Химическая очистка воды. Методы, используемые в бытовых фильтрах

Эффективность метода очистки воды зависит от того, насколько правильно будет определен тип загрязнения. С целью больше узнать о типе и концентрации посторонних веществ в воде проводится химический и бактериологический анализ.

Почти всегда в воде сразу присутствуют несколько загрязнений, поэтому используется комплекс различных методов очистки, несколько фильтров, смонтированных последовательно.

Химические методы

Химические способы очистки воды построены на использовании химических взаимодействий между различными элементами и соединениями. Реагенты подбираются строго по результатам химического анализа воды. Реагенты вступают в химические реакции с загрязнениями, полностью разлагая их, переводя в безопасную для человека форму, либо в твердый осадок, задерживаемый фильтром.

Настроить химический фильтр (выбрать реагенты) можно очень точно - так, что удаляться из воды будут только вредные примеси. При этом очищенная вода не будет "мертвой", стерильной - в ней останутся соли, необходимые для поддержания водно-солевого баланса в организме человека.

Химические методы очистки воды в сочетании с механической фильтрацией являются основными для автономной системы водоснабжения загородного дома.

Способен убрать из воды : соли жесткости, растворенное железо, растворенный марганец, повышенная кислотность, органические соединения, микробиологическое загрязнение, хлориды, сульфаты, нитраты, нитриты, свободная двуокись углерода, свободный хлор, кремний, растворенные газы.

Физические методы

Физические методы очистки воды используют тот или иной физический эффект воздействия на воду, либо на загрязнение.

Способен убрать из воды : грубодисперсные частицы, микрочастицы, взвеси, коллоиды, растворенные газы, соли жесткости, соли тяжелых металлов, свободный хлор, микробиологическое загрязнение.

Ультрафиолет

Ультрафиолетовое излучение способно убить все микроорганизмы, находящиеся в воде. Физическое воздействие заключается в том, что длина волны уф-излучения эффективно разрушает клетки болезнетворных бактерий. Проходя сквозь фильтр, поток воды со всех сторон обтекает ультрафиолетовую лампу, защищенную кварцевым стеклом. Такой эффект делает УФ-излучатель одним из самых эффективных стерилизаторов воды.

Способен убрать из воды : микробиологическое загрязнение любого типа и уровня.

Термический метод

В основе процесса лежит явление перехода нагретой воды в паровую фазу и последующая конденсация пара в жидкость. При этом уровень концентрации солей в воде меняется. Кипячение является простейшим способом частичного умягчения воды. При высокой температуре гидрокарбонат кальция (соль жесткости) распадается на углекислый газ и карбонат кальция, тот самый белый налет в чайнике. Нагрев воды до 100С также позволяет уменьшить жесткость, вызванную присутствием сульфата кальция.

Способен убрать из воды : жесткость, органические соединения, микробиологическое загрязнение.

Обратный осмос

Под действием осмотического давления вода, содержащая загрязнения, проникает сквозь специальную полимерную мембрану. Полимерная мембрана в пропускает только молекулы воды и кислорода, задерживая молекулы всех посторонних растворенных веществ, а также бактерии и вирусы. Обратно осмотический фильтр не будет работать, если в водопроводе давление меньше 2,5-3 атм.

Способен убрать из воды : микрочастицы, взвеси, коллоиды, бактерии, вирусы, молекулы, ионы, соли жесткости, железо, марганец, общая щелочность, растворенные газы, хлориды, сульфаты, нитраты, нитриты, кремний.

Очень часто методы очистки совмещают в себе сразу несколько принципов. Благодаря этому физико химические методы очистки воды более универсальны, имеют высокую эффективность.

Физико-химическая очистка воды

Основана на эффекте флотации, хорошо освобождает воду от мелкодисперсных и коллоидных частиц. Газ пропускается сквозь жидкую массу стоков. При этом каждый пузырек газа под действием молекулярных сил "слипается" с частицей загрязнения. Пузырьки скапливаются на поверхности в виде пены, которую несложно убрать механическим способом.

Еще один пример физико-химического способа очистки: электрохимический метод очистки воды или коагуляция. Используется явление оседания коллоидных частиц при воздействии постоянного тока. Метод широко используется в промышленности - горнорудной, обогатительной и т.д.

Способен убрать из воды : органические вещества, мелкодисперсные частицы, взвеси, коллоиды, соли жесткости.

Биологические методы

Системы биологической очистки воды используют способность некоторых микроорганизмов поглощать частично или полностью различные (чаще всего биологические) виды загрязнений. Это происходит в том случае, если загрязнение является для бактерий питательной средой. Хорошо известны аэробный и анаэробный способы очистки сточных вод. Два вида бактерий перерабатывают органическую составляющую хозяйственно-бытовых стоков из загородного дома.

