Все примеси, загрязняющие природную воду в результате ее кругооборота, различаются по своей природе (неорганические, органические, биологические) и размерам (по степени дисперсности).

Условно эти примеси можно разделить на несколько групп:

1. Крупные частицы - макрочастицы, которые видны невооруженным глазом в виде мутности и имеют размер от несколько микрометров (мкм) до 1 мм (1,0-100 мкм). Эти частицы имеют четкую границу раздела с водой и могут самопроизвольно осаждаться.

2. Микрочастицы, которые видны в оптический микроскоп, а невооружённым взглядом глазом могут быть определены как опалесценция. Их размер составляет от долей до нескольких микрометров (0,1-1 мкм). Они  имеют неорганическую или биологическую природу. Из-за броуновского движения такие частицы самопроизвольно не осаждаются.

3. Частицы, имеющие размер от сотых долей до несколько мкм (0,1-0,01 мкм), представляют собой в основном крупные макромолекулы растворимых органических веществ, а также вирусы и бактерии.

4. Еще меньшими размерами - в сотые и тысячные доли мкм(0,01-0,001 мкм) - обладают молекулы органических и неорганических веществ, а также некоторые вирусы.

5. Истинные растворы содержат ионы растворенных неорганических веществ, которые обладают наименьшими размерами (0,001-0,0001 мкм).

Для удаления каждого из указанных видов примесей может быть использовано несколько методов. Они основываются на физических, химических, физико-химических процессах. Реально любой из способов очистки сочетает в себе несколько процессов и представляет собой комплекс воздействий на среду на макро и микроуровнях.

1 Физические методы очистки

К физическим методам очистки воды относятся такие, при которых не происходит химических превращений в растворе, не добавляются новые реагенты. К таким методам относится:

1.1 Отстаивание твердых частиц;

1.2 Фильтрация раствора через зернистые загрузки;

1.3 Фильтрация раствора через пористые перегородки;

1.4 Обработка воды ультрафиолетом

1.1 Отстаивание твердых частиц

Крупные частицы - макрочастицы, которые видны невооруженным глазом в виде мутности и имеют размер от несколько микрометров (мкм) до 1 мм (1,0-100 мкм), могут самопроизвольно осаждаться. Поэтому как один из вариантов их удаления может использоваться метод отстаивания. Этот метод  может применяться в бытовых (коттеджных) системах водоочистки. Сочетание скважинного насоса, накопительной емкости, повысительного насоса и малом водопотреблении обеспечивает:

- Широкий выбор ассортимента скважинных  насосов (за счет наличия накопительной емкости нет необходимости подбирать мощный насос).

- Запас воды (в зависимости от размера емкости 500 л, 1000 л. и т.д.)

-  Сочетание отстаивания, окисления железа, удаление сероводорода.

1.2 Фильтрация раствора через зернистые загрузки;

В воде содержатся механические примеси разных размеров. Это могут быть мелкий песок, глинистые, иловые взвеси, частицы гидроокисей тяжелых металлов и окалины и т.п. Наличие таких загрязнений ухудшает качество питьевой воды, вызывает сбои в работе запорной арматуры и насосов и не приемлемо для большинства технологических процессов. Механические загрязнения из больших потоков воды, как правило, удаляются в насыпных осветлительных фильтрах с гранулированной загрузкой.

Фильтрация загрязненной воды производится сверху вниз. При этом крупные частицы задерживаются в порах между гранулами загрузки, а мелкие загрязнения - за счет различных эффектов, прежде всего электростатичного, прилипают к частицам загрузки. Чем больше загрязнений задержано слоем загрузки, тем уже остаются проходы для жидкости и тем выше глубина очистки воды. Основная масса загрязнений собирается в верхней части слоя загрузки. В определенный момент слой загрязняется насколько, что сопротивление фильтрации резко возрастает, а производительность падает. Повышение давления воды может привести к пробою, т.е. к выносу грязи в чистую воду. Работу фильтра прекращают и слой загрузки регенерируют.

