Очистка воды. Основные процессы водоочистки

Природные воды, кроме дождевой воды, редко бывают чистыми. Реки, протекаю­щие по торфяникам, содержат следы ор­ганических кислот. Грунтовые воды несут минеральные соли, включая поваренную соль. В питьевой воде допускается не бо­лее 0,1% солей, в том числе не более 0,02% гидрокарбоната кальция, иначе вода ста­новится очень «жесткой». Фториды допу­скаются в количестве не более 0,00015%, в противном случае начинают разру­шаться зубы.

Сброс в реки производственных сточных вод привел к химическому за­грязнению окружающей среды, а несовер­шенство канализации для удаления бы­товых сточных вод – к бактериологиче­скому ее загрязнению. Сейчас во многих странах изданы законы о контроле за хи­мическим загрязнением окружающей среды, а бактериологическое загрязнение ликвидируется путем биохимической очистки.

Основные процессы водоочистки: отстаивание, фильтрация, аэрация и сте­рилизация. Отстаивание осуществляется при выдерживании воды в больших, не­глубоких бассейнах, где твердые частицы медленно опускаются на дно. Процесс от­стаивания интенсифицируют, добавляя коагулирующие агенты, способствующие объединению множества мельчайших ча­стиц в хлопья (например, квасцы).

При фильтровании воду пропускают через пе­счаный фильтр толщиной 30 см, имею­щий типичные размеры 100 х 40 м. При этом особые бактерии перерабатывают органические вещества, содержащиеся в протекающей воде, в безвредные неор­ганические. Размеры песчаных фильтров, предназначенных для быстрой очистки, не должны превышать 8 х 5 м при тол­щине около 4 м, однако очистка такими фильтрами не позволяет полностью ис­ключить бактериологическое загрязне­ние.

Аэрация, обычно заключающаяся в пропускании воды через водопад, увели­чивает содержание растворенного в воде кислорода, уменьшает концентрации углекислого газа не менее чем на 60% и позволяет осуществлять естественную очистку от неорганических веществ с по­мощью аэробных бактерий.

Стерилиза­ция (уничтожение вредных микроорганизмов) производится при высоком уров­не бактериологического загрязнения пу­тем добавления в малых количествах хлора или озона. Дозы хлора 0,0001% до­статочно для уничтожения всех микробов в течение 4 мин.

Если требуется вода особо высокой чи­стоты, ее умягчают (деминерализируют); при этом часть растворимых мине­ральных солей переводится в легко отде­ляемые нерастворимые соединения.

В современной водоочистной станции речная вода проце­живается на входе и закачивается насо­сами в отстойник.

На входе в воду до­бавляют коагулянт (хлорированный сульфат железа) и умягчитель (жидкую известь). С помощью извести регулируется также кислотность воды. Осадок отка­чивают в илонакопитель, из которого осветленную воду вновь закачивают в отстойник. Для по­глощения примесей, сообщающих воде не­приятный привкус, запах или цвет, в воду добавляют активированный уголь. Затем вода попадает в безна­порный фильтр быстрой очистки, где органические вещества разлагаются непатогенными бактериями с обра­зованием безвредных неорганических про­дуктов.

Один из двух хлораторов подает газообразный хлор (стерилизатор) вместе с известью на вход контактного резервуара. (Из второго газ посту­пает в коагуля­тор.) Сульфонатор подает сернистый газ в контактный резервуар, где из стерилизованной воды удаляется хлор. Обработанная вода закачивается в главную водопровод­ную магистраль, а оттуда в водонапор­ные башни или резер­вуары для распреде­ления на бытовые и промышленные нужды.

В приморских районах, где природной чистой воды часто недостаточно, для обеспечения водой людей и для сельско­хозяйственных нужд применяется опрес­нение: удаление растворенных солей ме­тодом дистилляции, электродиализа, обратного осмоса и замораживания. В большинстве современных опресни­тельных установок применяются много­ступенчатые дистилляционные опресни­тели с мгновенным вскипанием, причем в качестве источника тепла ис­пользуют пар.

Воду распределяют в основном из местных хранилищ (обычно из водона­порных башен), куда ее закачивают насо­сами. При этом обеспечивается подпор, т. е. давление, достаточное для подачи во­ды по трубам водопроводной сети.

Для опреснения воды применяются многоступенчатые дистилляционные опреснители с мгно­венным вскипанием. Морская вода [1] проходит конденса­торы [2] двух первых испарительных камер опреснителя, смеши­вается с концентри­рованным рассолом из поддона [3] этих камер и попа­дает в трубку конден­сатора третьей- пятой испарительных камер. В тепло­обменнике [4] она нагревается водяным паром [5] до 80°С и поступает в под­дон пятой испари­тельной камеры, откуда перетекает в обратном направлении в поддон первой.

Горячий рассол вскипает и водяной пар конденсируется на поверхности трубок конденсатора, стекая в поддон для сбора пресной воды [6], а отту­да [7] в основной трубопровод [8] пресной воды. Горя­чий рассол на пути через пять испари­тельных камер ста­новится концентри­рованным и посте­пенно охлаждается. При выходе из первой испаритель­ной камеры часть его смешивается с мор­ской водой, прохо­дящей по трубкам конденсатора между второй и третьей камерами. Остаток рассола сбрасыва­ется в сток [9]. Опреснительные установки по воз­можности распола­гают вблизи атомных электростанций, используя их отра­ботанный пар как источник энергии для дистилляции.