Методы осветления и очистки питьевой воды

Осветление воды: все, что надо знать об этом процессе

Осветление воды (а. water clarification; н. Wasserklarung; ф. clarification d’eau, decantation d’eau; и. clarificacion de agua, purificacion de agua) — технологический процесс обработки шламовых вод горнопромышленных предприятий под действием гравитационных или центробежных сил, сгущение полученного осадка и отделение его.

Осветлением воды называется также процесс разделения жидкой и твёрдой фазы суспензии (пульпы). В зависимости от технических требований осветление воды проводится до разной степени отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием и флотацией. Наибольшее распространение получили процессы отстаивания и флотации (главным образом в углеобогащении).

Фильтрация и центрифугирование используются в основном для получения требуемого качества сгущенного продукта или кека. К выделенной при этом воде не предъявляют повышенных требований, хотя она и используется в системе оборотного водоснабжения. Выбор способа осветления воды зависит от степени дисперсности частиц, физико-химических свойств и концентрации взвесей, расхода воды, требуемой степени осветления. Грубодисперсные взвеси выделяют из шламовых вод чаще всего отстаиванием (без применения реагентов) и флотацией, тонкодисперсные — отстаиванием (с применением реагентов), осаждением в центробежном поле и фильтрованием.

При осветлении воды получают осветлённую воду и сгущённый продукт с максимально возможным содержанием твёрдого компонента в нём по условиям транспортировки, конструктивным возможностям аппарата, в котором происходит процесс осветления, и по технологическим требованиям при дальнейшем его переделе. При разделении твёрдой и жидкой фаз пульпы в гравитационном или центробежном поле условно различают три зоны: осветления, осаждения и уплотнения осадка.

В зоне осветления концентрация частиц шлама в воде невысокая, и поэтому частицы свободно осаждаются. В зоне осаждения концентрация частиц шлама увеличивается, осаждение происходит в условиях стеснённого падения, характеризуемого оседанием частиц всей массой. В зоне уплотнения осадка концентрация частиц шлама достигает максимума, а скорость осаждения их приближается к нулю; осадок обезвоживается под действием веса частиц. Концентрация осадка зависит от структуры и размеров твёрдых частиц.

В промышленных аппаратах с непрерывной подачей питания выделить зоны разделения фаз трудно. На процесс осветления воды влияют: гранулометрический и минералогический состав твёрдого компонента, его плотность и концентрация, вязкость, температура и pH пульпы, наличие в пульпе реагентов. Эффективность осветления воды во многом зависит от правильного приготовления реагента и его дозировки, конструктивных особенностей выбранного аппарата и его удельной производительности.

Для осветления воды в основном применяют: устройства и аппараты, в которых расслоение пульпы производится под действием силы тяжести (непрерывного действия — пирамидальные отстойники, конусные и радиальные сгустители; периодического действия — наружные отстойники; шламовые бассейны, пруды); аппараты, в которых расслоение происходит под действием центробежной силы (гидроциклоны, осадительные центрифуги); флотационные машины (вывод грубодисперсного шлама).

Для ускорения осаждения тонкодисперсной взвеси в шламовую воду добавляют различные реагенты, вызывающие коагуляцию или флокуляцию, т.е. образование относительно крупных, быстро осаждающихся агрегатов.

Осветление воды — необходимое звено технологического процесса, предназначенного для замыкания водношламовых схем горнопромышленных предприятий и поддержания оптимального уровня содержания твёрдого компонента в оборотной воде.

Осветление воды — это удаление из воды взвешенных и коллоидных веществ, которые окрашивают воду и делают ее мутной. Необходимость осветления и обесцвечивания, а так же обессоливания воды во многом зависит от целей последующего ее использования.

Кроме того, перед очистными сооружениями могут быть поставлены и задачи по дегазации или устранению запахов и привкусов природной воды.

Методы осветления и очистки питьевой воды

Для осветления воды на станциях водоочистки применяется две технологии: это мембранное фильтрование и осаждение.

Фильтрование происходит за счет задержки частиц взвеси снаружи или внутри пористой фильтрующей среды, в то время как осаждение представляет собой процесс выпадения взвешенных веществ в осадок, для чего не осветленную воду задерживают в специальных отстойниках.

Взвешенные частицы осаждаются под действием силы тяжести. Преимущество осаждения — это отсутствие дополнительных энергозатрат при осветлении воды, причем скорость течения процесса напрямую зависит от параметров частиц.

