8. Очистка питьевой воды

Очистка или водоподготовка питьевой воды, производимая на очистительных станциях, включает четыре стадии: отстаивание, коагуляцию, фильтрацию и обеззараживание (Рис. 2.1):

Отстаивание

Грубодисперсные взвешенные частицы удаляются отстаиванием воды в больших отстойниках, через которые вода протекает с небольшой скоростью.

Коагуляция

Лёгкую взвесь в виде коллоидных частиц (глина, кремневая кислота) методами отстаивания или фильтрования осадить нельзя.

!!! Коагуляция - это процесс слипания коллоидных частиц под действием каких-либо внешних факторов, с образованием частиц более крупных размеров.

Вещества, вызывающие процесс коагуляции, получили название коагулянтов.

Так как большинство коллоидных частиц, содержащихся в воде, обладают отрицательным зарядом, то для их коагуляции применяют такие вещества, которые при растворении в воде, образуют положительно заряженные гранулы (ионы).

В качестве коагулянта чаще всего используют сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃.

Механизм коагуляции коллоидных частиц

Сульфат алюминия, как электролит, в очень разбавленных растворах гидролизуется с образованием положительно заряженных ионов Al³⁺, которые адсорбируются на отрицательно заряженных коллоидных частицах и нейтрализуют их заряды.

Это приводит к слипанию частиц, в результате чего образуются более крупные частицы, способные к осаждению.

Сульфат алюминия выполняет двойную функцию:

1) существенно снижает временную жёсткость воды, так как переводит её в постоянную жёсткость;

2) играет роль коагулянта.

В системе одновременно протекает две реакции:

(1) Al₂(SO₄)₃ + 3Ca(HCO₃)₂ = 2Al(OH)₃ + 3CaSO₄ + H₂O

2) Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄

Химические методы удаления временной жёсткости

!!! При низкой временной жёсткости в воду вводят гашёную известь Ca(OH)₂ в виде суспензии (другое название - известковое молоко). Это тоже снижает временную жёсткость и переводит её в постоянную жёсткость:

3Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + 2 H₂O + CO₂

Техническое обеспечение процесса коагуляции:

1. Для этого воду из отстойников подают в коагулятор (резерваур-смеситель), там к воде добавляют сульфат алюминия и известковое молоко.

2. Образовавшиеся в результате коагуляции хлопья твёрдых частиц адсорбируют на свою поверхность частички органических примесей и тем самым осветляют воду.

3. Для интенсификации процесса коагуляции и осаждения образовавшихся хлопьев применяют дополнительные реактивы, которые получили название флокулянтов (от лат. flocculi - клочок), например высокомолекулярный полиакриламид.

Фильтрация

Для окончательного удаления осадка вода поступает на фильтр. Фильтр состоит из двух слоёв:

1) верхний слой состоит из кусочков антрацита, толщина слоя 0,4 м;

2) нижний слой из чистого песка, толщина слоя 0,6 м;

3) поддерживающий слой из гравия;

4) решётка, которая удерживает всё конструкцию.

Фильтрование совершается под давлением столба воды.

!!! На стадиях коагуляции и фильтрования удаляется большая часть микроорганизмов.

Обеззараживание

Для окончательного удаления микроорганизмов воду хлорируют, а избыток хлора после хлорирования удаляют добавлением аммиака NH₄ или сульфита натрия Na₂SO₃:

2Na₂SO₃ + O₂ = 2Na₂SO₄

7. Подготовка промышленной воды

Основные стадии подготовки промышленных вод:

1. Коагуляция

2. Фильтрование

3. Умягчение

4. Обессоливание

5. Деаэрация или дегазация

!!! Процессы коагуляции и фильтрования аналогичны стадиям, используемым для очистки питьевой воды.