Промышленная очистка воды

Промышленная водоподготовка – важный этап в производстве многих видов продукции. Ежедневно потребляя различные напитки, мы даже не задумываемся о том, сколько этапов фильтрации проходит вода, из которой они изготовлены. Не менее важна и промышленная очистка сточных вод, вместе с которыми в природные источники попадает масса вредных химических веществ. Промышленной подготовке подвергается и вода, которая подается в центральные системы водоснабжения.

Современные проблемы нехватки питьевой воды. Основные источники загрязнения

С каждым годом проблема нехватки питьевой воды встает все острее. Уже сейчас порядка 1/6 части жителей Земли не имеют доступа к ней. Среди причин дефицита пресной воды:

• высокий расход, превышающий потребности;
• растущая численность населения;
• таяние ледников;
• загрязнением поверхностных вод бытовыми и промышленными отходами.

Основными источниками загрязнения являются коммунальные и промышленные стоки. Первые содержат в себе различные вредоносные бактерии, способные спровоцировать серьезные заболевания. Вторые – скопление всевозможных химических веществ: кислот и щелочей, тяжелых металлов, нефтепродуктов и т.д.

Промышленная очистка воды

Промышленная очистка воды подразделяется на водоподготовку и водоочистку. Под водоподготовкой понимают очищение и обеззараживание воды в целях ее применения в производстве. На этапе водоподготовки происходит осветление, умягчение, обезжелезивание, дегазация, дезодорация и дезинфекция.

Под осветлением понимают удаление различных взвешенных и растворенных частиц, которые вызывают цветность и мутность. Умягчению способствует выведение солей кальция и магния. Благодаря дегазации из жидкости устраняются различные растворенные газы, например, сероводород. Дезинфекция приводит к уничтожению патогенной микрофлоры, а на этапе дезодорация уходят посторонние неприятные запахи.

Для достижения вышеперечисленных целей используют способы трех групп:

1. Физические.
2. Химические.
3. Физико-химические.

Физические способы (методы) очистки

Физические способы промышленной очистки воды удаляют примеси без использования реагентов. В основе таких методов лежат разнообразные физические явления. К данной группе относят:

1. Механическую фильтрацию.
2. Ультрафильтрацию.
3. Нанофильтрацию.
4. Микрофильтрацию.

Механическая фильтрация воды

Промышленная очистка воды механической фильтрацией является самым простым методом, проводят ее на первичном этапе водоподготовки. Механические фильтры подразделяют на фильтры грубой и фильтры тонкой очистки.

Фильтры грубой очистки устанавливаются на этапе водозабора. Принцип работы состоит в том, что сито препятствует прохождению крупных частиц примесей: песка, глины, органики, солей кальций и магния. В народе такие фильтры получили название «грязевики». Они являются обязательным элементом водоподготовки. Благодаря им уничтожается цветность и мутность, а также уходят неприятные запахи.

Фильтры тонкой очистки в основе имеют картридж с сорбентом, проходя через который вода очищается от различных газов, химических соединений, некоторых микроорганизмов.

Среди методов физического воздействия особую популярность приобрели мембранные технологии. Основное отличие таких фильтров друг от друга – пропускная способность мембраны.

Системы обратного осмоса

Наиболее эффективной мембранной технологией является водоподготовка посредством обратного осмоса. Размер пор в обратноосмической мембране составляет менее 0,0001 мкм. Такая мембрана пропускает молекулы воды и кислорода, задерживая при этом различные примеси. Обратноосмические фильтры способны очищать воду на молекулярном уровне практические до состояния дистиллированной.

К мембране в установках обратного осмоса раствор должен подходить очищенным от механических примесей. Поэтому системы обратно осмоса состоят из нескольких элементов, основные из них:

1. Фильтр-предочистки, который удаляет первичную грязь.
2. Фильтр тонкой очистки с сорбирующим материалом.
3. Мембрана.
4. Минерализатор. Помимо вредных загрязнений обратноосмическая мембрана уничтожает и необходимые человеку минералы, баланс которых восстанавливает минерализатор. Помимо данного картриджа в систему могут быть добавлены ионизатор и умягчающий блок.

К недостаткам данного способа относятся низкая производительность, габаритность установки и потеря воды, которая сливается с примесями.

Нанофильтрация

Второе место по пропускной способности занимает мембрана нанофильтрации, размер пор которой составляет 0,001-0,002 мкм. По сути, данные фильтры являются разновидностью обратного осмоса, очищают от бактерий и вирусов, солей жесткости, нитритов, нитратов и других примесей.

Применяется в пищевой, фармацевтической, лакокрасочной и нефтехимической промышленности.

Преимуществом данного метода в отличие от обратного осмоса является сохранение в процессе очистки полезных минералов. Именно поэтому, вода, очищенная по данной технологии, является более предпочтительной в производстве напитков.

К тому же, процесс нанофильтрации более экономичен, поскольку протекает при меньшем давлении.

