Проблемы чистой воды

             Проблемы чистой воды

Работа ученика МБОУ «СОШ №З» г. Торжка Тверской области
                                                  Красноперова Алексея, 11 класс

 Применение «нехимических» методов обработки воды в энергетике расширяется благодаря технологическим и экономическим преимуществам: их внедрение позволяет значительно сократить количество используемых реагентов (кислот, щелочей, хлорида натрия) и тем самым избавиться от проблем утилизации сточных вод с высоким содержанием химических веществ. Активно развиваются такие технологии водоподготовки как: магнитная, электромагнитная (радиочастотная), акустическая (ультразвуковая), мембранная.

Вода используется человеком не только для приготовления пищи. Повышаются требования к качеству питательной воды промышленных и энергетических потребителей, упрощаются технологии водоподготовки, позволяющие малыми средствами добиться больших результатов. 

• Самый доступный способ  очистки воды - это бытовой фильтр .

По принципу работы мембранные системы являются обратноосмотическими. Явление осмоса (выравнивание концентраций растворов, разделенных полупроницаемой мембраной) лежит в основе обмена веществ всех живых организмов. Например, подкладка скорлупы куриного яйца является естественной мембраной, через нее проходят молекулы кислорода, но задерживаются загрязнители.

Фильтр, работающий по принципу обратного осмоса, устроен достаточно просто: основной элемент, позволяющий получать воду высокой степени очистки - это тонкопленочная мембрана.  Она представляет собой некое подобие сетки, размер ячеек которой сравним с размером молекулы воды. Разумеется, сквозь такую "сетку" могут пройти либо сами молекулы воды, либо вещества, размер молекул которых еще меньше - растворенный в воде кислород, водород и т.п. В результате чего из воды удаляются практически все растворенные компоненты, а также соли тяжелых металлов, органические примеси и бактерии. Ну а все остальные конструктивные элементы обратноосмотической системы призваны только обеспечивать благоприятные условия для работы такой мембраны.

• Физические методы обеззараживания воды очень интересны и разнообразны. Самый доступный и известный – это кипячение. Кипячение использовали десятки тысяч лет назад, да и сейчас он не потерял своей актуальности. Большинство бактерий погибают при t=50⁰С, т. к. свертываются белки из которых они состоят. Но существуют бактерии стойкие к кипячению, поэтому в некоторых случаях сложно определить время кипячения.  При кипячении, как правило, не погибают споры бактерий, поскольку покрыты очень прочной и толстой оболочкой, позволяющее ей пережить неблагоприятные условия.
• Другой физический метод обеззараживания воды - это ультрафиолетовое облучение. Еще в древней Индии люди выставляли воду на солнце в плоских широких чанах, чтобы ультрафиолет в составе солнечного света дезинфицировал ее. Метод ультрафиолетового облучения более точен, нежели кипячение, т.к. имеются специальные расчеты, позволяющие точно дозировать время и частоту излучения, позволяющие гарантированно уничтожить определенные виды бактерий и паразитов. Наиболее губительным оказалось излучение с длиной волны 264нм.   Приборы для ультрафиолетового обеззараживания воды – это цилиндры, внутри которых закреплена ультрафиолетовая лампа. По этим цилиндрам с определенной скоростью протекает вода. Для эффективной работы такого стерилизатора необходимо выполнения ряда условий: вода должна быть полностью прозрачна, не жесткая (под действием излучения активно образуется накипь), не должно быть железа.      

      *   Магнитная обработка воды

Магнитные аппараты устанавливают для уменьшения осаждения накипеобразующих веществ на теплообменной поверхности. Наиболее часто встречающаяся накипь образуется карбонатом кальция.

Температура осаждения карбоната кальция из природной воды – 40–130 °С.

 Магнитный поток способствует дроблению агрегатов ферромагнитных, содержащихся в воде частиц на фрагменты и отдельные частицы, «освобождению» их от водной оболочки, образованию газовых микропузырьков. 

Ферромагнитные микрочастицы в многократно увеличенном количестве создают центры кристаллизации, и накипеобразующие элементы меньше осаждаются на теплонапряженной поверхности и больше – внутри водного потока. Газовые микропузырьки действуют как флотоагенты.

Лучшая эффективность – у аппаратов, полюсы которых выполнены из редкоземельных металлов, сохраняющих намагниченность до температуры воды 200 °С и имеющих длительный эксплуатационный ресурс (за 10 лет магнитные свойства ослабевают лишь на 0,2–3,0 %).

Магнитное поле должно быть переменным. Поэтому магнитные аппараты состоят из четырех и более магнитов – так, чтобы положительные и отрицательные полюсы чередовались.

Во время магнитной обработки образуется углекислота. Получающийся углекислый газ в системе горячего водоснабжения и в промышленных системах выводится через водопроводную арматуру. В закрытой системе с большим расходом воды  устанавливаются дегазаторы.

      *   Ультразвуковая обработка воды

Из-за отсутствия обоснованных расчетных методик выбора параметров магнитных и электромагнитных аппаратов результаты обработки воды неоднозначны.  В этом отношении ультразвуковая обработка воды имеет преимущество: результаты всегда однозначны.

Ультразвуковая технология предотвращения образования отложений на теплообменной поверхности оборудования основана на ультразвуковом возбуждении механических колебаний в толще водного потока.

Частота ультразвуковых колебаний находится в диапазоне 20–25 кГц. Современные противонакипные акустические аппараты (АПУ) генерируют ультразвук с частотой 22 кГц.

Пределы применения этой технологии: жесткость исходной воды (преимущественно – карбонатной) – до 5–8 и более ммоль/л (верхний предел не определен), температура нагреваемой воды – до 80–190 °С.

Известны сотни объектов, где успешно действуют ультразвуковые противонакипные аппараты.

*     Обработка сточных вод.

Песколовки предназначены для удаления мелких камней, песка, крупных взвешенных веществ, которые забивают трубопроводы, каналы очистных сооружений, а также приводят к износу рабочих поверхностей насосов. Их применяют для выделения минеральных и органических загрязнений из сточных вод.  Из воды удаляются частицы размером более 200 мкм, более мелкие частицы извлекаются с помощью отстаивания. Горизонтальные песколовки представляют собой резервуары с треугольным или трапецеидальным поперечным сечением. Глубина песколовок 0,25-1 м. Скорость движения воды в них не превышает 0,3 м/с.

Биологический и биохимический методы применяют для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от многих растворенных органических и некоторых неорганических (сероводорода, сульфатов, аммиака, нитритов и т.д.) веществ. Процесс очистки основан на способности микроорганизмов использовать эти вещества для питания в процессе жизнедеятельности.

    Установка биологической очистки включает в себя аэротенк со свободными культурами бактерий в  присутствии воздуха или кислорода и последующий вторичный отстойник или осветлитель, предназначенный для осветления перерабатываемой воды и концентрирования активных илов, чтобы обеспечить их непрерывный возврат в аэротенк. Рециркуляция эта необходима для перераспределения воды и обеспечения в ней высокой концентрации активных илов для максимального удаления загрязнений.

Сохранение чистой воды зависит не только от ее очистки, но и от того, в какой степени мы ее загрязняем, неразумно, а порой и преступно, сбрасывая отходы без предварительной очистки, допуская техногенные катастрофы, что приводит часто к необратимым негативным последствиям.

   Земля – наш дом. Задача человечества – сохранить в нём чистоту!!!