Очистка воды — это любой процесс, который улучшает качество воды , делая ее пригодной для определенного конечного использования. Конечное использование может быть питьевым , промышленным водоснабжением, ирригацией , поддержанием речного стока, водным отдыхом или многими другими видами использования, включая безопасный возврат в окружающую среду. Очистка воды удаляет загрязняющие вещества и нежелательные компоненты или снижает их концентрацию, так что вода становится пригодной для желаемого конечного использования. Такая обработка имеет решающее значение для здоровья человека и позволяет людям получать выгоду как от питьевого, так и от ирригационного использования.
Загрязнение воды в первую очередь вызвано сбросом неочищенных сточных вод с предприятий. Сточные воды с различных предприятий, которые содержат различные уровни загрязняющих веществ, сбрасываются в реки или другие водные ресурсы. Сточные воды могут иметь высокую долю органических и неорганических загрязняющих веществ при первоначальном сбросе. Промышленные предприятия генерируют 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]
Обработка для производства питьевой воды включает удаление загрязняющих веществ и/или инактивацию любых потенциально вредных микробов из сырой воды для получения воды, которая достаточно чиста для потребления человеком без какого-либо краткосрочного или долгосрочного риска какого-либо неблагоприятного воздействия на здоровье. В общих чертах, наибольшие микробные риски связаны с употреблением воды, загрязненной фекалиями человека или животных (включая птиц). Фекалии могут быть источником патогенных бактерий, вирусов, простейших и гельминтов. Удаление или уничтожение микробных патогенов имеет важное значение и обычно включает использование реактивных химических агентов, таких как взвешенные твердые частицы , для удаления бактерий , водорослей , вирусов , грибков и минералов , включая железо и марганец . Исследования, в том числе группа профессора Линды Лоутон в Университете 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 обработки воды, но и ее транспортировки и распределения после обработки. Поэтому общепринятой практикой является сохранение остаточных дезинфицирующих средств в очищенной воде для уничтожения бактериологического загрязнения во время распределения и поддержания чистоты труб. [3]
Вода, подаваемая в бытовые помещения, например, для водопроводной воды или других целей, может быть дополнительно обработана перед использованием, часто с использованием процесса обработки в линии. Такая обработка может включать смягчение воды или ионный обмен. [ необходима цитата ]
Очистка сточных вод — это процесс, который удаляет и устраняет загрязняющие вещества из сточных вод . Таким образом, он преобразует их в стоки , которые могут быть возвращены в водный цикл . Вернувшись в водный цикл, стоки оказывают приемлемое воздействие на окружающую среду. Их также можно использовать повторно. Этот процесс называется рекультивацией воды . [4] Процесс очистки происходит на очистных сооружениях сточных вод. Существует несколько видов сточных вод, которые очищаются на соответствующем типе очистных сооружений сточных вод. Для бытовых сточных вод очистные сооружения называются очистными сооружениями сточных вод . Муниципальные сточные воды или канализация — это другие названия бытовых сточных вод. Для промышленных сточных вод очистка происходит на отдельной очистке промышленных сточных вод или на очистных сооружениях сточных вод. В последнем случае она обычно следует за предварительной очисткой. Другие типы очистных сооружений сточных вод включают очистку сельскохозяйственных сточных вод и очистные сооружения фильтрата .
Одним из распространенных процессов очистки сточных вод является разделение фаз, например, осаждение. Другим примером являются биологические и химические процессы, например, окисление. Полировка также является примером. Основным побочным продуктом очистных сооружений является тип ила, который обычно обрабатывается на том же или другом очистном сооружении. [5] : Гл. 14 Биогаз может быть другим побочным продуктом, если в процессе используется анаэробная очистка. Очищенные сточные воды можно повторно использовать в качестве регенерированной 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 для сточных вод применялся правильный процесс очистки.
Термин «очистка сточных вод» часто используется в значении «очистка сточных вод». [7]Очистка воды используется для оптимизации большинства промышленных процессов, основанных на воде, таких как нагрев, охлаждение, обработка, очистка и промывка, чтобы снизить эксплуатационные расходы и риски. Плохая очистка воды позволяет воде взаимодействовать с поверхностями труб и сосудов, которые ее содержат. Паровые котлы могут покрываться накипью или подвергаться коррозии, и эти отложения будут означать, что для нагрева того же количества воды потребуется больше топлива. Градирни также могут покрываться накипью и подвергаться коррозии, но если их не обрабатывать, теплая, грязная вода, которую они могут содержать, будет способствовать росту бактерий, и 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, напитками, фармацевтическими препаратами). В этих случаях плохая очистка воды может привести к дефектным продуктам. [ необходима цитата ]
Во многих случаях сточные воды из одного процесса могут быть пригодны для повторного использования в другом процессе, если подвергнуты соответствующей обработке. Это может сократить расходы за счет снижения платы за потребление воды, снизить расходы на утилизацию сточных вод из-за уменьшения объема и снизить затраты на электроэнергию за счет рекуперации тепла в переработанных сточных водах.Для устранения опасных химических веществ из воды применялись многочисленные процедуры очистки . [8]
Процессы, используемые для удаления загрязняющих веществ, включают физические процессы, такие как осаждение и фильтрация , химические процессы , такие как дезинфекция и коагуляция , и биологические процессы, такие как медленная фильтрация через песок .
Для очистки питьевой воды в муниципальных целях по всему миру используется комбинация из следующих процессов (в зависимости от сезона, а также загрязняющих веществ и химикатов, содержащихся в сырой воде).
Для безопасной утилизации загрязняющих веществ используются различные химические процедуры преобразования в конечные продукты или удаления загрязняющих веществ. [9]
Физические методы очистки воды/сточных вод основаны на физических явлениях для завершения процесса удаления, а не на биологических или химических изменениях. [9]
Наиболее распространенные физические методы:
Также называется «традиционным» лечением.
Химическое осаждение является распространенным процессом, используемым для снижения концентрации тяжелых металлов в сточных водах. Растворенные ионы металлов преобразуются в нерастворимую фазу путем химического взаимодействия с осаждающим агентом, таким как известь. В промышленных применениях для полного осаждения могут использоваться более сильные щелочи. При очистке питьевой воды эффект общего иона часто используется для снижения жесткости воды. [14]
Флотация использует присоединение пузырьков для отделения твердых веществ или диспергированных жидкостей от жидкой фазы. [15]
Мембранная фильтрация может удалять взвешенные твердые частицы и органические компоненты, а также 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 может быть сохранен. [16] [17] Аминофосфонаты могут быть добавлены для антискалантных свойств, чтобы поддерживать фильтрацию. [18]
Ионный обмен — это обратимый процесс ионного обмена, при котором нерастворимое вещество ( смола ) принимает ионы из электролитического раствора и высвобождает дополнительные ионы того же заряда в химически сопоставимом количестве, не изменяя структуру смолы. [19] [20]
Адсорбция — это процесс переноса массы, 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: физическая и химическая адсорбция, обычно известная как физисорбция и хемосорбция. [21] [22]
Активированные угли (АУ) или биологически активированный уголь (БАУ) [23] являются эффективными адсорбентами для широкого спектра загрязняющих веществ. 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 загрязняющих веществ из сточных вод. Стоимость активированного угля растет из-за нехватки коммерческого активированного угля (АУ). Благодаря большой площади поверхности, пористости и гибкости активированный уголь имеет большой потенциал в очистке сточных вод. [24]
Это метод, с помощью которого растворенные и взвешенные органические химические компоненты устраняются посредством биодеградации , при котором оптимальное количество микроорганизмов дается для повторного воспроизведения того же самого естественного процесса 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, производят конечные продукты, такие как минералы , углекислый газ и аммиак , в процессе биологического окисления. Минералы (продукты) остаются в сточных водах и сбрасываются со сточными водами . Микроорганизмы используют органические материалы в сточных водах для создания новых микробных клеток с плотной биомассой, которая устраняется путем осаждения в течение всего процесса биосинтеза. [26]
Многие развитые страны устанавливают стандарты, которые должны применяться в их собственной стране. В Европе это включает Европейскую директиву по питьевой воде [27] , а в Соединенных Штатах 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 руководящие принципы по стандартам, которые должны быть достигнуты. [28] Китай принял свой собственный стандарт питьевой воды GB3838-2002 (Тип II), принятый Министерством охраны окружающей среды в 2002 году. [29]
Там, где стандарты качества питьевой воды существуют, большинство из них выражены в виде рекомендаций или целевых показателей, а не требований, и очень немногие стандарты на воду 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 Соединенных Штатах, которые требуют соблюдения определенных стандартов.
Соответствующие технологические варианты очистки воды включают как общественные, так и бытовые точки использования (POU) или самостоятельные конструкции. [31] Такие конструкции могут использовать методы дезинфекции воды с помощью солнца , используя солнечное облучение для инактивации вредных микроорганизмов, передающихся через воду, напрямую, в основном с помощью компонента УФ-А солнечного спектра, или косвенно через присутствие оксидного фотокатализатора , обычно поддерживаемого TiO2 в его анатазной или рутильной фазах. [32] Несмотря на прогресс в технологии SODIS , военные излишки водоочистных установок, такие как ERDLator , по-прежнему часто используются в развивающихся странах. Более новые военные установки очистки воды с обратным осмосом (ROWPU) представляют собой портативные, автономные водоочистные установки, которые становятся все более доступными для общественного использования. [33]
Для того, чтобы сокращение заболеваний, связанных с водой, продолжалось, программы очистки воды, которые группы исследований и разработок начинают в развивающихся странах, должны быть устойчивыми для граждан этих стран. Это может гарантировать 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% потребляемой штатом электроэнергии идет на транспортировку воды среднего качества на большие расстояния, обрабатывая ее до высокого стандарта. [34] В районах с источниками высококачественной воды, которая течет самотеком к точке потребления, затраты будут намного ниже. Большая часть потребностей в энергии приходится на перекачку. Процессы, которые избегают необходимости перекачки, как правило, имеют общее низкое потребление энергии. Те технологии очистки воды, которые имеют очень низкое потребление энергии, включают капельные фильтры , медленные песчаные фильтры , гравитационные акведуки .
Исследование, проведенное в 2021 году, показало, что крупномасштабная программа хлорирования воды в городских районах Мексики значительно снизила показатели смертности от детских 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 коррозионному воздействию хлорирования, используемого для дезинфекции. [36] [37]
{{cite web}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )