Осветление воды: все, что вы хотели знать об этом процессе

Осветление воды – это удаление из нее взвешенных веществ, которые изменяют цвет воды или делают ее непрозрачной. Необходимость и степень такой очистки зависит от целей последующего использования жидкости.

На каком этапе очистки происходит осветление сточных вод

Мы каждый день пользуемся водой, но почти никогда не задумываемся над тем, что происходит с ней после. Сточная вода представляет собой мутную жидкость, содержащую большое количество примесей, в том числе и вредных, обычно имеющую неприятный запах. Такая вода вовсе не пригодна для питья, хозяйственно-бытовых и производственных нужд. В настоящее время существует множество методов обработки сточных вод с целью их эффективной очистки. Очищенная вода может вновь использоваться человеком.

Как правило, на первом этапе очистки, сточная жидкость отстаивается, а затем фильтруется. Обычно фильтрация состоит из нескольких этапов. Сначала проводят фильтрацию грубой очистки, после чего используются методы осветления воды. На последнем этапе используют специальные фильтры осветления воды. Материал таких фильтров должен быть определенной высоты, отличаться высокой прочностью, не истираться, не быть слишком легким.

В качестве материала для фильтров на данном этапе процесса осветления сточных вод применяют измельченный керамзит или гидроантрацит. Иногда используют системы двухслойного и трехслойного фильтрования: в этом случае сверху засыпается слой с более крупными частицами, а снизу – с более мелкими.

Методы осветления воды

В зависимости от требуемой степени очистки могут применяться разные методы осветления воды. К ним относятся те, что основаны на использовании различных физико-химических процессов. Так, например, очистка от твердых взвешенных частиц осуществляется путем отстаивания. Кроме того, очистить воду можно с помощью сетчатых фильтров, осветлительного и сорбционного фильтрования, а также посредством гидроциклонирования, флотации, коагуляции и флокуляции.

Хлорирование воды

Традиционно наиболее распространенным из всех ныне существующих способов обеззараживания воды, вследствие дешевизны и доступности, является ее хлорирование. Для этого применяют газообразный хлор (в баллонах), хлорную известь, гипохлорит кальция, хлорамин.

Бактерицидный эффект хлорирования достигается за счет:

1. Антимикробных свойств хлора.

2. Антимикробных свойств атомарного кислорода (О), который образуется при разложении хлорноватистой кислоты, образующейся при взаимодействии хлора с водой.

Известно несколько технологий хлорирования. На водопроводных станциях обычно применяют нормальное постхлорирование газообразным хлором.

Хлорирование воды имеет и свои недостатки:

1. Меняется запах, вкус и прозрачность воды (органолептические свойства).

2. Уничтожаются не все микроорганизмы, например, спорообразующие микробы.

Отстаивание

Методом отстаивания воду очищают только от крупных включений, поперечный размер которых 0,1–0,01 мм. Для удаления более мелких частиц в процессе осветления воды нужно проводить коагулирование.

Многие очистные станции оборудованы отстойниками воды. Как правило, последние выполнены в виде бассейнов, в которых медленно и непрерывно движется вода. Попадая из трубы в широкое русло бассейна, вода замедляет скорость своего потока от 1 м/с до нескольких миллиметров в секунду.

При таком резком замедлении взвесь выпадает в осадок почти с такой же скоростью, что и в неподвижной воде. В процессе отстаивания некоторые мелкие частицы укрупняются и тоже оседают на дно. В зависимости от конструкции отстойника, в частности, от направления движения воды в нем, он бывает горизонтальным или вертикальным.

Горизонтальные отстойники строят в виде прямоугольных, вытянутых по направлению движения воды резервуаров, которые оснащены устройством, создающим в воде ламинарный поток. Дно емкости наклонено ко входу. Для сбора осадка в начале резервуара на дне имеется приямок. Осветляемая вода поступает в резервуар с одной из сторон отстойника, а выходит с другой, проходя через перегородку с отверстиями.

Резервуар отстойника, как правило, разбит на ряд параллельных коридоров, ширина которых примерно 6 м. Величина скорости потока воды в них как правило в пределах 2–4 мм/с. Скорость частицы в потоке равна суперпозиции двух взаимно перпендикулярных составляющих: скорости выпадения в осадок, направленной вертикально вниз, и скорости горизонтального ламинарного потока.

В зависимости от соотношения модулей этих составляющих частица за время прохождения бассейна ложится на дно или выносится из отстойника.

Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрическую (кубическую) емкость с конической (пирамидальной) нижней частью. В центре емкости проходит коаксиальная труба, в которую сверху поступает осветляемая вода. Пройдя по центральной трубе вниз, осветляемая вода попадает в кольцевое пространство резервуара, в так называемую зону осаждения.

Процесс осветления воды проходит во время ее движения снизу вверх с небольшой скоростью (порядка 0,4–0,6 мм/с) по всему кольцевому пространству. Дойдя до самого верха емкости отстойника, частично очищенная от взвеси (осветленная) вода отводится из резервуара, при этом собирающийся в нижней части отстойника осадок периодически удаляется. Время полного прохождения водой отстойника составляет, в зависимости от размеров емкости, от 4 до 8 часов.

Достоинством отстойников вертикальной конструкции является небольшая площадь, занимаемая ими. А недостатками – медленный процесс осветления воды и большие высоты емкостей, необходимые для увеличения времени осаждения. К минусам вертикальных отстойников можно также причислить и то, что мелкие частицы в них не успевает осесть, а коллоидные вещества вовсе не образуются.

В полевых условиях, при длительной дислокации контингента в определенном месте, в качестве отстойников часто используют небольшие запруды либо искусственные водохранилища, сообщающиеся с рекой. При долговременном отстаивании воды в природных условиях наряду с увеличением прозрачности отмечается снижение цветности, а также уменьшение количества микробов на 75–90 % по Хлопину.

Коагулирование

К методам осветления воды относится и коагуляция, суть которой заключается в образовании хлопьев при свертывании веществ, находящихся воде в коллоидном состоянии. Такой способ осветления используют в целях уменьшения мутности воды и изменения ее цвета. Проводят коагуляцию с использованием специальных химических веществ (коагулянтов): соль алюминия – Аl₂(SО₄)₃ × 18Н₂О, сернокислое железо – FeSO₄ × 7Н₂О, хлорное железо – FеСl₃ × 6Н2О.

Сточные воды после грубой фильтрации и отстаивания, как правило, имеют высокие показатели цветности и мутности, представляя собой взвешенную систему из электролита, коллоидных частиц и грубодисперсных примесей. Коагулянты, после их растворения в такой полидисперсной смеси, подвергаются гидролизу. В итоге в воде образуются хлопья плохо растворимых гидратов, окисей и углекислый газ:

При взаимодействии положительно заряженного коллоида гидрата окиси алюминия с анионами коллоида воды происходит укрупнение коллоидных частиц и последующее их выпадение в осадок в виде хлопьев.

Хлопья коагулянта, рыхлые по своей структуре, имеют весьма большую активную поверхность (несколько десятков квадратных метров на 1 г осадка). На этой поверхности сорбируются коллоидные частицы. Они медленно оседают на дно, захватывая при этом и более грубые взвеси. Таким образом, происходит процесс осветления воды.

Скорость коагуляции зависит от температуры воды, интенсивности ее смешивания, числа грубых включений в воде, активной реакции и ее щелочности.

Для различных составов осветляемой воды следует подбирать свою дозу коагулянта.

Ускорить процесс можно посредством флоккулянтов – высокомолекулярных синтетических соединений.

Фильтрование воды

С помощью фильтров воду очищают от взвешенных частиц, придающих ей мутность. При этом в фильтре частично оседают микроорганизмы, а также отдельные ядовитые и радиоактивные вещества. В итоге снижаются цветность и окисляемость жидкости.

По скорости фильтрования различают: медленные (от 0,1 до 0,3 м/ч) и скорые фильтры (от 5 до 10 м/ч).

Фильтры делят в зависимости: от направления фильтруемого потока воды – на однопоточные и двухпоточные; от числа фильтрующих слоев – на однослойные и двухслойные.

Для удаления из воды механических примесей, кроме сетчатых, используются также и фильтры с зернистой загрузкой. Они представляют собой устройства в виде емкости с фильтрующими материалами, которые должны быть химически стойкими к обрабатываемой жидкости, механически прочными и не должны загрязнять ее. Для этих целей обычно используют кварцевый песок, крошку из керамики, опилки, коксовую крошку, керамзит, дробленый антрацит.

Двухслойные фильтры, кроме основного фильтрующего слоя, имеют так называемый поддерживающий, который задерживает мелкий фильтрующий материал и не дает потоку воды его разрушить. Поддерживающий слой состоит из гравия или щебня разного размера, постепенно увеличивающегося сверху вниз от 2 до 40 мм.

В настоящее время есть два принципиально разных метода осветления воды фильтрованием. Один из них – пленочное адгезионное фильтрование. При этом осветление воды и удержание дисперсных примесей происходит на поверхности фильтрующего слоя. Пленка формируется вследствие малой скорости фильтрации, большой мутности воды и значительного содержания живых микроорганизмов (биологическая пленка). При адгезионном фильтровании взвешенные в воде вещества задерживаются поверхностью зерен (налипают на нее) всего фильтрующего материала.

Биологическая пленка играет главную роль в действии медленных фильтров. Наряду со взвесями, пленка задерживает еще и бактерии, понижая их количество на 95–99 %. Также биологическая пленка снижает окисляемость (на 20–45 %) и цветность (на 20 %) воды. Медленные фильтры отличаются простотой устройства и эксплуатации. Их первыми применили в качестве очистных сооружений в городах. В дальнейшем, из-за увеличения объемов использования воды они были заменены скорыми фильтрами с большей производительностью, что важно в условиях современного мегаполиса.

Фильтровые установки для осветления воды

Осадочные фильтры используют для очистки воды от таких включений, как железо, ржавчина, песок, окалина и т. п. Данные фильтры применяют как для небольших, так и для крупных промышленных станций.

Осветлительный фильтр

Проходя через зернистую структуру фильтра, вода, освобождаясь от содержащихся в ней взвешенных частиц, осветляется. Производительность этого процесса зависит от физико-химических свойств примесей, особенностей фильтрующих материалов и гидродинамических характеристик фильтра.

Фильтрация воды происходит в результате двух контрадикторных процессов – адгезии и суффозии. При движении воды сквозь фильтр находящиеся в ней твердые частицы контактируют с зернами загрузки и закрепляются на них (адгезия). В дальнейшем, под напором воды, определенная часть уже прилипших частиц отрывается от зерен фильтра и переносится в последующие слои фильтра (суффозия). Там они снова задерживается в каналах фильтрующего материала.

Осветление воды при фильтрации происходит, когда скорость прилипания частиц превышает скорость их отрыва. Результативность этого процесса тем выше, чем больше такое превышение.

Осадочный фильтр

По мере насыщения верхних слоев загрузки, зона фильтрации перемещается по направлению потока от верхних слоев фильтра, где преобладает процесс суффозии, к нижним слоям со свежей загрузкой – здесь происходит, в основном, адгезия.

Период, в течение которого фильтр обеспечивает требуемую степень осветления воды, называется временем защитного действия загрузки, а этап, в течение которого потери напора в загрузке возрастают до максимально возможного для данного фильтра значения, называется временем достижения предельной потери напора. Оптимальным с технико-экономической точки зрения режимом работы фильтра считается тот, когда значения обоих периодов примерно равны.

При достижении предельного напора или ухудшении степени осветления воды требуется регенерация фильтра. Для этого его переводят в режим взрыхляющей промывки, когда загрузка промывается обратным потоком воды, а загрязнения сбрасываются в дренаж.

Если вы хотите приобрести установку для осветления воды, мы готовы вам помочь.

На российском рынке присутствует немало компаний, которые занимаются разработкой систем водоочистки. Самостоятельно, без помощи профессионала, выбрать тот или иной вид фильтра воды довольно сложно. И уж тем более не стоит пытаться смонтировать систему водоочистки самостоятельно, даже если вы прочитали несколько статей в Интернете и вам кажется, что вы во всем разобрались.

Надежнее обратиться в компанию по установке фильтров, которая предоставляет полный спектр услуг – консультацию специалиста, анализ воды из скважины или колодца, подбор подходящего оборудования, доставку и подключение системы. Кроме того, важно, чтобы компания предоставляла и сервисное обслуживание фильтров.