Регенерация зернистой загрузки (взрыхления) заключается в ее отмывки водой снизу верх с такой скоростью, при которой происходит псевдоожижение загрузки и ее расширение на 30-50%. В таком режиме частицы как бы кипят; из меж порового пространства удаляются задержанные взвеси, а при соударении частиц с их поверхности удаляются налипшие загрязнения.

На засыпных фильтрах удаляются частицы с размером более 5-20 мкм. Для очистки от частиц меньших размеров их необходимо укрупнить, агрегатировать, что достигается химическими методами. Другим вариантом очистки от таких частиц является мембранная фильтрация.

1.3 Фильтрация раствора через пористые перегородки;

Другим относительно новым направлением в технике фильтрации является использование мелкопористых материалов - мембран различной природы с каналами разного размера и вида. Такие материалы могут быть в виде полимерной бумаги, ткани, многослойной пленки, керамики, сеток и т.п. Современные технологии позволяют изготавливать плоские или объемные материалы с однородными каналами практически любого размера. 

Все загрязнения различной природы могут характеризоваться размерами, которые находятся в определенных границах. Если пропускать раствор через полупроницаемую перегородку с отверстиями меньшими, чем размер частиц загрязнений, то данные частицы будут задержаны перегородкой, а очищенная вода пройдет через нее. Таким образом, используя пористую среду с определенным размером отверстий, можно удалить все загрязнения, имеющие размер больше, чем у пор.

Мембранные процессы включают в себе:

- Макрофильтрацию МАФ -это механическая фильтрация с удалением крупных видимых твердых частиц с размерами 1-100 мкм.  Как правило, МАФ осуществляется на металлических и полимерных сетках различного типа.

- Микрофильтрация - МФ - удаляет мелкие взвеси и коллоидные частицы, микроорганизмы (бактерии) с размером 0,1-1.0 мкм, определяемые как мутность или опалесценция раствора. Рабочее давление от 0,1 до 2.0 атм.

- Ультрафильтрация - УФ - извлекает из воды коллоидные частицы, микроорганизмы (бактерии и вирусы), крупные органические макромолекулы, определяющие цветность воды, имеющие размер 0,001-0,1 мкм. Рабочее давление от 0,7 до 7.0 атм.

-Обратный  осмос

- Нанофильтрация - НФ

1.4 Обработка воды ультрафиолетом

Ультрафиолетом (УФ) называют невидимую глазом часть спектра электромагнитных волн, имеющих энергию большую, чем у видимого фиолетового света. УФ-излучение охватывает диапазон с длиной волны от 100 до 400 нм. Обеззараживающим (бактерицидным) эффектом обладает только часть спектра УФ-излучения в диапазоне волн 205-315 нм при максимальной эффективности в  области 260 нм.

2. Химические методы очистки

Природная вода содержит различные органические вещества и биологические загрязнения. Они придают ей цветность, запах, привкус, служат источником заражения болезнетворными микроорганизмами. В воде содержатся в виде раствора катионы тяжелых металлов низшей валентности, например железо и марганец, анионы в высшей валентности и растворенные газы, например гидросульфаты и сероводород.

2.1 Процессы окисления

2.2 Осадительные методы

2.1 Процессы окисления

Одним из путей улучшения качества воды является обработка ее окислителем. Первоначально окислители применялись с целью обеззараживания (дезинфекции) и лишь позднее для улучшения цветности, вкуса, привкуса (для обесцвечивания, дезодорации, обезжелезивания и деманганации).

Основными окислителями, используемыми в водоподготовки, являются:

- кислород воздуха;

- Гипохлорит натрия или кальция

- Перманганат калия

- озон

Кислород, содержащийся в воздухе, в количестве примерно 20%, является достаточно слабым окислителем. Он практически не действует на растворенные органические вещества, а для биологических объектов является необходимым элементом их существования и размножения. В то же время кислород окисляет растворенные катионы тяжелых металлов (железо и марганец) до их высших валентностей, при которых они легче гидролизуются и затем удаляются фильтрованием. Такие процессы чрезвычайно распространены в практике водоподготовки.