При уменьшенни размера увеличивается время осаждения, то же правило работает и при изменении плотности взвешенных частиц. Осаждение целесообразно применять для осаждения тяжелых, крупных взвесей.

Фильтрование может обеспечить практически любое качество осветления воды.

Однако, при этом способе осветления воды необходимы дополнительные затраты энергии, которые служат для преодоления гидравлического сопротивления пористой среды, которая накапливает взвешенные частицы и со временем повышает сопротивление. Для предотвращения этого необходимо проводить профилактическую очистку пористого материала, которая восстанавливает первоначальные свойства фильтра.

С увеличением концентрации взвешенных веществ в воде повышается и необходимая степень осветления.

Эффект осветления может быть повышен при использовании химической обработки воды, что обуславливает применения вспомогательных процессов, таких как: коагуляция, флокуляция и химическое осаждение.

Начинайте экономить и улучшать своё здоровье уже сегодня!

Осветление воды — вид (этап) очистки природной воды, заключающийся в ее освобождении от взвешенных частиц, ограничивающих или исключающих возможность использования ее для питья, хозяйственно-бытовых или технических целей.

В другом случае под флокуляцией понимают процесс хлопьеобразования с помощью высокомолекулярных веществ, который в отличие от процесса коагуляции протекает без изменения электрических свойств частиц (двойного электрического слоя ионов).

Осветление воды, т.е. устранение из неё взвешенных примесей, может быть достигнуто разными методами (в зависимости от требуемой степени осветления): удалением взвешенных веществ осаждением (отстаиванием), фильтрованием через фильтры (грубая очистка на сетчатых фильтрах, осветлительное фильтрование, сорбционное фильтрование), использованием гидроциклонов, флотацией, коагуляцией, флокуляцией.

Хлорирование воды

Хлорпотребность воды, расчет дозы хлора, контроль за эффективностью хлорирования.

Существует несколько способов обеззараживания. Наиболее распростра­ненным вследствие простоты и дешевизны является хлорирование воды.

Хлорирование воды как метод ее обеззараживания.

Для хлорирования применяют газообразный хлор (в баллонах), хлорную известь, гипохлорит кальция, хлорамин.

Бактерицидный эффект хлора и его соединений состоитиздвухком­понентов :

1. Бактерицидное действие самого хлора

2. Бактерицидное действие атомарного кислорода (О), который образу­ется при распаде хлорноватистой кислоты, образующейся при взаи­модействии хлора с водой.

Эффективность хлорирования зависит от

1) Активности применяемых веществ. Наибольшей активностью обла­дает хлор. Слабее действует хлорная известь, причем ее эффектив­ность зависит от содержания в ней активного хлора (25-35 %).

Дру­гие соединения слабее хлорной извести.

2) Качества (чистоты) хлорируемой воды. Взвешенные вводе частицы препятствуют бактерицидному действию хлора, хлор тратится на окисление органических веществ воды.

Чем чище вода, тем ниже хлорпоглощаемость воды (см. ниже), тем эффективнее хлорирование.

3) Дозы хлора и времени его действия. От дозы хлора (и величины хлорпоглощаемости) зависит количество остаточного хлора (см. ни­же), который и обеспечивает бактерицидное действие.

4) Свойств самих микробов и др.

На водопроводной станции воду обычно хлорируют, используя газооб­разный хлор.

Баллоны присоединяют к хлораторам, которые подают хлор в воду. На водопроводной станции обычно осуществляется нормальное по­стхлорирование (см. ниже «Виды хлорирования»)

Недостатки хлорирования как метода обеззараживания воды:

1) Хлор изменяет органолептические свойства воды (запах, вкус, прозрачность)

2) Имеются хлоррезистентные микробы (например, спорообразую-щие)

Виды хлорирования.

Существует несколько видов (способов) хлорирования.

По месту ввода хлора в схеме обработки воды.

1) Постхлорирование хлорирование производится после всех этапов

обработки (очистки) годы. Наиболее распространено. • 2) Двойное хлорирование — хлорирование производится как до, так и по­сле очистки воды.

По величине дозы хлора.

1) Нормальное хлорирование (хлорирование нормальными дозами хло­ра).

Доза хлора при нормальном хлорировании рассчитывается исходя из хлорпотребности воды. Хлорпотребностъ (или хлорпоглощае-мость) воды — это то количество хлора, которое идет на окисление органических веществ, содержащихся в воде (при внесении хлора в воду через некоторое время его количество уменьшается, так как оп­ределенное количество его, равное хлорпотребности, идет на окисле­ние органических веществ).

