Очистка воды химия

Как связано качество питьевой воды и методы очистки воды

Технология очистки воды до питьевой – это процесс подготовки природной воды, включающий различные методы удаления нежелательный частиц, минералов, биологических веществ и газов, результатом которого является получение пригодной питьевой воды.

Прежде чем выбрать способы очистки воды питьевой воды, необходимо разобраться, от чего чистить воду. К основным загрязнениям пресной воды (водопроводной, колодезной, родниковой, скважинной) относят:

  • механические примеси – песок, ил, глина, ржавчина;
  • микроорганизмы, бактерии, вирусы и органические соединения;
  • железо, марганец и тяжелые металлы;
  • гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, соединения азота и свободных лор;
  • легкорастворимые соли и газы.

Реализуемые современные методы очистки воды до питьевой различны и подбираются в зависимости от качества исходной воды, которое проверяют путем лабораторного исследования.

Все методы подготовки питьевой воды имеют свои достоинства и недостатки, поэтому выбирая подходящий вариант, нужно основываться на пригодности способа в каждом конкретном случае. Например, провести анализ воды и установить качественный и количественный состав примесей, а также понять, какой уровень очистки воды на выходе требуется, ведь к питьевой воде, воде для бытовых нужд и технической воде предъявляются разные требования. Наилучший вариант – приобрести комплексную установку, позволяющую провести очистку и насыщение воды полезными минералами.

Современные проблемы нехватки питьевой воды. Основные источники загрязнения

В зависимости от принципа действия активных компонентов очистительных устройств выделяют 4 группы способов очистки воды питьевой:

  1. физические;
  2. химические;
  3. биологические;
  4. физико-механические.

Физические методы питьевой водоподготовки применяются для очистки воды от твердых, нерастворенных, взвешенных и чаще всех крупнофракционных частиц. На особую эффективность данных методов водоподготовки питьевой воды не рассчитывают, поэтому применяют только для первичной очистки. Самые известные среди них:

  • отстаивание;
  • процеживание;
  • кипячение;
  • заморозка;
  • очистка питьевой воды методами фильтрации;
  • обработка ультрафиолетом.

Современные химические методы для очистки питьевой воды имеют высокую производительность и эффективность. Очистка происходит за счет взаимодействия специальных химических компонентов, которые угнетают действия примесей. Основные реакции:

  • нейтрализация (выравнивание щелочного баланса среды);
  • окисление (обезвреживание токсичных компонентов и хлора);
  • восстановление (удаление ряда переходных элементов, простых металлов и соединений).

В силу применения активных химических веществ некоторые технологии водоподготовки питьевой воды являются опасными для здоровья человека.

Как следует из названия в основе метода подготовки питьевой воды лежит принцип использования живых микроорганизмов: аэробных либо анаэробных бактериальных культур. Данный современный метод подготовки питьевой воды перспективный, но применяется лишь для очистки сточных вод.

Самый популярный метод, используемый для очистки питьевой воды, – физико-химический. Основные современные способы очистки (обезжелезивание, ионный обмен, обратный осмос) включены в данную группу.

Применяемые методы для очистки питьевой воды, входящие в эту группу весьма разнообразны, и способы справиться со всеми самыми распространенными типами загрязнения воды. Они отличаются высокой производительностью и эффективностью, и, что самое важное, абсолютно безопасны для человека, растений и животных.

  • Технологии подготовки питьевых вод с помощью обезжелезивания и аэрации

Результатом обезжелезивания является полное извлечение из воды железа и марганца. В зависимости от валентности присутствующего металла применяют разные схемы очистки питьевой воды от железа. Два наиболее популярных: реагентный с помощью введения окислителей, безреагентный с использованием катализаторов окисления и метод аэрации.

Аэрация позволяет избавиться от самого распространенного вида железа – двухвалентного. Сущность данной схемы водоподготовки питьевой воды – насыщение воды кислородом, под действием которого железо из растворенной формы переходит в твердую, впоследствии отделяемую механической очисткой.

