Методы очистки воды от примесей и микробов

734
Фото © shutterstock.com
Фото © shutterstock.com
Методы очистки воды и то, насколько эффективно они работают, напрямую зависят от правильного определения типов конкретных загрязнений. Для того чтобы узнать больше о видах посторонних веществ и их концентрации, проводят анализы, бактериологические и химические.

Практически во всех случаях обнаруживается присутствие сразу нескольких видов загрязнений, после чего применяют комплекс из разных методов очистки воды, ряд последовательных фильтров. Какие фильтры лучше использовать и в каких случаях – об этом мы расскажем в данной статье.

Загрязнения и методы очистки воды

Вода – основа всего живого. Без нее нет возможности выжить ни человеку как отдельной единице, ни человечеству в общем. Ведь нам мало просто поддержания жизнедеятельности организма, человечество применяет пресную воду в больших объемах, для того чтобы содержать сельское хозяйство и обеспечивать различные бытовые нужды. Водой покрыто свыше 70 % поверхности нашей планеты. На нее приходится примерно 1/4400 веса всей Земли, однако пресной воды всего лишь 3 % от всего объема. И приблизительно 70 % всей пресной воды сейчас находится в ледниковых запасах, а это серьезно усложняет ее применение. Поэтому использование разнообразных методов очистки воды – необходимая мера, к которой прибегает человечество.

Безусловно, тот объем пресных вод, который доступен сейчас, просто громаден и может казаться фактически неисчерпаемым. Однако уже сейчас в мире существуют серьезные проблемы, связанные с нехваткой питьевой воды, и на то имеются следующие причины:

  • Во-первых, при росте численности населения Земли стремительно развиваются водопотребляющие промышленные и хозяйственные отрасли, а значит, увеличивается расход пресной воды.
  • Во-вторых, запасы, которые имеются сегодня, постепенно уменьшаются из-за всевозможных видов загрязнений, которые связаны с фактором человеческой активности.

Когда мы говорим о физическом формате загрязнений, подразумевается, что в водоемы попадают нерастворимые или долгорастворимые виды примеси – песок, глина и всевозможный мусор. О тепловом загрязнении обычно говорят тогда, когда имеется определенная тепловая энергия, которая негативно влияет на окружающую среду. Дополнительный подогрев водоема может привести к серьезным изменениям протекающих там биологических процессов, а это, в свою очередь, повлечь за собой массовую гибель рыб и прочих водных жителей. Либо, наоборот, может начаться бурный рост простейших, что способно серьезно затруднить весь дальнейший процесс очистки воды. Тем не менее, важно отметить, что тепловой тип загрязнения может иметь и положительное влияние, поэтому значение словосочетания «тепловое загрязнение» очень относительно, а его влияние на окружающую среду изучается и оценивается отдельно для каждой конкретной ситуации.

Под химическим загрязнением подразумевается попадание в водоем химических веществ, которые используются в промышленных и сельскохозяйственных отраслях. Отдельно выделим такие виды загрязнений, как нефтепродукты, тяжелые металлы и их соединения, ПАВ, а также нитраты, основным источником которых является процедура смыва с/х удобрений в воду. Когда мы говорим о биологическом факторе, то речь идет о процессах загрязнения веществами органического происхождения и микроорганизмами, включая болезнетворных и паразитических. Помимо этих процессов, существуют также химические соединения, богатые фосфором и биогенным азотом, которые являются прекрасной питательной средой для определенных микроорганизмов. Если водоем загрязняется подобными веществами, то это приведет к эвтофикации, то есть медленному его зарастанию и превращению в болото.

Масса всевозможных загрязнителей породила не менее разнообразные методы очистки воды. Их разделим на несколько групп, опираясь на принципы работы. Итак, самая обобщенная форма классификации методов очистки воды от примесей:

  • физический метод;
  • химический;
  • физико-химический;
  • биологический.

Все эти группы включают много вариаций функционирования процесса и его аппаратного оформления. Кроме того, важно учесть, что методы очистки воды, как правило, применяются комплексно и требуют определенных комбинаций, чтобы достичь максимально эффективного результата. Комплексную задачу очистки обуславливает характер загрязнений. Как правило, ненужным компонентом является ряд разных веществ, которые требуют и разных манипуляций. Те системы, которые основаны на каком-то определенном методе очистки воды, встречаются тогда, когда загрязнение имеется от одного либо нескольких веществ, отделить которые можно, применив один способ. Например, так часто чистят сточную воду производства, где численность и состав загрязнителей изначально известны и неразнородны.

Какие методы очистки сточных вод применимы в том или ином случае

Имеется специальная система учета, куда вносят данные, перед этим берут неоднократные пробы на анализы той воды, что относится к сточной. Санитарные нормы фиксируют допустимые нормы и концентрации (ПДК СанПин 4630-88 «Допустимые нормативы загрязняющей сточной воды»), эти же правила регулируют ХПК и БПК.

