Основні технологічні процеси поліпшення якості природної води

Методи поліпшення якості води і склад водоочисних споруд залежать від вимог, які ставить споживач до якості води, і від властивостей природної води.

Серед всього різноманіття способів поліпшення якості природної води виділяють такі:

1) освітлення;

2) знебарвлення;

3) знезараження;

4) спеціальні методи.

Під освітленням води розуміють видалення з неї завислих речовин, пов'я­зане із зменшенням її каламутності й підвищенням прозорості. Залежно від ба­жаного ступеня освітлення воно може бути досягнуте:

-   відстоюванням води у відстійниках;

-   центрифугуванням в гідроциклонах;

-   освітленням шляхом пропускання води через шар раніше утвореного за­вислого осаду в так званих освітлювачах із завислим осадом;

-   флотуванням у флотаторах;

-   фільтруванням води через шар зернистого або порошкоподібного фільт­руючого матеріалу у фільтрах або фільтруванням через сітки і тканини.

Необхідний ефект освітлення води у відстійниках, освітлювачах і на філь­трувальних апаратах із зернистим фільтруючим завантаженням може бути досягнутий коагуляцією домішок води з метою інтенсифікації процесу, тобто дією солей багатовалентних металів. При цьому попутно відбувається значне знебарвлення води.

Знебарвлення води - усунення забарвлених колоїдів або істинно розчине­них речовин (найчастіше органічних), пов'язане із зниженням кольоровості во­ди, а також її окислюваності, присмаку і запаху, може бути здійснено:

О - коагуляцією;

О -   напірною флотацією;

О -   застосуванням різних окислювачів (хлора і його похідних, озону, перман­ганату калія);

О -   застосуванням сорбентів (активного вугілля).

Знезараження - знищення бактерій, що містяться у воді, зокрема хворо­ботворних, з метою доведення санітарно-епідеміологічних показників якості води до нормативних значень. Знезараження води може бути реалізовано на­ступними способами:

О -   введенням у воду сильних окислювачів, здатних руйнувати ферменти ба­ктерійних кліток (хлорування, озонування);

О -   опромінюванням води ультрафіолетовими променями;

О -   нагріванням води;

О -   дією ультразвуком;

О -   введенням у воду срібла або інших металів, що мають знезаражувальну дію.

Спеціальні методи застосовують для поліпшення яких-небудь окремих властивостей води, наприклад: зм'якшування води, тобто зниження її жорсткос­ті, направлене на виділення солей кальцію і магнію; дезодорація - видалення присмаків і запахів; дегазація - видалення розчинених газів; знезалізнення - ви­далення розчиненого заліза; деманганація - видалення розчиненого марганцю; знесолювання і опріснення - зниження вмісту розчинених солей, тобто корек­тування мінералізації; фторування і дефторирування - досягнення оптималь­ного вмісту іонів фтору і т.д.

Вищеперелічені операції відносяться до методів очищення води. Ці опера­ції і дії, пов'язані із забезпеченням оптимальних умов протікання водоочистки (наприклад, регулювання рН), стабілізація води (зниження її корозійних влас­тивостей) та інші разом утворюють комплекс заходів щодо обробки води. Та­ким чином, термін «водообробка» дещо ширший, ніж термін «водоочистка».

Для інтенсифікації процесів водоочистки можуть бути використані різні хімічні речовини, називані реагентами. Зокрема для поліпшення процесів осві­тлення і знебарвлення можуть бути застосовані коагулянти і флокулянти.

Коагуляцією домішок води називають процес укрупнення найдрібніших колоїдних і нерозчинених частинок, що відбувається внаслідок їх взаємного злипання під дією сил міжмолекулярного тяжіння. Коагуляція завершується утворенням видимих неозброєним оком агрегатів - пластівців. Розрізняють два типи коагуляції: коагуляція у вільному об’ємі, що відбувається в камерах утво­рення пластівців, і контактна коагуляція, що відбувається в товщі зернистого завантаження або в масі завислого осаду. Коагуляцію домішок води проводять

при її освітленні й знебарвленні з метою інтенсифікації процесів осадження і фільтрування.

Найбільш часто вживаними реагентами при коагуляції - коагулянтами є сульфат алюмінію А1₂(SО₄)₃ і хлорне залізо FеС1₃.

При введенні сірчанокислого алюмінію відбувається спочатку його розчи­нення:

А1₂(S0₄)₃ → 2А1³⁺ + ЗSО₄^2-,

а потім гідроліз катіонів алюмінію:

А1³⁺ + 3Н₂0 → А1(0Н)3 ↓ +3Н⁺. (3.1)

Далі відбувається взаємодія негативно заряджених колоїдних і завислих забруднень води і позитивно заряджених гідроксидів алюмінію з утворенням агрегатів, що мають більші розміри і масу, ніж початкові частинки. При прове­денні коагуляції у вільному об'ємі збільшення розмірів і маси частинок сприяє зростанню швидкості їх осадження і, відповідно, зменшенню часу очищення.

При протіканні реакції, що описується рівнянням (3.1), окрім гідроксиду алюмінію відбувається утворення катіонів водню, що негативно впливає на процес коагуляції і властивості води (відбувається зниження рН). При достатній лужності води в ній є запас бікарбонатних іонів, які зв'язують іони водню:

Н⁺ + НСО^- → С0₂ + Н₂0. (3.2)

Якщо природна лужність води для протікання реакції (3.2) недостатня, то необхідно проводити підлуговування води, для чого використовують вапно Са(ОН)₂ або соду Nа₂СО₃.

При використанні вапна протікають такі реакції:

Са(0Н)₂ →Са²⁺ + 20Н^-,

Н⁺  + 0Н^- → Н₂0,

 а при використанні соди - такі реакції:

Nа₂С0₃ → 2 Nа⁺  + С0₃^2-,

2Н⁺ + С0₃^2- → С0₂ + Н₂0.

Для інтенсифікації процесу коагуляції застосовують флокулювання - до­давання високомолекулярних речовин: мінеральних (АК - активна кремнекис­лота) або органічних (ПАА - поліакриламід). У результаті відбувається зв'язування пластівців, вони укрупнюються і швидше випадають в осад.

Контактна коагуляція. При фільтруванні через зернисте завантаження (кварцевий пісок) води, що містить колоїдні й завислі домішки і введений за­здалегідь розчин коагулянта, на поверхні зерен завантаження утворюється плі­вка складного хімічного складу. В цьому випадку виділення з води завислих домішок відбувається під дією сил молекулярного тяжіння між цими частинка­ми суспензії і зернами фільтруючого матеріалу (з плівкою на поверхні).