1631124715-0a3bd39a6c28aa899fa452e670e4dc1f (Производство продуктов питания и воды и методы их отчистки), страница 3

Коммунально-бытовое потребление воды превышает 20 км³/год. Уровень развития коммунального водоснабжения определяется двумя показателями: обеспеченностью населения централизованным водоснабжением и величиной удельного водопотребления. Важной задачей является сокращение потребления водопроводной воды на технические нужды. В Москве, например, на долю промышленности приходится 25% подаваемой в столицу водопроводной воды. Однако нет никакой необходимости использовать питьевую воду на технические нужды. Для этого необходимо расширить сеть технических водопроводов, что существенно снизит себестоимость потребляемой воды. 

Велики расходы воды в промышленности (около 90 км³/год). Для выплавки 1 т. стали требуется 200-250 м³ воды, 1 т. целлюлозы - 1300 м³. Велики резервы экономии воды в промышленности за счет внедрения прогрессивных технологических процессов. Например, на старых нефтехимических заводах для переработки 1т. нефти расходуется 18-22 м³ воды, в то время, как на современных заводах с оборотным водоснабжением и системами воздушного охлаждения - около 0,12 м³/год. 

В настоящее время положение усугубляется тем, что после приватизации основного числа предприятий, в том числе и экологически грязных предприятий, новым хозяевам не хватает денег для постройки или модернизации очистных сооружений.

3.2. Основные источники загрязнения воды

Как говорилось ранее, проблема чистой воды на сегодняшний день очень актуальна. К основным формам загрязнения относят физическое химическое, биологическое и тепловое.

При физическом загрязнении в водоемы попадают плохо растворимые примеси, такие как песок, глина или различный мусор. Тепловое загрязнение обычно выделяют в отдельный вид, так как основным загрязняющим компонентом является тепловая энергия, косвенно влияющая на окружающую

Рис. 10. Загрязнение воды

среду. Дополнительный подогрев водоема способен сильно изменить протекающие в нем биологические процессы, что может привести к массовой гибели рыб и других водных обитателей, или же наоборот стать причиной бурного роста водорослей или простейших, необходимость очистки от которых может значительно усложнить последующий процесс водоподготовки. Однако нужно заметить, что тепловое загрязнение может оказывать и положительное воздействие, поэтому термин “тепловое загрязнение” является относительным, а характер воздействия на окружающую среду должен оцениваться отдельно для каждого случая.

Химическое загрязнение – это попадание в водоемы химических веществ, специфических для различных производств или отраслей промышленности и сельского хозяйства. В особенности стоит выделить загрязнение нефтепродуктами, соединениями тяжелых металлов, поверхностно-активными веществами (ПАВ) и нитратами, главным источником которых является смыв сельскохозяйственных удобрений. В случае биологического загрязнения речь идет о засорении органическими веществами и микроорганизмами (в том числе болезнетворными и паразитическими). Кроме того, ряд химических соединений, богатых азотом и фосфором биогенного происхождения, является питательной средой для определенных организмов, и загрязнение водоема такими соединениями ведет к его эвтофикации – постепенному зарастанию с последующим превращением в болото.

3.3. Классификация способов и методов очистки воды

Разнообразие различных загрязнителей порождает не меньшее разнообразие способов очистки воды от них. Тем не менее, их все можно разделить на группы по принципу действия. Таким образом, наиболее общая классификация способов очистки выглядит следующим образом:

- Физические;

- Химические;

- Физико-химические;

- Биологические.

3.3.1. Физические методы очистки воды

В основе работы физических способов очистки воды лежат различные физические явления, которые используются для воздействия на воду или содержащиеся в ней загрязнения. При очистке больших объемов воды эти методы используются преимущественно для удаления достаточно крупных твердых включений и выступают в качестве предварительной стадии грубой очистки, призванной снизить нагрузку на последующие стадии тонкой очистки. В то же время существует ряд физических методов, способных проводить глубокую очистку воды, но, как правило, производительность таких методов мала.

