Современные методы очистки воды.Очистка воды хлором. Предложить новый способ по очистке воды.

Введение
Современные методы очистки воды
Общие положения
Коагулирование воды
Комплекс сооружений для коагулирования
Смесители
Осветлители
Отстойники
Фильтрование воды
Промывка фильтров
Отвод и подача промывной воды
Обеззараживание воды и уничтожение в ней запахов и привкусов
Очистка воды хлором
Хлорирование воды
Хлорирование воды хлорной известью.
Хлорирование воды гипохлоритом натрия (NaCIO).
Перехлорирование и дехлорирование
Хлорирование с аммонизацией
Новый способ по очистке воды.
Экспериментальная часть
Выбор объектов исследования
Лабораторные установки для проведения экспериментов
Обсуждение результатов
Технологическая часть
Технико-экономический анализ
Выводы
Литература

Современные методы очистки воды.Очистка воды хлором. Предложить новый способ по очистке воды.

Для железа подобные зависимости отсутствуют, однако следует предположить аналогичный механизм растворения. Так, при изучении растворения стальных электродов получены значения критической плотности тока в зависимости от рН среды в пределах рН 6-12, выше которых наблюдается пассивация железного анода. При понижении рН ниже 6 скорость растворения возрастает, при этом чугунный электрод растворяется анодно легче, чем стальной. При повышении температуры от 0 до 80 градусов Цельсия выход по току алюминия увеличивается, особенно в диапазоне от 2 до 30 градусов Цельсия. При этом активация поверхности электрода наблюдается в диапазоне плотности тока от 1 до 4 мА/см2 при более высоких плотностях тока с повышением температуры выход по току алюминия снижается. Комплекс сооруженийдля коагулированияНа очистных станциях современных водопроводов установки, связанные с процессом коагулирования, обычно включают сооружения для подготовки и дозирования реагентов — реагентное хозяйство, для смешения осветляемой воды с реагентами — смесители, для хлопьеобразования — камеры хлопьеобразования.Доставляемый на станцию коагулянт может храниться или в сухом виде, или в виде концентрированного раствора. Последнее весьма рационально, особенно на станциях большой производительности.СмесителиДля эффективного действия вводимых в воду реагентов необходимо быстрое и полное смешение их с водой. Его осуществляют с помощью специальных устройств — смесителей. В смеситель подается подлежащая обработке вода. Раствор реагента, прошедший дозатор, вводится в подающую трубу перед смесителем или в головную часть смесителя. Смешение раствора реагента с водой может быть осуществлено путем создания сильно завихренного движения воды в смесителе или путем механического перемешивания воды в смесителе различными мешалками. В нашей практике преимущественно используются системы, основанные на первом принципе. Они обеспечивают достаточно полное смешение и более просты и надежны в эксплуатации. Наиболее распространенными типами таких смесителей являются дырчатый и перегородчатый, как правило, применяемые совместно с контактными камерами, а также коридорные и вертикальные (вихревые).В соответствии с требованиями СНиП 11-31-74 продолжительность пребывания воды в смесителе не должна превышать 2 мин.Смесители бываю: дырчатые, перегородчатые, вертикального типа, механические.ОсветлителиДля предварительного осветления воды перед подачей ее на фильтры вместо отстойников используют так называемые осветлители со взвешенным осадком. Этот метод осветления применим только при условии введения в воду коагулянта, т.е. при условии предварительной обработки воды, лишающей частицы агрегативной устойчивости.ОтстойникиПри очистке воды осаждение взвеси осуществляется в специальных сооружениях — отстойниках. Под отстаиванием в строгом смысле слова понимается осаждение взвеси из воды, находящейся в покое. Осуществление такого процесса (периодического отстаивания) в практике очистки воды крайне неудобно, так как требует периодического наполнения и опорожнения отстойных бассейнов. Поэтому применяют так называемое непрерывное отстаивание — осветляемая вода непрерывно проходит с малыми скоростями через отстойники, в которых происходит осаждение взвеси.