой воды хорошие результаты показал кокосовый уголь. Он используется основными представителями фильтруемого оборудования.

Важна фракция угля: чем меньше размер частиц, тем больше активная площадь.

Активированный уголь удаляет органику и соединения хлора. Против тяжелых металлов и бактерий он малоэффективен.

Основные недостатки:

• быстро засоряется;
• является хорошей средой для размножения бактерий – следует вовремя его заменять;
• бактерицидной добавкой является серебро, которое токсично в больших количествах.

Сегодня на рынке можно встретить новый сорбент – карбонблок. Это спеченный активированный уголь с полиэтиленом. Получается монолитный блок с высокими сорбционными свойствами. Можно достичь пористость менее 1 микрона. Но он быстро забивается крупными частицами. Следует предусмотреть предварительную очистку воды от ржавчины, песка и глины.

Еще одной разновидностью являются активированные углеродные волокна. Это нити в диаметре до 10 микрон, которые в совокупности обеспечивают высокую скорость очистки воды. Молекула начинает «запутываться» среди волокон и застревает. Углеродные волокна значительно результативнее дробленого угля: выше скорость сорбции, больше сила связывания молекул и сорбционная емкость. Они являются идеальным вариантом для квартиры, где присутствует ограничение в пространстве.

Хорошая система очистки воды от примесей должна иметь умеренную стоимость, обладать хорошими потребительскими свойствами и выдавать чистую воду высокого качества. Следует предусмотреть фильтры для предварительной очистки, глубокой и конечной фильтрации.

Источник

Очистка сточных вод от растворимых примесей

Для очистки сточных вод от растворимых примесей существует много разнообразных методов. Выбор метода очистки сточных вод от растворимых примесей зависит от вида примеси (органическая или неорганическая) и ее концентрации в очищаемой воде. К основным методам очистки сточных вод от растворенных примесей, которые широко используют в промышленности, от­носятся: экстракция, адсорбция, ионный обмен, электрохимические методы, химические и др.

ЭКСТРАКЦИЯ. Процесс, основанный на перераспределении примесей сточных вод в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей (сточной воды и экстрагента) в соответствии с коэффициентом экстракции К_Э = С_Э / С_В, где С_Э, С_В — концентрации примесей в экстрагенте и воде по окончании экстрак­ции. Жидкостную экстракцию применяют для очистки сточных вод, содержащих фенолы масла, органические кислоты, ионы металлов и др.

Целесообразность использования экстракции для очистки сточных вод определяется концентрацией органических примесей в них. Экстракция может быть экономически выгодным процессом, если стоимость извлекаемых ве­ществ компенсирует все затраты на его проведение. Для большинства ве­ществ можно считать, что при концентрации выше 3-4 г/л их рациональнее из­влекать экстракцией, чем адсорбцией. Очистка сточных вод экстракцией состоит из трех стадий:

1. Интенсивное смешение сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем). В условиях развитой поверхности контакта между жидкостя­ми, образуются две жидкие фазы. Одна — экстракт- содержит извлекаемое ве­щество и экстрагент, другая — рафинат — сточную воду и экстрагент.

2. Разделение экстракта и рафината.

3. Регенерация экстрагента из экстракта и рафината. Чтобы снизить содержание растворимых примесей до концентраций ниже ПДК, необходимо правильно выбрать экстрагент и скорость его подачи в сточную воду. При выборе растворителя следует учитывать его селектив­ность, физико-химические свойства, стоимость и возможные способы регене­рации.

Для очистки сточных вод наиболее часто применяют процессы противоточной многоступенчатой экстракции и непрерывной противоточной экс­тракции.

АДСОРБЦИЯ. Адсорбционные методы широко применяют для глубокой очи­стки сточных вод от растворенных органических примесей после биохимиче­ской очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих приме­сей в воде невелика и они биологически не разлагаются или являются сильнотоксичными. Применение локальных установок целесообразно, если вещество хорошо адсорбируется при небольшом удельном расходе адсорбен­та.

Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей и т.д. Достоинством метода является высокая эффективность, возможность очистки сточных вод, содержащих несколько веществ, а также рекуперация этих веществ. Эффективность адсорбционной очистки составляет 0,8-0,95 и зависит от химической природы адсорбента, величины адсорбционной поверхности и ее доступности, от химического строения вещества и его состояния в растворе.

В качестве адсорбентов для очистки сточных вод от растворимых орга­нических веществ широкое применение находят активные угли, которые долж­ны обладать следующими свойствами: слабо взаимодействовать с водой и хо­рошо с органическими веществами, иметь размер пор доступный для извлекаемого вещества, иметь высокую адсорбционную емкость, высокую се­лективность и малую удерживающую способность при регенерации, быть прочными, быстро смачиваться водой, иметь определенный гранулометрический состав.

Расход адсорбента определяют по формуле:

где С_H, С_K — начальная и конечная концентрация примесей в сточной воде, а — удельная емкость активного угля к данным примесям.

Процесс адсорбционной очистки сточной воды ведут при интенсивном перемешивании адсорбента с водой (статические условия), при фильтровании воды через слой адсорбента (динамические условия) или в псевдосжиженном слое на установках периодического или непрерывного действия.