К основным физическим методам очистки воды относят:

- процеживание;

- отстаивание;

- фильтрование (в том числе центробежное);

- ультрафиолетовая обработка

Процеживание представляет собой пропускание очищаемой воды через различные решетки и сита (рис. 11.), на которых происходит задержание крупных

Рис.11. Процеживание и фильтрация воды

загрязнителей. Этот метод относится к грубой очистке и часто выступает в качестве предварительной стадии. Его назначение – удалить из очищаемой воды легко отделяемые загрязнители для снижения нагрузки на очистные сооружения и обеспечить работоспособность последующих установок тонкой очистки, которые могут выйти из строя из-за попадания крупных механических включений. Дополнительная информация по процеживанию

Отстаивание заключается в отделении части механических загрязнений из воды под действием гравитационных сил, заставляющих частицы опускаться на дно, образуя осадок. Отстаивание может выступать как в качестве предварительной стадии очистки, на которой отделяются наиболее крупные загрязнители, так и в качестве промежуточных стадий. Данный процесс осуществляется в отстойниках – резервуарах, снабженных устройствами для удаления осадка, время пребывания воды в которых рассчитывается из условия полного осаждения всех загрязняющих частиц, которые должны быть отделены. Дополнительная информация по отстойникам

Фильтрование основывается на прохождении очищаемой воды через пористый слой фильтрующего материала, на котором происходит задержание частиц определенного размера. По своему принципу фильтрация схожа с процеживанием, однако с ее помощью можно проводить как грубую, так и тонкую очистку. Фильтрация позволяет удалять такие загрязнители как ил, песок, окалина, а также различные твердые включения размером в несколько микрон. Кроме того, с помощью фильтрации можно улучшить органолептические качества воды. Механическая фильтрация получила широкое распространение, как в крупных установках водоочистки, так и в бытовых фильтрах малой производительности.

Ультрафиолетовая дезинфекция воды, хоть и не производит непосредственно очистку, но активно применяется в процессе водоподготовки и заключается в обработке уже очищенной воды ультрафиолетовой частью спектра света (в частности используется диапазон волн с длиной 200-295 мкм – бактерицидный диапазон волн), невидимой для человеческого глаза, с целью обеззараживания воды. Смерть живых организмов под данным излучением наступает преимущественно вследствие повреждений молекул ДНК и РНК, что вызвано фотохимическими реакциями, возникающими в их структуре. Преимуществами такого способа обеззараживания является независимость процесса от состава воды и сохранение этого состава после УФ обработки. Тем не менее необходимо учитывать наличие в воде твердых примесей, способных оказывать экранирующий эффект по отношению к излучению.

Рассмотрим конструкцию установки по обеззараживанию воды (рис. 12). Бактерицидная установка по конструкции имеет корпус, выполненный из нержавеющей стали, в котором размещены трубы из кварца. Внутри таких труб расположены бактерицидные лампы. На поверхности корпуса размещается датчик, измеряющий мощность излучения. В конструкцию установки входит также сигнализация, подающая звуковые и световые сигналы, когда выявляются неисправности облучателей, при попадании внутрь загрязненной воды, при загрязнении кварцевого чехла и других случаях.

Рис.12. Установка по обеззараживанию воды ультрафиолетом.

Основные характеристики крупной стандартной установки, например, наименования ОДВ-150: производительность - 150 м³/час, потребляемая мощность – 1850 Вт, масса – 165 кг, габаритные размеры, 0,4х0,56х1,4 м³ Установки обеспечивают УФ дозу не менее 16 мДж/см², средняя доза в оборудовании достигает 30 мДж/см², при качестве обеззараживаемой воды: цветность – не более 35 град, содержание железа – не более 1 мг/л, мутность – не более 2 мг/л по каолину, коли-индекс – не более 10 000 КОЕ/литр. Ресурс бактерицидных УФ ламп – 12000 часов. Установки изготавливается из нержавеющей стали.

Основными характеристиками в процессе УФ дезинфекции являются интенсивность излучения, доза облучения и время облучения. Произведение указанных характеристик определит в облучаемой среде уровень снижения количества микроорганизмов.

УФ облучение наиболее эффективно по отношению к патогенным микроорганизмам. Большинство таких организмов гибнет при дозе 10-16 мДж/см², для уничтожения вирусов дозы в 40 мДж/см² будет достаточно.

