Реферат на тему Очистка воды – системы очистки воды, фильтры для воды, водоподготовка. Реферат на тему Очистка воды – системы очистки воды, фильтры для. Очистка воды системы очистки воды, фильтры для воды, водоподготовка
 Скачать 101.5 Kb.
|
|
Московская медицинская академия им. И.М. Сеченова. Кафедра общей гигиены. Реферат на тему: «Очистка воды – системы очистки воды, фильтры для воды, водоподготовка.» Исполнитель: Линок А.В. Студент 3 курса МПФ 5 группы Преподаватель: Бирюкова Н.А. Москва 2007 год. План:
Введение. Проблема качества питьевой воды затрагивает многие стороны жизни человеческого общества. Словосочетание "питьевая вода" появилось относительно недавно и, несмотря на это, уже превратилось в термин, который встречается в законах и правовых актах, посвященных питьевому водоснабжению. В настоящее время питьевая вода - это проблема социальная, политическая, медицинская, географическая, инженерная, экономическая. Питьевая вода - вода, отвечающая по своему качеству в естественном состоянии или после обработки (очистки воды, обеззараживания) установленным нормативным требованиям и предназначенная для питьевых и бытовых нужд человека, либо для производства пищевой продукции. В последние десятилетия в результате интенсивного антропогенного воздействия качественно изменился химический состав не только поверхностных, но и подземных вод. Даже на бытовом уровне человек сталкивается с такими проблемами как: -вода имеет неприятный запах и привкус; -вода мутная или желтого цвета; -водонагревательные приборы покрыты густым желтым или белым налетом; -при использовании воды возникает зуд на кожных покровах. Для того, чтобы устранить подобные проблемы или свести их к минимуму необходима качественная очистка воды. Прежде чем приступать к системе очистки воды необходимо сделать ее анализ. По результатам анализа оценивается состав воды по технологическим и токсикологическим показателям и выдаются рекомендации по корректировке состава воды с учетом концентрации компонентов и технологии очистки. Очистка воды – технологические процессы, применяемые для осветления и обесцвечивания воды. Водоподготовка – технологические процессы обработки природной воды для приведения ее качкства в соответствие с требованиями водопотребителей. Водоподготовка включает следующие стадии: осветление воды, обеззараживание воды, обезжелезивание воды, умягчение воды, озонирование воды, деминерализация воды, дегазация воды, добавление некоторых компонентов: фторирование и пр. Гигиеническая характеристика источников водоснабжения Пресную воду можно получать из трёх природных водоисточников: атмосферных осадков, открытых водоёмов и подземных вод. Эти источники значительно различаются как по количеству получаемой из них воды (дебиту), так и по качественному её составу. Вода, собираемая из атмосферных осадков (дождевая, снеговая), отличается очень низкой степенью минерализации и приближается к дистиллированной; поэтому она рекомендуется для хозяйственных и технических нужд. Мыло хорошо растворяется и пенится в такой воде, при её использовании в нагревательных котлах образуется мало накипи. Однако низкое содержание минеральных солей не даёт возможности систематически использовать эту воду для питья. При длительном употреблении такой воды возникают желудочно-кишечные расстройства в силу нарушения осмотического давления в кишечнике. Постоянное употребление такой воды может вызвать и различные нарушения обменных процессов в организме, так как вода обычно является поставщиком многих необходимых организму химических элементов, которые в атмосферных водах отсутствуют. Кроме того, использование атмосферных осадков в качестве постоянного источника водоснабжения чрезвычайно затруднено из-за непостоянства дебита воды. Невозможно заранее предугадать, когда и в каком количестве выпадут атмосферные осадки. Использование атмосферных осадков в качестве источника водоснабжения осложняется из-за громоздкости сооружений для сбора воды: чтобы собрать большое количество атмосферной воды, требуется сооружение водосборников, имеющих очень большую горизонтальную поверхность. Степень чистоты атмосферных осадков может резко меняться в зависимости от состояния атмосферы, степени загрязнённости воздуха в той местности, где выпадают осадки, силы и направления ветра, длительности выпадения осадков, их интенсивности и других факторов. Известны случаи, когда атмосферные осадки содержали значительное количество всевозможных загрязнений, которые были подняты в воздух с земли