Ультрафильтрация

Способ ультрафильтрации по принципу действия схож с системами обратного осмоса. Вода проходит через мембрану, которая задерживает микроорганизмы, водоросли, взвешенные частицы, способствует устранению мутности и цветности. Величина пор такой мембраны составляет 0,002…0,1 мкм, что больше размера пор в мембранах обратного осмоса и нанофильтрации. Ультрафильтрация не способствует удалению солей металлов, за счет чего вода нуждается в дополнительном смягчении.

Выше мы сказали, что данный метод по принципу действия схож с обратным осмосом, но есть и отличия.

1. Мембрана в ультрафильтрации состоит многоканальных волокон, которые изготавливаются из модифицированного полиэстерсульфона. Число волокон составляет несколько десятков тысяч. Мембрана обратного осмоса изготовлена из синтетических материалов и представляет цилиндр из смотанной в рулон пленки.
2. При ультрафильтрации загрязнения остаются внутри мембраны. В случае обратного осмоса после очистки из мембраны выходят два потока воды. Первый – очищенная жидкость, второй – концентрат, который сливается. Таким образом, в обратноосмических системах при очистке теряется до 1/3 воды.
3. Ультрафильтрация в отличие от обратного осмоса не удаляет соли жесткости.

Технологическая цепочка ультрафильтрации

1. Жидкость проходит через фильтр грубой очистки для удаления механических загрязнений, которые могут повредить мембрану.
2. Затем взаимодействует с мембраной.
3. Минуя модуль, вода поступает в бак чистой воды, который также называется баком обратной промывки – вода из него используется для промывки мембран от поверхностных загрязнений.

Преимуществами ультрафильтрации являются:

• компактность оборудования;
• максимальная дезинфекция и удаление взвеси;
• не использование химических реагентов, хотя иногда на этапе подачи воды в систему очистки в нее могут добавлять коагулянты.

Микрофильтрация

Из мембранных методов микрофильтрация обладает модулем с самыми большими порами, размер которых составляет 0,1 до 1 мкм. Часто используется в качестве предварительного этапа очистки перед обратным осмосом или нанофильтрацией, максимально очищает от механических примесей.

Химические способы (методы) очистки воды

Принцип действия химических методов заключается в добавлении в воду специальных реагентов, которые способствуют ее очистке.

Хлорирование

Обеззараживающее воздействие хлора было обнаружено еще в 19 веке. В 1846 врачи одного из госпиталей Вены стали ополаскивать руки водой с хлором. Так было положено начало применения хлора в качестве дезинфектора.

Хлор является сильным окислителем, взаимодействуя с водой, образует хлорноватистую кислоту, которая и уничтожает бактерии. Для достижения эффекта необходимо обеспечить контакт воды с хлором минимум на 30 мин. Эффект от воздействия хлорноватистой кислоты может сохраняться еще долгое время после непосредственной обработки, для этого необходимо ввести хлор в избытке. Доза реагента в каждом случае рассчитывается индивидуально. Важно не переборщить с избытком, поскольку в большом количестве хлор способен привести к проблемам в работе организма, особенно опасны соединения, образуемые данным веществом. Например, тригалометаны вызывают симптомы астмы.

Различают несколько видов хлорирования:

• предварительное;
• финишное

Предварительное хлорирование осуществляется на этапе водозабора. Цель реагента на этом этапе не только уничтожить бактерии, но и вывести металлы из воды путем их окисления, также хлор дезинфицирует очистное оборудование.

Финишное хлорирование применяется на последней стадии подготовки в целях обеззараживания.

В зависимости от дозы вводимого реагенты хлорирование бывает:

• нормальное;
• перехлорирование;
• комбинированное.

Нормальное хлорирование используется для очищения воды при хороших санитарных и химико-физических подателей.

Перехлорирование применяют в случае сильной зараженности источников водозабора, когда нормальное хлорирование бессильно перед патогенной микрофлорой. Дозу реагента вводят в избытке, который может привести к изменению органолептических показателей воды. Остаточный хлор удаляют путем дехлорирования. Для этого используют методы безнапорной аэрации, коагуляции или фильтрации воды через активированный уголь.

Комбинированные методы подразумевают обработку воды хлором в сочетании с другими реагентами: серебром, медью, магнием и т.д. Применяются для повышения воздействия хлора, а также обеспечения пролонгирующего эффекта.

К достоинствам хлорирования относятся:

• эффективность;
• простота в использовании;
• экономичность способа;
• комплексное в очищении воды.

Среди недостатков можно выделить:

• серьезные требования к хранению и перевозке хлорсодержащих соединений;
• образование посторонних соединений, которые в случае попадания в человеческий организм представляют серьезную угрозу;
• устойчивость ряда микроорганизмов к воздействию хлора.

Озонирование

Озонирование является одним из современных методов водоподготовки и очистки сточных свод. Применяется в пищевой, химический и медицинской промышленности.