В настоящее время применяют отстойники трех типов, различаемые по направлению движения воды в них: горизонтальные, вертикальные и радиальные.Фильтрование водыФильтрованием называется процесс прохождения осветляемой воды через слой фильтрующего материала. Фильтрование, так же как и отстаивание, применяют для осветления воды, т. е. для задержания находящихся в воде взвешенных веществ. Фильтрующий материал должен представлять собой пористую среду с весьма малыми порами. В водопроводной практике в качестве основного фильтрующего материала применяют песок.Фильтр представляет собой резервуар, в нижней части которого расположено дренажное устройство той или иной конструкции для отвода профильтрованной воды. На дренаж укладывают слой поддерживающего материала и затем слой собственно фильтрующего материала. При песчаных фильтрах поддерживающим материалом является гравий, уложенный слоями с возрастающей книзу крупностью зерен. В процессе фильтрования фильтр постоянно заполнен водой до уровня, расположенного не менее чем на 2 м выше поверхности фильтрующего материала. В обычных фильтрах вода подается сверху и отводится снизу — через дренажное устройство.Пропускная способность фильтра определяется скоростью фильтрования. Под скоростью фильтрования следует понимать не скорость движения воды в порах, а скорость вертикального движения воды над фильтрующим слоем. Скорость фильтрования определяют по соотношению: v=Q/w,Где Q- количество воды, проходящей через фильтр в единицу времени; w- площадь фильтра.Фильтры по виду фильтрующей среды делят на зернистые (песок, антрацит, керамзит); сетчатые (сетки с различной крупностью ячеек);тканевые (хлопчатобумажные, льняные и др.); каркасные или намывные (диатомитовые).Зернистые фильтры разделяют по скорости фильтрования на медленные — со скоростью фильтрования до 0,3 м/ч, открытые; скорые — со скоростью фильтрования 2—15 м/ч, открытые и напорные; сверхскорые— со скоростью фильтрования более 25 м/ч, напорные.По крупности зерен фильтрующего слоя различают фильтры мелкозернистые — размер зерен менее 0,4 мм, среднезернистые — 0,4—0,8 мм, крупнозернистые — более 0,8 мм.Фильтрующий слой может быть однородным и неоднородным. К фильтрам с неоднородным фильтрующим слоем относятся двухслойные (песок, антрацит) и многослойные.Движение воды в фильтрах может происходить сверху вниз — медленные, обычные скорые, напорные; снизу вверх — контактные осветлители; снизу вверх и сверху вниз — двухпоточные, фильтры АКХ.Фильтры могут работать с постоянной или переменной скоростью, в напорном или безнапорном режиме (открытые фильтры).По характеру механизма задержания взвешенных частиц можно различать два основных вида фильтрования:а)через фильтрующую пленку, образующуюся в процессе фильтро-вания частицами взвеси, оседающими на поверхность загрузки;б)без образования на поверхности загрузки фильтрующей пленки.При фильтровании первого вида на фильтре задерживаются первоначально только такие частицы взвеси, размер которых больше размера пор фильтрующего материала. Слой осадка (пленка), образующийся из задержанных частиц взвеси, сам по себе является фильтрующим материалом и играет основную роль в очистке воды, а песчаная загрузка фильтра служит поддерживающей опорой для отлагающихся на ее поверхности загрязнений. Эффект осветления воды фильтрами при их работе по мере образования пленки над песком постепенно увеличивается. Фильтрование через поверхностную пленку, при котором осветляют воду без предварительной химической обработки ее коагулянтами, наиболее характерен для так называемых медленных фильтров. Они загружаются мелким песком, работают при малых скоростях фильтрования и способны обеспечить высокую степень осветления воды, задерживая мельчайшие частицы взвеси.При фильтровании без образования поверхностной пленки задержание частиц, загрязняющих воду, происходит в толще слоя фильтрующей песчаной загрузки, где эти частицы извлекаются из воды и удерживаются на зернах песка. Не всякие частицы способны прилипать к зернам песка при фильтровании. Частицы, загрязняющие воду, обладают в естественном состоянии так называемой агрегативной устойчивостью, препятствующей как их взаимному слипанию — коагуляции, так и прилипанию к какой-либо поверхности. Однако после обработки воды коагулянтами агрегативная устойчивость взвешенных и коллоидных частиц падает, вследствие чего их способность к взаимному слипанию и прилипанию к зернам песка возрастает.