Технология очистки воды УФ излучением легко взаимодействует с другими технологиями дезинфекции. Например, совместно с ультрафиолетовым обеззараживанием можно применить обработку не большими дозами озона, что в целом повысит эффективность обеззараживания.

Многоламповыми УФ установками компонуются объекты производительностью до 30000 м³/час, используемые для обеззараживания, питьевой, очищенных сточных вод и обеззараживания воды в бассейнах. В качестве источников УФ излучения в оборудовании используются ультрафиолетовые лампы фирмы Philips.

В УФ оборудовании серий 2, 4, 6 используются амальгамные УФ лампы повышенной бактерицидной защиты и эффективности, позволяющие создавать компактные УФ системы большой производительности. Применение амальгамных УФ ламп позволяет сократить количество ламп в установке, снизить металлоемкость оборудования, затраты на изготовление и монтаж, эксплуатационные расходы.

3.3.2. Химические методы очистки воды

Методы очистки данной группы основаны на химическом взаимодействии определенных веществ (реагентов) с загрязнителями, в результате чего вторые либо разлагаются на неопасные компоненты, либо переходят в иное состояние (к примеру, образуют нерастворимые соединения, выпадающие в отделяемый осадок). Несмотря не огромное разнообразие возможных загрязнителей и химический реакций, в которые эти загрязнители могут вступать, выделяют ряд способов очистки, принципиально отличающихся по типу химического взаимодействия:

· нейтрализация;

· окисление;

· восстановление.

Нейтрализация заключается в, как следует из названия, осуществлении процесса нейтрализации, при котором происходит выравнивание кислотно-щелочного баланса за счет взаимодействия кислот и щелочей с последующим образованием соответствующих солей и воды. Нейтрализацию проводят как путем смешения очищаемых вод с кислотной и щелочной средой, так и путем добавления реагентов, создающих в воде среду определенной реакции (кислотной или щелочной). Для нейтрализации кислых стоков обычно используют аммиачную воду (NH4OH), гидроксиды натрия и калия (NaOH и KOH), кальцинированную соду (Na2CO3), известковое молоко (Ca(OH)2) и т.д. В случае щелочных стоков применяют различные растворы кислот, а также кислые газы, содержащие такие оксиды как CO2, SO2, NO2 и т.д. В качестве кислых газов обычно используют отходящие газы, которые пропускают через очищаемую воду, при этом попутно осуществляется процесс очищения и самих газов от твердых включений.

Окисление и восстановление также используется для очистки воды от различных загрязняющих веществ, хотя на практике соотношение их использования сильно смещено в сторону окислителей. Несмотря на то, что в реакции нейтрализации также протекают параллельные процессы окисления и восстановления, данный метод отличается использованием значительно более сильных окислителей и восстановителей, так как целевые загрязнители просто не будут вступать в реакцию с веществами, используемыми в методе очистке нейтрализацией. С их помощью проводят обезвреживание различных токсичных веществ, и также веществ, трудно извлекаемых из воды иными способами. Осуществлением реакций окисления добиваются переведения токсичных загрязнителей в менее токсичные или нетоксичные формы. Также за счет использования сильных окислителей достигается гибель микроорганизмов, наступающая вследствие окисления их клеточных структур. В основном применяют хлорсодержащие окислители: газообразный хлор (CL2) а также различные хлор соединения, такие как диоксид хлора (CLO2), гипохлориды калия, натрия и кальция (KCLO; NaCLO; Ca(CLO)2). Помимо этого, использую перекись водорода (H2O2), перманганат калия (KMnO4), озон (O3), кислород воздуха (O2), дихромат калия (K2Cr2O7) и т.д.

3.3.3.Физико-химические методы очистки воды, обратный осмос

Как следует из названия, методы очистки воды данной группы совмещают в себе химическое и физическое воздействие на загрязнители воды. Они достаточно разнообразны и применяются для удаления самых разных веществ. В их числе растворенные газы, тонкодисперсные жидкие или твердые частицы, ионы тяжелых металлов, а также различные вещества в растворенном состоянии.

Физико-химические методы могут применяться как на стадии предварительной очистки, так и на поздних этапах для глубокой очистки.

Разнообразие методов данной группы велико, поэтому ниже будут приведены наиболее распространенные из них:

- флотация;

- сорбция;

- экстракция;