Как очищают воду схема

Современные способы и методы очистки воды

Системы водочистки являются неотъемлемой частью современной жизни и практически все потребители (от частных лиц до предприятий) нуждаются в качественной и правильно подготовленной воде.

Реализованные в них методы и технологии бывают разными, с особенностями каждого варианта стоит познакомиться заранее.

Какие существуют по принципу действия?

В зависимости от принципа действия выделяют такие способы очистки воды как:

• Физические (грубая механическая чистка).
• Химические (смешение воды с реагентами).
• Физико-химические (сложные комплексные мероприятия).
• Биологические (воздействие живых микроорганизмов).

Физические методы

Данные методы предназначены для очищения воды от твердых крупнофракционных частиц (чаще всего – нерастворимых).

Они успешно задействуются на этапах первичной и грубой очистки и в разы реже – при глубоких и тонких воздействиях.

Среди главных физических методов выделяют:

• Процеживание – очищение жидкостей от крупнофракционных посторонних включений при проходе через ячеистые прослойки (сетки, решетки, полипропиленовую мешковину). К преимуществам этого метода относят простоту и эффективное улавливание крупного мусора, к минусам – потребность в частой промывке фильтрующих элементов, пропускание патогенных микроорганизмов, солей и любых мелких нежелательных примесей.
• Отстаивание – осаждение посторонних фракций под действием собственного веса вниз с последующим отбором более чистой воды. Этот метод используются как на предварительных, так и на промежуточных этапах водоподготовки, его производительность существенно ограничена временем и объемами отстойников.
• Фильтрование – схожий с процеживанием, но более совершенный метод, позволяющий очищать воду от ненужных примесей с разным размером фракций (минимальный порог – до микронов) при прохождении через пористый фильтрующий слой. Метод активно используется в быту и на производстве, из всех физических видов он считается самым эффективным.
• УФ-дезинфекция – обработка предварительно очищенной от крупных фракций воды УФ-лучами с длиной волн в пределах 200-400 нм с целью обеззараживания. Состав и физические свойства жидкости этот метод не меняет.

Химические

Эти методы ценятся за эффективность и высокую производительность.

Исходя из вида протекающих реакций выделяют такие химические методы водоочистки как:

1. Нейтрализация – выравнивание PH-баланса воды за счет добавления особых реагентов (аммиачной воды, гидроксидов калия или натрия, кальцированной соды) или ее пропускании через кислые газы. Чаще всего к этому методу обращаются при регенерации промышленных стоков, забираемая из скважин или водоемов вода изначально имеет нейтральную среду и корректировке баланса не нуждается.
2. Окисление – обезвреживание токсичных водных растворов и хлорирование воды при добавлении активных окислителей. Несмотря на высокую эффективность (микроорганизмы убиваются быстро и надолго) метод считается опасным для здоровья человека.
3. Очистку восстановлением. Данный метод выбирается при высокой доли легко восстанавливаемых веществ в исходной воде или стоках. При его выборе из воды удаляются ряд простых и переходных металлов и минералов (хрома, ртути или мышьяка) и их соединений.

Физико-химические

Данная группа представлена комплексными методами с широким спектром применения, задействуемыми на любых этапах очистки и водоподготовки.

Очистка воды при их выборе осуществляется самыми разными способами, включая воздействие растворенных газов, тонкодисперсных сред и изменение ионного состояния молекул.

Особенности наиболее востребованных физико-химических методов изложены в таблице:

