Основные физико-химические процессы при обработке воды. Хлопьеобразование и химическая преципитация. Характеристика отстаивания, флотации, фильтрации и центрифугирования. Сепарирование при помощи мембран и адсорбция. Удаление органических веществ.
Аннотация к работе
УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ВОДЫВся вода, доставляемая потребителям посредством системы водоснабжения, должна быть обработана, даже если лишь небольшая ее часть потребляется человеком и животными непосредственно. Это было бы катастрофой для общественного здоровья и экономически невыгодно устанавливать двойную систему водоснабжения, где одна часть работала бы на подачу воды для личного использования, а другая для использования в других целях. Химический состав поверхностной воды зависит от типа грунтов, через которые должна пройти вода, перед тем, как войти в зону стока. Обмен между водой и воздухом на поверхности вызывает растворение в воде газов (кислорода, азота, углекислого газа). Что касается воды, хранимой в резервуарах, крупные частицы имеют тенденцию к естественному оседанию, пока вода хранится; при этом сохраняющаяся мутность - коллоидальная.Коагуляционно-флоккулятивные процессы облегчают удаление твердых взвешенных частиц и коллоидов. Таблица 1 показывает ряд материалов и организмов с учетом их размеров и указанием времени, необходимого для их вертикального оседания в 1 метре воды, при температуре 20 градусов по Цельсию, только под воздействием силы тяжести. Таким образом, коллоиды - это частицы, которые не могут оседать естественным образом, и для которых факторы поверхностной зоны являются наиболее важными. Процесс коагуляции можно объяснить теорией двойного слоя в сырой воде коллоиды неизбежно несут отрицательный заряд (недостатки кристаллической структуры). Чтобы нейтрализовать этот негативный поверхностный заряд, положительные ионы, присутствующие в сырой воде или введенные в нее, сближаются, образуя слой вокруг коллоидов.Целью преципитации является избавиться от жесткости бикарбоната, присущей кальцию и магнию. Реакция извести в сырой воде происходит очень медленно в отсутствие ядер кристаллов. С другой стороны, если вода и известь вступают в контакт при наличии достаточно большого объема уже осажденных кристаллов CACO3, реакция достигает точки равновесия через несколько минут. Поскольку преципитация происходит на кристаллы, то они имеют тенденцию к наращиванию объема; затем увеличиваются и размер оборудования может быть уменьшен. Преципитация карбоната кальция сопровождается образованием карбоната натрия, который воздействует на постоянную жесткость в соответствии с реакциями (1) и (2), приведенными выше.Отстаивание - это техника сепарирования наиболее часто применяемая для взвешенных твердых частиц и коллоидов (собранных в виде флока после стадии коагуляции-флоккации). Существуют различные виды веществ, подлежащих отстаиванию: Дискретные частицы оседают независимо друг от друга с постоянной скоростью. При низкой концентрации, скорость оседания возрастает по мере возрастания размеров хлопьев как результат агломерации с другими частицами; это флоккулянтное отстаивание. Когда дискретная частица оставлена в жидкости в состоянии покоя, сопротивления Ft (сила торможения жидкости, возникающей в результате вязкости и инерции). Это основные формулы для расчета движения частиц в жидкости и используются для оседания (дискретных твердых частиц в жидкости, капель воды в воздухе), для потоков, движущихся вверх (воздушные пузырьки в воде, капли масла в воде), при центрифугировании.В противоположность отстаиванию, флотация - процесс сепарирования твердого вещества от жидкости и жидкости от твердых материалов - процедура, применяемая для частиц, плотность которых меньше плотности жидкости, в которой они находятся. Вспомогательная флотация происходит в случае если применяются, наружные меры чтобы способствовать сепарации частиц, обладающих естественной плавучестью. Индуцированная флотация имеет место, когда плотность частиц изначально выше плотности жидкости и искусственно занижается, что основано на способности определенных твердых и жидких частиц связываться с газовыми пузырьками (обычно с воздухом), образуя композиты “частица-газ”, плотность которых меньше плотности жидкости, в которой они находятся в дисперсной стадии. Процесс использования больших пузырьков применяется для отделения частиц, которые массивнее хлопьев и легче, чем жидкость. Например, если появляются жирные пятна в жидкости.Фильтрация - процесс разделения, состоящий в прохождении смеси “твердое вещество-жидкость” через пористый материал (фильтр), который удерживает твердую фракцию и позволяет жидкой (фильтрат) пройти через него. Поскольку фильтрация - это прохождение жидкости через пористую среду, то она управляется законом Дарси: V= (K · ?P) х (? · ?H) = (R · ? · ?H) где V:скорость фильтрации Рассмотрим фильтрацию замутненной жидкости с образованием отложений на фильтре (рис.).
План
Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1. Основные физико-химические процессы при обработке воды