Анаэробный способ эффективнее, так как в кислородной среде микроорганизмы развиваются более интенсивно. К тому же кислород служит дополнительным источником реакций окисления и разложения органики.

Различные типы бактерий способны перерабатывать разные типы загрязнений, в том числе и совершенно не "съедобные" на наш взгляд: недавно были обнаружены бактерии, поедающие пластик.

С учетом ускоренного развития генной инженерии биологические методы очистки воды будут постоянно развиваться, расширяя область применения. Возможно, в скором времени благодаря всеядным бактериям человечество, наконец, избавиться от гигантских свалок.

Способен убрать из воды : органические вещества, растворенное двухвалентное железо.

Химическая водоочистка сегодня получила широкое распространение. Вещества, которыми насыщена вода, которые пригодны для химической очистки воды , очень обширны. Поэтому обширны способы применения водоочистки с ультрафильтрацией. Полной водоочистки можно добиться с помощью сочетания нескольких реагентов при любой загрязненности. Как правило, химические способы очистки сточных вод применяются больше в промышленности, нежели в быту. Ее цель - удаление тонкодисперсных взвешенных частиц, органики, растворенных газов и минеральных веществ.

Обычно применение достаточно деликатного метода - химической водоочистки - в доме, на даче или в коттедже позволяет учесть все мелкие детали и именно это делает данный способ водоочистки самым эффективным. Выбор реагента зависит от состава воды, которая подлежит очистке. Предварительно стоит сделать анализ воды.

Сам процесс химической очистки осуществляется с помощью фильтров и представляет собой достаточно сложную процедуру, которая зависит от многих факторов. Реагентами для химической водоочистки применяются различные окислители, такие, например, как хлор, озон, перманганат калия, а также подщелачивающие вещества (сюда, к примеру, можно отнести гидроксид натрия, сода, известь и подкисляющие вещества типа серной кислоты и соляной).

Окисление как химическая водоочистка . Подобный способ очистки применим тогда, когда вода наполнена вредными веществами, и если их невозможно извлечь никаким иным способом. Такими веществами являются цианистые соединения, которые чаще всего встречаются в сточных промышленных водах (обычно именно они загрязнены разнообразными отходами производства).

Окислители, применяемые при химической очистке воды, которые способны справиться с цианистыми соединениями, это гипохлорит натрия и хлор. Его применяют чаще всего из-за достаточно невысокой стоимости. При процедуре химической очистки воды нужен постоянный контроль уровня кислотности воды, потому что реакция может происходить только при определенном уровне pH. Очищенная вода должна обладать уровнем pH водоема, в который ее возвратят после процедуры очистки.

Химическая водоочистка важна так же, как озонирование и электрохимическое окисление. , как электрохимическое окисление на аноде, позволяет извлечь кислоты, металлы и другие вещества, находящиеся в отработанных растворах. Одним из самых безопасных способов водоочистки является именно озонирование, потому что оно используется чаще всего для повторного применения сточных вод. Озонирование обладает высокой скоростью реакции, которая обеспечивает разложение озона на кислород. Плюсами являются также полное отсутствие следов реакции и возможность получения озона на месте, где проводится реакция.

Сохраняет её кислотно-щелочной баланс в норме, не увеличивая содержание солей, как это бывает от остальных химических реагентов. Озон - это производная кислорода, именно этим и объясняется быстрота реакции: в процессе озонирования быстрота отдачи атома кислорода другим веществам очень велика. Озон - это, пожалуй, самый эффективный окислитель металлов среди реагентов, применяемых при водоочистке.

Нейтрализация с применением подщелачивающих или подкисляющих веществ - это еще один способ водоочистки. Как правило, такой метод химической очистки используется при очистке промышленных сточных вод, pH которых нарушен. Этот метод с успехом применяют для удаления тяжелых металлов из воды.

Метод нейтрализации - это взаимодействие щелочей, кислот, которые стабилизируют уровень pH (а он по стандартам не должен превышать коэффициента 8.5, а также не должен и опускаться ниже 6.5). Вода подлежит химической очистке перед выпуском в городскую канализацию или в водоем, если кислотно-щелочной баланс не соответствует этим нормам. Процесс обычно происходит в специальных нейтрализаторах контактного или проточного типа, объединенных отстойником. После химической очистки вода подлежит осветлению.

Химическая водоочистка сточных вод - это самый совершенный метод химической очистки, потому что происходит полное очищение воды без возникновения нежелательных побочных эффектов. Этот метод пока еще мало распространен, что обуславливается его высокой стоимостью.