При введении хлора в большем количестве чем хлорпотребность, он остается в воде. Хлор, который остается в воде называется остаточным. Обычно после хлорирования остаточ­ный хлор составляет 0.3-0.5 мг/л (при условии, что прошло не менее 30 минут с момента внесения хлора в воду).

Таким образом, Доза хлора = Хлорпотребность воды + 0.3-0.5 мг/л (Остаточный хлор). Нормальное хлорирование применяется.чаще всего на водопро­водных станциях, так как вода до этого проходит тщательную очист­ку и нормальных доз хлора, обеспечивающих указанное количество остаточного хлора вполне достаточно (учитывая, что чем больше вели­чина остаточного хлора тем хуже органолептические свойства воды).

Иногда нормальное хлорирование применяется ив полевых условиях.

2) Гиперхлорирование и суперхлорирование (хлорирование повышен­ными дозами хлора).

Применяется обычно для хлорирования в поле­вых условиях грязной, подозрительной в эпидемическом отношении воды и отличается применением высоких доз хлора.Пригиперхлори-прова нии используют дозы от 10 до 50 мг/л. Продолжительность хло­рирования — 15 минут летом, 25-30 минут зимой.

Если н воде обнару­жены (или подозреваются) споры сибирской язвы, то применяют су­перхлорирование и дозы хлора повышают до 100 мг/л и более. При хлорировании в полевых условиях используют хлорную и шесть, дву-

треть основную соль гипохлорита кальция (ДТСГК), которая содержит 60 % активного хлора, нейтральный гипохлорит кальция (НГК) — 70 % активного хлора, а также индивидуальные средства — хлорсодержащие таблетки («аквасепт», «спороцид», «аквацид» и др.).

После использования повышенных доз хлора необходимо последующее дехлорирование воды,так как без этого она практически не пригодна для употребления по оргаполептическим свой­ствам.

Дехлорирование производят с помощью гипосульфита, а также путем фильтрации через активированный уголь.

Кроме перечисленных способов хлорирование отдельно можно назвать хлорирование с преаммоншацией,при котором перед хлорированием в воду вводят аммиак.

Аммиак с хлором образует хлорамины, которые действуют дольше, чем просто остаточный хлор.

Для дезинфекции воды применяют следующие реагенты:

  • гипохлорит натрия марки А по ГОСТ 11086-76 Гипохлорит натрия. Технические условия
  • гипохлорит натрия, получаемый методом электролиза на месте применения
  • гипохлорит кальция по ГОСТ 25263-82 Кальция гипохлорит нейтральный. Технические условия
  • газообразный хлор, получаемый из жидкого хлора по ГОСТ 6718-93 (ИСО 2120-72, ИСО 2121-72) Хлор жидкий.

Технические условия

  • газообразный хлор, получаемый методом электролиза на месте применения
  • Эффективность хлорирования зависит от свойств и состава водной среды, а именно: от содержания взвешенных веществ и коллоидных соединений, концентрации растворенных органических соединений и неорганических восстановителей, pH воды, ее температуры.
  • Взвешенные вещества и коллоиды препятствуют воздействию дезинфицирующего агента на микроорганизмы, находящиеся в толще частицы, поглощают активный хлор вследствие адсорбции и химического связывания.

Влияние на эффективность хлорирования органических соединений, растворенных в воде, зависит как от их состава, так и от свойств хлорсодержащих препаратов. Так, азотсодержащие соединения животного происхождения (белки, аминокислоты, амины, мочевина) активно связывают хлор.

Соединения, не содержащие азота (жиры, углеводы), слабее реагируют с хлором. Поскольку наличие в воде взвешенных веществ, гуминовых и других органических соединений снижает эффект хлорирования, для надежного обеззараживания мутные и повышенной цветности воды предварительно осветляют и обесцвечивают.

  • При снижении температуры воды до 0-4 °С уменьшается бактерицидный эффект хлора.

Эта зависимость особенно заметна в опытах с высокой инициальной контаминацией воды и в случае хлорирования ее невысокоми дозами хлора. В практике работы водопроводных станций, если загрязнение воды источника отвечает требованиям Госстандарта 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Гигиенические, технические требования и контроль за качеством», снижение температуры заметно не влияет на эффективность обеззараживания.

