2.3.1. Очистка питьевой воды
Очистка или водоподготовка питьевой воды, производимая на очистительных станциях, включает четыре стадии: отстаивание, коагуляцию, фильтрацию и обеззараживание (Рис. 2.3):
Рис. 2.3. Очистка питьевой воды: 1 - смеситель; 2 - осветлитель; 3 - взвешенный осадок; 4 - скорый двухслойный фильтр; 5 -желоба для отвода промывных вод; 6 - слой кусочков (диаметром- 1-2 мм) антрацита; 7 - слой песка; 8 - слой поддерживающего гравия; 9 - трубы с отверстиями для отвода профильтрованной воды и подвода промывной воды.
Основными операциями являются: очистка от взвешенных примесей отстаиванием и фильтрацией, умягчение и обессоливание воды, дегазация, обеззараживание.
Осветление воды проводится для очистки от взвешенных примесей, в несколько стадий:
– отстаивание,
– фильтация,
– коагуляция
Отстаивание крупных частиц осуществляется в прерывнодействующих отстойниках большой емкости. От мелких частиц освобождаются фильтрацией. Для осаждения коллоидных частиц (мельчайших глинистых частиц и белковых веществ) их подвергают коагуляции путем добавки в воду коагулянтов - сульфатов или двойных солей алюминия (алюминиевые квасцы). Ион-коагулянт должен иметь заряд, противоположный заряду коллоидной частицы, чтобы он мог адсорбироваться на поверхности заряженной частицы; это приводит к коагуляции (слипанию) отдельных частиц и образованию осадка.
Умягчение и обессоливание воды относятся к основным процессам водоподготовки, которые состоят в удалении солей кальция, магния и других материалов. Различают физические способы (термический, дистилляция, вымораживание) и физико-химические методы (обратный осмос и ультрафильтрация, ионообмен) обессоливания и умягчения воды.
2.3.1.1. Отстаивание
Грубодисперсные взвешенные частицы удаляются отстаиванием воды в больших отстойниках, через которые вода протекает с небольшой скоростью.
2.3.1.2. Коагуляция
Лёгкую взвесь в виде коллоидных частиц (глина, кремневая кислота) методами отстаивания или фильтрования осадить нельзя.
!!! Коагуляция - это процесс слипания коллоидных частиц под действием каких-либо внешних факторов, с образованием частиц более крупных размеров.
Вещества, вызывающие процесс коагуляции, получили название коагулянтов.
Так как большинство коллоидных частиц, содержащихся в воде, обладают отрицательным зарядом, то для их коагуляции применяют такие вещества, которые при растворении в воде, образуют положительно заряженные гранулы (ионы).
В качестве коагулянта чаще всего используют сульфат алюминия Al2(SO4)3.
2.3.1.2.1. Механизм коагуляции коллоидных частиц
Сульфат алюминия, как электролит, в очень разбавленных растворах гидролизуется с образованием положительно заряженных ионов Al3+, которые адсорбируются на отрицательно заряженных коллоидных частицах и нейтрализуют их заряды.
Это приводит к слипанию частиц, в результате чего образуются более крупные частицы, способные к осаждению.
Сульфат алюминия выполняет двойную функцию:
1) существенно снижает временную жёсткость воды, так как переводит её в постоянную жёсткость;
2) играет роль коагулянта.
В системе одновременно протекает две реакции:
(1) Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 = 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + H2O
2) Al2(SO4)3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2SO4