icq: Статус ICQ 344057078

email: aqua-lux@ukr.net

Новости

Испытаны первые гибридные солнечные батареи
Британская компания Naked Energy разработала Virtu — гибридную систему,... Подробнее
Учёные создали солнечную батарею из хлорофилла бактерии
Развитие этого эксперимента, по мнению его авторов, приведёт к... Подробнее
Прорыв: разработаны самые эффективные солнечные батареи. Semprius. Siemens
Благодаря плодотворному сотрудничеству между компанией Semprius Inc. из Северной... Подробнее
Аква-Терм Киев 15.05 – 18.05.2012 (г.Киев)
Международная выставка систем отопления, вентиляции «Аква-Терм Киев» - крупнейшая выставка на... Подробнее

Статьи

Оконное стекло как солнечная батарея
Ученые из Университета Лестера (Великобритания) в сотрудничестве с норвежской... Подробнее
Целесообразность применения конденсационных котлов
Преимущества использования конденсационных котлов ... Подробнее
Какой котел выбрать: напольный или навесной?
Выбор отопительного котла - это ответственная задача, которую часто приходится... Подробнее

Акции

Скидки на гелиосистемы!
Акция «Подари себе солнце» на гелиосистемы и комплектующие с 11.01.2012. по... Подробнее
Котел OERTLI PKR 256 (56-68 кВт) по оптовой цене! Всего 3900 Евро!
Котел  универсальный OERTLI (Германия) с газовой горелкой предназначен для отопления... Подробнее
Конденсационный котел Buderus по цене обычного газового котла!
Конденсационные котлы отбирают из продуктов сгорания так называемую «скрытую»... Подробнее
Все акции
Главная Водоподготовка Culligan Технологии очистки воды
Технологии очистки воды

Виды загрязненной воды
Загрязнения, которые следует принять во внимание, могут быть сгруппированы в 5 основных категорий:

  • Ионные
  • Неионные
  • Органические
  • Бактерии (микроорганизмы)
  • Растворенные газы

Ионные загрязнения
Ионные примеси составляют самую большую долю от общего объема всех загрязнений , которые должны быть удалены из исходной воды. Тип примеси и ее концентрация зависят от используемого местного источника воды, однако наиболее часто присутствующие примеси, такие как ионы кальция, натрия, калия, магния, хлориды, сульфаты,  карбонаты и бикарбонаты будут почти наверняка преобладать. Основные методы удаления ионных примесей – это обратный осмос и ионный обмен. Другими источниками ионных загрязнений являются насосы и система трубопроводов, химические реактивы, используемые для регенерации, а также те, которые дозировано  вводятся в процесс.
Неионные загрязнения  
Эта группа соединений представляет собой загрязнения, которые либо действительно неионные (т.е. образованы из ковалентно связанных веществ) или настолько слабо ионизированы, что их трудно удалить из воды с использованием стандартных ионообменных смол. Они также могут находиться в форме частиц из нерастворимых веществ, которые содержатся в исходной воде.
Органические загрязнения    
Количество органических соединений, имеющихся в исходной воде, зависит от того, поступает вода из источника со скважины  или из поверхностного водоема. Вода из поверхностных водоемов более загрязнена органическими соединениями, чем из подземных источников. Органические загрязнения могут быть трудноудалимы, их тип и концентрация могут существенно варьировать в зависимости от времени года.
Бактерии
Бактерии вездесущи, они способны существовать как в аэробных (при наличии кислорода) так и в анаэробных (в отсутствии кислорода) средах, выживать в предельно неблагоприятных условиях и производить устойчивое «потомство».
Растворенные газы
Наиболее часто встречающиеся растворенные в воде газы – это кислород и диоксид углерода, что зависит от источника воды, ее рН  и температуры. Растворенный диоксид углерода образует в растворе бикарбонат- и карбонат-ионы, равновесие между которыми определяется величиной рН воды.

В основном, вода, добываемая из артезианских скважин, содержит определенное количество растворенных солей, малое количество растворенной органики, взвешенных частиц и биологических организмов из-за природного фильтрующего воздействия. В противоположной ей, поверхностная вода, (т.е. вода водных бассейнов и рек) содержит значительно меньшее количество растворенных солей, однако в значительно большей степени загрязнена взвешенными частицами, растворенной органикой (в зависимости от сезона) и биологическими организмами. Таким образом, становится ясно, что обработка потребляемой воды необходима. В задачи данной статьи входит ознакомление с  перечнем возможных технологий очистки воды.

