Запитання для самоконтролю

1. У чому полягає принципова відмінність механічних, фізико-хімічних та біологічних методів очистки води? Відповідь поясніть.

2. Наведіть приклади апаратів з фільтрувальними перетинками. Якими є їх головні конструкційні особливості та технічні характеристики?

3. Перелічіть основні типи фільтрів, що застосовуються для очистки стічних вод та охарактеризуйте принцип дії кожного з них.

4. Як здійснюється промивання зернистих завантажень фільтрів та якими технологічними прийомами слід скористатися в цьому випадку?

5. Наведіть приклади сучасних фільтруючих матеріалів природного та синтетичного походження. Якими є їх основні переваги та недоліки?

6. У чому полягає сутність явищ оборотного осмосу та ультрафільтрації? Чим вони принципово відрізняються одне від одного?

7. Які матеріали найчастіше застосовують для виготовлення напівпроникних мембран?

Тема 5 Фізико-хімічні методи очищення води

Коагуляція та флокуляція. Для очистки стічних вод від дрібно-дисперсних та колоїдних часток використовують методи коагуляції та флокуляції, що обумовлюють злипання частинок з утворенням агрегатів, котрі легко видаляються з води механічними методами. При цьому коагуляційну очистку води здійснюють шляхом додавання сторонніх електролітів, а також гетерокоагуляцією, в тому числі під впливом фізичних або хімічних факторів (перемішування, нагрівання, заморожування та ін.).

Гетерокоагуляція – це взаємодія колоїдних та дрібнодисперсних часток з агрегатами, що утворюються при введенні коагулянтів (солей Al³⁺, Fe²⁺ та Fe³⁺) у воду, і є основним коагуляційним процесом очистки стічних вод. При цьому в результаті реакцій гідролізу утворюються малорозчинні у воді гідроксиди відповідних металів:

Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O  2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄

FeCl₃ + 3H₂O  Fe(OH)₃ + 3HCl

FeSO₄ + 2H₂O  Fe(OH)₂ + H₂SO₄

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃

Утворені в процесі гідролізу кислоти мають бути нейтралізовані, інакше рівновага реакцій автоматично буде зсуватися в бік реагентів; Al(OH)₃ випадає в осад при рН 4,0–12,5; Fe(OH)₃ – при рН>3, а Fe(OH)₂ – при рН>9. При введенні в воду неорганічних коагулянтів відбувається зниження агрегативної стійкості системи під дією електроліту з подальшою сорбцією іонів на поверхні частинок та утворенням в результаті хімічної реакції нової малорозчинної сполуки, концентрація якої у воді є значно вищою за її розчинність. Для пришвидшення процесу утворення пластівців, збільшення швидкості їх осадження та підвищення якості очищеної води використовують деякі високомолекулярні сполуки, які називають флокулянтами. Зазвичай їх застосовують разом з мінеральними коагулянтами, оскільки вони сприяють розширенню оптимальних областей температур та рН коагулювання, зменшують витрати коагулянтів, збільшують щільність та міцність утворюваних агрегатів, стабілізують роботу очисних споруд та підвищують їх продуктивність. Флокулянти являють собою розчинні у воді лінійні полімери, що складаються з великої кількості функціональних груп, із загальною довжиною ланцюга до 1 мкм. Молекулярна маса таких флокулянтів може сягати кількох мільйонів, а ступінь полімеризації – від 500 до 5000 й більше. В залежності від складу полярних груп флокулянти поділяють на:

• нейоногенні – полімери, що містять нейоногенні групи (крохмаль, оксиетилцелюлоза, полівініловий спирт, поліакрилонітрил);

• аніонні – полімери, що містять аніонні групи (активна силікатна кислота, натрій поліакрилат та натрій альгінат, лігносульфонати);

• катіонні – полімери, що містять катіонні групи (поліетиленімін, сополімери вінілпіридину, ВА-2, 102, 212);

• амфотерні – полімери, що містять одночасно аніонні та катіонні групи (зокрема, гідролізований поліакриламід, білки та ін.).