Данные современный способы очистки питьевой воды безопасны, улучшают вкус воды и сравнительно не дороги. К минусам системы можно отнести узконаправленность метода, необходимость соблюдения определенного PH воды, необходимость регулярной смены фильтра.

Аэрация и фильтры обезжелезивания применяются как для промышленной очистки питьевой воды, так и для малых населенных пунктов и частных домов.

  • Ионообменные методы подготовки воды для хозяйственно питьевого потребления

таблица1

Принцип работы ионообменных фильтров заключен в действии специальной смолы. Когда вода проходит через фильтр умягчения, происходит реакция ионного обмена, так смоле удается удерживать ионы кальция, магния, насыщая воду полезным натрием или нейтральным водородом. Получаемые соли являются безвредными, не выпадают в осадок и не вызывают накипи.

  • необходимость частой регенерации смолы;
  • невысокая скорость очистки.

Данный способ относится к наиболее эффективным методам очистки питьевой воды и сточных вод.

  • Обратный осмос – современный метод очистки питьевой воды

Системы очистки воды, в основе которых лежит процесс обратного осмоса, считаются универсальным способом. Эффективность данного метода очистки питьевой воды до 99%. Процесс строится на действии физических сил, под влиянием которых чистая вода проходит сквозь полупроницаемую мембрану, а примеси (механические, растворенные соли, металлы) остаются в исходном растворе и в последствии выводятся в сток. Самая важная составляющая для осуществления процесса – достаточный напор воды.

Выделяют два основных недостатка обратноосмотического способа подготовки питьевой воды: неспособность улавливать летучие компоненты, такие как хлор и летучая органика, и полная деминерализация воды. Поэтому в установках обратного осмоса используют фильтры пред и послеобработки.

  • Обеззараживание – основной метод очистки питьевой воды от микробиологического загрязнения

Методы обеззараживания служат для уничтожения вредных микроорганизмов, вирусов и бактерий. Существует несколько методов очистки питьевой воды:

  • хлорирование;
  • озонирование;
  • йодирование;
  • термическая обработка;
  • применение ультразвуковых установок;
  • использование серебра.

Каждый метод очистки питьевой воды от бактерий имеет свои плюсы и минусы, оказывая или нет влияние на здоровье человека. Наибольшую эффективность имеют комбинированные бактерицидные установки, предназначенные для обеззараживания воды небольших объемов и применения в бытовых целях.

  • Подготовка питьевой воды с помощью сорбции

Данный метод очистки питьевой воды с помощью угольных фильтров в России используется для того, чтобы проводить эффективную очистку воды в больших объемах. Он подходит для глубокой очистки воды любого назначения, а также в качестве этапа водоподготовки и заключительного этапа очистки.

Таблица 2

Действующее вещество – сорбент, который способен удерживать на своей поверхности вредные вещества за счет пористой структуры. Обычно используются активированные угли, силикагели, алюмогели, цеолиты. Данный способ очистки питьевой воды позволяет избавиться от нитратов, гербицидов и пестицидов, фенолов, ПАВ и т.д.

  • Флотация – новый метод очистки питьевой воды

Принцип работы систем на основе процесса флотации сводится к насыщению воды пузырьками воздуха, которые способны улавливать взвешенные частицы загрязняющих компонентов, выводя их на поверхность и образуя пену, которая в свою очередь удаляется механическим способом. Часто вместо обычного воздуха используют химические компоненты.

  • Электродиализ и электродеионизация – специальные методы очистки питьевой воды

Метод электродиализа и электродеионизации сочетает в себе наличие ионообменной мембраны и подключенных к постоянному току электродов. Таким способом происходит обессоливание и удаление вредных ионов. Так, под действием тока ионы веществ движутся к электродам и «встречаются» с заряженными мембранами, которые и осуществляют процесс фильтрации.

Вода – основа органического мира, без которой человек и другие живые существа не могли бы существовать. Она используется в бытовых нуждах, для полива и других целей, при этом 70% всей жидкости находится в виде ледников, что существенно усложняет ее использование. И все равно остаются громадные объемы жидкости – так в чем проблема?