Озон является сильным окислителем, разрушающе воздействует на бактерии, вирусы, грибки, металлы и различные химические соединения, благодаря чему способствует обесцвечиванию, дезодорации и обезвреживанию воды. Доказано, что большинство известных микроорганизмов не устойчивы к влиянию газа.

Обладая коротким периодом распада, озон не выпадает в осадок, а преобразуется в кислород, что делает воду полезной. Почти мгновенный распад молекул газа в то же время является и серьезным недостатком озонирования, поскольку уже через 15-20 минут после обработки возможно повторное заражение воды. Некоторые источники свидетельствуют о том, что озон способствует «пробуждению» спящих микроорганизмов.

К существенным недостаткам метода относятся:

1. Коррозионная активность воды, обработанной озоном.
2. Опасность в случае передозировки реагентом и серьезная техника безопасности в процессе очистки.
3. Высокая стоимость специальной установки – озонатора.

Обезжелезивание

Отдельного внимание заслуживает оборудование для обезжелезивания, поскольку железо в растворенном состоянии засоряет промышленное оборудование, в результате чего оно быстро ломается. В основе фильтров обезжелезивания используется специальный материал «Greensand», который представляет собой мелкозернистый песок, покрытый сверху диоксидом марганца. Именно диоксид магния и окисляет молекулы железа, которые затем выпадают в осадок. Фильтр обезжелезивания является неотъемлемой частью современных установок фильтрации воды.

Физико-химические способы очистки воды

Физико-химические способы объединяют в себе очистку реагентами и механическое удаление примесей. К наиболее распространенным способам данной группы относятся:

• адсорбация;
• коагуляция;
• флотация.

Адсорбация

Под адсорбации понимают процесс поглощения молекул загрязнения поверхностью адсорбента – твердого тела с пористой поверхностью. Одним их самым популярных адсорбентов является активированный уголь, который способен очистить воду от углеводорода, нефтепродуктов, хлора и фосфора, а также стимулировать разложение озона и фосфора.

Часто фильтры на основе активированного угля используются для итоговой очистки воды. Являются незаменимым элементом практически любой системы фильтрации. К недостаткам угольных фильтров относят быстрое засорение картриджа, что требует его частой замены.

Разновидностью адсорбации является ионный обмен. Фильтры на основе ионного обмена имеют в своем составе картридж со смолой, которая содержит ионы натрия. Проходя через такой фильтр, вода с повышенным содержанием солей умягчается. Соли вода замещают готовые к обмену ионы натрия, благодаря чему вода после прохождения через такой фильтр получается мягкой и насыщенной натрием.

К сожалению, ионообменные фильтры быстро засоряются и требуют частой замены картриджей.

Коагуляция

Метод коагуляции основывается на том, что специальные вещества – коагулянты, притягивают к себе загрязнения – соли металлов, песок, глину, а затем в виде хлопьев выпадают в осадок. После отстаивания такая вода либо подвергается дальнейшей очистке посредством фильтрации, либо сливается. Метод получил широкое распространение в очистке сточных вод на промышленных предприятиях

В роли коагулянтов могут быть сернокислый алюминий, сернокислое и хлорное железо, алюмокалиевые квасцы, алюминат натрия.

Разновидностью коагуляции является флокуляция. В отличие от коагуляции, слипание частиц происходит не только в момент их непосредственного соприкосновения, но и в процессе опосредованного соприкосновения молекул.

Флотация

Метод флотации активно используют для очистки сточных вод в промышленности. Эффективен при удалении нефтепродуктов. Принцип действия основывается на добавлении в воду диспергированного воздуха, под воздействием которого молекулы загрязнений скапливаются на поверхности воды в виде белой пены, после чего удаляются специальным оборудованием. После флотации вода подвергается дополнительной очистке посредством сорбции.

К достоинствам флотации относят:

1. Экономичность метода.
2. Простоту конструкции.
3. Быстроту очистки сточных вод.
4. Возможность удаления нефтепродуктов.

Промышленные фильтры для очистки воды: виды, отличия, цены

Выше мы много сказали про методы промышленной водоподготовки и очистки сточных вод. Попытаемся классифицировать их в зависимости от вида загрязнения.

1. Удаление механических примесей – механические и сорбционные фильтры, микрофильтрация.
2. Обеззараживание – все мембранные методы, кроме микрофильтрации (обратный осмос, нанофильтрация, ультрафильтрация), озонирование.
3. Обезжелезивание – хлорирование, озонирование, материал Greensand
4. Очистка от сероводорода – напорная и безнапорная аэрация, хлорирование, озонирование, адсорбация.
5. Удаление органики, хлора, озона – адсорбация, коагуляция
6. Выведение нефтепродуктов – флотационные установки.
7. Умягчение – ионный обмен, обратный осмос.

Стоимость промышленных фильтров зависит от сложности установки и используемых материалов, поэтому цену в каждом конкретном случае нужно уточнять индивидуально.