вихревыми потоками или в результате извержения вулканической пыли (так называемые кровавые дожди, содержащие примеси красной породы и пр.). Как правило, первые порции воды, выпадающей в виде атмосферных осадков, больше загрязнены по сравнению с последующими. Наиболее чистыми являются последние порции. Естественно, что микробная загрязнённость атмосферных осадков также непостоянна и зависит от перечисленных факторов. Следует учитывать, что чистота собираемой атмосферной воды зависит также от состояния водосборников и резервуаров для хранения: степень их загрязнения при длительных перерывах между выпадением осадков может быть значительной. В связи с изложенным воду из атмосферных осадков в обычных условиях используют лишь эпизодически для хозяйственных нужд (стирка, мытьё). Целесообразно использование этой воды для технических надобностей. Однако в местностях, где получение пресной воды из других источников затруднено, необходимо максимально использовать все возможности для сбора и сохранения воды из атмосферных осадков. Для питья такую воду можно использовать только после обеззараживания. Из методов обеззараживания при централизованном сборе воды и водоснабжении наиболее доступно хлорирование, причём необходимую дозу хлора нужно устанавливать после каждого сбора воды. В индивидуальном хозяйстве такую воду следует употреблять после кипячения. Необходимо также помнить, что при длительном использовании атмосферной воды для питья в неё необходимо добавлять определённое количество минеральных солей. Состав и количество минерально-солевых смесей для этих целей регламентированы техническими условиями. Комплекты этих солей выпускаются промышленностью. Вторая группа источников водоснабжения - открытые водоёмы (ручьи, реки, озёра, пруды и др.) - отличается более постоянным дебитом воды и средней степенью минерализации, что позволяет с успехом использовать воду из этих источников как для хозяйственных и технических, так и для питьевых целей. Однако открытые водоёмы, как правило, подвержены значительному загрязнению извне (пылью из воздуха, непосредственно людьми и животными и особенно разнообразными стоками с поверхности почвы). Поэтому вода из открытых источников может использоваться в питьевых целях только после специальной обработки (очистки и обеззараживания). Необходимость предварительной обработки воды, получаемой из открытых водоёмов, затрудняет использование её в индивидуальном порядке. Поэтому открытые водоёмы обычно служат источником централизованного водоснабжения, что даёт возможность провести централизованную обработку воды и тем самым в значительной степени гарантировать население от возникновения инфекционных заболеваний, распространяющихся через воду. Как количество воды в открытых водоёмах, так и степень её минерализации и загрязнённости подвержены значительным колебаниям. После выпадения осадков степень минерализации воды в водоёмах снижается, количество её (а, следовательно, дебит источника) увеличивается; при этом резко возрастает загрязнённость воды в результате обильных стоков в водоём с поверхности земли. При длительном отсутствии осадков уменьшается количество воды, увеличивается степень её минерализации в результате испарения и впитывания в почву, снижается загрязнённость благодаря процессам самоочищения, которые постоянно протекают в водоёмах (естественное отстаивание, окисление и минерализация органических веществ и т.д.). Однако по сравнению с атмосферными водами как количественные, так и качественные показатели воды меньше подвержены колебаниям. В водохранилищах, устраиваемых для централизованного водоснабжения крупных населённых мест, свойства воды благодаря её большому количеству меняются в зависимости от выпадения атмосферных осадков ещё меньше. В некоторых случаях население всё же пользуется водой из открытых водоёмов в индивидуальном порядке. Такая вода загрязнена, опасна в эпидемиологическом отношении и её употребление для питья, мытья посуды и т.д. без обработки может явиться причиной возникновения и распространения желудочно-кишечных инфекций и инвазий. Подземные воды вытекают на поверхность естественным путём (родники) либо их добывают посредством сооружения различного рода колодцев. Подземные воды располагаются послойно, пропитывая рыхлые (водоносные) породы земли, которые располагаются между водоупорными слоями, состоящими из плотных пород (глина, камень, известняк). Просачиваясь через слои земных пород, вода постепенно очищается от взвешенных в ней частиц, в том числе и от микроорганизмов, и растворяет содержащиеся в породах минеральные соли. Поэтому такая вода содержит очень мало взвешенных примесей, т.е. является наиболее чистой по сравнению с водой, получаемых из других источников, но отличается более высокой степенью минерализации. Подземные источники характеризуются также большим постоянством дебита воды, что даёт возможность довольно точно планировать водоснабжение. Атмосферные осадки оказывают значительно меньшее влияние на количество и свойства воды в подземных источниках по сравнению с открытыми водоёмами, причём степень изменения свойств воды в подземных источниках зависит от глубины залегания водоносного слоя. В первом, наиболее поверхностном, водоносном слое вода, как правило, ещё значительно загрязнена, и поэтому без специальной обработки пользоваться ею для питья не рекомендуется. Количество и свойства воды в этом слое могут значительно изменяться при выпадении атмосферных осадков. Вода из средних слоёв (второго, третьего) довольно чистая и характеризуется средней степенью минерализации. Поэтому её можно использовать как в качестве питьевой, так и для хозяйственных нужд (плохо моет, образует большое количество накипи и т.д.). Для питья такую воду можно использовать, так как количество взвешенных примесей и микроорганизмов в ней незначительно. Подземные воды, за исключением самых поверхностных (из первого водоносного слоя), при правильном устройстве и содержании водозаборных сооружений, как правило, могут быть использованы для питья без дополнительной обработки. Они обладают хорошими органолептическими и физико-химическими свойствами, содержат незначительное количество микроорганизмов, среди которых патогенные обычно не обнаруживаются. Поскольку добыча большого количества воды из подземных источников является делом дорогостоящим и затруднительным, для централизованного снабжения водой крупных населённых пунктов обычно используют открытые водоёмы. В таких случаях на водопроводных станциях перед подачей воды в сеть производят специальную её обработку. Обработку воды необходимо производить также при временном водоснабжении в полевых условиях и в любых других случаях, когда нельзя гарантировать чистоту и безопасность потребляемой воды. Наиболее распространённые методы обработки воды - очистка (освобождение от взвешенных частиц) и обеззараживание (уничтожение патогенной микрофлоры). Очистка воды чаще всего производится путём отстаивания её и фильтрации через песчаные фильтры. Принцип отстаивания заключается в значительном замедлении тока воды и выпадении взвешенных частиц в осадок. Поскольку само по себе отстаивание является малоэффективным методом, оно применяется обычно в сочетании с другими (коагуляцией и фильтрацией). Фильтрация воды может быть проведена путём применения скорых или медленных песчаных фильтров (реже применяются специальные виды фильтрации). Принцип устройства песчаных фильтров примерно одинаков: на поддерживающем решётчатом основании размещаются крупнозернистые слои фильтра (гравий), которые, в свою очередь, являются поддерживающими слоями для песка. Собственно фильтрующий слой промытого мелкозернистого песка толщиной около 1,5-2 метра. Фильтрация через такой фильтр неполностью обеспечивает задержку всех взвешенных частиц, наиболее мелкие частицы и значительное количество микроорганизмов могут проходить через него. Для повышения эффективности скорых фильтров воду перед пропусканием через них предварительно подвергают коагуляции. Метод коагуляции заключается в том, что при добавлении в воду раствора коагулянта последний вступает в соединение с двууглекислыми солями, растворёнными в воде, в результате чего образуется нерастворимое соединение, выпадающее в осадок. Этот осадок в виде студенистых хлопьев выпадает во всём объёме воды и имеет электрический заряд, противоположный по знаку заряду взвешенных в воде механических примесей. Выпадающие в осадок хлопья коагулянта в силу противоположности электрических зарядов сорбируют на себе мельчайшие частицы загрязнений, в результате чего последние укрупняются, лучше оседают при отстаивании и хорошо задерживаются при последующей фильтрации. В качестве коагулянта наиболее часто используют сернокислый алюминий Al2(SO4)3, который при реагировании с солями, растворёнными в воде, образует нерастворимые хлопья гидрата окиси алюминия Al(OH)3. Применение коагулянта перед фильтрацией воды через скорые фильтры приводит к тому, что поры фильтрующего слоя песка быстро забиваются и скорость фильтрации