Составляющие Частицы Растворенные соли (ионны) Растворенная органика Бактерии
Возможная технология очистки Грубые фильтры, песчаные фильтры, мембраны Дистилляция, мембраны (RO,ED),
ионный обмен
Активированный уголь, мембраны, ионный обмен, нагревание Мембраны, УФ-облучение, химикаты

Удаление растворенных ионов
Процессы удаления ионных включений из воды называются опреснением, обессоливанием или деминерализацией, причем возможны два способа очистки: удаление пресной воды из солевого раствора, или удаление солей из раствора. Примерами методов удаления воды из солевого раствора, является:

  • Дистилляция или, вернее, выпаривание – обеспечивает при идеальных условиях отделения чистого пара от солей, остающихся в растворе.
  • Замораживание – кристаллы льда сами по себе практически не содержит солей и должны быть физически удалены из солевого раствора и промыты.
  • Гидратирование  или образование солевых гидратов, которые после удаления и промывки могут быть разложены для выделения чистой воды.
  • Обратный осмос – «продавливание» молекул воды под влиянием приложенного внешнего давления, превышающего осмотическое давление раствора, через специальную «полупроницаемую» мембрану.
    Методами удаления солей из растворов являются:
  • Ионный обмен – пропускание воды через ионообменные смолы (катиониты и аниониты) , имеющие обычно слабосвязанные  водородные или гидроксильные ионы, которые могут быть заменены на примеси ионов в воде.
  • Электродиализ – приложение электрического потенциала к воде таким образом, чтобы разноименно заряженные ионы двигались в противоположных направлениях. Присутствие чередующегося множества мембран, которые будут обеспечивать преимущественное пропускание катионов или анионов, способствует разделению воды на опресненную воду и солевой рассол.
  • Пьезодиализ – перенос солей под давлением через мембрану, проницаемую как для катионов, так и для анионов, и непроницаемую для воды.


Дистиляция
Процесс очистки загрязненной воды путем ее испарения и сбора конденсата для получения продукта, практически свободного от нелетучих примесей. Процесс обладает дополнительными свойством стерилизации продукта  и может быть использован для обработки природной воды самой различной степени загрязненности. Однако бывают случаи, когда некоторые растворенные и коллоидные примеси уносятся вместе с парами воды в очищенный продукт.

Обратный осмос
Если раствор нелетучего компонента (например, хлорида натрия) отделен от чистого растворителя (например, воды) или просто более разбавленного раствора мембраной, которая является проницаемой для растворителя и непроницаемой для данного растворенного компонента, то будет наблюдаться эффект самопроизвольного проникновения растворителя через мембрану в более концентрированный раствор под действием движущей силы, известной как осмотическое давление. Это перемещение  молекул воды, разбавляющих концентрированный водный раствор, будет продолжаться до тех пор, пока возникающее за счет входящего потока избыточное давление в концентрированном растворе не станет равным по своей величине обратноосмотическому давлению, и тогда поток прекратится из-за установившегося по обе стороны мембраны термодинамического равновесия.
Обратный процесс – опреснения может быть достигнуто если со стороны концентрированного раствора приложить давление выше осмотического, то будет происходить проницание (проникновение) через мембрану чистого растворителя, например, воды. Это является основой процесса обратного осмоса.

Нанофильтрация
Этот процесс может быть рассмотрен как вариант основного процесса обратного осмоса. Нанофильтрация использует мембраны, специально приспособленные для достижения высокой степени отделения многовалентных ионов по сравнению с одновалентными. Приемлемый выходной поток может быть достигнут при относительно низком рабочем давлении, и процесс иногда называют низконапорным обратным осмосом. Все это означает, что основным применением нанофильтрации является умягчение воды, включающее удаление таких ионов как кальций, магний, барий и стронций.

Ионный обмен
Этот метод заключается в удалении из раствора ионов одного типа с их замещением на эквивалентное количество других ионов с таким же зарядом.
Таким образом, существует два вида ионного обмена:
1.    катионный обмен, в котором удаляются из воды некоторые или все катионы (кальций, натрий и др.)
2.    анионный обмен, в котором из воды удаляются некоторые или все аниониты (хлориды, сульфиды и др.)

Электродиализ
Поскольку растворенные соли существуют как заряженные ионы, пропускание постоянного тока через опресняемый раствор будет вызывать миграцию положительно и отрицательно заряженных ионов в противоположные стороны. Если при этом поместить в воду пару мембран, одна из которых («катионопроницаемая мембрана») позволяет селективно пропускать катионы, а другая («анионопроницаемая мембрана») позволяет создать селективный проход анионов, то вода между мембран начинает опресняться.

Удаление органики
Существует несколько путей удаления органики из воды. Наиболее приемлемые из них будут описаны ниже, при этом следует учитывать, что в большинстве систем водоподготовки стратегия по их применению может оказаться неудачной, если использовать только один из этих методов.
* Ионный обмен
Удаление органики вполне осуществимо при применении ионного обмена, поскольку многие из органических примесей, присутствующих в воде (в особенности на поверхности воды ), существуют в виде больших комплексных ионов, которые могут быть удалены при пропускании через ионообменник. При этом важно правильно выбрать анионообменную смолу.  Обычная ионообменная смола, применяется для деминерализации, может подвергнуться разрушению за счет существенной необратимой адсорбции органики в порах матрицы смолы. Поэтому для эффективного удаления органических примесей была разработана специально приготовляемая макропористая смола, из которой затем при последующей регенерации легко удаляются органические молекулы.
*Обратный осмос и нанофильтрация
Ранее отмечалась возможность обеспечения удаления обратным осмосом органики с молекулярной массой около 100 с эффективностью более 90%, хотя на практике достигаемая эффективность зависит от типа мембраны. Однако обратный осмос следует использовать для удаления следовых количеств органики, поскольку подача исходной воды с высоким уровнем содержания органики может привести к поверхностному  пленочному загрязнению мембран с последующим существенным снижением их характеристик после очистки.
Нанофильтрация также может быть эффективным методом удаления органики с молекулярной массой около 200-400 и, особенно в последнее время, все в большей степени используется производящими чистую воду фирмами для обработки исходной воды, содержащей высокий уровень гуминовых соединений как продукта разложения растений, придающих природной воде «цветность».
* Фильтры на основе активированных углей
Удаления большого количества органических примесей на первичных стадиях очистки воды ионным обменом или обратным осмосом нельзя признать целесообразным с практической точки зрения – ранее уже отмечалось склонность обраноосмотических мембран к загрязнению. Следовательно, для удаления из исходной воды большого количества органики требуется применения других методов. Наиболее часто для  этих целей используется слой активированного угля. Для этого емкость заполняется гранулами угля, подготовленными специальным образом, например из антроцита, подвергнутого специальной обработке, которая обеспечивает формирование в гранулах угля  макро- и микропор. Механизм селективной адсорбции органических примесей определяется особенностями взаимодействия органических молекул с поверхностью угля, что в основном связано с исходной неполярной гидрофобной природой активированных углей. Это обусловлено тем, что заряженные ионы и полярные молекулы помимо общей тенденции к ограниченной адсорбции на поверхности активированного угля, какой бы внутренней поверхностью он ни обладал, склонны в высшей степени к связыванию из полярными молекулами воды и удержанию в воде в растворенном состоянии, что в свою очередь также будет препятствовать их адсорбции на поверхности угля. Кроме этого, молекулы воды также склоны к отталкиванию от поверхности угля.
Активированный уголь может удалять спектр органических компонентов, однако наиболее эффективен для удаления молекул с малым молекулярным весом, поскольку высокомолекулярные молекулы адсорбируются слабее.
Хлор также эффективно удаляется активированным углем. В процессе использования уголь теряет свою адсорбционную емкость и в итоге его следует либо заменить новым материалом, либо использовать методы восстановления путем удаления адсорбированных примесей.
Другие методы
Существует ряд других относительно эффективных методов для удаления органики, в том числе путем ее разложения окислением до двуокиси углерода. Данная техника включает как обработку воды УФ-облучением  (обычно с длиной волны 185 нм), так и другие подобные методы окисления, например, с использованием озона – как в виде самостоятельной операции, так и в комбинации с УФ-облучением или пероксидом водорода.

Удаление твердых частиц
Дополнением к основной задаче очистки воды является также и удаление из нее нерастворимых компонентов на каждой стадии обработки для предотвращения загрязнения или физического разрушения оборудования, применяемого для очистки воды  ( например, установок обратного осмоса ). Даже коллоидные вещества, имеющие диаметр 0,005-0,2 мкм и находящиеся в промежуточном состоянии между твердыми частицами и растворенными компонентами, необходимо удалять для защиты    RO-мембран от быстрого загрязнения.
* Фильтрация с использованием песчаного слоя и других гранулированных сред
Эти методы разработаны для удаления относительно больших частиц – примерно в диапазоне размеров 10-30 мкм. Использование песка в качестве фильтрующей среды применяется давно, однако процесс значительно улучшается с точки зрения его эффективности, если в соответствующих слоях фильтрующей емкости использовать фильтрующие материалы с различными размерами гранул и размещать наиболее крупные фракции на входе. Такой многослойный фильтр чаще всего содержит кремниевый песок, гранитный песок и антрацит.
В этом случае вся вода проходит через фильтр (так называемый «тупиковый » режим ) и имеет место «глубинная фильтрация» - удаление частиц осуществляется в зависимости от их размера по мере уменьшения размера зазоров между гранулами слоя.
Чтобы повысить эффективность фильтрации, в воду следует добавлять коагулянты перед ее пропусканием через песчаный или многослойный фильтры. Для этого часто используется сульфат алюминия, который при соответствующем уровне рН образует небольшие частицы гидроксида алюминия, заряженная поверхность которых «связывает» коллоидные вещества. Полиэлектролиты, т.е. полимеры, которые содержат ионизированные группы вдоль всей цепочки, также широко используются в качестве коагулянта. Процесс коагуляции обеспечивается отрицательными зарядами, присущими большинству коллоидных веществ, что способствует их связыванию коагулянтами с противоположным зарядом.
* Картриджи (патроны) и микрофильтрация
Этот метод применим для удаления малых размеров (как правило, в диапазоне от 40 мкм и примерно до 0,1 мкм) после того как основное количество твердых частиц будет удалено описанными выше методами. Картриджные фильтры, в которых используется заменяемая или очищаемая фильтрующая среда, представляют из себя цилиндрические или трубчатые элементы.
Установки микрофильтрации (МФ) представляют из себя мембранные фильтры с размером пор 0,1 мкм -10 мкм. МФ – процесс часто работает в «тупиковым» режиме, однако возможно также использование оборудование с тангенциальным потоком,  котором небольшая часть потока не проходит через фильтр и направляется на сброс вместе с накопившимися на поверхности фильтра частицами.
* Ультрафильтрация
В этом методе применяются мембраны, способные удалять нерастворенные дисперсные частицы, включая коллоиды, совместно с бактериями и вирусами размерами до 0,005 мкм. При этом молекулы воды с эффективным диаметром около 0,0002 мкм могут приходить через ультрафильтрационные (УФ) мембраны, также как и ионы, органические вещества с низким молекулярным весом и газы. УФ – мембраны и модули на их основе во многом схожи с установками обратного осмоса. Например большинство УФ- мембран являются асимметричными, однако селективный или «активный» слой у них более толстый (около 10 мкм) и более пористый, чем у мембран для обратного осмоса. Ультрафильтрационные и микрофильтрационные установки успешно применяются как предфильтры для установок обратного осмоса, а также для финишной тонкой очистки воды от микрочастиц и бактерий.

Удаление бактерий
Будет рассмотрены наиболее доступные методы удаления бактерий. При этом прежде всего следует учитывать тот фактор, что используемое для очистки воды большое количество установок, в свою очередь, может служить активной средой для роста бактерий. Это происходит потому, что фильтры, ионообменные смолы и колонки с активированным углем формируют большую высокопористую поверхность, которая идеальна для захвата микроорганизмов, а пропускаемая вода может служить для них источником питания, обеспечивая экспоненциальный уровень роста микроорганизмов.
*Химическое обеззараживание
Для уничтожения микроорганизмов применяется ряд химических веществ.
Хлорирование до сих пор является наиболее распространенным методом для дезинфекции исходной муниципальной воды, то вполне вероятно, что исходная вода, поступающая на очистку, будет всегда содержать небольшое количество остатков хлора. Так же возможно, что вода, поступающая на предприятие, может быть дополнительно подвергнуто хлорированию (или в нее может быть добавлено относительно небольшое количество таких окислителей как бром или иод). Хлор может добавляться в воду как в газообразной форме из баллонов, так и в виде водного раствора гипохлорита натрия, что в конечном счете химически идентично введению хлора в воду.
Фактически при прохождении воды через установку для получения чистой воды происходит ее дехлорирование. Это имеет место на стадии прохода через активированный уголь, который используется для удаления органики и при этом одновременно адсорбирует хлор. Кроме того, дехлорирование может проводиться специально для защиты оборудования (например, установок обратного осмоса с полиамидными мембранами) от разрушения действия хлора – в данном случае финишное дехлорирование может быть осуществлено путем введения небольшого количества соответствующего химического вещества, например, бисульфита натрия.
*Озон эффективный биоцид (и сильный окислитель). Преимуществом его использования в системах получения чистой воды является то, что полностью исключается необходимость добавления в систему химикатов, так  как озон сам разлагается до активного кислорода. Однако, поскольку этот процесс происходит быстро (в течении минут, а не часов), озон не может быть использован для создания длительного дезинфецирующего эффекта. Озон убивает  бактерии в течении секунд (заметно быстрее, чем это делает хлор) и может быть эффективен против вирусов и патогенных микроорганизмов. Озон также в состоянии разлагать органику, однако для этого может понадобиться более высокая его концентарация (в зависимости от степени загрязненности воды органическими примесями). Для удаления органики озон может быть использован в комбинации с ультрафиолетовым облучением средней интенсивности. Если это считается необходимым, то после обработки воды озоном остаточные количества озона могут быть удалены при помощи ультрафиолетового излучения высокой интенсивности, которое превращает озон в кислород.
Пероксид водорода широко используется для периодической санитарной обработки оборудования на многих производствах.
Ультрафиолетовое (УФ) облучение
Это наиболее часто применяемый метод для финишной стерилизации на конечной стадии получения чистой воды. Этот метод характеризуется тем, что не требует использования химикатов, что в свою очередь позволяет избежать операций с ними и необходимости их хранения. При  этом оборудование для реализации метода отличается простой, компактностью и малым потреблением энергии, а также малым временем воздействия, необходимым для уничтожения бактерий, что обеспечивает экономию рабочего пространства и эксплуатационных затрат. С другой стороны, данный метод не обеспечивает «запаса» энергии для последующей дезинфекции, что делает воду уязвимой к загрязнению после УФ-стерилизации.
Мембраны
Мембранная фильтрация потенциально может быть использована также и для целей дезинфекции. Действительно, мембранные фильтры с порами размером не более 0,2 мкм очень часто используются для удаления бактерий. Обратный осмос, нано- и ультрофильтрация также обеспечивает высокую степень дезинфекции. Ультрафильтрация в данном случае будет наименее эффективна. Нанофильтрация является высокоэффективным методом по удалению бактерий и вирусов. Обратный осмос, обладающий наиболее плотной структурой мембраны, является наиболее эффективным дезинфекционным методом из этих трех перечисленным мембранных процессов,

Деаэрация/дегазация
На некоторых установках сразу же за стадией обратного осмоса следует ступень удаления растворенных газов. Удаление СО2 может быть легко достигнуто регулированием рН и продувкой воздуха снизу вверх при движении воды в насадочной колонне сверху вниз. При этом большое внимание необходимо уделять фильтрационной очистке воздуха, чтобы избежать загрязнения обрабатываемой воды дисперсными частицами или органическими примесями. Удаление кислорода может быть выполнено двумя способами. Наиболее часто для этого используют вакуумную дегазацию, которая удаляет кислород и другие растворенные газы путем снижения их парциального давления. Альтернативой является использование насадочной колонны с конструкцией, подобной применяемой для удаления  СО2  но используя при этом газ, не содержащий кислорода.

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить