Качество воды и водоподготовка

Качество воды и водоподготовка

Введение

Водоподготовка процесс сложный и требует тщательного продумывания. Существует очень много технологий и нюансов, которые прямо или косвенно повлияют на состав водоподготовки, ее мощность. Поэтому разрабатывать технологию, продумывать оборудование, этапы следует очень тщательно.

Рассматривать технологию водоподготовки, как процесс не зная, что такое «жесткая вода», «удаление накипи», «умягчение воды», это все равно, что бросать зерна в неподготовленную почву. Не зная основных понятий, невозможно понять, что такое водоподготовка, и для чего она нужна.

Основная причина создания технологий водоподготовки - это жесткая вода. В свою очередь, водоподготовка в энергетике появляется в результате некачественной очистки воды, производимой централизованными системами очистки. Вредные выбросы в атмосферу, развитие атомной энергетики, химического производства приводят к тому, что чистая вода на нашей земле становится большой редкостью. Даже где-то в лесу, вода, бьющая из источника, не будет кристально чистой. Т.к. в грунтовые воды вода попадает из осадков, а продукты жизнедеятельности человека сказываются на всем. В результате вода, поступающая на централизованную систему очистки, уже имеет всевозможные примеси, не говоря уже о вирусах и бактериях. Чтобы их удалить в централизованной системе очистки применяют хлор и его соединения. Вот потому из наших труб течет жесткая вода. Это вода с повышенным содержанием солей кальция и магния.

Хотя мы и используем эту технологию водоподготовки каждый день, пьем ее, едим с ней, но мы мало когда задумываемся, каковы ее воздействия на наш организм и нашу технику

1. Влияние некачественной воды на организм человека

Хлорированная вода. Хлор, хлорорганические соединения попадают в организм человека не только при употреблении воды внутрь (питье, блюда, приготовленные на воде), но и усваиваются человеческим организмом во время принятия ванны или душа через легкие и поры кожи. За 10 минут нахождения под душем мы впитываем хлорсодержащих веществ такое же количество, как и в 7 стаканах выпитой неочищенной водопроводной воды. Хлор - дезинфицирующее вещество, применяемое на очистных сооружениях, для уничтожения микроорганизмов. Хлор придает воде неприятный запах, является сильнейшим аллергеном. Вступая в реакцию с содержащимися в воде органическими веществами, образуют еще более опасное для организма хлорорганическое соединение - диоксин - сильнейший яд, поражающий иммунную систему, который даже в микродозах не выводится из организма. Диоксин - компонент химического оружия “эйджент орандж”, применявшегося США во Вьетнаме. Эти и другие хлорпроизводные соединения обладают канцерогенными свойствами. Они не вызывают острого отравления, но зато последствий их хронического воздействия не удается избежать никому. Это болезни органов дыхания, желудочно-кишечного тракта, аллергия, инфекционные заболевания, ухудшение состояния зубов, щитовидной железы и даже генетической системы. Особенно опасны мутагенные соединения, способные вызывать появление злокачественных опухолей.

Общая минерализация (сухой остаток). Вода с повышенной минерализацией влияет на секреторную деятельность желудка, нарушает водно-солевое равновесие, в результате чего наступает рассогласование многих биохимических процессов в организме. Содержание сухого остатка в питьевой воде нормируется не более 1000 мг/л.

Жесткая вода. Постоянное употребление воды с повышенной (более 3-х мг-экв/л) способствует образованию камней в почках, развитию у человека гипертонии, склероза, опасности развития сердечно-сосудистых заболеваний. Жесткая вода образовывает накипь и отложения на бытовой технике, котлах, трубопроводах горячей воды. Жесткую воду, используемую для стирки белья, необходимо предварительно умягчать.

Железистая вода. Даже при нормативном содержании железа в воде (0,3 мг/л) такая вода оставляет ржавые пятна на любой поверхности. Нерастворимые соединения железа могут образовывать илистые отложения в водонапорных резервуарах, водонагревателях. Повышенное содержание железа в воде (а следовательно в организме человека) является причиной серьезных аллергических заболеваний, болезней крови, оно оказывает на желудок раздражающее действие и провоцирует развитие язвы, разрушает печень, иммунную систему, увеличивает риск инфарктов.