резко падает. Поэтому эксплуатация скорых фильтров предусматривает их периодическую промывку, которая производится посредством обратного тока воды. При этом напор промывающей воды регулируют таким образом, чтобы верхний, фильтрующий, слой песка взмучивался. В результате промывки загрязнения, приставшие к песчинкам фильтра, отмываются и уносятся с промывными водами. После прекращения промывки отмытый песок вновь оседает на поддерживающие слои гравия, и фильтрация может быть возобновлена. Периодичность промывки фильтров 12-24 часов. При фильтрации через медленные фильтры предварительную коагуляцию не производят, а воду, полученную после фильтрации, в течение нескольких дней после ввода фильтра в действие не используют. На поверхности фильтра через несколько дней эксплуатации оседают взвешенные в воде животные и растительные организмы (биопланктон), которые образуют в поверхностном слое фильтра так называемую биологическую плёнку. Эта плёнка имеет мелкопористую структуру и обладает сильными сорбирующими свойствами. Скорость тока воды через фильтры, покрытые плёнкой, весьма невелика (10-20 см/ч), а эффективность задержки загрязнений значительна. Несмотря на отсутствие предварительной коагуляции, при фильтрации воды через медленные фильтры на них задерживаются самые мелкие коллоидные частицы и даже бактерии. Очистка воды достигает высокой степени. Как правило, после фильтрации через медленные фильтры последующего обеззараживания воды не требуется. Уход за медленными фильтрами заключается в периодическом удалении поверхностного слоя песка вместе с биологической плёнкой. Простота устройства и обслуживания медленных фильтров (исключение процесса коагуляции воды и последующего обеззараживания, отсутствие специальных приспособлений для промывки фильтра и др.) создаёт возможности для сооружения их в местах, где затруднено техническое обслуживание водопроводов, а водопотребление невелико (в сельской местности). На практике медленные фильтры в настоящее время используются редко, так как небольшое количество воды, необходимое для снабжения населения в мелких населённых пунктах, удаётся обычно получить из подземных источников, а такая вода не требует специальной обработки. В крупных же населённых пунктах с большим водопотреблением медленные фильтры нельзя использовать из-за их низкой производительности. Полезно помнить, что при необходимости длительного использования воды из открытых водоёмов, требующей специальной обработки, можно устроить простые и надёжные очистные сооружения - медленные фильтры. В случае необходимости очистки воды во временных, полевых условиях можно осуществлять фильтрацию загрязнённой воды через самодельные фильтры. Такой фильтр лучше всего сооружать из деревянной бочки с одним дном или другой подобной ёмкости. В её дне просверливают несколько дырок и ставят над водосборником. Внутрь бочки на дно кладут хорошо выстиранную грубую ткань (мешковину), а затем насыпают промытый речной песок. Пропускаемая через такой фильтр вода будет в значительной степени очищаться взвешенной мути. Однако следует иметь в виду, что такая очистка является лишь подсобным методом обработки воды и после неё воду необходимо обеззараживать. Если есть возможность выбирать водоисточник для питьевого водоснабжения, необходимо всегда отдавать предпочтение подземным водам, подвергшимся естественной фильтрации, и только при невозможности получения такой воды следует использовать другие источники при условии обязательной обработки полученной из них воды. Очистка воды от железа Наличие железа можно определить и на вкус. Начиная с концентрации 1,0-1,5 мг/л вода имеет характерный неприятный металлический привкус. Игнорирование проблемы железа в воде оканчивается плохо и стоит дорого: потеря «белизны» ванн, отказы в работе импортной бытовой техники, систем отопления и нагрева воды. Уже при концентрации 0,5 мг/л идет интенсивное появление хлопьев, образующих рыхлый шлам, который забивает теплообменники, радиаторы, трубопроводы, сужает их проходное сечение. Что уж тут говорить о вреде для здоровья человека! Решение проблемы очистки воды от железа представляется довольно сложной и комплексной задачей. К наиболее часто используемым методам можно отнести: -Аэрирование – окисление кислородом воздуха с последующим осаждением и фильтрацией. Расход воздуха для насыщения воды кислородом составляет около 30 л/м3. Это традиционный метод, применяемый уже много десятилетий. Реакция окисления железа требует довольно длительного времени и больших резервуаров, поэтому этот способ используется только на крупных муниципальных системах. -Каталитическое окисление с последующей фильтрацией. Наиболее распространенный на сегодняшний день метод удаления железа, применяемый в высокопроизводительных компактных системах. Суть метода заключается в том, что реакция окисления железа происходит на поверхности гранул специальной фильтрующей среды, обладающей свойствами катализатора (ускорителя химической реакции окисления). Наибольшее распространение в современной водоподготовке нашли фильтрующие среды на основе диоксида марганца (MnO2). Железо в присутствии диоксида марганца быстро окисляется и оседает на поверхности гранул фильтрующей среды. Впоследствии большая часть окисленного железа вымывается в дренаж при обратной промывке. Таким образом, слой гранулированного катализатора является одновременно и фильтрующей средой. Для улучшения процесса окисления в воду могут добавляться дополнительные химические окислители. Все системы на основе каталитического окисления с помощью диоксида марганца имеют большой удельный вес и требуют больших расходов воды при обратной промывке. Тем не менее, именно применение этого метода представляется наиболее перспективным направлением в деле борьбы с железом и марганцем в воде. Очистка воды от солей жесткости С жесткой водой сталкивался каждый, достаточно вспомнить о накипи в чайнике. Жесткая вода не годится при окрашивании тканей водорастворимыми красками, в пивоварении, производстве водки. В ней хуже пенится стиральный порошок и мыло. Высокая жесткость воды делает её непригодной и для питания газовых и электрических паровых котлов и бойлеров. Слой накипи в 1,5 мм снижает теплоотдачу на 15%, а слой толщиной 10 мм – уже на 50%. Снижение теплоотдачи ведет к увеличению расхода топлива или электроэнергии, что, в свою очередь, ведет к образованию прогаров, трещин на трубах и стенках котлов, выводя преждевременно из строя системы отопления и горячего водоснабжения. Наиболее эффективным способом борьбы с высокой жесткостью является применение автоматических фильтров – умягчителей. В основе их работы лежит ионообменный процесс, при котором растворенные в воде жесткие соли заменяются на мягкие, которые не образуют твердых отложений. Автоматический умягчитель представляет собой пластиковый корпус с управляющим блоком (клапаном) и баком для приготовления и хранения регенерирующего раствора. Жесткая вода, поступая в фильтр, проходит через слой засыпки из высококачественной ионообменной смолы. При этом происходит изменение химического состава растворенных солей за счет замены ионов кальция и магния на ионы натрия, которые химически связаны со смолой. Когда поглощающая способность смолы снижается до определенного уровня, блок управления автоматически начинает цикл регенерации. Восстановление свойств ионообменной смолы осуществляется при подаче в фильтр водного раствора высокоочищенной поваренной соли (NaCl) за счет обратного замещения накопленных в смоле ионов кальция и магния на ионы натрия. Затем все загрязнения вымываются из фильтра в дренаж, а смола, обогащенная натрием, становится вновь готовой к работе. Современные синтетические смолы чрезвычайно надежны и долговечны, позволяют работать на высоких скоростях потоков, благодаря чему находят применение в системах с высокой производительностью. Срок службы смолы может достигать 6-8 лет в зависимости от качества исходной воды. В настоящее время благодаря большому разнообразию смол фильтры-умягчители могут быть использованы также для удаления из воды железа и марганца, тяжелых металлов, органических соединений. Очистка воды обеззараживанием Обеззараживание воды (удаление бактерий, спор, микробов и вирусов) является заключительным этапом подготовки воды питьевой кондиции. Использование для питья подземной и поверхностной воды в большинстве случаев невозможно без обеззараживания. Обычными методами при очистке воды являются: - Хлорирование путем добавления хлора, диоксида хлора, гипохлорита натрия или кальция. - Озонирование. При применении озона для подготовки питьевой воды используются окислительные и дезинфицирующие свойства озона. Ультрафиолетовое облучение. Используется энергия ультрафиолетового излучения для уничтожения микробиологических загрязнений. Кишечная палочка, бацилла дизентерии, возбудители холеры и тифа, вирусы гепатита и гриппа, сальмонелла погибают при дозе облучения менее 10 мДж/см2, а ультрафиолетовые стерилизаторы обеспечивают дозу облучения не менее 30 мДж/см2. |