Воду мы используем везде: бассейны, ванна, отопления, приготовления пище… Ни для кого не секрет что вода со временем загрязняется, так что же делать? Тут на помощь нам придут элементы из таблицы Менделеева с помощью которых можно выполнить химическую очистку воды. В химической очистке воды могут быть использованы многие вещества. Ниже представлены популярные химические реагенты используемые для очистки воды.

Альгициды это химические соединения, которые при добавлении в воду убивают синие и зеленые водоросли. Примеры таких соединений:

• сульфат меди,
• соли железа,
• соли амина и хлорид «бензалкония».

Альгициды очень эффективны в борьбе с водорослями, но они не очень полезны против «цветения» водорослей в окружающей среде.

Обратите внимание! Проблема альгицидов заключается в том, что убивают они все присутствующие водоросли, но не нейтрализуют их токсины, освобождаемые этими водорослями до их уничтожения.

Средства против вспенивания

Пена-это масса пузырьков, образующихся когда определенные типы газов рассеиваются в жидкости. Образование пены это сложная тема исследований в физической химии, но известно, что ее присутствие вызывает серьезные проблемы в ходе промышленных процессов и качества готовой продукции. Когда образование пены не под контролем, она может уменьшить способность работы оборудования.

Смесь средства против образования пены содержит масла, в сочетании с небольшим количеством кремнезема. Эти соединения разбивают пену благодаря двум свойствам кремнезема: несовместимость с водной системой и легкость распространения. Средства против вспенивания доступны либо в виде порошка либо в виде эмульсии чистого продукта.

Порошок

Порошкообразные средства против вспенивания-это группа продуктов на основе модифицированного полидиметилсилоксана. Эти продукты отличаются между собой основными характеристиками, но как группа очень хорошо препятствуют образованию пены в широком диапазоне применений и условий.

Средства против вспенивания являются химически инертными и не реагируют со средой. Не имеют запаха, вкуса, не являются летучими или токсичными и не вызывают коррозии материалов. Единственный недостаток измельченного продукта является то, что он не может быть использован в водном растворе.

Эмульсии

Эмульсии, т.е. средства против вспенивания -это полидиметилсилоксан в жидком виде. Они имеют те же свойства, что и в форме порошка. Единственная разница заключается в том, что они могут быть применены в водных растворах.

Коагулянты

Что касается коагулянтов, предпочтительными являются положительные ионы с высокой валентностью. Обычно ионы алюминия и железа используются в виде Al2(SO4)3- («aluin») и железа в виде FeCl3 или Fe2(SO4)3. Можно применить и относительно дешевую форму FeSO4, при условии что она будет смешана с перекисью водорода и Fe3+ при аэрации.

Коагуляция в значительной степени зависит от дозы коагулянтов, pH и концентрации коллоидов. Чтобы отрегулировать рН Ca (OH) 2 также используется в качестве флокулянта. Дозы обычно находятся в диапазоне между 10 и 90 мг Fe3+/ L.

Ингибиторы коррозии

Коррозия-это общий термин, определяющий переход металла в растворимую форму.
Коррозия может привести к разрушению важных элементов системы котла, осаждению продуктов коррозии в соответствующих поверхностях теплообменников, и общему снижению производительности систем.

Поэтому ингибиторы коррозии часто используются в водяных отопительных системах. Эти химические соединения реагируют с металлической поверхностью, давая ей определенный уровень защиты. Ингибиторы часто действуют путем адсорбции на металлической поверхности, защищая ее- формируя защитный слой на внутренней стороне трубопроводов.

Существует пять различных видов ингибиторов коррозии. Это:

1. Пассивные ингибиторы («passivators»). Они вызывают сдвиг потенциала коррозии. Примерами таких ингибиторов являются окисляющие анионы, такие как хромат, нитрит и нитрат, и ионы не поддерживающие горения, например, фосфата и молибдата. Эти ингибиторы являются наиболее эффективными в связи с чем наиболее распространены в использовании.
2. Катодные ингибиторы . Некоторые из них, такие как соединения мышьяка и сурьмы, работают путем препятствования рекомбинации и высвобождения водорода. Другие ионы, такие как кальций, цинк или магний, могут быть осажденные как оксиды, образуя защитный слой на металлической поверхности.
3. Органические Ингибиторы . Они влияют на всю поверхность коррозионно-агрессивных жидкостей металлов, когда они присутствуют в соответствующей концентрации. Органические ингибиторы защищают металлы путем создания пленки (слоя) и гидрофобной группы на ее поверхности.
4. Ингибиторы вызывающие осадки . Это соединения, вызывающие образование продукта осаждения на металлической поверхности, таким образом создавая защитную пленку. Самые популярные ингибиторы из этой категории это силикаты и фосфаты.
5. Летучие ингибиторы коррозии (VCI). Эти соединения проводят в закрытой среде коррозии улетучивания из источника. Примерами таких ингибиторов являются морфолин, гидразин и летучие твердые вещества, такие как соли дициклогексиламина, циклогексиламин и гексаметилен. При контакте с поверхностью металла, пар этих солей конденсируется и гидролизует с помощью влаги, чтобы освободить защитные ионы.

Дезинфицирующие средства

Дезинфицирующие средства убивают нежелательные микроорганизмы присутствующие в воде. Есть много различных типов дезинфицирующих средств:

• Хлор (доза 2-10 мг / л);
• Диоксид хлора;
• Озон;
• Гипохлорит.

Дезинфекция хлором диоксида

ClO2 используется в качестве первичного дезинфицирующего средства для поверхностных вод с проблемами запаха и вкуса. Этот хлор содержит биоцид в таких низких концентрациях, как 0,1 частей на миллион, и в широком диапазоне рН. ClO 2 проникает через клеточную стенку и вступает в реакцию с аминокислотами в цитоплазме клетки, чтобы убить микроорганизмы.

Диоксид хлора дезинфицирует в соответствии с тем же принципом как хлор. Тем не менее, в отличие от хлора, диоксид хлора не оказывает вредного воздействия на здоровье человека.

Гипохлорит

Гипохлорит используется таким же образом, как двуокись хлора и хлор. Гипо-хлорирование является способом дезинфекции, который в последнее время широко не используется, поскольку доказано что при дезинфекции, в воде появляется консистенция бромата.

Обеззараживание озоном

Озон является мощной окислительной средой, с удивительно короткой «жизнью». Он состоит из частиц с дополнительным атомом кислорода с образованием O3. Когда озон вступает в контакт с причиной запаха, бактериями или вирусами дополнительный О-атом разбивает их в процессе окисления. Дополнительная молекула кислорода настолько «изношевается», что в конечном результате остается только кислород.

Дезинфицирующие средства могут быть использованы во многих отраслях промышленности. Озон используется в фармацевтической промышленности для приготовления питьевой воды, при обработке воды для различных процессов в производстве сверхчистой воды, а также для дезинфекции поверхностей.
Диоксид хлора используется в первую очередь для подготовки питьевой воды и дезинфекции трубопроводов.

Флоккулянты

Способствуют формированию хлопьев в воде, которые содержат взвешенные твердые частицы полимера флоккулянтов (полиэлектролитов). Они способствуют образованию связей между молекулами. Эти полимеры имеют очень специфический эффект, в зависимости от их заряда, молекулярной массы и степени молекулярного ветвления.

Полимеры растворимы в воде, и их молекулярная масса составляет от 10,5 до 10,6 г / л. При этом могут быть несколько разные расходы одного флоккулянта. Катионные полимеры основанные на азоте, и анионные полимеры на основе карбоновых кислот и цвиттерионов несут как положительные так и отрицательные ионы.

Нейтрализующие агенты (контроль щелочности)

Для того чтобы нейтрализовать кислоту используется гидроксид натрия (NaOH), карбонат кальция или известь (Са (ОН) 2) для повышения рН. Для снижения рН используется разбавленная серная кислота (H 2 SO 4) или разбавленная соляная кислота (HCl). Доза нейтрализующих агентов зависит от рН воды в реакционном резервуаре. Нейтрализация реакции вызывает повышение температуры.

Окислители

Химические окислительные процессы требуют использования (химических) окислителей, чтобы снизить уровень ХПК / БПК, а также для удаления органических и неорганических компонентов окисления.
Есть много окисляющих соединений. Примеры включают в себя:

• Пероксид водорода;
• Озон;
• Сочетание озона и перекиси;
• Кислород.

Химические способы очистки стоков – это нейтрализация, окисление и восстановление загрязнений в водах. К способу окислению относят электрохимическую обработку стоков, которая применяется для обеспечения оборотного водоснабжения путем извлечения растворенных примесей.

Иногда рассматриваемый процесс осуществляется перед направлением стоков на биоочистку. В таком случае повышается эффективность химической очистки. Чаще вышеперечисленные способы применяется для доочистки сточных вод перед их сбрасыванием в водоемы либо на рельеф.

Как нейтрализовать стоки

Нейтрализация стоков способствует нормализации водородного показателя. Такой химический состав воды неопасен для человека и природы. Её можно использовать повторно для различных нужд.

Процесс нейтрализации основан на применение реагентов, которые используются с учетом концентрации и составных элементов кислой среды. Специалисты выделяют 3 вида стоков с кислотами:

• преобладание слабых кислот;
• наличие сильных кислот;
• преобладание серной и сернистой кислоты.

Нейтрализация вод с серной кислотой зависит от используемого реагента. Процесс протекает по разным уровням. Если использовать известковое молоко, тогда в остаток выпадет гипс. Он будет оседать на стенках труб.

Чтобы нейтрализовать щелочные воды, применяют кислоты или кислые газы. С помощью последней технологии осуществляется одновременная нейтрализация стоков и очистка от вредных компонентов газов. Чтобы рассчитать количество необходимого кислого газа, определяется уровень массотдачи. Подобная технология считается ресурсосберегающей, так как она ликвидирует сброс стоков, сокращая потребление свежей воды, экономя тепловую энергию на её подогрев.

При разработке технологической схемы по нейтрализации сточных вод учитывается:

• возможная одновременная нейтрализации поступающих со стоками щелочей и кислот;
• наличие щелочного резерва;
• природная нейтрализация водоемов.

Для реализации рассматриваемого процесса используется специальное оборудование. Нейтрализация осуществляется в накопителе, отстойнике либо осветителе. Выбор оборудования зависит от климатических условий, длительности хранения стоков.

Для реализации нейтрализации в стоки добавляют разные химикаты, которые вступаю в реакцию с кислотами или щелочами образуют взвесь. Она выпадает в осадок. Её объем определяется по следующим показателям:

• количество металлов, ионов кислот в исходной воде;
• количество и вод применяемого реагента;
• используемый уровень осветления.

Нейтрализация реагентами применяется, если в стоках нарушен баланс между кислотой и щелочью. В таких случаях исключается возможность реализации рассматриваемого процесса путем смешивания вод. Чтобы решить проблему, в стоки добавляют недостающие химикаты. Чаще такая технология применяется при наличии кислых вод.

Их нейтрализация основана на применении отходов от различных производств (шлам, который образуется после химической очистке на ТЭЦ). При наличии серной кислоты используются шлаки сталеплавильного производства.

Эффективность такой технологии основана на наличии в них большого количества соединений оксида магния и кальция. При этом учитываются следующие данные:

• количество кальциевых солей, присущих в воде и способных хорошо растворяться;
• количество кальциевых солей, плохо растворимых водой.

Известь вводится в стоки в виде молока либо сухого порошка. Самым экономичным вариантом считается применения извести-пушонки. Если необходимо обработать до 200 куб.м. воды, тогда применяют соду.

Очистка вод за счет окисления

Данная методика применяется в следующих случаях:

• для обезвреживания производных стоков от токсинов;
• когда отсутствует необходимость в извлечении соединений из стоков;
• невыгодно либо нецелесообразно использовать другие методы.

Для реализации рассматриваемой методики применяют разные окислители, включая диоксид хлора, хлор разной консистенции, гипохлорит натрия, бихромат калия, озон и прочие соединения. Они попадают в воду, связываясь с химическими токсинами. В результате реакции появляются токсичные примеси, для удаления которых применяются иные технологии.

Сильнодействующим окислителем считается хлор. Он агрессивен, поэтому не пользуется большим спросом для реализации разных современных технологий в области очистки стоков. Его часто заменяют озоном, реже – перманганатом калия либо перекисью водорода.

Рассматриваемая технология заключается в очистки вод путем окисления их загрязнений. После такой химической реакции формируются вещества меньшей токсичности, которые легко удаляются из жидкости. Активность используемого окислителя – это величина окислительного потенциала. Первым и самым эффективным окислителем является фтор. Он обладает высокой агрессивностью, поэтому его не используют на практике. У других веществ значение этого показателя не превышает 2,1.

Чтобы очистить жидкость от сероводорода, фенола, гидросульфида, применяется хлор. Если в стоках присутствует аммиак или его производные, хлор, вступая с ними в реакцию, образует дикло- и монохлорамины.

Окислительная технология может основываться на применении кислорода. Такая реакции происходит в жидкой фазе, если наблюдается высокое давление и температура. Если аналогичная ситуация наблюдается в случае применения сульфидов, тогда глубина их окисления увеличивается.

Чтобы очистить жидкость от железа, используется кислород. Для разрушения сульфидных соединений применяют диоксид углерода с отходящим дымовым газом.

Очистка вод озоном

Технология очистки стоков, основанная на применении озона, направлена на разрушение многих примесей и органических веществ. Одновременно с окислением жидкость обесцвечивается, обеззараживается. Из неё устраняются запахи и привкус. Озон – окислитель, которые воздействует на органические и неорганические вещества, входящие в состав стоков в растворенном виде.

Озон легко устраняет фенол, нефтепродукты, сероводород, цианид. Одновременно он воздействует на разные микробы. В процессе озонирования на локальной очистительной станции применяют 2 технологии:

• катализ;
• озонолиз.

При этом озон воздействует по одному из следующих принципов:

1. Применение 1 атома кислорода.
2. Озон присоединяется к веществу, способствуя образованию озонида.
3. Усиленное воздействие кислорода воздуха.

Электрохимическая технология очистки стоков основана на их электролизе. Химическое превращение веществ зависит от вида и материала используемых электродов. В основе методики находится катодное восстановление, анодное окисление стоков.

Данная методика считается энергозатратной. Технология работает медленно, поэтому её используют для очистки малых объемов вод либо при наличии в жидкости концентрированных загрязнений. В качестве анода применяется графит, рутений, магний.

Опасным явлением в процессе электрохимической технологии окисления считается смещение газов, которые выделяются в процессе очистки. Это может спровоцировать взрыв. Чтобы это предотвратить, между электродами устанавливают диафрагмы их асбеста, керамики и стекла.

Чтобы очистить стоки, применяют большое количество окислительных частиц и высокоэнергетическое излучение. Если методика применяется на локальной очистительной станции, тогда в качестве источника излучения используется радиоактивный цезий либо кобальт.

Если из сточных вод нужно удалить мышьяк, хром, используется технология восстановления. Ртутное неорганическое соединение превращается с металлическое соединение при помощи реагентов. Затем проводится флотация, фильтрация и отстаивание.

Чтобы связать мышьяк, применяется диоксид серы. Полученные соединения удаляются из стоков методом осаждения. Хром с 6-тью валентами восстанавливается до трехвалентного уровня. Для этого применяются разные реагенты. Затем гидроксид осаживается в отстойнике.

Используемое оборудование

Рассматриваемый процесс протекает в норме, если для его осуществления применяется не вышедшая из строя фильтрующая установка. Она представлена в виде многокомпонентного устройства с антисептиком, биологическим фильтром. Для обеззараживания стоков используется антисептик с химическим реагентом. Они избирательно воздействуют на загрязняющее вещество.

Очистительные установки способны профильтровать в сутки разный объем воды. Этот показатель зависит от мощности используемого оборудования. К её плюсам относят:

• длительная эксплуатация;
• простое обслуживание;
• доступность к разным узлам оборудования.

Для фильтрации стоков применяют очистительные агрегаты следующих типов:

• с фильтрующей перегородкой;
• с несвязным фильтрующим слоем.

К первой группе относят уловители полезных элементов, которые содержатся в стоках. Аналогичное оборудование применяется для очистки осадкой низкой влажности. Ко второй группе относят зернистые фильтры, которые очищают большое количество стоков.

Системные установки, в которых есть неподвижная фильтрующая перегородка, укомплектована ленточным, листовым, барабанным или дисковым фильтром. Установки с несвязным слоем укомплектованы безнапорными либо напорными фильтрами.

В качестве отстойников в оборудовании применяют следующие устройства:

• гидроциклоны – очищают стоки от химических предприятий;
• скрубберы и термические агрегаты – очищают от сульфатов и радиоактивных веществ;
• гидравлические – нейтрализуют кислоты;
• адсорберы и десорберы – связывают или выводят органические и летучие неорганические вещества, включая газы.

Вышеописанные установки монтируют на разных производствах и в быту. Тип установки выбирается с учетом состава воды, типа производства. Чаще используется оборудование, очищающее стоки от механических частиц и нефтепродуктов. Химические технологии очистки стоков основаны на добавлении разных химических реагентов в загрязненные воды. Используемые вещества, вступая в реакцию с загрязнителями, способствуют их выпадению в осадок в виде нерастворимых частиц. Затем они удаляются из стоков путем фильтрации. Химическая очистительная методика способствует удалению из воды до 95% нерастворимых и до 25% растворимых веществ.

Химводоочистка является одним из важнейших факторов срока службы котла. Чем выше качество воды, тем дольше вам прослужит система водоснабжения в целом.

Основными задачами водоподготовки и рациональной организации водно-химического режима котлов, парогенераторов, тракта питательной воды и тепловых сетей являются:

· Предотвращение образования на поверхностях нагрева котлов, теплообменников и др. частей теплофикационных систем отложений накипи, окислов железа и т.п.,

· Защита от коррозии конструкционных металлов основного и вспомогательного оборудования теплофикационных систем в условиях их контакта с водой и паром, а также при нахождении в резерве, длительном простое или на консервации.

Требования по качеству подпиточной и сетевой воды устанавливаются в зависимости от типа теплосети:

Для теплосети с открытым водоразбором обработанная вода должна отвечать:
требованиям для воды хозяйственно-питьевого назначения, качество которой регламентируется СанПИН 2.1.4.559-96., в частности ГОСТ «Вода питьевая». Величина общей жесткости не должна превышать 7 мг-экв/л, железа - 0,3 мг/л, значение рН-9,0.

Качество воды для закрытой сети определяется видом применяемого теплофикационного оборудования (котла, бойлера и т.п.). К качеству воды для закрытой сети в связи с отсутствием непосредственного водоразбора на нужды населения предъявляются менее строгие требования, основной задачей является обеспечение безнакипного режима работы применяемого теплофикационного оборудования (котлы, бойлера) и нормативно допустимого уровня коррозионной активности. Так, может быть допустимым повышение значения рН до 10,5 при одновременном глубоком умягчении, определяющим показателем является значение карбонатного индекса, который в свою очередь определяет допустимый уровень накипеобразования - не выше 0,1.

Основным показателем безнакипного режима является величина карбонатного индекса - произведения общей щелочности на кальциевую жесткость , который имеет различные значения для данного температурного режима.

Основные современные способы подготовки воды:

· Умягчение Na-катионированием с применением современных методов ионного обмена, с использование фильтрующих материалов и соответствующих им конструкций фильтров;

· Декарбонизация воды с применением современных новых типов фильтрующих материалов (слабокислотных катионитов) и соответствующих им конструкций фильтров взамен Н - катионированием с «голодной» регенерацией;

· Очистка воды с применением мембранных технологий подготовки воды;

· Применение программ химической обработки подпиточной воды с помощью дозирования современных более эффективных реагентов (ингибиторов коррозии, дисперсантов и ингибиторов солеотложения)

· Также комбинирование всех вышеупомянутых методов;

· Альтернативные способы - в основном различные «преобразователи солей жёсткости» основанные на физических методах обработки воды;

Рассмотрим применение первых двух ионообменных способов - умягчением Na-катионированием и декарбонизацией воды с применением современных новых типов фильтрующих материалов (слабокислотных катионитов).

Умягчение

Метод одноступенчатого параллельно-точного Na-катионирования применяется наиболее широко. Данный процесс реализуется в фильтрах (различной конструкции и размеров в зависимости от производительности, требований к проведению самого процесса и т.п.). Сам ионообменный процесс происходит при фильтровании воды через слой ионообменной смолы (представляющей собой сильнокислотный катионит в Na-форме), загруженный в фильтр и периодически, по истощению, регенерируемый раствором поваренной соли. При этом происходит замена солей кальция (Ca2+), магния (Mg2+) на натрий (Na+) по следующей схеме:

Таким образом, вместо кальция (Ca2+), магния (Mg2+), вводится эквивалентное количество натрия (Na+). В результате получается умягченная вода, но при этом щелочность исходной воды практически не меняется в ходе обработки, а в случае ее повышенного значения вода будет обладать усиленными коррозионными свойствами вследствие разложения щелочности при нагреве. В качестве фильтрующих загрузок обычно служат сильнокислотные катиониты типа КУ2-8 или сульфоуголь, регенерируемые поваренной солью.

Недостатками данного метода является:

· Повышенный (обычно трехкратный) расход реагента (соли NaCl) по отношению к стехиометрии;

· Повышенный расход воды на собственные нужды;

· Повышенное содержание в сбросных водах хлоридов и натрия зачастую превышающих нормы;

· Для получения глубоко умягчённой воды требуется вторая ступень;

Современные способы ионирования и использование новых типов катионитов позволяют существенно оптимизировать процесс Na - катиониования – снизить расход реагентов на регенерацию, уменьшить расход воды на собственные нужды, сократить количество задействованного оборудования (фильтров). К таким методам относится противоточное катионирование, при котором поток фильтрата и регенерационного потока имеют противоположные направления. В частности, используется практически весь объем фильтра под загрузку катионита. Процент собственных нужд снижается до 3-4 %, расход соли уменьшается на 15-20 %. Появляется возможность получать фильтрат после первой ступени с качеством воды по жесткости не выше 10 –15 мкг-экв/л, то есть вторая ступень катионирования устраняется. Но данная технология требует высокой степени организации эксплуатации и желательна автоматизация технологических процессов.

Особо следует отметить, что перевод катионита из одной формы в другую непосредственно у потребителя приводит не только к повышенным трудозатратам и дополнительному расходу воды и реагентов, но и зачастую приводит к снижению эксплуатационных показателей, в первую очередь, динамической обменной ёмкости. Объяснением этому служит сама процедура перевода из Н-формы в Na-форму, при которой вначале необходимо «истощить» катионит, слив кислую воду в канализацию (что приводит не только к загрязнению сточных вод, но и к коррозии трубопроводов), а только затем дважды отрегенерировать раствором поваренной соли перевести в Na-форму. Следует отметить также, что сильнокислотный катионит в Н-форме при пропускании через него исходной воды до «истощения» кроме солей жёсткости захватывает из неё и другие ионы, в том числе ионы металлов (железа, алюминия и т.д.), которые при последующей регенерации раствором поваренной соли не удаляются. Следовательно, часть функциональных групп заблокирована, в результате чего обменная емкость катионита после таких процедур снижается. Этих негативных процессов не происходит в случае применения для процессов умягчения воды специально, в заводских условиях, изготовленных катионитов в Na-форме.

Дальнейшим усовершенствованием противоточных процессов послужила разработка ионитов в виде моносфер, т.е. смол имеющих узкий фракционный эффективный состав гранул (количество частиц эффективного размера -около 0,5-0,6 мм достигает 95 %, тогда как у обычных ионитов оно составляет примерно 40 - 45 %).

Однако, неплохих результатов можно достигнуть, если применить катиониты и с обычным грансоставом (0,3-1,2 мм), но изготавливаемыми и поставляемыми потребителям в Na-форме. Например, сильнокислотный катионит Тульсион Т-42 в Na-форме, с фракционным составом 0,3-1,2 мм.

Декарбонизация

При подготовке подпиточной воды для систем ГВС, применяется также технология подготовки воды Н - катионированием с «голодной» регенерацией.

Технология Н-катионирования с «голодной» регенерацией позволяет существенно снизить карбонатную жесткость воды с частичным уменьшением некарбонатной. Все ионы водорода, вводимые в катионит с регенерационным раствором, полностью задерживаются, и вследствие этого в отработанных сточных водах кислота практически отсутствует. Расход регенерирующего реагента - серной кислоты является стехиометрическим, т.е. расчетным.

Недостатками данного метода при использовании сульфоугля в Н-форме является пониженные эксплутационные характеристики, в частности:

· Низкая скорость фильтрования (до 10 м 3 /ч);

· Низкая обменная емкость (200-250 г-экв /м 3), как следствие
- большие затраты реагентов и воды на собственные нужды
-увеличенное количество фильтров
- трудность в управлении процессом и, как следствие, нестабильное качество воды

Существуют слабокислотные катиониты, зачастую называемые карбоксильными катионитами, которые специально созданы для удаления карбонатной жёсткости т.е. декарбонизации. К ним в частности относится слабокислотный катионит Тульсион СХО-12.

При ионообменном способе декарбонизации воды на слабокислотном карбоксильном катионите к водородной форме (как наиболее экономичном) происходит замена солей кальция (Ca2+), магния (Mg2+) на водород (Н+) по следующей схеме:

Таким образом, вместо кальция (Ca2+), магния (Mg2+), вводится эквивалентное количество водорода (Н+). Далее анионы HCO3- взаимодействуют с образующимися катионами Н+.

В результате происходит снижение концентрации бикарбонатов путём их «разрушения» и образование в результате углекислого газа. При этом, происходит снижение рН воды. Далее, для стабилизации рН воды требуется её отдувка на дегазаторе.

Например, рассмотрим технологическую схему, предусматривающую применение процесса декарбонизации на слабокислотном катионите взамен Н-катионирования с «голодной регенерацией» и умягчение на сильнокислотном катионите, поставляемом сразу в Na – форме. Учитывая, что источником исходной воды служит питьевая хлорированная вода из городского водопровода, для повышения срока службы катионитов предусмотрена предварительная очистка в виде фильтра заполненного активированным углём. После этого вода поступает на три фильтра декарбонизации, заполненные слабокислотным катионитом, один/два в работе, один в резерве. Образовавшийся углекислый газ после ионообменника отдувается в дегазаторе (декарбонизаторе) и поступает через деаэратор на нагрев. Часть декарбонизированной воды поступает на установку двухстадийного умягчения - для получения подпиточной воды паровых котлов. Принципиальная схема представлена на рисунке 10, в виде прямоточных фильтров с организацией верхней распредсистемы и инертным слоем для повышения эффективности фильтрования и отмывки катионита.

Рисунок 10 - Принципиальная технологическая схема ХВО котельной

Рисунок 11 - Фотография цеха ХВО

Общее количество воды, добавляемое из химводоочистки, состоит из следующих потерь:

1) Потери конденсата от технологических потребителей:

В случае отсутствия конденсата от технологических потребителей кг/с.

2) Потери продувочной воды кг/с.