  • Механизм влияния pH воды на ее обеззараживание хлором связан с особенностями диссоциации хлорноватистой кислоты: в кислой среде равновесие смещается в сторону молекулярной формы, в щелочной — ионной.

Хлорноватистая кислота в недиссоциированной молекулярной форме лучше проникает через оболочки в середину бактериальной клетки, чем гидратированные ионы гипохлорита.

Поэтому в кислой среде процесс обеззараживания воды ускоряется.

  • На бактерицидный эффект хлорирования значительно воздействуют доза реагента и продолжительность контакта: бактерицидный эффект возрастает при повышении дозы и увеличении продолжительности действия активного хлора.

При анализе химических свойств хлора и хлорноватистой кислоты, рассмотренных в рамках этой публикации, мы не зря указывали стехиометрические коэффициенты потребления хлора для каждой из приводимых реакций.

Они нам понадобятся для расчета дозы активного хлора.

Ориентировочная суммарная доза активного хлора, необходимая для окисления органических веществ, микроорганизмов, а также неорганических веществ, будет складываться из:

  • остаточной дозы хлора (Дхост)

принимается равной 0,3-0,5 мг/л согласно СанПиН 2.1.4.1074-01.

  • дозы хлора для обеззараживания (Дхобез)

принимается согласно СНиП 2.04.02-84 после фильтрования:

  • для поверхностных вод – 2-3 мг/л
  • для вод подземных источников – 0,7-1 мг/л.
  • дозы хлора для окисления двухвалентного железа(ДхFe)

принимается 0,7 мгCl2 на 1 мг железа (II) (СНиП 2.04.02 – 84): ДхFe = 0,7• СFe , мг/л;

  • дозы хлора на окисление марганца (ДхMn)

принимается 1,29 мг Cl2 на 1 мг Mn(II): ДхMn = 1,29• СMn , мг/л;

При совместном содержании в воде железа и марганца, как правило, происходит их совместное окисление.

  • дозы хлора для окисления сульфидов (ДхS); принимается:
  • либо 2,08 мг Сl2на 1 мгH2S: ДхS =2,08• СS , мг/л
  • либо 8,34 мг Сl2на 1 мгH2S, если рН ≤ 6,4: ДхS = 8,34• СS , мг/л;
  • дозы хлора для окисления нитритов (ДхNO)

принимается 1,54 мг Сl2на 1 мгNO2– : ДхNO = 1,54• СNO , мг/л;

Дозы окисления сульфидов и нитритов при их повышенном значении лучше устанавливать на основании данных технологических изысканий.

Установки для предварительной очистки воды

Установки для предварительной очистки воды (предочистки) служат для удаления или снижения содержания в воде взвешенных и органических веществ, полного удаления свободной углекислоты, магния, бикарбонатного иона и кремниевой кислоты путем коагуляции, известкования, отстаивания и отфильтровывания выпавшего осадка.

Основными этапами обработки являются: приготовление растворов реагентов и дозирование их; смешение воды с реагентами; осветление-отстаивание выделившегося осадка; фильтрование отстоявшейся воды через зернистые фильтры.

Наиболее распространенной схемой предочистки при химической обработке воды для питания паровых котлов является схема с коагуляцией в осветлителях — фильтрование.

В схемах с одной коагуляцией без извести хорошие результаты дает применение флокулянта — полиакриламида, ускоряющего осаждение хлопьев коагулянта [А1(ОН)3]. Известкование в осветлителях (в необходимых случаях с коагуляцией) и фильтрование является основным, наиболее универсальным способом предочистки.

Расход (доза) реагентов определяется экспериментально по ГОСТ 2676-44 и ГОСТ 2919—45 упрощенными методами или расчетом.

Обработка воды в осветлителях

Осветление воды основано на осаждаемости грубодисперсных частиц под действием силы тяжести.

Для ускорения процессов осаждения взвеси применяют ее коагулирование, для чего в воду добавляют химические вещества – коагулянты1. В результате образуются коллоидные2 хлопья, быстро осаждающиеся и увлекающие за собой частицы взвеси.

В качестве коагулянтов используют используют сернокислый алюминий Al2(SO4)3, сернокислое Fe2(SO4)3 и хлорное FeCl3 железо или железный купорос FeSO4·7H2O.

Коагулянт вступает в химическую реакцию с содержащимися в воде гидрокарбонатными солями кальция и магния.

