Технологии очистки воды и оборудование водоподготовки

Механическая фильтрация на фильтрах с загрузкой из кварцевого песка — один из наиболее традиционных и изученных процессов водоподготовки. Однако, кварцевый песок не всегда является панацеей и в зависимости от поставленных целей и задач, в качестве фильтрующей загрузки в механических фильтрах проектом может предусматриваться до 14 вариантов используемых фильтрующих сред и их сочетаний. Для улучшения радиационного фона могут применятся природные цеолиты, для первичной сорбции нефтепродуктов — пористые вспененные материалы, для увеличения грязеёмкости и удлинения фильтроцикла используются, как правило, многослойные загрузки с различными плотностными и гранулометрическими характеристиками типа песок–антрацит.

Использование приборов контроля и автоматизация работы фильтров позволяет уменьшить расход воды на собственные нужды без потери качества фильтрата и снижения качества фильтрата.

При жёстком ограничении количества воды на собственные нужды возможна организация малосточных циклов и доведение гидравлического КПД комплекса очистных сооружений до 98…99%.

Обратный осмос — процесс разделения раствора на раствор, обеднённый солями (как правило, в 50…200 раз) и раствор, обогащённый солями с использованием полупроницаемой мембраны, практически не пропускающей соли под действием давления, превышающего осмотическое давление (в обратном для осмоса направлении). Обратный осмос — один из наиболее хорошо изученных мембранных процессов, его используют с 1970-х годов при очистке минерализованной воды от солей.

С помощью обратного осмоса в настоящее время:

• получают частично обессоленную воду в энергетике;
• производят подавляющее большинство концентратов соков без нагрева;
• очищают воду для пивоварения, чтобы её качество не влияло на вкус сорта, сваренного на разных заводах.
• Получают особо чистую воду для медицины (для инъекций).
• Опресняют морскую воду в засушливых районах, прилегающих к морю (Израиль, ОАЭ, Сингапур).

В частном секторе используются бытовые установки обратного осмоса, гарантирующие отсутствие в питьевой воде тяжёлых металлов, нитратов и солей жесткости.

Коагуляция — обработка воды реагентом, приводящая к разрушению коллоидной системы и укрупнению частиц с целью ускорения их осаждения. В процессе коагуляции происходит снижение мутности природной и сточной воды и её окрашивания, вызванного наличием крупномолекулярных органических соединений. Оптимальные условия прохождения коагуляции — достижение изоэлектрической точки для удаляемых соединений, то есть условий, когда коллоидные мелкодисперсные частички перестают обладать зарядом, препятствующим их самопроизвольное укрупнение в процессе слипания. Осветление поверхностной речной и озёрной воды облегчает обеззараживание воды и предотвращает отложения в трубопроводах.

Процессу коагуляции препятствуют низкая температура и низкая щёлочность воды, замедляющие процесс гидролиза и хлопьеобразования. Поэтому достаточно актуальная задача — обеспечение устойчивой работы очистных сооружений в период весеннего паводка, сопровождающегося вышеуказанными условиями.

Для интенсификации процесса коагуляции используют смешанный коагулянт, добавку к обрабатываемой воде флокулянтов, частичный контролируемый гидролиз коагулянта, электролитическую коагуляцию и коагуляцию под током.

У каждого из упомянутых способов существуют свои границы по применимости и наиболее оптимальные условия, неоднократно проверенные на практике и в период проведения пилотных испытаний на очистных сооружениях. В частности, оптимизации электрокоагуляции возможна изменением расстояния между электродами, их конфигурацией, материала электрода, силы и плотности тока на электродах.

Флотация — процесс разделения мелких твердых частиц и выделение капель дисперсной фазы из эмульсий. Основан на различной смачиваемости частиц (капель) жидкостью (преимущественно водой) и на их избирательном прилипании к поверхности раздела, как правило, жидкость-газ (очень редко твердые частицы-жидкость). Название — от франц. flottation, англ. flotation — «плавание на поверхности воды».

Первоначально флотация была одним из главных методов обогащения руд полезных ископаемых. В настоящее время флотацию применяют также для очистки воды от органических веществ (нефти, масел и др.), тонкодисперсных осадков солей и шламов, для выделения и разделения бактерий и т.д.

Флотацию используют в химической, бумажной, пищевой и других отраслях для ускорения отстаивания, выделения твердых взвесей и эмульгирования органических веществ; для разделения ионитов, для очистки натурального каучука от примесей; для извлечения нафталина из воды, охлаждающей коксовый газ; очистки промышленных стоков и т.д. Широкое применение флотации привело к появлению большого числа разновидностей процесса.

Первый патент на использование флотации (пенная флотация) был выдан ещё в 1877 году применительно к обогащению графита. В настоящее время известно несколько модификаций пенной флотации: вакуумная, напорная, флотогравитация, ионная, электрофлотация, флотация с выделением углекислоты, пенная сепарация.

Осуществляют флотацию главным образом с использованием специальных веществ — флотационных реагентов (флотореагентов), которые создают условия избирательного регулируемого разделения удаляемых примесей.

Задача наших специалистов — подобрать такие флотореагенты в процессе разработки технологии, чтобы разделение осуществлялось наиболее эффективно и с наименьшими затратами. Наряду с совершенствованием конструкций флотационных машин, улучшением аэрационных характеристик машин, использованием износостойких материалов и автоматизацией работы основных узлов это позволяет обеспечить снижение капитальных и энергетических затрат в процессе очистки воды.

Кроме того, мы совершенствуем процесс флотации путём синтеза новых флотореагентов, замены воздуха другими газами (азот, кислород), а также внедрения систем управления параметрами жидкой фазы флотационной пульпы.

Электрофлотокоагуляция

Дальнейшее совершенствование флотационных методов очистки привело к объединению процессов электрокоагуляции и электрофлотации и позволило создать эффективные устройства для очистки даже сильно и непредсказуемо загрязненной воды. Всесторонние исследования показали высокую эффективность электрохимических методов в удалении из воды широкого спектра загрязнений, радионуклидов, микроорганизмов. В то же время была доказана абсолютная безопасность технологии и безвредность обработанной воды для человека.

Широкое использование синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ), как основы моющих, стабилизирующих и пенообразующих препаратов, обуславливает их присутствие в большинстве видов производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод. Исследования многих авторов показывают существенное влияние СПАВ на все живые организмы, растения и человека. Наличие СПАВ даже в незначительном количестве в животном организме изменяет проницаемость мембран, оказывает влияние на кумуляцию различных веществ, в том числе вредных, повышая их токсичность. Поэтому сточные воды, содержащие СПАВ, характеризуются сложным  химическим и фазово-дисперсным составом, позволяющим рассматривать их как особый вид сточных вод.

Электрофлотокоагуляция — один из немногих методов, который показал высокую эффективность для очистки воды от СПАВ, что позволяет его широко использовать в комплексном оборудовании очистки питьевых и сточных вод.

Метки: коагуляция, механическая фильтрация, обратный осмос, флотация, электрофлотокоагуляция