Все загрязнители делятся на несколько категорий и бывают:

  • физическими – плохо растворимые примеси вроде мусора, глины, песка;
  • химическими – химические вещества, специфические для разных производств и промышленных отраслей, сельскохозяйственной отрасли.

ВсеИнструменты

Химические способы очистки стоков основываются на применении химического взаимодействия между разными соединениями и элементами. Реагенты подбирают строго по результатам химического анализа воды. Данные вещества вступают в химические реакции с загрязнителями и разлагают их. После разложения загрязнители становятся безопасными для человека либо выпадают в виде осадка.

Если правильно подобрать реагенты, из воды будут удаляться только лишние примеси, а нужные никуда не денутся. То есть вода останется «живой». Химические методы очистки в комплексе с механической фильтрацией – основа автономного водоснабжения на производстве.

Физические методы очистки стоков от загрязнений предполагают применение того или иного физического эффекта воздействия или на воду, или на загрязнение. Они позволяют убирать различные взвеси, растворенные газы, соли тяжелых металлов, умягчать воду, удалять хлор, микробиологические включения.

Ультрафиолет

УФ-излучение эффективно убивает все микроорганизмы, которые есть в воде. Суть физического воздействия состоит в том, что длина волны разрушает клетки болезнетворных микроорганизмов. УФ-излучатель – один из наиболее эффективных стерилизаторов на сегодняшний день.

Термическая очистка

Смысл данной методики заключается в переходе нагретой водной массы в паровую массу с последующей конденсацией пара в жидкость. Уровень концентрации солей в воде может изменяться. Самый простой способ термической очистки – кипячение. Убирает органику, микробиологические включения, умягчает.

Под осмотическим давлением вода, содержащая загрязнения, проходит сквозь полимерную мембрану. Эта мембрана находится в фильтре обратного осмоса и пропускает только молекулы воды с кислородом, задерживая посторонние примеси, вирусы и бактерии.

Физико-химическая очистка стоков основывается на эффекте флотации, она освобождает воду от коллоидных и мелкодисперсных частиц. Газ пропускается через жидкую массу стоков, и каждый его пузырек «слипается» с частичками загрязнителей. Пузырьки начинают скапливаться на поверхности в виде пены.

Что такое химическая очистка сточных вод?

К химическим способам очистки сточных вод относятся такие методики как нейтрализация, окисление, восстановление. Химическую очистку могут использовать как предварительную перед биологической или как метод доочистки. И химическая, и физико-химическая очистка используются только в промышленных условиях. Предварительно обязательно проводить механическую очистку.

Основные реагенты:

  • марганец;
  • озон;
  • хлор;
  • соляная, серная кислоты;
  • гидроксид натрия;
  • известь;
  • другие.

Нейтрализация – это особый способ обработки загрязненной воды, который позволяет восстанавливать нормальный уровень pH (6.5-8.5). Основные способы, применяемые для проведения нейтрализации:

  • смешивание кислотных, щелочных жидкостей;
  • введение реагентов;
  • фильтрование кислотсодержащих стоков с применением нейтрализующих веществ;
  • щелочное растворение газов;
  • введение в кислые стоки аммиачного раствора.

После окисления патогенные микроорганизмы погибают. Данный способ применяет тогда, когда извлечение примесей механическими способами или путем отстаивания не дает нужных результатов. Активные препараты – озон, хлор, бихромат калия, пиролюзит, хлорат кальция, кислород, пр. Применение хлора предполагает последующее дехлорирование воды. Озонирование – методика передовая, но достаточно дорогая. Более того, в больших количествах озон является взрывоопасным веществом.

Восстановление грязной воды позволяет очищать стоки от хрома, мышьяка и ртути. Примеси восстанавливаются до их первоначального вида и удаляются механическим путем. Активные компоненты – диоксид серы, уголь, бисульфат натрия, водород, сульфат железа.