Марганец - спутник железа. Обычно его встречают в железосодержащей воде. Марганец, соприкасаясь с чем-либо, оставляет темно-коричневые или черные следы даже при его минимальных концентрациях в воде (0,05 мг/л). Собираясь в водопроводных трубах, марганец дает черный осадок, от чего вода становится мутной. Повышенное содержание марганца отрицательно влияет на нервную систему, систему кровообращения, на работу поджелудочной железы, провоцирует болезни эндокринной системы, увеличивает возможность заболеваний онкологического характера, накопление марганца в организме приводит к тяжелейшему заболеванию - болезни Паркинсона. Не случайно, Стандарт питьевой воды США установил минимальную норму присутствия марганца в воде, равную 0,05 мг/л. Норма СанПиН - 0,1 мг/л.

Нитраты и нитриты. Нитраты в воде в 1,5 раза токсичнее нитратов, содержащихся в овощах. Повышенное содержание нитратов в воде вызывает токсический цианоз.

Алюминий. Нейротоксичен, способен накапливаться в нервной ткани, печени и, что особенно важно, в жизненно важных областях головного мозга, приводя к тяжелым расстройствам функции центральной нервной системы.

Фтор. При его содержании в воде более 1,5 мг/л может развиться флюороз, менее 0,7 мг/л - кариес зубов.

Йод. Его недостаток замедляет синтез гормонов и приводит к снижению иммунитета, работоспособности, ухудшению самочувствия. Особенно от недостатка йода страдают дети (увеличение щитовидной железы, отставание в развитии, нарушение обмена веществ).

вода качество водоподготовка

2. Новые технологии в водоподготовке

.1 Общий подраздел

Мягкая вода - это не только отсутствие накипи, это увеличенный срок службы оборудования, и снижение развития коррозии.

Если описывать новые технологии водоподготовки, то ее можно разделить на:

.        умягчение воды;

.        дистилляция или удаление солей;

.        дегазация (термическим или химическим способом);

.        устранение запахов.

Чтобы лучше понимать, почему то или иное оборудование применяется при водоподготовке, нужно подробно рассмотреть этапы водоподготовки. Рассмотрению подвергнуться и фильтры, какие могут при этом использоваться.

Первичная механическая очистка предполагает очистку воды от механических и твердых примесей. Здесь стоит механический фильтр с трехступенчатой очисткой. На этой стадии вода очищается от всякого рода включений, видимых вооруженным взглядом. После этого этапа мы уже имеем воду очищенную, но все еще с растворенными примесями.

Все возможные новые технологии, которые идут далее могут варьироваться. То есть может стоять либо какой-то один из них, либо они могут идти друг за другом. Это так называемый новый метод и новая технология водоподготовки. Сюда может входить обезжелезивание, обеззараживание, дегазация, таблетки от накипи и пр.

2.2 Обезжелезивание

Главными источниками соединений железа в природных водах являются процессы выветривания, эрозии почв и растворения горных пород. Значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами промышленных предприятий. В питьевой воде железо может присутствовать также вследствие использования на муниципальных станциях очистки воды железосодержащих коагулянтов, которые применяют для осветления поступающей воды, либо из-за коррозии водопроводных труб.

Соединения железа могут находиться в природной воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии в зависимости от валентности: Fe+2, Fe+3, а также в виде различных химических соединений. Например, двухвалентное железо (Fe+2) почти всегда находится в воде в растворенном состоянии, а трехвалентное железо (Fe+3) - гидрооксид железа Fe(OH)3 нерастворим в воде, кроме случая очень низкого значения рН. Существует еще одна форма присутствия железа в природной воде - это органическое железо. Оно встречается в воде в разных формах и в составе различных комплексов. Органические соединения железа, как правило, растворимы или имеют коллоидную структуру и очень трудно поддаются удалению. Коллоидные частицы из-за своего малого размера и высокого поверхностного заряда, который не позволяет частицам сближаться и препятствует их укрупнению, предотвращая образование конгломератов, создают в воде суспензии и не осаждаются, находясь во взвешенном состоянии и тем самым обуславливают мутность исходной воды.