Сегодняшние методы очистки сточных вод дают возможность подводить их состав к разрешенной норме. Чаще всего для этого применяют специальные технологии, которые разработаны для переработки определенных веществ, содержащихся в жидких отходах.

Методы очистки сточных вод зависят от типов этих вод. По существующим в ГОСТе нормативам можно классифицировать сточные воды на:

  • Бытовые. Такие отходы очень опасны, так как в них содержится органика, которая является прекрасной питательной средой для всевозможных патогенных бактерий. По этой причине все хозяйственные сточные воды, которые содержат органические загрязнения, обязательно дезинфицируются.
  • Отходы производств. Это отходы, сбрасываемые заводами либо другими объектами, в которых технологии производственного процесса предполагают использовать воду.
  • Дождевые, или природные. Они образуются из атмосферных осадков. Эта вода тоже относится к стоковой, так как отведение происходит посредством ливневых канализаций.

Чтобы перерабатывать стоковую воду, которая относится к бытовому типу, применяют комплексные сооружения. К их составным элементам относят:

  • Отстойники, где расслаиваются взвешенные частицы. Те, у которых больший удельный вес, выпадают осадком, а те элементы, которые легче жидкости, поднимаются к поверхностным слоям.
  • Песколовки. Работают как фильтры, собирающие различные виды примесей, которые невозможно растворить. Речь идет о песке, битом стекле, шлаках и пр.
  • Решетки. Они улавливают мусор крупного размера, такой как ветошь, полиэтиленовые пакеты, трава и ветки деревьев и т. п.

В бытовой очистке воды часто используют септики, которые по сути являются мини-отстойниками. Чтобы улучшить их результативность, практикуется использование специальных биопрепаратов – антисептиков. Эти препараты имеют в составе всевозможные типы микроорганизмов, которые способствуют разложению органики, выпадшей в осадок.

Для очищения отстойника от ила применяют насос. Достаточно применять этот метод очистки воды раз в несколько лет.

Аэротенк немного отличается от отстойника по принципу работы, что наглядно показывает схема ниже:

Применяемые обозначения:

  • А — аэротенк;
  • B — отстойник для смеси, которая обогащена кислородом для чистки ила и канализации;
  • c — патрубок, подающий бытовые стоки (при подключении канализации);
  • d — поступает смесь ила и стоковых вод;
  • е — сюда отводится очищенная жидкость;
  • f — патрубок, откачивающий излишки ила;
  • g — возврат ила.

Суть работы:

  • стоки поступления «с» примешиваются к активному илу в аэротенке «А»;
  • получившаяся смесь интенсивно аэрируется, после чего происходит процесс биологического окисления, затем органика быстро разлагается;
  • вода с илом, обогащенная кислородом, «d», подаются к резервуару «B»;
  • вода после очистки «е» по мере наполнения откачивается;
  • необходимый объем ила поступает обратно по отводам «g», а его излишки одновременно выводятся по патрубку «f».

Методы очистки воды от примесей и микробов

Описанный метод очистки сточных вод считается достаточно эффективным, если все правильно рассчитать и соблюсти тонкости технологического процесса.

Аэротенками вода очищается от органики, при этом из нее удаляется фтор, азот и их соединения. Единственным недостатком данного метода очистки воды является критичное содержание в стоках соединений, губительных для микроорганизмов.

Высохший ил после аэротенка, а также осадок после септика являются прекрасным удобрением для бытовой сточной воды.

Для того чтобы переработать производственные сточные отходы, применяют сооружения, по принципу работы аналогичные отстойникам, к примеру, нефтеловушки, которые устанавливаются на НПЗ. Основное различие в этих методах очистки сточной воды в способе удаления загрязнений.

Флотатор — это сооружение, которое дает увеличить скорость процесса выделения легких фракций из стоковых вод. Для этого отстойник-резервуар подвергают процедуре аэрации.

Взвешенные вещества, которые содержатся в стоках, можно выводить с помощью гидроциклона. В принципе его функционирования применение центробежной силы, которая возникает в процессе быстрого движения воды в цилиндрическом корпусе.

Для того чтобы убрать мелкодисперсные взвешенные вещества, применяют фильтрующие установки, где фильтром может послужить крупный песок, тканая либо сетчатая материя.

Важно еще сказать про такой метод очистки воды, как обеззараживание — это обработка сточной воды перед ее сбросом. Такую процедуру производят в резервуарах, которые идентичны отстойникам. Чтобы обработать бытовые стоки, применяют хлор или хлористый известняк.

Теперь мы рассмотрим основные методы очистки воды более подробно.

Основные физические методы очистки воды

Физические способы очистки воды — это те, в основе которых лежат манипуляции, используемые для физического воздействия либо на воду, либо на загрязнения, которые содержатся в ней. Для очистки большой водной массы такие способы применяются в основном, для того чтобы удалять сравнительно крупные твердые включения. Такой метод физической очистки воды большого объема становится предварительной стадией грубой очистки, которая призвана понизить нагрузку на дальнейшие этапы уже более тонкой очистки. При этом есть масса физических методов очистки воды, которые способны глубоко очистить воду, но производительность их в основном очень невысокая.

Основными физическими методами очистки воды считаются:

  • процедура процеживания;
  • отстаивания;
  • фильтрования (включая центробежное);
  • процесс ультрафиолетовой обработки.

Процеживание — это методика пропускания воды, которую нужно очистить, сквозь решетки и различные типы сита, на которых задерживаются крупные загрязнители. Такую методику можно отнести к грубому виду очистки, что нередко становится предварительной стадией. Этот этап метода физической очистки воды применяется для удаления легко отделяемых загрязнителей, что позволяет понизить нагрузку на очистные сооружения и способствует росту работоспособности и продлению срока службы тех установок, которые функционируют на последующей стадии тонкой очистки. Происходит это за счет того, что установки, в которых попадают крупные механические элементы, нередко выходят из строя, и процеживание исключает эту неприятность.

Отстаивать воду — значит отделять часть механического мусора из водной массы благодаря действию силы гравитации, которая тянет более тяжелые частицы на дно, из-за чего образуется осадок. Данный этап физического метода очистки воды также нередко выступает в стадии подготовки, где отделяют более крупные виды загрязнений, а может выступать в качестве промежуточной стадии. Процедура происходит в специальных отстойниках — эти резервуары снабжены специальными устройствами, где продолжительность нахождения воды можно рассчитать исходя из условий полноценного осаждения ненужных частиц.

Фильтрование. Так называется пропускание водной массы сквозь фильтрующий материал, пористый слой которого задерживает частицы определенного диаметра. Принцип фильтрации схож с процедурой процеживания, только здесь можно провести и грубую, и тонкую очистку. Фильтры позволяют убирать иловые загрязнения, песок, окалину и всевозможные твердые включения диаметром буквально в пару микрон. Кроме этого, с помощью данного метода очистки воды возможно повысить ее органолептические свойства. Фильтрование широко распространено, причем и в масштабных водоочистительных установках, и в бытовых повседневных фильтрах с невысокой производительностью.

Ультрафиолетовая дезинфекция является по сути не методом очистки воды, а способом подготовки, когда уже очищенную воду обрабатывают ультрафиолетовыми лучами (для этого используют диапазон световых волн длиной от 200 до 400 нм). Обеззараживание происходит из-за повреждения молекулярной структуры ДНК и РНК из-за фотохимических реакций. Данный способ хорош тем, что процесс абсолютно не зависит от состава воды и после УФ-обработки остается прежним. При этом необходимо принимать во внимание присутствие в воде примесей твердого типа, которые могут оказывать эффект защитного экрана от лучей.

Химические методы очистки воды

Данные методы очистки воды базируются на химической реакции реагента с загрязнителем, и в итоге нежелательные вещества разлагаются на неопасные элементы или выпадают в виде нерастворимого отделяемого осадка и распадаются на неопасные компоненты.

Можно выделить несколько способов очистки, которые кардинально отличаются по типу химической реакции:

  • нейтрализация;
  • окисление;
  • восстановление.

Нейтрализация — процесс, в результате которого выравнивается кислотно-щелочной баланс. Она происходит благодаря взаимодействию щелочей и кислот, после чего образуются соответствующие соли и вода. Такой химический метод очистки воды проводят, смешивая очищаемую воду с щелочной и кислотной средой. Также нейтрализуют загрязнения в воде, когда добавляют реагенты, которые создают среду с определенной реакцией. Для того чтобы кислые стоки были нейтрализованы, чаще всего подходит применение аммиачной воды (NH4OH), гидроксида натрия и калия (NaOH и KOH), кальцинированной соды (Na2CO3), известкового молока (Ca(OH)2) и т. п. При чрезмерном защелачивании стоков используются разные растворы кислот, а еще кислые газы, которые содержат оксиды: CO2, SO2, NO2 и т. д. При этом, как правило, используют отходящие газы, которые пропускают через защелоченную воду, и в то же время осуществляется очищение самих газовых соединений от твердых частиц.

Окисление и восстановление применяются, чтобы очистить воду от всевозможных типов загрязняющих веществ, но практическое соотношение в их использовании значительно смещается в пользу окислительных процессов. Благодаря им обезвреживаются различные токсичные вещества и те, что трудно извлечь другим способом. Окислительной реакции можно добиться, переводя токсичные загрязнители в менее токсичные либо вовсе не токсичные формы. Кроме того, из-за применения сильных окислителей погибают микроорганизмы благодаря окислению структуры их клеток. Чаще всего применяются хлорсодержащие окислители. Это хлор в газовой форме (CL2) и разнообразные его соединения типа диоксида хлора (CLO2), гипохлоридов калия, натрия и кальция (KCLO; NaCLO; Ca(CLO)2). Также целесообразно использование для этого метода очистки воды перекиси водорода (H2O2), перманганата калия (KMnO4), озона (O3), кислорода воздуха (O2), дихромата калия (K2Cr2O7) и пр.

