Очистка воды – это любой процесс, который улучшает качество воды , чтобы сделать ее пригодной для конкретного конечного использования. Конечным использованием может быть питьевое водоснабжение , промышленное водоснабжение, ирригация , поддержание речного стока, рекреация воды или многие другие виды использования, включая безопасное возвращение в окружающую среду. При очистке воды удаляются загрязняющие вещества и нежелательные компоненты или снижается их концентрация, так что вода становится пригодной для желаемого конечного использования. Это лечение имеет решающее значение для здоровья человека и позволяет людям получать пользу как от питья, так и от использования ирригации .
Загрязнение вод происходит, в первую очередь, за счет сброса неочищенных сточных вод предприятий. Сточные воды различных предприятий, содержащие различные уровни загрязнений, сбрасываются в реки или другие водные ресурсы. Сточные воды при первоначальном сбросе могут содержать высокую долю органических и неорганических загрязнений . Промышленные предприятия производят сточные воды в результате производственных процессов, процессов, связанных с бумагой и целлюлозой , текстилем , химикатами , а также из различных потоков, таких как градирни , котлы и производственные линии. [1]
Очистка для производства питьевой воды включает удаление загрязняющих веществ и/или инактивацию любых потенциально вредных микробов из сырой воды для получения воды, достаточно чистой для потребления человеком без какого-либо краткосрочного или долгосрочного риска какого-либо неблагоприятного воздействия на здоровье. В целом наибольший микробный риск связан с употреблением в пищу воды, загрязненной фекалиями человека или животных (в том числе птиц). Фекалии могут быть источником болезнетворных бактерий, вирусов, простейших и гельминтов. Удаление или уничтожение микробных патогенов имеет важное значение и обычно включает использование реактивных химических агентов, таких как взвешенные твердые вещества , для удаления бактерий , водорослей , вирусов , грибков и минералов , включая железо и марганец . Исследования, в которых участвует группа профессора Линды Лоутон из Университета Роберта Гордона в Абердине, работают над улучшением обнаружения цианобактерий . [2] Эти вещества продолжают наносить большой вред нескольким менее развитым странам, которые не имеют доступа к эффективным системам очистки воды. [ оригинальное исследование? ]
Меры, принимаемые для обеспечения качества воды, касаются не только очистки воды, но и ее транспортировки и распределения после очистки. Поэтому общепринятой практикой является сохранение остатков дезинфицирующих средств в очищенной воде для уничтожения бактериологического загрязнения во время распределения и поддержания чистоты труб. [3]
Вода, подаваемая в бытовые объекты, например, для водопроводной воды или для других целей, может быть дополнительно обработана перед использованием, часто с использованием поточного процесса очистки. Такие обработки могут включать умягчение воды или ионный обмен. [ нужна цитата ]
Очистка сточных вод – это процесс, который удаляет и устраняет загрязнения из сточных вод и превращает их в сточные воды , которые можно вернуть в водный цикл . Возвращаясь в круговорот воды, сточные воды оказывают приемлемое воздействие на окружающую среду или повторно используются для различных целей (так называемая рекультивация воды ). [4] Процесс очистки происходит на очистных сооружениях. Существует несколько видов сточных вод, которые очищаются на очистных сооружениях соответствующего типа. Для бытовых сточных вод (также называемых городскими сточными водами или сточными водами ) очистные сооружения называются очистными сооружениями . Очистка промышленных сточных вод осуществляется либо на отдельной установке очистки промышленных сточных вод , либо на очистных сооружениях (обычно после некоторой формы предварительной очистки). Другие типы станций очистки сточных вод включают станции очистки сельскохозяйственных сточных вод и очистные сооружения.
Процессы, обычно используемые при очистке сточных вод, включают разделение фаз (например, осаждение), биологические и химические процессы (например, окисление) или очистку. Основным побочным продуктом очистных сооружений является тип осадка, который обычно обрабатывается на том же или другом очистном сооружении. [5] : Гл.14 Биогаз может быть еще одним побочным продуктом при использовании процессов анаэробной очистки. Очищенные сточные воды могут быть повторно использованы в качестве оборотной воды . [6] Основная цель очистки сточных вод заключается в том, чтобы очищенные сточные воды можно было безопасно утилизировать или повторно использовать. Однако перед очисткой необходимо рассмотреть варианты утилизации или повторного использования, чтобы использовать правильный процесс очистки сточных вод. Бангладеш официально открыла крупнейшую станцию очистки сточных вод (СТП) в Южной Азии, расположенную в районе Хилгаон города. Обладая способностью очищать пять миллионов сточных вод в день, STP знаменует собой значительный шаг на пути к решению проблем управления сточными водами в стране. [7]
Термин «очистка сточных вод» часто используется для обозначения «очистки сточных вод». [8]Водоочистка используется для оптимизации большинства промышленных процессов, связанных с использованием воды, таких как нагрев, охлаждение, обработка, очистка и промывка, чтобы снизить эксплуатационные расходы и риски. Плохая очистка воды приводит к взаимодействию воды с поверхностями труб и сосудов, в которых она находится. Паровые котлы могут образовываться или подвергаться коррозии, и эти отложения будут означать, что для нагрева того же количества воды потребуется больше топлива. Градирни также могут увеличиваться в размерах и подвергаться коррозии, но если их не лечить, теплая и грязная вода, которую они могут содержать, будет способствовать росту бактерий, а болезнь легионеров может стать фатальным последствием. Очистка воды также используется для улучшения качества воды, контактирующей с производимым продуктом (например, полупроводниками) и/или может быть частью продукта (например, напитков, фармацевтических препаратов). В этих случаях плохая очистка воды может привести к браку продукции. [ нужна цитата ]
Во многих случаях сточные воды одного процесса могут быть пригодны для повторного использования в другом процессе, если пройти соответствующую обработку. Это может снизить затраты за счет снижения платы за потребление воды, снизить затраты на утилизацию сточных вод из-за уменьшения объема и снизить затраты на электроэнергию за счет рекуперации тепла в переработанных сточных водах.Для удаления опасных химикатов из воды было применено множество процедур очистки . [9]
Процессы удаления загрязнений включают физические процессы, такие как осаждение и фильтрация , химические процессы, такие как дезинфекция и коагуляция , и биологические процессы, такие как медленная песчаная фильтрация .
Комбинация, выбранная из следующих процессов (в зависимости от сезона, а также загрязняющих веществ и химикатов, присутствующих в сырой воде), используется для очистки муниципальной питьевой воды во всем мире.
Для безопасного удаления загрязнений используются различные химические процедуры преобразования в конечные продукты или удаления загрязняющих веществ. [10]
Физические методы очистки воды/сточных вод основаны на физических явлениях для завершения процесса удаления, а не на биологических или химических изменениях. [10]
Наиболее распространенными физическими приемами являются:
Также называется «традиционным» лечением.
Химическое осаждение – это распространенный процесс, используемый для снижения концентрации тяжелых металлов в сточных водах. Растворенные ионы металлов преобразуются в нерастворимую фазу в результате химического взаимодействия с осадителем , таким как известь. В промышленности для полного осаждения можно использовать более сильные щелочи. При очистке питьевой воды эффект обычных ионов часто используется для снижения жесткости воды. [15]
Флотация использует прикрепление пузырьков для отделения твердых веществ или дисперсных жидкостей от жидкой фазы. [16]
Мембранная фильтрация привлекла большое внимание при очистке неорганических стоков, поскольку она позволяет удалять не только взвешенные твердые вещества и органические компоненты, но и неорганические загрязнители, такие как тяжелые металлы. Для удаления тяжелых металлов можно использовать несколько форм мембранной фильтрации , таких как ультрафильтрация , нанофильтрация и обратный осмос , в зависимости от размера частиц, который можно сохранить. [17] [18]
Ионный обмен — это обратимый процесс ионного обмена, при котором нерастворимое вещество ( смола ) забирает ионы из электролитического раствора и высвобождает дополнительные ионы того же заряда в химически сопоставимом количестве без изменения структуры смолы. [19] [20]
[18]
Адсорбция – это процесс массопереноса, при котором вещество переносится из жидкой фазы на поверхность твердого тела/жидкости (адсорбент) и становится физически и химически связанным (адсорбат). Адсорбцию можно разделить на две формы в зависимости от типа притяжения между адсорбатом и адсорбентом: физическую и химическую адсорбцию, широко известную как физисорбция и хемосорбция. [21] [22]