Одним из современных направлений нехимической очистки подземных вод является биологический способ, который основывается на использовании микроорганизмов. Самыми распространенными среди них являются железобактерии. Эти бактерии переводят закисное железо (Fe2+) в окисное (ржавчина Fe3+). Сами по себе эти бактерии не представляют опасности для организма человека, однако продукты их жизнедеятельности токсичны.

Современные биотехнологии основаны на использовании свойств каталитической пленки, образующейся на песчано-гравийной загрузке или на другом подобном мелкопористом материале, например, колонне из активированного кокосового угля, различных синтетических материалов, а также на способности тех самых железобактерий обеспечивать течение сложных химических реакций без каких-либо затрат энергии и использования реагентов. Эти процессы являются естественными и основаны на биологических закономерностях самой природы. Обильное развитие железобактерий отмечается в воде с содержанием железа от 10 до 30 мг/л, однако, как показывает опыт, их развитие возможно даже при концентрации железа в сто раз меньше. Единственное условие - это поддержание кислотности среды на достаточно низком уровне при одновременном доступе кислорода из воздуха, хотя бы в ничтожно малом количестве.

Заключительным этапом биологического обезжелезивания является сорбционная очистка для задержания продуктов жизнедеятельности железобактерий и окончательное обеззараживание воды бактерицидными лучами. При всех своих достоинствах (например, экологичности) и перспективности у биоочистки есть только один недостаток - относительно низкая скорость процесса. Это, в частности, означает, что для обеспечения больших производительностей требуются большие габариты емкостных сооружений. Поэтому широкое распространение находят окислительные и ионообменные методы обезжелезивания.

Окислительные методы обезжелезивания подразумевают использование таких окислителей как воздух, хлор, озон, перманганат калия и др. для ускорения протекания реакции перевода закисной формы железа в окисную с дальнейшим ускоренным осаждением хлопьев железа посредством добавления специальных химических веществ - коагулянтов на осадочных фильтрах. Такая технология в основном применима на крупных муниципальных системах.

Ионный обмен как метод обработки воды известен довольно давно и применяется в основном для умягчения воды. Раньше для реализации этого метода использовались природные иониты (сульфоугли, цеолиты). Однако с появлением синтетических ионообменных смол эффективность использования ионного обмена для целей водоочистки резко возросла.

.3 Дегазация

Коррозионная агрессивность воды обусловлена рядом физико-химических факторов, среди которых одним из главных является наличие в воде растворенных газов. К наиболее распространенным и опасным коррозионно-агрессивным газам относятся кислород и углекислый газ. Известно, что присутствие в воде свободного диоксида углерода в три раза повышает интенсивность кислородной коррозии металла.

Поэтому удаление из воды растворенных газов является важной составной частью технологических процессов водоподготовки. Огромное значение удалению газов из воды придается в микроэлектронике, энергетике и в производстве медицинских препаратов. Современные технологии производства высокочистой воды предъявляют к питающей воде жесткие требования по содержанию углекислого газа перед ее обработкой на установках глубокого обессоливания, например, электродеионизации.

В качестве основных методов удаления растворенных газов используется физическая десорбция, а для удаления небольших остаточных количеств газа - химические методы их связывания. Как правило эти методы требуют высоких затрат энергии, больших производственных площадей, расхода реагентов и, кроме того, могут сопровождаться вторичным микробиологическим загрязнением воды.

Все это привело к появлению нового направления водоподготовки - мембранной дегазации или, как принято обозначать этот процесс в англоязычной литературе, - дегазификации. Мембранной дегазацией (дегазификацией) воды называется процесс удаления растворенных в воде газов с помощью специальной пористой мембраны, проницаемой для газов, но непроницаемой для воды.

Мембранные дегазаторы (МД) позволяют удалить растворенные газы из потока воды без его диспергирования; собственно дегазация протекает в системе вода-мембрана-газовый поток. Несмотря на то, что МД в своем составе имеют ультрапористую мембрану, принцип их работы отличен от других мембран (ультрафильтрационных, обратноосмотических): в мембранах дегазатора отсутствует поток жидкости сквозь поры мембраны. Мембрана служит инертной газопроницаемой стенкой, которая разделяет жидкую и газообразную фазы.

Схема процесса дегазации показана на рис.2. В мембранный модуль подается исходная (питательная) вода, содержащая растворенный газ. В мембранном модуле 1 вода и газовая фаза разделены водонепроницаемой мембраной 2. Вода прокачивается через модуль с помощью насоса 3. Со стороны газовой фазы либо создается поток газа компрессором 4, либо разрежение - вакуумным насосом 5, либо то и другое одновременно. Таким образом, контакт воды осуществляется с одной поверхностью мембраны, а газа - с другой.

- мембранный модуль; 2 - мембрана; 3 - насос; 4 - компрессор; 5 - вакуумный насос

Рис. 7.1. Схема организации процесса мембранной дегазации (а) и принцип работы мембранного половолоконного элемента (б)

Ультрапористые мембраны с размером пор 0,03-0,05 мкм изготавливаются из полимера, например, полипропилена, обладающего высокой гидрофобностью, которая позволяет изолировать поток воды от газовой фазы. Для того, чтобы вода прошла сквозь пористое волокно, необходимо приложить значительное.

.4 Обеззараживание

Во многих случаях наиболее эффективным оказывается комплексное применение реагентных и безреагентных методов обеззараживания воды. Сочетание УФ-обеззараживания с последующим хлорированием малыми дозами обеспечивает как высочайшую степень очистки, так и отсутствие вторичного биозагрязнения воды. Так, обработкой воды бассейнов УФ-облучением в сочетании с хлорированием достигается не только высокая степень обеззараживания, снижение пороговой концентрации хлора в воде, но и, как следствие, существенная экономия средств на расходе хлора и улучшение обстановки в самом бассейне.

Аналогично распространяется использование озонирования, при котором уничтожается микрофлора и часть органических загрязнений, с последующим щадящим хлорированием, обеспечивающим отсутствие вторичного биозагрязнения воды. При этом резко сокращается образование токсичных хлорорганических веществ.

Поскольку все микроорганизмы характеризуются определенными размерами, пропуская воду через фильтрующую перегородку с размерами пор меньшими, чем микроорганизмы, можно полностью очистить от них воду. Так, фильтрующие элементы, имеющие размер пор менее 1 микрона, согласно действующим ТИ 10-5031536-73-10 на безалкогольную продукцию, считаются обеспложивающими, т. е. стерилизующими. Хотя при этом из воды удаляются только бактерии, но не вирусы. Для более «тонких» процессов, когда недопустимо присутствие любых микроорганизмов, например, в микроэлектронике, применяют фильтры с порами размером не более 0,1-0,2 мкм.

.5 Умягчение

После обезжелезивания, обеззараживания и дегазации наступает долгожданный момент умягчения. Здесь наибольшее распространение получили два вида бытовых умягчителей воды. Ионнообменный фильтр применяют, как в быту, так и на производстве, а обратносматический фильтр больше применяется в промышленности.

Рисунок 1 - Ионнообменный фильтр

В основе работы водоподготовки и ионообменного фильтра лежат ионообменные процессы. Фильтрующим элементом здесь является смола, в состав которой входят ионы натрия. Они образовывают непрочную связь с ионами смолы. Когда вода попадает в такой фильтр, то ионы кальция и магния легко замещают ионы натрия, образовывая прочные соединения. В результате очень простым способом мы имеем мягкую воду, к тому же обогащенную натрием.

Чаще всего простые установки умягчения воды без подключения к системе водоснабжения - это и есть ионообменный фильтр. Восстанавливается он с помощью обычного солевого раствора. Магнитный фильтр от накипи служит примерно 5-7 лет, прежде чем его после многократных регенераций придется менять. К недостаткам метода можно отнести постоянные затраты на солевой раствор. Это одна из новых технологий водоподготовки воды.

Заключение

Современные технологии водоподготовки выбрать довольно просто. Если вы знаете для каких целей оно будет использоваться и какую воду вам нужно очистить, и главное, в каком объеме. Зная, какие этапы может проходить вода в процессе умягчения, вы легко сможете просчитать стоимость системы водоподготовки и просчитать варианты ее оптимизации.