Процедура обработки воды хлорсодержащими соединениями называется хлорированием. Данный метод обеззараживания и очистки воды хорошо отработан и используется довольно часто. Хлорирование действует пролонгировано в своих антибактерицидных эффектах, и это особенно важно, когда водоснабжение происходит при изношенных трубопроводах, в которых нередко случается вторичное загрязнение водных масс. Помимо этого, реагенты, которыми хлорируют воду, относительно дешевые. Но у хлорирования имеется и ряд существенных недостатков, и они побуждают к поиску альтернативы. Во-первых, хлор является ядовитым. Во-вторых, случается, что побочные соединения, которые образуются при хлорировании, могут быть также очень токсичными. Необходимо тщательное соблюдение условий дозирования при очистке методом хлорирования.

Сейчас распространяется метод обработки воды озоном, так называемое озонирование, у которого эффективность в разы выше, чем у хлорирования, и после не образуется опасных соединений. Единственное, что препятствует повсеместному распространению методу озонирования — это экономические, а также технические трудности с его получением в большом количестве. Кроме этого, озон взрывоопасен, и требуются строгие правила безопасности в зоне работы очистных сооружений.

Физико-химические методы очистки воды

Физико-химические методы очистки воды применяют, для того чтобы удалять самые разные вещества. Здесь можно говорить о растворенных газах, тонкодисперсных жидких или твердых частицах, ионах тяжелых металлов и различных веществах в растворенном виде. Такие способы применяют при предварительной очистке, а также на последующих этапах уже при более глубокой.

Подобные методы очень разнообразны, и мы расскажем про те, что наиболее часто используются:

  • метод флотации;
  • сорбции;
  • экстракции;
  • ионообмена;
  • электродиализа;
  • обратного осмоса;
  • термические методы.

Флотация, если говорить про нее в рамках очистки воды, то это отделение гидрофобных частиц благодаря пропусканию через воду большого количества газовых пузырьков, как правило, воздуха. Во время этого метода очистки воды загрязненные частицы прикрепляются к пузырьковой поверхности, после чего с ними поднимаются и преобразуются в пену, которую легко удалить. Когда отделившаяся частичка получается большего размера, чем пузырьки, то это ведет к образованию флотокомплекса. Часто флотация комбинируется с применением химических реагентов, которые, например, сорбируются на частицах загрязнителя, что приводит к снижению его способности к смачиванию и является своего рода коагулянтами, приводящими к увеличению отделяемых частиц. Флотация в основном используется, чтобы очистить воду от нефтепродуктов и масел, а еще таким способом можно удалять твердые формы примесей, которые другими методами не отделяются.

Есть разные виды данного процесса. Итак, существуют следующие типы флотации:

  • пенная;
  • напорная;
  • механическая:
  • пневматическая;
  • электрическая;
  • химическая.

Расскажем про принципы функционирования данных методов очистки воды. Часто применяется способ пневматической флотации, где образуется восходящий поток пузырьков благодаря установке на дне резервуара специальных аэраторов, которые представлены в виде перфорированных труб или пластин. Воздух, который подается под давлением, проходит через перфорационные отверстия, благодаря чему дробится на пузырьки, осуществляющие флотацию. Когда применяют напорную флотацию, то поток воды, которую требуется очистить, смешивают с другим потоком воды, перенасыщенным газом и находящимся под давлением. Затем все вместе подается в резервуар для флотации, и из-за резкого падения давления газ, который растворен в воде, выделяется в маленьких пузырьках и поднимается на поверхность. Когда речь идет об электрической флотации, то пузырьки возникают на поверхности под воздействием электрического тока, электроды располагаются в самой воде.

Сорбция основана на поглощении определенных ненужных элементов на поверхности сорбента (адсорбция) либо в его объеме (абсорбция). Применительно для очистки воды используют адсорбцию, которая может быть как физической, так и химической. Отличаются эти виды адсорбции тем, как именно удерживается загрязнитель: при помощи силы взаимодействия молекул (физическая адсорбция) либо же образования химических связей (это так называемая хемосорбция, иначе говоря, химическая адсорбция). Методы очистки воды такого рода могут быть очень эффективными и убирать мельчайшие концентрации загрязнителя при большом расходе, и это дает им право приоритета в качестве способов завершения очистки. Сорбцией удаляются пестициды, гербициды, всевозможные фенолы, ПАВ и пр.