Активированные угли (АУ) или биологически активный уголь (БАУ) [23] являются эффективными адсорбентами для широкого спектра загрязнений. Адсорбционное удаление цвета, аромата, вкуса и других вредных органических и неорганических веществ из питьевой воды и сточных вод является одним из их промышленных применений. [24]
Как большая площадь поверхности, так и большой размер пор могут повысить эффективность активированного угля. Активированный уголь использовался в ряде исследований для удаления тяжелых металлов и других типов загрязнений из сточных вод. Стоимость активированного угля растет из-за дефицита коммерческого активированного угля (АУ). Благодаря большой площади поверхности, пористости и гибкости активированный уголь имеет большой потенциал при очистке сточных вод. [24]
Это метод, при котором растворенные и взвешенные органические химические компоненты удаляются путем биоразложения , при котором оптимальное количество микроорганизмов воспроизводится в том же естественном процессе самоочищения. [25] Благодаря двум различным биологическим процессам , таким как биологическое окисление и биосинтез , микроорганизмы могут разлагать органические материалы в сточных водах. Микроорганизмы, участвующие в очистке сточных вод , в процессе биологического окисления производят конечные продукты, такие как минералы , углекислый газ и аммиак . Минералы (продукты) оставались в сточных водах и сбрасывались со сточными водами . Микроорганизмы используют органические материалы в сточных водах для создания новых микробных клеток с плотной биомассой, которая удаляется путем осаждения на протяжении всего процесса биосинтеза. [26]
Многие развитые страны определяют стандарты, которые должны применяться в их собственной стране. В Европе это включает Европейскую директиву о питьевой воде [27], а в США Агентство по охране окружающей среды США (EPA) устанавливает стандарты, требуемые Законом о безопасной питьевой воде . Для стран, не имеющих законодательной или административной базы для таких стандартов, Всемирная организация здравоохранения публикует рекомендации по стандартам, которых следует достичь. [28] Китай принял собственный стандарт питьевой воды GB3838-2002 (Тип II), принятый Министерством охраны окружающей среды в 2002 году. [29]
Там, где существуют стандарты качества питьевой воды, большинство из них выражены в виде руководящих указаний или целевых показателей, а не требований, и очень немногие водные стандарты имеют какую-либо правовую основу или подлежат обеспечению соблюдения. [30] Двумя исключениями являются Европейская директива о питьевой воде и Закон о безопасной питьевой воде в США, которые требуют юридического соблюдения конкретных стандартов.
Соответствующие технологические варианты очистки воды включают как проекты на уровне общины, так и в масштабе домохозяйства ( POU) или системы самообеспечения . [31] В таких конструкциях могут использоваться методы солнечной дезинфекции воды , использующие солнечное излучение для инактивации вредных водных микроорганизмов напрямую, в основном за счет УФ-А-компонента солнечного спектра, или косвенно за счет присутствия оксидного фотокатализатора , обычно на носителе TiO 2 . анатазная или рутиловая фазы. [32] Несмотря на прогресс в технологии SODIS , военные установки очистки избыточной воды, такие как ERDLator , все еще часто используются в развивающихся странах. Новые установки для очистки воды обратным осмосом в стиле милитари (ROWPU) представляют собой портативные автономные водоочистные сооружения, которые становятся все более доступными для общественного использования. [33]
Чтобы сокращение заболеваний, передающихся через воду, продолжалось, программы очистки воды, которые исследовательские группы начинают в развивающихся странах , должны быть устойчивыми со стороны граждан этих стран. Это может обеспечить эффективность таких программ после отъезда исследовательской группы, поскольку мониторинг затруднен из-за удаленности многих мест.
Потребление энергии: Водоочистные сооружения могут быть значительными потребителями энергии. В Калифорнии более 4% потребления электроэнергии в штате уходит на транспортировку воды среднего качества на большие расстояния, обеспечивая ее очистку до высоких стандартов. [34] В районах с источниками высококачественной воды, которая течет самотеком к месту потребления, затраты будут намного ниже. Большая часть энергетических потребностей приходится на перекачку. Процессы, в которых отсутствует необходимость в перекачке, обычно имеют низкие энергозатраты. Технологии очистки воды, требующие очень низких затрат энергии, включая капельные фильтры , медленные песочные фильтры , гравитационные акведуки .
Исследование 2021 года показало, что крупномасштабная программа хлорирования воды в городских районах Мексики значительно снизила уровень детской смертности от диарейных заболеваний. [35]
Нержавеющие стали, такие как марки 304L и 316L, широко используются при изготовлении водоочистных сооружений из-за их коррозионной стойкости к воде и коррозионной активности хлорирования, используемого для дезинфекции. [36] [37]
{{cite web}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )