Инструкция Назначение химводоочистки. инструкция назначение химводоочимтки. Инструкция по безопасному ведению работ для персонала котельных. Контроль качества воды осуществляется аппаратчиками химводоочистки
 Скачать 1.75 Mb.
|
|
Классификация способов и методов очистки воды. Разнообразие различных загрязнителей порождает не меньшее разно- бразие способов очистки воды от них. Тем не менее, их все можно разделить на группы по принципу действия. Таким образом, наиболее общая классификация способов очистки выглядит следующим образом: Физические; Химические; 12 Физико-химические; Биологические. Каждая из групп способов включается в себя множество конкретных вариантов реализации процесса очистки и его аппаратного офор- мления. Так же необходимо учитывать, что очистка воды, как правило, - это комплексная задача, требующая для своего решения комбинации различных способов для достижения максимальной эффективности. Комплексность задачи очистки обуславливается характером загряз- нения – обычно в качестве нежелательных компонентов выступает целый ряд веществ, требующих разного подхода. Установки очистки, основанные на одном способе, обычно встречаются в тех случаях, когда вода преимущественно загрязнена одним или несколькими ве- ществами, эффективное отделение которых возможно в рамках одного способа. В качестве примера можно привести сточные воды различных производств, где химический и количественный состав загрязнителей заранее известен и не отличатся большой разнородностью. Физические способы (методы) очистки воды. В основе работы физических способов очистки воды лежат различные физические явления, которые используются для воздействия на воду или содержащиеся в ней загрязнения. При очистке больших объемов воды эти методы используются преимущественно для удаления доста- точно крупных твердых включений и выступают в качестве предва- рительной стадии грубой очистки, призванной снизить нагрузку на последующие стадии тонкой очистки. В то же время существует ряд физических методов, способных проводить глубокую очистку воды, но, как правило, производительность таких методов мала. К основным физическим методам очистки воды относят: процеживание; отстаивание; фильтрование (в том числе центробежное); ультрафиолетовая обработка. Процеживание представляет собой пропускание очищаемой воды через различные решетки и сита, на которых происходит задержание крупных загрязнителей. Этот метод относится к грубой очистке и часто выступает в качестве предварительной стадии. Его назначение – уда- лить из очищаемой воды легко отделяемые загрязнители для снижения 13 нагрузки на очистные сооружения и обеспечить работоспособность последующих установок тонкой очистки, которые могут выйти из строя из-за попадания крупных механических включений. Дополнительная информация по процеживанию Отстаивание заключается в отделении части механических загрязне- ний из воды под действием гравитационных сил, заставляющих части- цы опускаться на дно, образуя осадок. Отстаивание может выступать как в качестве предварительной стадии очистки, на которой отде- ляются наиболее крупные загрязнители, так и в качестве проме- жуточных стадий. Данный процесс осуществляется в отстойниках – резервуарах, снабженных устройствами для удаления осадка, время пребывания воды в которых рассчитывается из условия полного оса- ждения всех загрязняющих частиц, которые должны быть отделены. Дополнительная информация по отстойникам Фильтрование основывается на прохождении очищаемой воды через пористый слой фильтрующего материала, на котором происходит заде- ржание частиц определенного размера. По своему принципу фильт- рация схожа с процеживанием, однако с ее помощью можно проводить как грубую, так и тонкую очистку. Фильтрация позволяет удалять та- кие загрязнители как ил, песок, окалина, а также различные твердые включения размером в несколько микрон. Кроме того, с помощью фильтрации можно улучшить органолептические качества воды. Механическая фильтрация получила широкое распространение, как в крупных установках водоочистки, так и в бытовых фильтрах малой производительности. Дополнительная информация по фильтрованию: фильтры периодичес- кого действия, фильтры непрерывного действия Ультрафиолетовая дезинфекция воды, хоть и не производит непо- средственно очистку, но активно применяется в процессе водопод- готовки и заключается в обработке уже очищенной воды ультрафи- олетовой частью спектра света (в частности используется диапазон волн с длиной 200-400 нм), невидимой для человеческого глаза, с целью обеззараживания воды. Смерть живых организмов под данным излучением наступает преимущественно вследствие повреждений мо- лекул ДНК и РНК, что вызвано фотохимическими реакциями, возни- кающими в их структуре. Преимуществами такого способа обезза- раживания является независимость процесса от состава воды и сох- ранение этого состава после УФ обработки. Тем не менее необходимо учитывать наличие в воде твердых примесей, способных оказывать экранирующий эффект по отношению к излучению. 14 Химические способы (методы) очистки воды. Методы очистки данной группы основаны на химическом взаимодей- ствии определенных веществ (реагентов) с загрязнителями, в резуль- тате чего вторые либо разлагаются на неопасные компоненты, либо переходят в иное состояние (к примеру, образуют нерастворимые соединения, выпадающие в отделяемый осадок). Несмотря не огромное разнообразие возможных загрязнителей и химический реакций, в которые эти загрязнители могут вступать, выделяют ряд способов очи- стки, принципиально отличающихся по типу химического взаимо- действия: нейтрализация; окисление; восстановление. Нейтрализация заключается в, как следует из названия, осуществ- лении процесса нейтрализации, при котором происходит выравнивание кислотно-щелочного баланса за счет взаимодействия кислот и щелочей с последующим образованием соответствующих солей и воды. Нейт- рализацию проводят как путем смешения очищаемых вод с кислотной и щелочной средой, так и путем добавления реагентов, создающих в воде среду определенной реакции (кислотной или щелочной). Для нейтрализации кислых стоков обычно используют аммиачную воду (NH 4 OH), гидроксиды натрия и калия (NaOH и KOH), кальцинированную соду (Na 2 CO 3 ), известковое молоко (Ca(OH) 2 ) и т.д. В случае щелочных стоков применяют различные растворы кислот, а также кислые газы, содержащие такие оксиды как CO 2 , SO 2 , NO 2 и т.д. В качестве кислых газов обычно используют отходящие газы, которые пропускают через очищаемую воду, при этом попутно осуществляется процесс очищения и самих газов от твердых включений. Окисление и восстановление также используется для очистки воды от различных загрязняющих веществ, хотя на практике соотношение их использования сильно смещено в сторону окислителей. Несмотря на то, что в реакции нейтрализации также протекают параллельные про- цессы окисления и восстановления, данный метод отличается исполь- зованием значительно более сильных окислителей и восстановителей, так как целевые загрязнители просто не будут вступать в реакцию с веществами, используемыми в методе очистке нейтрализацией. С их помощью проводят обезвреживание различных токсичных веществ, и также веществ, трудно извлекаемых из воды иными способами. 15 Осуществлением реакций окисления добиваются переведения токси- чных загрязнителей в менее токсичные или нетоксичные формы. Также за счет использования сильных окислителей достигается гибель микро- организмов, наступающая вследствие окисления их клеточных струк- тур. В основном применяют хлорсодержащие окислители: газообраз- ный хлор (CL 2 ) а также различные хлор соединения, такие как диоксид хлора (CLO 2 ), гипохлориды калия, натрия и кальция (KCLO; NaCLO; Ca(CLO) 2 ). Помимо этого использую перекись водорода (H 2 O 2 ), перма- нганат калия (KMnO 4 ), озон (O 3 ), кислород воздуха (O 2 ), дихромат калия (K 2 Cr 2 O 7 ) и т.д. Хлорирование, то есть обработка воды хлорсодержащими соедине- ниями, как процесс хорошо отработано и широко применяется в водоподготовке. Обработка хлором обладает также пролонгированным антибактерицидным действием, что особенно важно при водосна- бжении в условиях изношенных трубопроводов, где может происходить вторичное загрязнение воды. Кроме того, реагенты для хлорирования относительно дешевы и доступны. В то же время у этого метода есть ряд недостатков, которые побуждают искать альтернативы. В неко- торых случаях побочные соединения, образующиеся после хлориро- вания, могут быть не менее токсичными, кроме того сам хлор является ядовитым веществом, поэтому требуется тщательно соблюдать условия дозирования при хлорировании. В настоящий момент все большее распространение получает обработка воды озоном (озонирование), поскольку эффективность этого метода многократно превосходит хло- рирование, озон не образует опасных соединений и со временем рас- падается на неопасный двухатомный кислород (O 2 ), благодаря чему передозировка озона не влечет за собой нежелательных и опасных последствий. Широкому распространению озонирования препятствуют только техническая и экономическая сложности его получения в дос- таточном количестве, а также взрывоопасность озона, что требует соблюдения строгих правил безопасности на очистных сооружениях. Физико-химические способы очистки воды. Как следует из названия, методы очистки воды данной группы сов- мещают в себе химическое и физическое воздействие на загрязнители воды. Они достаточно разнообразны и применяются для удаления самых разных веществ. В их числе растворенные газы, тонко- дисперсные жидкие или твердые частицы, ионы тяжелых металлов, а также различные вещества в растворенном состоянии. Физико-хими- 16 ческие методы могут применяться как на стадии предварительной очистки, так и на поздних этапах для глубокой очистки. Разнообразие методов данной группы велико, поэтому ниже будут приведены наиболее распространенные из них: флотация; сорбция; экстракция; ионообмен; электродиализ; обратный осмос; термические методы. Флотация, применительно к водоочистке, представляет собой процесс отделения гидрофобных частиц при пропускании через воду большого числа пузырьков газа (обычно воздуха). Показатели смачиваемости отделяемого загрязнителя таковы, что частицы закрепляются на поверхности раздела фаз пузырьков и вместе с ними поднимаются на поверхность, где образуют слой пены, который может быть легок удален. Если отделяемая частица оказывается больше по размерам чем пузырьки, то вместе они (частица + пузырьки) образуют так назы- ваемый флотокомплекс. Нередко флотацию комбинируют с исполь- зованием химических реагентов, к примеру, сорбирующихся на час- тицах загрязнителя, чем достигается снижение его смачиваемости, или являющихся коагулянтами и проводящих к укрупнению удаляемых частиц. Флотацию преимущественно используют для очистки воды от различных нефтепродуктов и масел, но также могут удаляться твердые примеси, отделение которых другими способами неэффективно. Существуют различные вариант осуществления процесса флотации, ввиду чего выделяют следующие ее типы: пенная; напорная; механическая: пневматическая; электрическая; химическая и т.д. 17 Приведем в качестве примера принцип работы некоторых из них. Широко используется метод пневматической флотации, при которой образование восходящего потока пузырьков создается за счет уста- новки на дне резервуара аэраторов, обычно представляющих собой перфорированные трубы или пластины. Подаваемый под давлением воздух проходит сквозь отверстия перфорации, за счет чего дробиться на отдельные пузырьки, осуществляющие сам процесс флотации. При напорной флотации поток очищаемой воды смешивается с потоком воды, перенасыщенной газом и находящейся под давлением, и пода- ется в камеру флотации. При резком падении давления растворенный в воде газ начинает выделяться в виде пузырьков малого размера. В случае электрофлотации процесс образования пузырьков протекает на поверхности расположенных в очищаемой воде электродов при протее- кании по ним электрического тока. Сорбционные методы основаны на избирательном поглощении заг- рязняющих веществ в поверхностном слое сорбента (адсорбция) или в его объеме (абсорбция). В частности для очистки воды используется процесс адсорбции, который может носить физический и химический характер. Отличие заключается в способе удержания адсорбируемого загрязнителя: с помощью сил молекулярного взаимодействия (физиче- ская адсорбция) или благодаря образованию химических связей (химическая адсорбция или хемосорбция). Методы данной группы способны достичь большой эффективности и убирать из воды даже малые концентрации загрязнителей при больших ее расходах, что делает их предпочтительными в качестве методов доочистки на заве- ршающих стадиях процесса водоочистки и водоподготовки. Сорбции- онными методами могут удаляться различные гербициды и пестициды, фенолы, поверхностно активные вещества и т.д. В качестве адсорбентов используются такие вещества как активиро- ванные угли, силикагели, алюмогели и цеолиты. Их структура делается пористой, что значительно увеличивает удельную площадь адсорбента, приходящуюся на единицу его объема, из-за чего достигается большая эффективность процесса. Сам процесс адсорбционной очистки может быть осуществлен путем смешения очищаемой воды и адсорбента, или же путем фильтрации воды через слой адсорбента. В зависимости от сорбирующего материала и извлекаемого загрязнителя процесс может быть регенеративным (адсорбент после регенерации используется вновь) или деструктивны, когда адсорбент подлежит утилизации ввиду невозможности его регенерации. 18 Очистка воды методом жидкостной экстракции заключается в исполь- зовании экстрагентов. Применительно к очистке воды, эктсрагент – это несмешиваемая или мало смешиваемая с водой жидкость, значительно лучше растворяющая в себе извлекаемые из воды загрязнители. Про- цесс осуществляется следующим образом: очищаемая вода и эктрагент перемешиваются для развития большой поверхности контакта фаз, после чего в них происходит перераспределение растворенных загряз- няющих веществ, большая часть которых переходит в экстрагент, затем две фазы разделяются. Насыщенный извлекаемыми загрязни- телями экстрагент называется экстрактом, а очищенная вода – рафии- натом. Далее экстрагент может быть утилизирован или регенерирован в зависимости от условий процесса. Данным методом из воды уда- ляются преимущественно органические соединения, такие как фенолы и органические кислоты. Если экстрагируемое вещество представляет определенную ценность, то после регенерации экстрагента оно вместо утилизации может быть с пользой использовано для других целей. Данный факт способствует применению экстракционного метода очис- тки к сточным водам предприятий для извлечения и последующего использования или возврата в производство ряда веществ, теряемых со стоками. Ионный обмен в основном используется в водоподготовке с целью умягчения воды, то есть изъятия солей жесткости. Суть процесса зак- лючается в обмене ионами между водой и специальным материалом, называемым ионитом. Иониты подразделяются на катиониты и ани- ониты в зависимости от типа обмениваемых ионов. С химической точки зрения ионит представляет собой высокомолекулярное вещество, сос- тоящее из каркаса (матрицы) с большим количеством функциональных групп, способных к ионообмену. Существуют природные иониты, такие как цеолиты и сульфоугли, которые применялись на ранних этапах развития ионообменной очистки, но в настоящее время широкое рас- пространение получили искусственные ионообменные смолы, значи- тельно превосходящие свои природные аналоги по ионообменной спо- собности. Метод очистки ионным обменом получил широкое расспрос- транение, как в промышленности, так и в быту. Бытовые ионообмен- ные фильтры, как правило, не используются для работы с сильно- загрязненными водами, поэтому ресурса одного фильтра хватает на очистку большого количества воды, после чего фильтр подлежит утилизации. В то же время при водоподготовке ионообменный мате- риал чаще всего подлежит регенерации с помощью растворов с боль- шим содержанием ионов H + или OH -- 19 Электродиализ представляет собой комплексный метод, сочетающий мембранный и электрический процессы. С его помощью можно удалять из воды различные ионы и проводить обессоливание. В отличие от обычных мембранных процессов, в электродиализе используются специальные ионоселективные мембраны, пропускающие ионы только определенного знака. Аппарат для проведения электродиализа назы- вается электродиализатором и представляет собой ряд камер, разде- ленных чередующимися катионообменными и анионообменными мемб- ранами, в которые поступает очищаемая вода. В крайних камерах расположены электроды, к которым подводится постоянный ток. Под действием возникшего электрического поля ионы начинаются двига- ться к электродам согласно своему заряду, пока не встречают ионо- селективную мембрану с совпадающим зарядом. Это приводит к тому, что в одних камерах происходит постоянный отток ионов (камеры обессоливания), а в других, наоборот, наблюдается их накопление (камера концентрирования). Разводя потоки из разных камер можно получить концентрированный и обессоленный растворы. Неоспоримые преимущества данного метода заключаются не только в очищении воды от ионов, но и в получении концентрированных растворов отде- ляемого вещества, что позволяет возвращать его назад в производство. Это делает электродиализ особенно востребованным на различных химических предприятиях, где вместе со стоками теряется часть ценных компонентов, и применение данного метода удешевляется за счет получения концентрата. Дополнительная информация по электродиализу 20 Обратный осмос относится к мембранным процессам и проводится под давлением больше осмотического. Осмотическое давление – избы- точное гидростатическое давление, приложенное к раствору, отделен- ному полупроницаемой перегородкой (мембраной) от чистого раство- рителя, при котором прекращается диффузия чистого растворителя через мембрану в раствор. Соответственно, при рабочем давлении выше осмотического будет наблюдаться обратный переход раствори- теля из раствора, за счет чего концентрация растворенного вещества будет расти. Таким способом можно отделять растворенные газы, соли (включая соли жесткости), коллоидные частицы, а также бактерии и вирусы. Также установки обратного осмоса выделяются тем, что испо- льзуются для получения пресной воды из морской. Данный тип очистки с успехом используется как в бытовых условиях, так и при обработке сточных вод и водоподготовке. Дополнительная информация по обратному осмосу и системам обрат- ного осмоса |