Фильтрование без образования поверхностной пленки является нормальным рабочим процессом скорых фильтров, осветляющих воду после химической обработки ее коагулянтами. В этом случае на фильтры поступает вода, содержащая агрегативно неустойчивые частицы — мельчайшие хлопья, величина которых значительно меньше размера пор фильтрующей загрузки. Эти частицы свободно проникают с водой по поровым каналам в толщу песка и задерживаются там под действием сил прилипания.Промывка фильтровВерхняя промывка скорых фильтров. В качестве мероприятия, повышающего качества промывки фильтров и предотвращающего накопление остаточных загрязнений на фильтре, применяют так называемую верхнюю (или поверхностную) промывку фильтров, при которой промывная вода подается на фильтр сверху. Верхнюю промывку применяют как дополнение к основной промывке фильтра снизу обратным током воды и производят в сочетании с последней.Водовоздушная промывка. В качестве мероприятия, повышающего качество промывки фильтров и экономию промывной воды, применяют водовоздушную промывку. Хвостовые части колпачков, выходящие под дренажное днище, имеют продольные вертикальные щели шириной 0,8—1,5 мм и длиной 50—100 мм. Воздух, подаваемый в- междудонное пространство по трубе, имеющей вертикальные отростки, скапливается под дренажным днищем фильтра, которое должно быть строго горизонтальным. Получающаяся таким образом воздушная подушка вытесняет воду из междудонного пространства через нижние отверстия колпачков, прогоняя ее через толщу песка. Это продолжается до тех пор, пока уровень воды в междудонном пространстве не опустится ниже верха щелей в хвостовой части колпачков. Тогда воздух начинает поступать в щели и через головки колпачков в толщу песка.При устройстве фильтров без междудонного пространства продувка песка воздухом осуществляется через распределительную трубчатую систему, уложенную на дне фильтра под песком параллельно с трубчатой системой, подающей промывную воду.Рекомендуется следующий порядок промывки грубозернистых фильтров: взрыхление песка в продолжение 1 мин водой, подаваемой с интенсивностью 6—8 л/(с-м2); затем подача в междудонное пространство в течение 5 мин одновременно воды в количестве 3—4 л/(с-м2) и воздуха 20—25 л/(с-м2); наконец, отмывка фильтра в течение 2 мин водой, подаваемой с интенсивностью 6—8 л/(с-м2).Отвод и подача промывной водыПромывная вода отводится с фильтра системой желобов или дырчатых труб, расположенных над поверхностью фильтрующего материала. Кромка желоба должна быть расположена на такой высоте над «статическим» уровнем песка, чтобы вертикальные токи промывной воды могли выносить в желоб лишь частицы загрязнений, вымытых из фильтра, не увлекая за собой частицы взмучейного и поднятого водой песка. Следовательно, кромка желоба должна быть расположена выше уровня подъема песка при промывке.Высота подъема песка зависит от толщины его слоя и степени его расширения, зависящей в свою очередь от интенсивности промывки. Обычно, учитывая увеличение скорости движения воды при ее проходе между желобами, кромку желоба располагают на 25 см выше поверхности песка после его расширения. Обеззараживание воды и уничтожение в ней запахов и привкусовОтстаивание и фильтрование воды значительно уменьшают количество содержащихся в ней микроорганизмов, но не дают гарантии окончательного их удаления. Даже в хорошо эксплуатируемых очистных сооружениях через фильтры проходит часть бактерий, содержавшихся в воде источников. Для окончательного удаления микроорганизмов применяют обеззараживание (дезинфекцию) воды. В современных очистных сооружениях обеззараживание воды производится во всех случаях, когда источник водоснабжения ненадежен в санитарном отношении.Обеззараживанию, как правило, подвергается вода, уже прошедшая остальные стадии очистки: коагулирование, отстаивание, фильтрование.В некоторых случаях дезинфекция применяется как единственная самостоятельная мера очистки воды (например, при использовании подземных вод, не отвечающих санитарным требованиям).Обеззараживание воды может быть осуществлено с помощью хлорирования, озонирования, бактерицидного облучения и др.В современной практике очистки воды наиболее широкое распространение получила ее дезинфекция путем хлорирования.Очистка воды хлоромХлорирование водыДля хлорирования воды на водопроводных очистных станциях используется жидкий хлор и для станций малой производительности хлорная известь.Хлорирование воды жидким хлором. При введении хлора в воду образуются хлорноватистаяи соляная кислотыДалее происходит диссоциация образовавшейся хлорноватистой кислоты Получающиеся в результате диссоциации хлорноватистой кислоты гипохлоритные ионы ОС1~ обладают наряду с недиссоциированными молекулам хлорноватистой кислоты бактерицидным свойством. Сумму Cl2+HOCl+OCl-называют свободным активным хлором.При наличии в воде аммонийных соединений или при специальном введении в воду аммиака образуются монохлорамины NH2CI и дихлора-мины NH2C1, также оказывающие бактерицидное действие, несколько меньшее, чем свободный хлор, но более продолжительное. Хлор в виде хлораминов в отличие от свободного называется связанным активным хлором.Количество активного хлора, необходимого для обеззараживания воды, должно определяться не по количеству болезнетворных бактерий, а по всему количеству органических веществ и микроорганизмов, а также и неорганических веществ, способных к окислению, которые могут находиться в хлорируемой воде. Правильное назначение дозы хлора является исключительно важным. Недостаточная доза хлора может привести к тому, что он не окажет необходимого бактерицидного действия; излишняя доза хлора ухудшает вкусовые качества воды. Поэтому доза хлора должна быть установлена в зависимости от индивидуальных свойств очищаемой воды на основании пробных опытов с этой водой.Расчетная доза хлора при проектировании обеззараживающей установки должна быть принята исходя из необходимости очистки воды в период ее максимального загрязнения, например, в период паводков.Показателем правильно принятой дозы хлора служит наличие в воде так называемого остаточного хлора, остающегося в ней от введенной дозы после окисления находящихся в воде веществ. Согласно требованиям ГОСТ 2874—82, концентрация остаточного хлора в воде перед поступлением ее в сеть должна находиться в пределах 0,3—0,5 мг/л. За расчетную следует принимать ту дозу хлора, которая обеспечивает указанное количество остаточного хлора. Расчетная доза назначается в результате пробного хлорирования.Для осветленной речной воды доза хлора обычно колеблется в пределах 1,5—3 мг/л; при хлорировании подземных вод доза хлора чаще всего не превышает 1 —1,5 мг/л; в отдельных случаях может потребоваться увеличение дозы хлора из-за наличия в воде закисного железа. При повышенном содержании в воде гуминовых веществ требуемая доза хлора возрастает.При введении хлора в обрабатываемую воду должны быть обеспечены хорошее смешивание его с водой и достаточная продолжительность (не менее 30 мин) его контакта с водой до подачи ее потребителю. Хлорирование уже осветленной воды обычно производят перед поступлением ее в резервуар чистой воды, где и обеспечивается необходимое для их контакта время.Вместо хлорирования воды после отстойников и фильтров в практике водоочистки иногда применяют хлорирование ее перед поступлением на отстойники (предварительное хлорирование) — до смесителя, а иногда перед подачей на фильтр. Предварительное хлорирование способствует коагуляции, окисляя органические вещества, которые тормозят этот процесс, и, следовательно, позволяет уменьшить дозу коагулянта, а также обеспечивает хорошее санитарное состояние самих очистных сооружений. Предварительное хлорирование требует повышения доз хлора, так как значительная часть его идет на окисление органических веществ, содержащихся в еще неосветленной воде.Вводя хлор до и после очистных сооружений, можно снизить общий расход хлора по сравнению с расходом его при предварительном хлорировании, сохранив преимущества, даваемые последним. Такой метод носит название двойного хлорирования.Хлор поступает на станции в металлических баллонах в сжиженном состоянии под давлением 600—800 кПа. Стандартные баллоны содержат 25—40 (малые) и 100 (большие) кг жидкого хлора.Из баллонов хлор подается в воду через специальные приборы — хлораторы (газодозаторы), в которых осуществляется его дозирование и смешивание с некоторым количеством воды. Получаемая «хлорная вода» поступает в обрабатываемую воду.Существуют различные системы хлораторов: одни из них рассчитаны на непрерывную подачу определенных количеств газа в единицу времени— хлораторы непрерывного действия, другие — на отмеривание определенных порций газа— порционные. Существуют также хлораторы, автоматически меняющие количество подаваемого хлора при изменении расхода обрабатываемой воды. Кроме того, различают хлораторы напорные и вакуумные. Недостатком напорных хлораторов является возможность утечки из них хлора. Ввиду ядовитости хлора утечка его представляет опасность для обслуживающего персонала. Эта опасность устранена в вакуумных хлораторах. В них газ находится под давлением ниже атмосферного, что исключает возможность его утечки в помещение. В связи с этим вакуумные хлораторы рекомендуются для преимущественного использования в установках для обеззараживания воды. Хлор из баллонов, прибывающих с завода-поставщика, прежде всего поступает в промежуточный баллон, в котором он переходит из жидкого в газообразное состояние и где отделяются загрязняющие хлор примеси. Из промежуточного баллона хлор поступает в хлоратор. Для дополнительного контроля за расходом хлора баллон с ним устанавливается на весах.Так как из одного баллона (при комнатной температуре) может быть получено лишь около 0,5—0,7 кг хлора в 1 ч, то при большом общем расходе хлора может возникнуть необходимость одновременного использования значительного числа баллонов. Для того, чтобы это избежать, принимают меры по увеличению съема хлора с баллонов, обогревая их нагретым воздухом или нагретой водой. Таким путем можно увеличить съем хлора с одного баллона до 10 кг в 1 ч. Однако на крупных водоочистных станциях этих мероприятий оказывается все же недостаточно и наиболее целесообразно применять для хлора тару большей вместимости.Наряду с хлоратором ЛОНИИ-100 в нашей практике получили применение вакуумные хлораторы системы проф. Л. А. Кульского, выпускаемые промышленностью. Эти хлораторы изготовляются различной . производительности — от 0,04 до 25 кг хлора в 1 ч.При проектировании и эксплуатации хлораторных установок необходимо учитывать требования, направленные на предохранение обслуживающего персонала очистной станции от вредного действия хлора.Помещение хлораторной должно быть расположено в первом этаже и либо примыкать к зданию фильтровальной или насосной станции, либо находиться в отдельном здании (на больших установках). В помещении хлораторной, примыкающем к зданию фильтровальной станции, должны быть две двери: одна — ведущая в помещение станции, другая — ведущая наружу. Двери должны герметически закрываться. Помещение хлораторной должно иметь хотя бы одно окно. Необходимо предусмотреть систему искусственной вытяжной вентиляции.Если в сутки расходуется более трех баллонов жидкого хлора, топри хлораторной или вблизи нее на территории станции устраивают дежурный склад баллонов, рассчитанный на хранение трехсуточного запаса хлора. Должна быть обеспечена возможность подогревания баллонов на складе перед доставкой их в хлораторную.Хлорирование воды хлорной известью. Использование хлорной извести, активным компонентом которой является гипохлорит кальция Са(ОС1)2, может быть допущено лишь на станциях малой производительности (до 3 тыс. м3/сут).Техническая хлорная известь содержит 25—30% активного хлора.В результате введения в воду хлорной извести, как и при введении в воду хлора, получаются хлорноватистая кислота НОС1 и гипохлоритные ионы ОС1~. Для приготовления раствора хлорной извести применяют установку, аналогичную установке, в которой производится приготовление раствора коагулянта. В состав ее входят баки, куда засыпают хлорную известь и добавляют воду.