Физико-химические методы очистки сточных вод многообразны. Это коагуляция, флотация, адсорбционная очистка, ионный обмен, экстракция, обратный осмос и ультрафикация. При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества.
Биохимические методы очистки сточных вод. Применяются для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от органических и некоторых неорганических (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитратов и др.) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания, превращения их в воду, диоксид углерода, сульфат-фосфат-ион и др. и увеличивая свою биомассу.
Также к основным методам очистки воды относятся ниже перечисленные методы:
Осветление - удаление из воды взвешенных веществ. Реализуется фильтрацией воды через пористые фильтроэлементы (картриджи) или через слой фильтроматериала. Осветление воды путем осаждения взвешенных веществ. Эту функцию выполняют осветлители, отстойники и фильтры. В осветлителях и отстойниках вода движется с замедленной скоростью, вследствие чего происходит выпадение в осадок, взвешенных частиц. В целях осаждения мельчайших коллоидных частиц, которые могут находиться во взвешенном состоянии неопределенно долгое время, к воде прибавляют раствор коагулянта (обычно сернокислый алюминий, железный купорос или хлорное железо). В результате реакции коагулянта с солями многовалентных металлов, содержащимися в воде, образуются хлопья, увлекающие при осаждении взвеси и коллоидные вещества.
Коагуляция - обработка воды специальными химическими реагентами для укрупнения частиц загрязнений. Делает возможными или интенсифицирует осветление, обесцвечивание, обезжелезивание. Коагуляцией примесей воды называют процесс укрупнения мельчайших коллоидных и взвешенных частиц, происходящий вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения.
Окисление - обработка воды кислородом воздуха, гипохлоритом натрия, марганцовокислым калием или озоном. Обработка воды окислителем (или их комбинацией) делает возможными или интенсифицирует обесцвечивание, дезодорацию, обеззараживание, обезжелезивание, деманганацию.
Обесцвечивание - удаление или видоизменение веществ, придающих воде цвет. Реализуется различными методами, в зависимости от причины цветности. Обесцвечивание воды, т. е. устранение или обесцвечивание различных окрашенных коллоидов или полностью растворенных веществ может быть достигнуто коагулированием, применением различных окислителей (хлор и его производные, озон, перманганат калия) и сорбентов (активный уголь, искусственные смолы).
Обеззараживание - обработка воды окислителями и/или УФ-излучением для уничтожения микроорганизмов. Обеззараживание воды (удаление бактерий, спор, микробов и вирусов) является заключительным этапом подготовки воды питьевой кондиции. Использование для питья подземной и поверхностной воды в большинстве случаев невозможно без обеззараживания. Обычными методами при очистке воды являются:
1. Хлорирование путем добавления хлора, диоксида хлора, гипохлорита натрия или кальция.
2. Озонирование. При применении озона для подготовки питьевой воды используются окислительные и дезинфицирующие свойства озона.
3. Ультрафиолетовое облучение. Используется энергия ультрафиолетового излучения для уничтожения микробиологических загрязнений. Кишечная палочка, бацилла дизентерии, возбудители холеры и тифа, вирусы гепатита и гриппа, сальмонелла погибают при дозе облучения менее 10 мДж/см2, а ультрафиолетовые стерилизаторы обеспечивают дозу облучения не менее 30 мДж/см2.
Обезжелезивание/деманганация - превращение растворённых соединений железа и марганца в нерастворимые и удаление тех и других путем фильтрования, как правило, через специальные фильтроматериалы. Решение проблемы очистки воды от железа представляется довольно сложной и комплексной задачей. К наиболее часто используемым методам можно отнести:
1.Аэрирование - окисление кислородом воздуха с последующим осаждением и фильтрацией. Расход воздуха для насыщения воды кислородом составляет около 30 л/м3. Это традиционный метод, применяемый уже много десятилетий. Реакция окисления железа требует довольно длительного времени и больших резервуаров, поэтому этот способ используется только на крупных муниципальных системах.
2.Каталитическое окисление с последующей фильтрацией. Наиболее распространенный на сегодняшний день метод удаления железа, применяемый в высокопроизводительных компактных системах. Суть метода заключается в том, что реакция окисления железа происходит на поверхности гранул специальной фильтрующей среды, обладающей свойствами катализатора (ускорителя химической реакции окисления). Наибольшее распространение в современной водоподготовке нашли фильтрующие среды на основе диоксида марганца (MnO2). Железо в присутствии диоксида марганца быстро окисляется и оседает на поверхности гранул фильтрующей среды. Впоследствии большая часть окисленного железа вымывается в дренаж при обратной промывке. Таким образом, слой гранулированного катализатора является одновременно и фильтрующей средой. Для улучшения процесса окисления в воду могут добавляться дополнительные химические окислители.
Умягчение - замена катионов кальция и магния в воде на эквивалентное количество катионов натрия или водорода. Реализуется фильтрованием воды через специальные ионообменные смолы. С жесткой водой сталкивался каждый, достаточно вспомнить о накипи в чайнике. Жесткая вода не годится при окрашивании тканей водорастворимыми красками, в пивоварении, производстве водки. В ней хуже пенится стиральный порошок и мыло. Высокая жесткость воды делает её непригодной и для питания газовых и электрических паровых котлов и бойлеров. Слой накипи в 1,5 мм снижает теплоотдачу на 15%, а слой толщиной 10мм - уже на 50%. Снижение теплоотдачи ведет к увеличению расхода топлива или электроэнергии, что, в свою очередь, ведет к образованию прогаров, трещин на трубах и стенках котлов, выводя преждевременно из строя системы отопления и горячего водоснабжения. Наиболее эффективным способом борьбы с высокой жесткостью является применение автоматических фильтров - смягчителей. В основе их работы лежит ионообменный процесс, при котором растворенные в воде жесткие соли заменяются на мягкие, которые не образуют твердых отложений.
Обессоливание - удаление из воды растворённых солей на ионообменных смолах или фильтрование воды через специальные плёнки (мембраны), пропускающие только молекулы воды.
Все большее значение в охране поверхностных вод от загрязнения и засорения приобретают агролесомелиорация и гидротехнические мероприятия. С их помощью можно предотвращать заиление и зарастание озер, водохранилищ и малых рек. Выполнение этих работ позволит уменьшить загрязнение поверхностный сток и будет способствовать чистоте водоемов.
Виды фильтров для воды
Существует целый ряд устройств для водоподготовки, позволяющих в домашних условиях удалить из воды загрязнения или вредные примеси. Такие фильтры (их еще называют бытовыми) создаются для борьбы с различными проблемами воды. В зависимости от конструктивных особенностей и способа очистки они могут иметь различную скорость очистки воды (производительность) и различный ресурс сменных модулей. Механические, химические, сорбционные и мембранные фильтры для очистки воды, системы водоподготовки зарубежного и отечественного производства: чтобы выбрать нужный фильтр, надо хорошо разбираться в принципах работы этих устройств. Процесс очистки воды имеет несколько стадий. Сначала удаляются механические загрязнения, то есть вещества, находящиеся в воде в виде взвеси, а не раствора. Затем наступает черед растворенных веществ. Для ликвидации крупных частиц (свыше 20-50 микрон) используют сетчатые или дисковые фильтры грубой очистки, или предфильтры, подсоединяемые к водопроводу. Для очистки от грубых примесей в многоступенчатых фильтрах применяются намоточные картриджи из полипропилена или из полимерной пены. Эти фильтры предназначены для защиты сантехники и бытовой техники; они же "облегчают жизнь" фильтру тонкой очистки воды. Чтобы сделать воду пригодной для питья, одной механический очистки недостаточно. Здесь придут на помощь фильтры для питьевой воды. Это могут быть фильтры-накопители ("кувшины") или проточные фильтры, подсоединяемые к водопроводу временно или стационарно. В кувшинах очистка воды происходит при естественном просачивании воды через фильтрующий элемент. В проточных фильтрах вода проходит через фильтрующие элементы под давлением. Эти фильтры очень разнообразны:
По принципу действия проточные фильтры подразделяются на следующие категории. Угольные фильтры. Благодаря своей высокой адсорбционной способности, активированный уголь эффективно поглощает остаточный хлор, растворённые газы, органические соединения. В настоящее время в фильтрах для питьевой воды применяют активированный уголь из скорлупы кокоса, сорбционная емкость которого в 4 раза выше, чем угля, получаемого из древесины берёзы. Угольные картриджи являются составной частью многих фильтров для очистки воды и служат для доочистки питьевой воды. Фильтры - обезжелезиватели. Удаляют железо и марганец. В качестве фильтрующей среды используются полимерные вещества, включающие в свой состав катализаторы реакции окисления. В ходе химической реакции, растворённые в воде железо или марганец переходят в нерастворимую форму, выпадают в осадок и задерживаются в фильтрующей системе, затем вымываются при дальнейшей промывке фильтра.