Гипохлорит натрия эффективен против большинства болезнетворных микроорганизмов, окисляет железо и марганец, предотвращает рост водорослей и биообрастание. Обладает способностью консервировать обеззараживающий эффект на протяжении длительного времени транспортирования воды по трубам. Таким образом, гипохлорит натрия является наиболее предпочтительным реагентом на стадии предварительного окисления и для стерилизации воды в конце обработки перед подачей ее в распределительную сеть. При реакции с органическими веществами происходит образования токсичных диоксидов. Из-за этого требуется последующая доочистка воды на угольных фильтрах

Гипохлорит кальция содержит больше активного хлора и более стабилен, чем гипохлорит натрия. Однако при его растворении в воде образуется не только хлорноватистая кислота, но и гидроксид кальция, из-за чего раствор гипохлорита кальция имеет pH 10-11, и при его введения обрабатываемая вода подщелачивается.

Перманганат калия удобен тем, что не образует веществ с неприятным запахом, не дает побочных эффектов. Его растворы допускают длительное хранение. Из-за сильногоокисляющего воздействия он расходуется в первую очередь на взаимодействия с органическими и неорганическими веществами, что мешает дезинфицирующему действию. В основном используется для перевода солей двухвалентного железа и марганца в четырехвалентного состояние, в котором они легко гидролизуются.

озон

 2.2 Осадительные методы

Осадительные методы очистки характеризуется образованием малорастворимой твердой фазы, на поверхности или внутри которой задерживаются коллоидные и (или) растворенные загрязнения. Эта фаза создается за счет введения специальных реагентов.

Различают три основных осадительных метода: коагуляция, флоакуляция и химическое осаждение.

При коагуляции в раствор вводятся специальные реагенты, при взаимодействии которых с водой образуется новая малорастворимая высокопористая фаза, как правило, гидроксидов железа или алюминия. Происходит также соосаждение тяжелых металлов. Образующие хлопья размером 0,5-3,0 мм и плотностью 1001-1100 г/л имеют очень большую поверхность с хорошей сорбционной активностью.

Флокуляция - процесс агрегации частиц, в котором в дополнение к непосредственному контакту частиц происходит их адсорбционное взаимодействие с молекулами высокомолекулярного вещества, которое называют флокулянтом. При введении флокулянта резко ускоряется процесс образования и осаждения хлопьев при коагуляции, увеличивается плотность агрегатов и осадков, расширяется диапазон pH эффективного действия коагулянтов.

3. Физико-химические методы очистки

3.1 Сорбционные процессы

3.2 Электродиализ

3.1 Сорбционные процессы

Сорбционные методы очистки основаны на процессах адсорбции и ионного обмена. Извлечение ионов из раствора осуществляется методом ионного обмена. Извлечение молекул из раствора осуществляется методом адсорбции.

3.1.1 Адсорбция

Адсорбция - поглощение молекул растворенного вещества твердым нерастворимым телом-адсорбентом.

Наиболее распространенные адсорбенты - активные (активированные) угли разных марок. Активные угли представляют собой пористые углеродные тела, зерненые или порошкообразные, имеющие большую площадь поверхности. Пористая структура активных углей характеризуется наличием развитой системой пор - микропоры(0,001-0,01 мкм), мезопоры (0,001-0,1 мкм) и макропоры (>0,1 мкм). В основном адсорбционные свойства углей определяются микропорами, составляющими до 90% всей поверхности активного угля. При адсорбции из раствора извлекаются в основном молекулы органических веществ, а также коллоидные частицы и микровзвеси. Хорошо сорбируются фенолы, полициклические ароматические углеводороды, нефтепродукты, хлор и фосфорорганические соединения. Активные угли также используются как катализаторы разложения находящихся в воде активного хлора и озона. Эти процессы могут совмещаться с сорбцией органических веществ, повышая ее эффективность. Соли, находящиеся в ионном виде, практически не извлекаются.

3.1.2. Ионный обмен 

Данную статью я сейчас пишу, поэтому, если Вам интересна эта тема по очистке воды зайдите на сайт через пару дней и сможете ее дочитать до конца. 

Фото с нашими примерами системы очистки воды на закладке Фотоальбомы - Мои монтажи.