Наименование	Кратное описание метода	Оптимальное применение/ возможные ограничения
Флотация	Отделение и подъем твердых гидрофобных частиц при пропускании сквозь толщу воды пузырьков воздуха или других инертных газов. Формируемая на поверхности пена или прослойка легко удаляется механическими способами.	Очистка жидкостей от нефтепродуктов и масел, удаление твердых примесей при низкой эффективности других методов.
Сорбация	Избирательная фильтрация ненужных примесей при поверхностном или объемном прохождении воды через материалы с пористой структурой (силикагели, уголь и их аналоги). Используемые сорбенты могут быть восстанавливаемыми или утилизируемыми после потери фильтрационных свойств.	Удаление ПАВ, пестицидов, фенолов, процессы доочистки.
Экстракция	Заливка в очищаемую воду мало- или несмешиваемых веществ, растворяющих грязь, с последующим активным перемешиванием, отстаиванием и разделением разнофазных сред.	Удаление органический соединений, включая фенолы, регенерация стоков.
Ионообмен	Обмен ионами между очищаемой водой и природными (цеолиты, сульфоугли) или искусственными (синтетические смолы) ионитами.	Умягчение воды/ метод не предназначен для бытовой очистки больших объемов сильнозагрязненной воды.
Электродиализ	Очищаемая вода последовательно проходит камеры с ионоселективными мембранами и электродами постоянного тока. В первых камерах вода избирательно обессоливается, в крайних – накапливает концентрат солей с последующим разделением.	Обессоливание и удаление нежелательных ионов. Регенерация стоков на химических предприятиях.
Обратный осмос	Вода пропускается через мембраны с микроскопическими ячейками под избыточным гидростатическим давлением с последующей утилизацией выделенного загрязненного раствора.	Обессоливание, отделение нежелательных микроорганизмов, растворенных газов и коллоидных веществ.
Термические методы	Суть данных метолов состоит в получении дистиллята или максимально очищенной воды после ее выпаривания, вымораживания или термического окисления (распыление и пропускание через высокотемпературные продукты сгорания).	Нейтрализация или удаление токсичных или слабо разлагающихся примесей.

Биологические

Эти методы преимущественно задействуются при очищении стоковых вод и базируются на использовании живых организмов.

К последним относят как бактерии (окисляющие и разрушающие токсичные и азотосодержащие соединения, поглощающие фосфаты), простейшие грибы и водоросли, так и многоклеточные (черви, насекомые).

Водоочистка биологическими методами проводится в:

• Естественных или искусственных водоемах, очищающих сравнительно небольшие объемы воды со средней степенью загрязненности при минимуме усилий и трат.
• Биофильтрах – специальных сооружениях с фильтрующей прослойкой из аэробных микроорганизмов с естественным или принудительным воздухообменом.
• Аэротенках – сложных автоматизированных комплексах с принудительной аэрацией.
• Метатенках – устройствах анаэробного брожения для переработки концентрированных стоковых осадков.

Современные технологии очищения

В современных системах водоподготовки приведенные методы используются в комплексе.

Ярким примером служат многоступенчатые бытовые фильтры с механическими предфильтрами, ионообменными или сорбционными картриджами и обратноосмотическими мембранами. Такие установки обеспечивают полноценную подготовку питьевой воды вне зависимости от ее исходных параметров.

К инновационным тенденциям в сфере водоподготовки относят:

• Отказ от метода хлорирования в пользу озонирования (окисление жидким кислородом) и/или УФ-обработки.
• Использование ультрафильтров и нанофильтрационных мембран с пониженной селективностью.
• Вывод взвесей и растворенных органических примесей с помощью электроприборов фотокатализации.

При всех своих преимуществах такие технологии нельзя назвать бюджетными, соответствующие фильтры, мембраны и другие расходные материалы обходятся дорого и в быту не окупаются.

Проверенные новые методы (ионообмен, обратный осмос, многоступенчатое исполнение фильтра), наоборот, становятся более доступными для частных лиц.

Фильтрация на предприятиях

Взаимосвязь между областью использования и требуемым типом системы водоподготовки отражена в таблице:

Отрасль производства	Требуемые функции основной линии подготовки
Металлургия	Обессоливание
Пищевая промышленность	Обеспечение ионного обмена, обеззараживание, умягчение
Добыча и переработка нефти и газа	Исключение посторонних примесей, обезжелезивание, обратный осмос
Энерго- и тепло- и водоснабжение	Обессоливание, УФ-фильтрация, хлорирование или озонирование
Фармацевтика	Обратный осмос, дистилляция

В целях экономии средств приведенные методы реализуются в комплексе с механическим фильтрованием.

Отдельные требования выдвигаются к системам переработки стоков предприятий химической или металлургической отрасли, отбираемый концентрат может быть ценным или нуждаться в обязательной утилизации.

Переработка стоков

Полный цикл переработки стоков на производстве и в общественных линиях включает:

1. Подачу стоков на усреднитель при необходимости разбавления.
2. Отстаивание механическим способом.
3. Основную чистку (активное использование живых организмов).
4. Глубокую чистку (удаление всех посторонних примесей с помощью обратноосмотических мембран или тонких фильтров).
5. Обеззараживание (УФ-обработка, хлорирование, озонирование).

Выделяемый на 2, 3 и 4 стадиях осадок в обязательном порядке регенерируется или утилизируется. Эти процессы происходят в метатенках, отжимных или сушильных аппаратах.

К дорогостоящим физико-химическим методам прибегают лишь при повышенных требованиях к чистоте состава или при низкой результативности других способов.

Бытовое очищение стоков требует меньше усилий. Владельцы индивидуальных домов, но подключенных к канализационным сетям используют септики (как с днищем, так и без), сорбенты или коагулянты.

Более подробно об очистке сточных вод читайте здесь.

Удаление тяжелых металлов

Потребность в принятии дополнительных мер возникает при отклонении ПДК тяжелых металлов в воде от санитарно-гигиенически норм. Чаще всего такая ситуация наблюдается при близости скважины к септику или попадании этих веществ извне (осадки, протекание зараженных грунтовых вод, контакт с металлически фитингами).

Для удаления этих веществ в быту и промышленности используются следующие химические и физико-химические методы:

Тип металла	Допустимая концентрация в воде, не более мг/л	Рекомендуемый метод очистки воды
Марганец и железо	0,1	Ионообмен, аэрация с последующей подачей в засыпной фильтр с каталитическим зарядом, окисление гипохлоритом натрия, дозированная подача сильнодействующих окислителей
Сероводород	0,01, вещество очень токсично	Окисление, выветривание, насыщение кислородом
Свинец	0,03	Обратный осмос, окисление и восстановление
Ртуть	0,001	Обратный осмос, а также окисление и восстановление
Хром	0,05	Окисление, обратный осмос и восстановление
Никель	0,1	Окисление и восстановление

Системы обратного осмоса при несомненной эффективности редко используются из-за дороговизны и ускоренного использования ресурсов мембран.

Заключение

Приведенные методы непрерывно совершенствуются и дополняют друг друга, при выборе конкретного варианта стоит ознакомиться с их особенностями и возможными ограничениями заранее.

Ни один из методов, который существует, нельзя назвать универсальным, при правильной организации водоподготовки они задействуются в комплексе.

Вне зависимости от выбранного метода к потребителю или на промышленные объекты подается вода с контролируемыми параметрами.

Источник

Технологические схемы очистки природных вод, содержащих антропогенные примеси

Для большинства существующих водопроводных очистных станций России до на­стоящего времени попытка улучшить очистку воды от примесей антропогенного проис­хождения при минимальных затратах обычно ограничивается использованием аэрации воды в смесителях, применением новых коагулянтов и флокулянтов и устройством в скорых фильтрах дополнительного слоя загрузки из гранулированного активированно­го угля высотой 0,3-0 ,6 м. Однако, как показывает опыт, сорбционные свойства угля (АУ) сохраняются в таких условиях работы не более чем на протяжении от полугода до двух лет с момента его засыпки в фильтры. После 60-70 суток эксплуатации скорого фильтра с верхним слоем АУ поверхность зерен сорбента покрывается неотмывающимися тонкодисперсными илистыми взвесями, содержащими окись алюминия и другие вещества, выносимыми из отстойников. В дальнейшем угольный слой фильтра выпол­няет лишь роль верхнего, первого по ходу движения воды, крупнозернистого фильтру­ющего слоя. Регенерацию отработанного угля на очистных станциях в России пока не производят ввиду сложности процесса и большой стоимости технологического обору­дования. Досыпают фильтры новым углем марок АГ-3, АГ-5, БАУ и др. по мере его вымыва, в среднем раз в один (два) года на 20-25 см.

В практике подготовки мутных и цветных вод сложного физико-химического со­става с преобладанием органических загрязнений предпочтение отдается окислительно­-сорбционному методу, при котором на заключительном этапе продукты озонолиза за­держиваются на сорбционных гранулированных фильтрах с толщиной фильтрующего слоя до 1,5-2,0 м, крупностью угля 1-2 мм и рабочей скоростью фильтрования 7-10 м/ч .