При проведении процесса очистки сточной воды в статических услови­ях используют активный уголь с размером частиц менее 0,1 мм. Процесс про­водят в одну или несколько ступеней. Статическая одноступенчатая адсорбция нашла применение в тех случаях, когда адсорбент очень дешев или является отходом производства. Более эффективно (при меньшем расходе адсорбен­та) процесс протекает при использовании многоступенчатой установки. При этом в первую ступень вводят столько адсорбента, сколько необходимо для снижения концентрации загрязнений от Сн до C₁, затем адсорбент отделяют от­стаиванием или фильтрованием, а сточную воду направляют во вторую сту­пень, куда вводят свежий адсорбент. По окончании процесса адсорбции во второй ступени концентрация загрязнений в воде уменьшается от C₁ до С₂ и т.д. Схема такой установки показана на рис. 9.

Рис. 9. Схема сорционной установки

По трубопроводу 1 в адсобер 2 поступает очищаемая сточная вода. По трубопроводу 4 подается адсорбент, перемешиваемый импеллером 3. Через трубопровод 8 адсорбент с примесями удаляется. Сточная вода поступает в отстойник 5, в котором часть адсорбента оседает на дно и периодически уда­ляется через 7. Очищенная вода направляется по трубопроводу 6 для даль­нейшей обработки.

Недостатки данного процесса — необходимость фильтрации и невоз­можность регенерации отработанного угля. В динамических условиях процесс очистки проводят при фильтровании сточной воды через слой адсорбента. Скорость фильтрования зависит от концентрации растворенных веществ и колеблется от 2 до 6 м/ч. Вода в колонне движется снизу вверх, заполняя все ее сечение. Адсорбент применяют в виде частиц размером 1,5-5 мм. Во избежа­ние забивки адсорбента сточная вода не должна содержать твердых взвешен­ных примесей. В одной колонне при неподвижном слое угля очистку ведут пе­риодически до проскока, а затем адсорбент регенерируют. При непрерывном процессе используют несколько колонн. По такой схеме две колонны работа­ют, а третья отключена на регенерацию. Важнейшей стадией процесса ад­сорбционной очистки является регенерация угля. Адсорбированные вещества из угля извлекают десорбцией насыщенным или перегретым водяным паром, либо нагретым инертным газом. Температура перегретого пара при этом равна 200-300 °С, а инертного газа 120-140 °С. Расход пара при отгонке легколетучих веществ равен 2,5-3 кг на 1 кг отгоняемого вещества, а для высококипящих в 5-10 раз больше. После десорбции пары конденсируют и вещество извлекают из конденсата.

ИОННЫЙ ОБМЕН. Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца и др.), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Метод позволяет рекуперировать цен­ные вещества при высокой степени очистки воды. Ионный обмен широко рас­пространен при обессоливании в процессе водоподготовки.

Сущность ионного обмена заключается в процессе взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойством обменивать ионы, содер­жащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в растворе. Вещества, со­ставляющие эту твердую фазу, носят название ионитов. Они практически не­растворимы в воде. Те из них, которые способны поглощать из растворов электролитов положительные ионы, называются катионитами, а отрицатель­ные ионы — анионитами. Первые обладают кислотными свойствами, вторые -основными.

Поглотительная способность ионитов характеризуется обменной емко­стью, которая определяется числом эквивалентов ионов, поглощаемых едини­цей массы или объема ионита. Различают полную, статическую и динамиче­скую обменные емкости. Для практических расчетов важна динамическая обменная емкость — это емкость ионита до «проскока» ионов, определяемая в условиях фильтрации. Динамическая емкость меньше статической и полной. Иониты бывают неорганические и органические. Это могут быть природные вещества или вещества, полученные искусственно. Наибольшее практическое значение для очистки сточных вод нашли органические искусственные иониты. К ним относятся ионообменные смолы с развитой поверхностью. Отечествен­ная промышленность выпускает различные виды катионитов и анионитов, на­пример: КУ-2-3, КУ-23, КБ-1, КБ-4, КУ-1, АВ-17, ЭДЭ-10Д, АВ-16, АН-22 и др.

Реакция ионного обмена протекает следующим образом:

при контакте с катионитом

при контакте с анионитом

ROH + NaCI = RCI+ NaOH

Реакция идет до восстановления ионообменного равновесия. Ско­рость установления равновесия зависит от внешних и внутренних факторов: гидродинамического режима жидкости, концентрации обменивающихся ионов, структуры зерен ионита, его проницаемости для ионов.

РЕГЕНЕРАЦИЯ ИОНИТОВ. Катиониты регенерируют 2-8% растворами кислот. При этом они переходят в Н-форму. Регенерационные растворы содержат ка­тионы. Затем после взрыхления и промывки катиониты заряжаются, например, в Na-форму, путем пропускания через них раствора поваренной соли. Отрабо­танные аниониты регенерируют 2-6% растворами щелочей. Аниониты при этом переходят в ОН-форму. При необходимости регенерируемый анионит из ОН-формы можно перевести в ОН-форму, пропуская раствор NaCI. Элюаты со­держат в концентрированном виде все извлеченные из сточных вод анионы и катионы. Элюаты, представляющие собой растворы кислот и щелочей, нейтрализуютили обрабатывают с целью рекуперации ценных продуктов.

Процессы ионообменной очистки сточных вод проводят на установках периодического и непрерывного действия. Первые состоят из аппаратов (фильтров или колонн) периодического действия, насосов, емкостей и КИП.

Источник