Адсорбентами являются, к примеру, активированный уголь, силикагель, алюмогель и цеолиты. Структура таких веществ становится пористой, и это сильно увеличивает объем и площадь адсорбента, который приходится на единицу его объема, благодаря чему процесс становится высокоэффективным. Такой современный метод очистки воды возможно осуществить, смешивая очищаемую воду и адсорбент либо фильтруя воду через адсорбент. В зависимости от того, какой материал применяется в качестве сорбента, и от того, какой тип загрязнения нужно убрать, очищение будет либо регенеративным (адсорбент после регенерирующих действий применяют снова), либо деструктивным (адсорбент невозможно регенерировать, поэтому он подлежит утилизации).

Способ экстракции сводится к применению экстрагентов. Если рассматривать термин применительно к методу очистки воды, то эктсрагентом называют не смешиваемую либо плохо смешиваемую жидкость с водой, однако хорошо растворяющую находящиеся в воде загрязнители. Происходит это так: очищаемую воду и экстрагент перемешивают, чтобы развить большую поверхность фаз контакта, затем растворенные загрязняющие вещества перераспределяются, и основная их часть переходит в экстрагент. Он насыщен загрязнителями и теперь именуется экстрактом, в то время как очищенную воду называют рафинатом. После очистки экстрагент либо утилизируют, либо регенерируют, что зависит от условий данного процесса. Таким физико-химическим методом очистки воды удаляются в основном соединения органики — фенолы и кислоты. Когда вещество, которое экстрадируется, имеет какую-то ценность, то по завершении процесса его могут не утилизировать, а использовать в других целях. Это способствует тому, чтобы применять экстракционный способ очистки вод на предприятиях, извлекать и в дальнейшем использовать, либо же вернуть в производство ряд тех веществ, что теряется в стоковых водах.

Ионный обмен чаще всего применяется в процессе водоподготовки, для того чтобы смягчить воду, то есть изъять жесткие соли. Суть процесса в том, что происходит обмен ионами воды с особым материалом, который называют ионитом. Их подразделяют на катиониты и аниониты, что соответствует типу тех ионов, которые вступают в обмен. В химической науке ионитом называют вещество с большим количеством молекул, в составе которого — каркас (матрица) с высоким числом функциональных групп, способных к ионному обмену. Встречаются природные иониты, например, сульфоугли и цеолиты, применяемые на первых стадиях развития ионного метода очистки воды. Сейчас широко распространены искусственные смолы ионного обмена, и они сильно превосходят природные иониты. Метод очистки воды с помощью ионного обмена на сегодняшний день широко распространен и в промышленных целях, и в бытовых. Фильтровые устройства для ионной очистки практически не используют для сильно загрязненной воды, и ресурсов фильтра надолго хватает, и после такие фильтры утилизируют. Однако стоит знать, что смолы ионитов все-таки в основном можно регенерировать растворами с высоким содержанием ионов H+ или OH--.

Электродиализ — это комплексный физико-химический метод очистки воды, который сочетает в себе мембранные процессы с электрическими. Им удаляются разные ионы и проводится смягчение воды от солей. Если говорить о различии с обычными мембранными процессами, то здесь применяют особые ионоселективные мембраны, которые пропускают ионы только с определенным знаком. Электродиализ проводится в специальном аппарате, который называется электродиализатор. Он представлен рядом камер, которые разделены чередующимися мембранами обмена катионами и анионами. В эти камеры поступает вода для очистки. В камерах по краям располагаются электроды с подведенным постоянным током. Возникает электрическое поле, и под его воздействием ионы двигаются к электродам в соответствии со своим зарядом, пока не встретят ионоселективную мембрану с таким же зарядом. В результате этого в одних камерах идет процесс постоянного ионного оттока (обессоливающие камеры), и в то же время в других камерах ионы накапливаются (концентрирующие камеры). Разведя потоки разных камер, получаем два раствора: обессиленный и концентрированный. Неоспоримыми преимуществами этого метода очистки воды становится не только очищение от ионов, но также получение концентрата отделяемых веществ, которые можно вернуть в производство. Из-за этого способ электродиализа особенно востребован на химических заводах, где со стоками происходит утеря некоторых ценных веществ, а данный метод дешевле благодаря получению концентрированного вещества.

Систему обратного осмоса относят к мембранным процессам, так как очистку проводят под давлением выше осмотического. Осмотическим называется повышенное гидростатическое давление. Оно прилагается к раствору, который отделяет полупроницаемая перегородка (мембрана) от чистого растворителя, и происходит прекращение диффузии чистого растворителя сквозь эту мембрану в раствор. Если создать рабочее давление выше, чем осмотическое, то начнется переход растворителя обратно из раствора воды, и концентрация растворенного вещества увеличится. Так отделяются газы, которые растворены в воде, соли (в том числе жесткости), вирусы, бактерии, коллоидные частицы. Кроме того, систему обратного осмоса с успехом применяют, для того чтобы получить пресную воду из морской. Очистка воды методом обратного осмоса используется и в быту, и для сточных вод.