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = 3CaSO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2;

Al3(SO4)3 + 3Mg(HCO3)2 = 3MgSO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2.

При коагулировании с помощью Al2(SO4)3 происходящий гидролиз заканчивается образованием гидроксида алюминия 2Al(OH)3, который в виде хлопьев выпадает в осадок, и свободной углекислоты CO2.

Коагулирование взвешенных веществ происходит хорошо в мягких природных водах. При низкой щелочности воду подщелачивают гашеной известью Ca(OH)2.

Ориентировочная потребность в коагулянте (Al2(SO4)3 или Fe2(SO4)3 или FeCl3) может быть ориентировочно определена
С повышением температуры ускоряются химические реакции и кристаллизация осадков, улучшается их осаждение.

Колебания температуры ухудшают условия осаждения. При коагуляции температура должна быть не ниже 20 0С, при известковании оптимально 35-40 0С. Колебания температуры при осаждении шлама в осветлителе не должно превышать ±1 0С.

Методы очистки воды: осветление воды

При наличии в воде магния известкование приводит к следующей реакции:

Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 = 2CaCO3↓ + Mg(OH)2↓ + 2H2O.

Хлопья Mg(OH)2 выпадают в осадок медленнее, чем CaCO3.

При осветлении необходимо соблюдать следующие требования:

  • — постоянство качества воды по удаляемым примесям;
  • — постоянство концентрации (±5% от расчетной) растворов реагентов;
  • — постоянство дозировки реагентов с отклонениями от средней оптимальной не более чем на 2-3%;
  • — постоянство производительности осветлителей или плавное повышение ее не более чем на 5-10% в минуту во избежание выноса хлопьев;
  • — энергичное перемешивание воды с реагентами при скорости движения (входа воды) в зону смешения 0,5-1,5 м/сек;
  • — пребывание воды в зоне смешения 3-10 мин, в зашламленном (реакционном) объеме – 30-60 мин, в зоне осветления не менее 40-80 мин;
  • — содержание сухого вещества в зоне зашламления 5-10 г/л, а в продуваемом шламе – не менее 30 г/л.

Глубина умягчения зависит от наличия в обработанной воде осаждаемых ионов и осадительных реагентов. Так при наличии в обработанной воде избытка карбоната натрия Na2CO3 (0,5 ммоль/л) и при температуре до 60 0С остаточная жесткость содоизвестко-ванной воды равна 0,2-0,3 ммоль/л за счет протекания реакции

CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4.

При отсутствии избытка Na2CO3 остаточная жесткость в 2 раза выше. При понижении температуры остаточная жесткость повышается.

Применение едкого натра (NaOH) взамен части извести и соды рекомендуется только в количествах, заменяющих соду и не повышающих остаточную щелочность воды, если это оправдано технически и экономически (NaOH в 3-4 раза дороже соды Na2CO3 и в 15 раз – извести 2Ca(OH)2).

Так, если при коагуляции имеем

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = 3CaSO4 + 2Al(OH)3↓ + 6CO2↑,

а затем CaSO3 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4,

то при применении NaOH сразу имеем

Ca(HCO3)2 +2NaOH → CaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2O;

Mg(HCO3)2 +4NaOH → Mg(OH)2↓ + 2Na2CO3 + 2H2O.

Попадание в осветлитель воздуха вследствие плохой работы воздухоотделителя (скорость опускания воды более 5 см/сек) приводит к взмучиванию и выносу осадка. Иногда возможно выделение в осветлителе мельчайших пузырьков воздуха и углекислоты, если вода пресыщена ими при данной температуре.

Так, при нагреве вода, насыщенная воздухом при +10 0С, становится пересыщенной им в 1,5-2 раза при 35-40 0С. Выделяются мельчайшие газовые пузырьки, которые могут не успеть отделиться в воздухоотделителе.

Они растворяются в воде в нижней части осветлителя под давлением столба жидкости и вновь выделяются в верхней его части. Поднимаясь, эти газовые пузырьки увлекают с собой хлопья осадка. Последние дробятся на дроссельной решетке и выносятся из осветлителя током теперь уже не осветленной воды.

  • Коагулянт – вещество, вызывающее слипание и выпадение в осадок мелких частиц.
  • Коллоидный раствор – высокодисперсное состояние вещества.
cyber
Оцените автора
CyberLesson | Быстро освоить программирование Pascal и C++. Решение задач Pascal и C++
Добавить комментарий