2. Основные методы и технологические схемы очистки природных вод

Классификация методов подготовки питьевой воды

• По целевому назначению:

  1. для улучшения органолептических свойств воды (осветление, обесцвечивание, дезодорация);

  2. для обеспечения эпидемиологической безопасности (методы обеззараживания);

  3. специальные методы обработки воды.

• По сути процессов и природе удаляемых веществ:

  1. в физико-химических процессах удаляются взвешенные и коллоидные вещества (коагуляция, флокуляция, отстаивание и осаждение, фильтрование)

  2. при химических процессах при введении реагента очистка происходит в результате реакций нейтрализации, окисления, восстановления.

  3. биологические процессы характеризуются бактериальным окислением-восстановлением.

Основными методами подготовки питьевой воды являются осветление и обеззараживание.

Осветление осуществляется с помощью физико-химических процессов в отстойниках (горизонтальных и радиальных); осветлителях; фильтрах с зернистой загрузкой.

Обеззараживание. Кроме коллоидов и взвешенных частиц, в воде в том или ином количестве содержатся микробы, в том числе и патогенные бактерии. Наиболее распространенные методы обеззараживания – хлорирование, озонирование, бактериальное облучение (УФ-лучами). Чаще всего применяют хлорирование.

Технологические схемы очистки воды.

Выбор технологической схемы и состава сооружений для очистки воды производится на основании качества воды в источнике, требований к очищенной воде, с учетом производительности очистной станции и экономического обоснования проекта.

Схемы очистки разделяют на реагентные и безреагентные; одно-, двух- и многоступенные; самотечные и напорные.

Существует несколько классических схем очистки воды:

• отстаивание – фильтрование;

• пропуск воды через слой взвешенного осадка – фильтрование;

• двухступенное фильтрование;

• одноступенное фильтрование.

Классические схемы очистки проектируются в самотечном режиме. НС-1 подает воду к первому в схеме сооружению, далее по сооружениям водоочистки вода перетекает самотеком и после очистки собирается в РЧВ. Напор для подачи воды в сеть потребителей создается НС-2.

Ввод обеззараживающего реагента происходит в 2 этапа: перед смесителем – до начала очистки и перед РЧВ – после очистки.

3. Коагуляция и флокуляция. Назначение и принцип действия. Виды реагентов.

Коагуляция и флокуляция проводятся для улучшения процессов отстаивания и осаждения; осуществляются с помощью соответствующих реагентов (коагулянтов и флокулянтов).

Вода природных источников содержит нерастворимые взвешенные вещества, коллоиды и различные растворенные вещества. Коагуляцией примесей воды называется процесс укрупнения этих коллоидных и взвешенных частичек дисперсной системы, происходящей в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. Завершается этот процесс отделением агрегатов слипшихся частичек от жидкой фазы.

Коллоидные частички находятся в постоянном движении. При этом часть окружающего частичку раствора увлекается и движется вместе с ней в виде тонкой пленки.

Коллоиды и взвешенные частицы, находящиеся в исходной воде, являются, как правило, носителями отрицательного заряда и взаимно отталкиваются, а окружающий ее раствор приобретает положительный заряд, что обусловливает возникновение межмолекулярных сил отталкивания и обеспечивает агрегативную устойчивость, препятствуя их укрупнению.

Чтобы нейтрализовать этот отрицательный поверхностный заряд, положительные ионы (называемые противоионами), которые также присутствуют в исходной воде или специально добавляются к ней, притягиваются к отрицательно заряженным коллоидным частицам, образуя вокруг них двойной электрический слой.

На поверхности двойного слоя возникает электрокинетический потенциалом или дзета-потенциалом. Этот потенциал остается отрицательным, поскольку электрические заряды ионов фиксированного слоя не компенсируют все отрицательные заряды на поверхности коллоидной частицы.

Когда две коллоидные частицы приближаются друг к другу, они подвергаются воздействию двух сил, имеющих различную природу и противоположную направленность:

— сила притяжения Ван-дер-Ваальса (Fa), зависящая от удельной поверхности и массы коллоидной частицы, а также от природы среды, в которой она находится;

— сила электростатического отталкивания (Fr), зависящая от поверхностного заряда частиц.

Чтобы нарушить устойчивость суспензии (осуществить коагуляцию), необходимо уменьшить силы электростатического отталкивания, что приводит к необходимости нейтрализации поверхностных зарядов коллоидных частиц.

Коагуляция представляет собой процесс дестабилизации коллоидных частиц путем добавления химического реагента, называемого коагулянтом, привносящего в коллоидную среду многовалентные катионы. Эти катионы адсорбируются и фиксируются в первом слое; дзета-потенцил по завершении нейтрализации всех отрицательных зарядов коллоидной частицы обращается в нуль либо становится пренебрежимо малым.

Флокуляция состоит в агломерировании частиц (предварительно лишенных заряда) с образованием микрофлокул путем их «сшивания» гидроксильными мостиками. Микрофлокулы объединяются затем в более крупные флокулы, поддающиеся отстаиванию. Этот процесс флокуляции можно оптимизировать добавлением еще одного реагента, называемого флокулянтом.

Продолжительность процесса коагуляции составляет секунды, тогда как продолжительность флокуляции — минуты (типичный пример: 3 с и 20 мин).