Термические методы очистки воды, как понятно из названия, — это воздействие на нее низких или высоких температур. К примеру, очень энергоемким процессом можно назвать выпаривание, но при этом мы можем получить воду высочайшей степени чистоты и раствор высокой концентрации с неиспаряемыми загрязнителями. В то же время в концентрации примесей поможет и вымораживание, так как прежде кристаллизуется только чистая вода, а потом и остальная ее масса, в которой растворены загрязнители. Выпариванием, как и вымораживанием, можно проводить кристаллизацию — отделять примеси в выпадающие осадком кристаллы из концентрированного раствора. Есть еще такой экстремальный термический метод очистки воды, как термическое окисление, когда воду, которую необходимо очистить, распыляют и подвергают влиянию высокотемпературных продуктов топливного сгорания. Этот способ применяют, чтобы нейтрализовать высокотоксичные или плохо разлагаемые загрязнители.

Что подразумевает биологический метод очистки воды

Методы очистки воды, которые называют биологическими, основываются на использовании микроорганизмов. При всей очевидности данного способа это наиболее передовой и перспективный метод очистки сточных вод. Для того чтобы осуществлять такой процесс, используют разные виды бактерий, а также распространено использование низших грибов и водорослей, простейших и даже некоторых многоклеточных — красных червей и мотыля. Особенностью этого способа очищения воды является возможность подобрать определенные живые организмы, чтобы оптимально очистить сточные воды определенного состава. К примеру, нитрофицирующими бактериями типа Nitrobacter и Nitrosomonas окисляют азотосодержащие соединения, так как микроорганизмы питаются ими, а фосфат-аккумулирующими организмами чистят воду от фосфора.

Когда микроорганизмы при биологической очистке скапливаются, получается так называемый активный ил. Эта темно-коричневая либо черная жидкая масса имеет землистый запах и в процессе отстаивания оседает хлопьями. Поэтому активный ил достаточно легко отделяется по завершению очистки. Организмы в нем живут не по одному, а колониями, которые называются зооглеи. От того, какой состав у очищаемой воды, и от технологии данного метода очистки воды зависит форма зооглей. Они могут быть шарообразными, древовидными и пр.

Все микроорганизмы, которые используются при биологических методах очистки воды, подразделяют на два типа в зависимости от способа функционирования: анаэробные и аэробные. Аэробные микроорганизмы нуждаются в потреблении кислорода во время питательного процесса, так как он необходим, чтобы окислять вещества. А анаэробным микроорганизмам кислород не нужен. От типа организмов зависит суть технологии проведения процесса и тот набор оборудования, который для этого необходим.

Биологическую очистку проводят в следующих условиях:

  • в биологических прудах;
  • полях фильтрации;
  • в биофильтрах;
  • в аэротенках (окситенках);
  • в метантенках.

При первом и втором методе очистки воды используют простейшие сооружения. Под биологическим прудом понимается водоем, который может быть как естественным, так и искусственным, обычно с естественным типом аэрации, и где в активном иле живут микроорганизмы. Фильтрующее приспособление представлено в виде участка почвы (песка, глины, суглинка или торфа), через него вода фильтруется и очищается за счет микроорганизмов, обитающих в почве. В таких сооружениях нельзя обрабатывать сильно загрязненную воду при активном расходе. Однако такие сооружения биологической очистки практически не нуждаются в эксплуатационных затратах и постоянном контроле.

Биофильтром называется такое сооружение для биологического метода очистки воды, который осуществляют через фильтрацию сквозь прослойку загрузочного материала, покрываемого слоем аэробных организмов. Этот слой еще называют биопленкой. Чтобы обеспечить достаточный кислородный объем, который необходим микроорганизмам для разложения загрязнителей, используется система-распределитель воздуха. Также может быть и естественная аэрация.

Аэротенк представляет собой более сложное очистное сооружение, где аэрация создается искусственно. В нем очищение производят все те же аэробные микроорганизмы. Происходит это следующим образом: воду смешивают с активным илом и затем подают в аэротенк. Система искусственной аэрации стимулирует биологические процессы разложения загрязнений, а также обеспечивает хорошее перемешивание. Для аэрации обычно используют воздух из атмосферы, но в окситенках распространено применение технического кислорода, а это в разы поднимает эффективность процесса очищения.

Когда речь идет о биологических методах очистки сточных вод при помощи анаэробных микроорганизмов, то они в основном происходят в метантенках. Отличается такая очистка тем, что у бактерий отсутствует потребность в кислороде и нет итогового биогаза, продукта жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов. Кроме этого, в метантенки подают не воду, а остающийся на дне отстойников концентрированный осадок, который нужно подвергать процессу брожения. Для стимулирования более интенсивного брожения в приборе может быть предусмотрена функция дополнительного нагрева. Можно выделить мезофильный тип сбраживания, который проводится при t 30-35 °C, и термофильный, проводимый при t 50-55 °C. Процедура анаэробного разложения непроста и проходит в несколько этапов, а на завершающем этапе образуется метан, который является экологически чистым видом топлива.