Очистная станция обработки мутной цветной воды в контактном резервуаре, на окислительной загрузке флокуляцией, осветлением, фильтрованием через песок и гранулированный активный уголь, конечной дезинфекцией озоном и хлорированием

1 — ввод исходной воды и ее перекачка насосом; 2 — контактный и накопительный резервуар; 3 — окислительная загрузка; 4 — лоток Паршаля; 5 — осветлитель типа «Циркулятор»; 6 — песчаный фильтр; 7 — окисление озоном; 8 — фильтрование через гранулированный активный уголь; 9 — ко­нечная дезинфекция озоном; 10 — конечное хлорирование.

Схема очистки и обеззараживания мутных цветных вод, содержащих водоросли и антропогенные примеси

1 — исходная вода; 2 — микрофильтр; 3 — контактный резервуар первичного озонирования; 4 — сме­ситель; 5 — камера хлопьеобразования; 6 — комбинированный осветлитель с блоками тонкослой­ного отстаивания; 7 — фильтр с загрузкой из керамзита или горелых пород; 8- контактный резер­вуар вторичного озонирования; 9 — сорбционный фильтр; 10 — РЧВ; И — НС-II; 12 — ввод озоно­воздушной смеси; К — коагулянт; Ф — флокулянт; И — известь; ПАУ — порошковый уголь; X — хлор; ТПФ — триполифосфат.

Для повышения эффективности работы сорбционных фильтров используют в од­ном корпусе трехслойную загрузку из макро- и микропористых углей различных марок с толщиной слоев от 0,5 до 1,5 м каждый и крупностью зерен от 0,4 до 4,0 мм. При скоростях фильтрования до 10 м/ч и периодической водовоздушной промывке верхнего слоя такие сорбционные фильтры обеспечивают необходимую доочистку в течение 1-1,5 лет без химической или термической регенерации угля. Известно, что частичная деструкция молекул органических веществ при окислении их озоном может вызвать ухудшение их сорбируемости на зернах углей.

Особую опасность представляет наличие в воде растворимых нелетучих и высококипящих средне- и высокомолекулярных органических соединений (углеводороды, СПАВ), способных образовывать комплексы и ассоциаты с тяжелыми металлами, хло­ром, фосфором и другими элементами.

Технологическая схема очистки воды с применением озонирования и осветлительно-сорбционных фильтров

1 — реактор первичного озонирования; 2 — смеситель; 3 — двухслойный фильтр ФПЗ (ОС); 4 — ре­актор вторичного озонирования; 5 — насос; 6 — сорбционный фильтр; 7 — РЧВ; 8 — реагентное хо­зяйство; 9 — озонаторная; 10 — деструктор для разложения остаточного озона; 11 — хлораторная

В таких случаях использование озона становится малоэффективным. Вместо него це­лесообразнее использовать сорбционную доочистку дозировкой порошковых активиро­ванных углей (ПАУ). Ввод ПАУ во избежание его непроизводительных потерь, осуществ­ляют перед осветлительными фильтрами в течение 5-10 суток с дозами 10-20 мг/л в наи­более неблагоприятные периоды года . Широкому распространению этого тех­нологического приема препятствует отсутствие простого и экологически чистого обору­дования для подготовки и дозирования пылевидного угля в обрабатываемую воду.

С учетом вышеизложенного, интерес для персонала водоочистных станций и раз­работчиков новых технологий водоочистки представляют экологически чистые техно­логии и сооружения для очистки и обезвреживания воды.

Под экологически эффективными технологиями для очистки и обезвреживания пи­тьевой воды понимают такие, которые не привносят в процессе их использования вред­ные отходы в окружающую среду и которые способны извлечь из природных источни­ков вредные для здоровья людей компоненты антропогенного происхождения без их трансформации в другие канцерогены и вредного воздействия на работу самих очист­ных сооружений.

К таким технологиям относятся физические и биологические методы предочистки поверхностных вод, реализуемые путем: многоступенчатого безреагентного фильтрова­ния воды с использованием крупнозернистых префильтров (с горизонтальным и верти­кальным направлением фильтрационного потока); безреагентного фильтрования через аэрируемые биореакторы, биофильтры и биосорберы (иногда с озонированием) специ­альных конструкций.

Технологическая схема очистки воды с использованием порошковых угольных сорбентов

1 — водозабор; 2 — насос; 3 — смеситель; 4 — отстойник с камерой хлопьеобразования; 5 — скорый фильтр; 6 — РЧВ; 7 — воздухозаборник; 8 — компрессор; 9 — бак для приготовления суспензии; 10 — эрлифт; 11 — дозатор; 12 — подача порошкового активированного угля.

Более широкое применение в практике водоочистки должны получить комбиниро­ванные технологии, использующие на первой стадии механические и биологические процессы предочистки непосредственно в водозаборном узле, а на второй — химические или физико-химические с меньшими дозами вносимых реагентов.

К числу таких технологий относится очистка поверхностных вод с предочисткой в искусственных водоемах за счет самоочищения и с искусственной интенсификацией этого процесса, аэрированием или озонированием. Технология предусматривает биоте­стирование воды для селекторного ее отбора, периодическую аэрацию (иногда озониро­вание) с целью поддержания жизнедеятельности микроорганизмов и последующую безреагентную или реагентную (с минимальным использованием реагентов) доочистку на традиционных сооружениях. При этом уже на первом этапе очистки окисляемость воды может снижаться на 30-50%, концентрация тяжелых металлов — на 50-90%, азота аммонийного — на 50-80%.

С позиции гигиенических требований для более широкого внедрения таких техно­логий в практику водоочистки требуют решения вопросы своевременной утилизации отработанных «токсичных» растений.

Наиболее проверенными в опытно-производственных и эксплуатационных услови­ях технологическими схемами водоподготовки некондиционных подземных вод, загряз­ненных антропогенными веществами, являются:

1. Аэрация — дегазация — обезжелезивание — адсорбция на ГАУ — ионный обмен на клиноптилолите в Nа + -форме — обеззараживание гипохлоритом натрия или кальция;
2. Аэрация — дегазация — коагулирование — фильтрование — озонирование — адсорб­ция на ГАУ — обеззараживание хлором или хлорреагентами;
3. Аэрация — дегазация — озонирование — фильтрование (осветление, обезжелезива­ние) — деманганация — адсорбция на ГАУ — УФ-обеззараживание.

Вариантами схемы яв­ляется осуществление двойного озонирования с рекуперацией озона на первой ступени и интенсификация вторичного (основного) озонирования с воздействием УФ-облучения и дополнительного окислителя (Н₂0₂) и катализатора.

Очистка воды от микроколичеств диоксинов (полихлордибензодиоксинов (ПХДД) и полихлордибензофуранов (ПХДФ), содержащихся в подземных водах, может быть осуществлена воздействием ультрафиолетового облучения (УФ), радиолиза, озонирова­ния, химических реагентов.

В связи с высокой стабильностью наиболее токсичного представителя — тетрахлор- дибензодиоксина (ТХДД) — продолжительность необходимого воздействия достигает нескольких часов. К примеру, для разрушения более 95% ТХДД путем озонирования требуется не менее четырех часов при pH = 10, что соответствует оптимальным услови­ям для данной реакции.

Применимость коагуляции и флокуляции с солями алюминия для удаления микро­количеств ТХДД из воды исследовалась в работе для водных систем, содержащих взве­шенные частицы и без них. Методы коагуляции и флокуляции позволяют разрушать си­стемы, присутствующие в загрязненных водах: «диоксины — вещества в коллоидном со­стоянии — вода» и «диоксины — вещества в гетерофазном состоянии — вода» с выведени­ем большой части диоксинов из системы в виде осадка. Результаты исследований пока­зывают возможность достижения эффективности очистки воды коагуляцией от диокси­нов до 20-70% в зависимости от фона ксенобиотиков.

При исследованиях адсорбционной емкости угля FILTRASORB-300 по отношению к различным галогенированным соединениям было установлено, что значения адсорб­ционной емкости для двух представителей класса полихлорбифенилов (ПХБ), к которо­му относятся и диоксины, составляют: 630 мг/г (ПХБ-1232) и 242 мг/г (ПХБ-1221). Дан­ные приведены для равновесной концентрации ПХБ 1 мг/л при нейтральном pH, что позволяет сравнить эту адсорбционную емкость с типовыми значениями для других ве­ществ. АУ является хорошим сорбентом для ПХБ и диоксинов.

Проведенные испытания сорбционной очистки воды в связи с обострением диок­синовой проблемы в Башкирии подтвердили эффективность этого метода. При адекват­ной предочистке фильтрацией через гранулированные активные угли (ГАУ) (типа СКД- 515) удаляется 93-97% всех типов диоксинов. Наиболее опасные изомеры диоксинов 2,3,7,8-тетра ПХДД и 1,2,3,7,8-пента ПХДД извлекаются из воды сорбцией на ГАУ.

Ухудшение качества поверхностных вод в последние 30 лет под воздействием ант­ропогенных (техногенных) факторов обусловило необходимость повышения барьерной (защитной) функции водоочистных станций хозпитьевого назначения.

Для очистки мутных и постоянно сильнозагрязненных в течение года вод предло­жена технология, включающая на первой стадии обработку воды в биореак­торе с носителями прикрепленных микроорганизмов. В случае необходимости процес­сы биопредочистки интенсифицируются вводом перед загрузкой биореактора дополни­тельного количества кислорода воздуха. На последующих ступенях обработки вода сме­шивается с реагентами в смесителях мгновенного действия и проходит стадию глубокой очистки в комбинированном сооружении, реализующем последовательно процессы контактного хлопьеобразования, тонкослойного отстаивания и фильтрования через не­однородную полимерную плавающую загрузку/

Технологическая схема очистки сильнозагрязненных мутных поверхностных вод с большим содержанием органических веществ

1- сооружения для приготовления и дозирования раствора коагулянта; 2 — то же для извести; 3- то же для полиакриламида; 4 — установка для хлорирования воды; 5 — узел получения и дози­рования озоновоздушной смеси; 6 — входная камера, совмещенная с биореактором; 7 — смеситель; 8 — комбинированный очистной блок; 9 — контактный газожидкостный реактор; 10 — контактный сорбционный двухслойный осветлитель; 11 — РЧВ; 12 — блок очистки промывных вод.

1- микрофильтры; 2 — контактный резервуар первичного озонирования; 3 — смеситель трубный; 4 — контактная камера — префильтр; 5 — двухслойный контактный осветлитель; 6 — РЧВ; 7 — НС- II; 8 — блок очистки промывных вод; 9 — реагентное хозяйство; 10 — узел получения и дозирова­ния озоно-воздушной смеси; 11 — хлораторная; 12 — фтораторная; ПВ — подача воды на промывку.

Для станций небольшой производительности ( Q > 5,0 тыс. м 3 /сут), сооружаемых в районах, расположенных на значительном расстоянии от баз стройиндустрии и производств реагентов, могут ока­заться оправданны технологии с применением электрофизических методов, электроко­агуляции-флотации, озона с УФ и др. Такие станции могут быть построены без тради­ционных зданий или выполнены в контейнерном варианте.

Технологическая схема очистки высокоминерализованных вод, содержащих ан­тропогенные примеси

1 — биореактор; 2 — трехслойный осветлительно-сорбционный фильтр; 3 — электродиализная ус­тановка; 4 — обратноосмотическая установка; 5 — сорбционный фильтр; 6, 7 — рН-корректор; 8 — резервуар чистой воды; 9 — блок выпаривания солей; 10 — узел осветления промывных вод.

При использовании для хозяйственно-питьевых целей опресненной морской воды в соответствии с требованиями международных стандартов ВОЗ и СанПиН 2.1.4.1074-01 требуется ее предварительное кондиционирование. Принципиальная схема приготовле­ния питьевой из морской опресненной воды, разработанная в НИИ ВОДГЕО под руководством д.т.н. А.И. Егорова, включает в себя блок приготовления, дозирования и смешения с обессоленной морской водой диоксида углерода, блок обогащения катиона­ми Са 2+ на фильтрах с мраморной крошкой, сорбционный фильтр и блок приготовления и дозирования в воду растворов извести, хлора и фтора.

Источник