Какие еще существуют методы очистки сточных вод

Способ осветления подразумевает метод очистки из воды взвешенных частиц. Его проводят при помощи фильтрации воды сквозь пористые фильтровые картриджи либо сквозь фильтроматериалы. Осаждают взвешенные вещества осветлители, фильтры и отстойники. Внутри осветлителей и отстойников вода движется медленно, благодаря чему взвешенные частицы выпадают в осадок. Для того чтобы осадить мельчайшие коллоидные частицы, которые могут быть во взвеси достаточно длительное время, в воду добавляют коагулянтный раствор. В этих целях распространено применение сернокислого алюминия, железного купороса и хлорного железа. Химическая реакция приводит к образованию хлопьев, которые увлекают при опускании взвеси также коллоидные вещества.

Коагуляцией называют метод очистки воды, при котором водная масса обрабатывается особыми химическими реагентами, чтобы укрупнить загрязняющие частицы. Она способствует использованию методов осветления, обесцвечивания, обезжелезивания. Укрупнение мельчайших частиц происходит благодаря их слипанию под воздействием силы притяжения молекул.

Под обесцвечиванием понимается изменение вида тех частиц, которые придают воде цвет. Используются различные способы исходя из первопричины цветности. Применяют для устранения или обесцвечивания окрашенных коллоидов либо растворенных веществ коагулирование. Также целесообразно использование различных окислителей (производных хлора и самого хлора, перманганата калия, озона) и сорбентов (активного угля, искусственных смол).

Когда речь идет об обеззараживании, то подразумевается способ обработки водной массы при помощи окислителей и/или УФ-излучения для уничтожения микроорганизмов. Воду обеззараживают (удаляют бактерии, споры, микробы и вирусы) на последнем этапе подготовки воды для питья, то есть это — метод очистки питьевой воды. Использовать подземную и поверхностную воду без обеззараживания в большинстве случаев не представляется возможным.

Названия методов обезжелезивание и деманганация говорят сами за себя. Они заключаются в удалении соединений растворенного железа и марганца. Обычно используются для этих целей специальные фильтрующие материалы. Задача избавления воды от железа достаточно сложная и комплексная. Для ее решения наиболее часто используются следующие методы:

Аэрирование — это современный метод очистки воды, при которым кислород окисляет воду с примесями железа, после чего происходит осаждение и фильтрация. Воздух при этом расходуется из расчета примерно 30 л/м3. Этот традиционный способ применяется уже много десятилетий. Однако на окисление железа требуются немалые сроки и объемные резервуары, поэтому данный метод применяется только крупными муниципальными системами.

Каталитический процесс окисления с дальнейшим фильтрованием. Это самый популярный сегодня способ обезжелезивания, который применяется в компактных системах с высокой производительностью. Суть данного метода очистки воды в том, что окисление железа идет на поверхностях гранул особой фильтрующей среды, которая обладает функцией катализатора, то есть ускоряет химическую реакцию окисления. Наиболее распространенными считаются фильтрующие среды на диоксиде марганца (MnO2). Железные соединения при диоксиде марганца тут же окисляются и оседают на поверхности гранул. Затем основная часть окисленного железа начинает вымываться в дренаж во время обратной промывки. Итак, слой гранулированного катализатора являет собой и фильтрующую среду. Чтобы улучшить окислительные процессы, к воде дополнительно добавляют химические окислители.

Смягчение воды — это замещение кальциевых и магниевых катионов на аналогичное число натриевых или водородных катионов. Данный метод очистки воды проводится путем фильтрования сквозь особые смолы ионного обмена. Жесткая вода знакома каждому, достаточно вспомнить накипь в чайнике. Она не подойдет для окрашивания ткани водорастворимой краской, для пивоварения и производства водки. В жесткой воде плохо вспенивается мыло. Излишняя жесткость делает воду непригодной к питанию газо- и электропаровых бойлеров и котлов. Толщина накипи в 1,5 мм понижает теплоотдачу на 15 %, а в 10 мм — на все 50 %. А это приводит к росту расходов электрической энергии или топлива, от чего, в свою очередь, образуются прогары, трещины в трубах и на котловых стенках, и прежде срока выводятся из строя отопительные системы и узлы горячего водоснабжения. Высокоэффективным методом умягчения воды становится использование автоматической фильтрации — специальных смягчителей. Они функционируют по принципу ионного обмена, где жесткие соли в воде заменяются на мягкие частицы, не образующие отложений.

Какие современные методы очистки воды выбрать в зависимости от типа загрязнения

В этой таблице описаны современные методы очистки природной воды:

Вид загрязнения

Метод очистки воды

Крупнодисперсные, взвешенные, коллоидные частицы

  1. Начальное отстаивание с применением реагентов или без них  (зависит от состава водной массы и степени загрязнения).
  2. Коагуляция, то есть укрупнение с помощью химических реакций (добавления соли алюминия, железа, извести) размеров загрязняющих частиц, чтобы они легче потом выпадали в осадок и фильтровались.
  3. Фильтрация с использованием материалов: кварцевого песка, гидроантрацита, активированного угля, доломита и т. д.

Повышение кислотности (рН)

   Вода в таком случае фильтруется сквозь гранулированный карбонат кальция или полуобожженный доломит, который содержит магний

Высокое содержание ионов железа

  1. Применение аэрации, то есть воздушного нагнетания для ускорения окислительных процессов в трубопроводе и водонапорной колонке.
  2. Воду можно обработать сильным окислителем (озоном, хлором, гипохлоритом натрия, перманганатом калия).
  3. Фильтрация через модифицированную загрузку, при которой происходит удаление окисленного железа (осадка) и растворенного двухвалентного железа

Повышенное содержание кальциевых и магниевых солей (чрезмерная жесткость)

  1. Термическое воздействие, так как кипячение понижает лишь временную (карбонатную) жесткость.
  2. Метод обмена ионами (катионизация) — гранулированная смола поглощает кальциевые и магниевые ионы, взамен отдавая натрий или водород.
  3. Метод электродиализа — изменение концентрации электролитов в растворе под воздействием электротока.
  4. Метод обратного осмоса, то есть пропуск водной массы сквозь полупроницаемую мембрану

Марганцевые ионы

   Применяются сильные окислители, ведь марганец часто образует соединения органики (иначе способы удаления марганца схожи с обезжелезиванием)

Наличие бактерий, вирусов и микроорганизмов

  1. Хлорирование. Добавляется хлор, диоксид хлора, гипохлорит натрия либо кальция.
  2. Озонирование, так как озон является мощным природным окислителем, максимально обеззараживающим вирусы и споровые формы (даже устойчивые к хлору). Озон, в отличие от хлора, не ядовит, не является канцерогеном.
  3. Облучение УФ-светом не приносит в воду никакие дополнительные примеси

Небольшие отклонения в органолептических свойствах

  Сорбирование при помощи активированного угля позволяет очень эффективно избавляться от неприродных органических веществ, таких как фенол, спирт, эфир, кетон, нефтепродукты, амины, «жесткие» ПАВ, красители органики, соли металлов, микроорганизмы и хлор

Микроорганизмы, соли, соединения органики

  Способ обратного осмоса, при котором вода и содержащиеся в ней вещества разделяются полупроницаемой мембраной с мельчайшими отверстиями, обеспечивающими глубокую очистку (до 98 %)



Ваша персональная подборка

    Подписка на статьи

    Чтобы не пропустить ни одной важной или интересной статьи, подпишитесь на рассылку. Это бесплатно.

    Рекомендации по теме
    Вопросы по теме

    Мероприятия

    Школа

    Проверь свои знания и приобрети новые

    Посмотреть

    Самое выгодное предложение

    Самое выгодное предложение

    Воспользуйтесь самым выгодным предложением на подписку и станьте читателем уже сейчас

    Живое общение с редакцией




    ВСЁ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

    ВСЁ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

    ВСЁ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВАЭЛЕКТРОННЫЙ КАТАЛОГ
    НАШИ ПАРТНЁРЫНАШИ ПАРТНЁРЫ




    © Актион-МЦФЭР, 2006-2017. Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-68225 от 27.12.2016. Все права защищены.

    По вопросам подписки обращайтесь по телефонам: 
    Москва: 8 (495) 775-48-44 
    Другие регионы: 8 (800) 775-48-44 

    Получите техническую поддержку: 
    по телефону: +7 (495)-937-90-82 
    e-mail: sd@mcfr.ru 

    Политика обработки персональных данных

    
    • Мы в соцсетях
    Вы - работник сферы ЖКХ? Зарегистрируйтесь!

    Регистрация бесплатная и займет всего 1 минуту!
    После регистрации вы сможете:

    • читать любые статьи сферы ЖКХ на нашем сайте!
    • бесплатно подписаться на ежедневные новости по жилищно-коммунальному и городскому хозяйству
    • оставлять комментарии к материалам
    • задавать вопросы экспертам

    Оставайтесь с нами!
    с заботой о Вас, портал Городское хозяйство и ЖКХ

    У меня есть пароль
    напомнить
    Пароль отправлен на почту
    Ввести
    Я тут впервые
    И получить доступ на сайт Займет минуту!
    Введите эл. почту или логин
    Неверный логин или пароль
    Неверный пароль
    Введите пароль