Очистка воды - Water treatment

О лечебной воде см. Водное лечение (терапия).
Станция очистки воды Далекарлия, Вашингтон, округ Колумбия

Очистка воды любой процесс, улучшающий качественный из воды чтобы сделать его подходящим для конкретного конечного использования. Конечное использование может быть питьевой, промышленное водоснабжение, орошение, поддержание речного стока, отдых на воде или многие другие виды использования, включая безопасное возвращение в окружающую среду. Очистка воды удаляет загрязняющие вещества и нежелательных компонентов, или снижает их концентрацию, так что вода становится пригодной для ее желаемого конечного использования. Это лечение имеет решающее значение для здоровья человека и позволяет людям получать пользу как от питья, так и от орошения.

Очистка питьевой воды

Основные статьи: Очистка воды и Стандарты качества питьевой воды
Типичные процессы очистки питьевой воды

Лечение питьевая вода производство включает удаление загрязняющих веществ из сырой воды для производства воды, которая чистый достаточно для потребления человеком без какого-либо краткосрочного или долгосрочного риска неблагоприятного воздействия на здоровье. В целом, наибольший микробный риск связан с употреблением воды, загрязненной фекалиями человека или животных (включая птицы). Фекалии могут быть источником патогенных бактерий, вирусов, простейших и гельминтов. Уничтожение микробных патогенов имеет важное значение и обычно включает использование реактивных химических агентов, таких как взвешенные вещества, удалять бактерии, водоросли, вирусы, грибы, и минералы включая утюг и марганец. Эти вещества продолжают наносить большой вред нескольким менее развитым странам, не имеющим доступа к очистке воды.

Меры, принимаемые для обеспечения качества воды, связаны не только с обработкой воды, но и с ее транспортировкой и распределением после очистки. Поэтому обычной практикой является сохранение остаточных дезинфицирующих средств в очищенной воде для уничтожения бактериологического загрязнения во время раздачи.

Вода подается в жилые дома, для водопроводная вода или других применений, перед использованием можно дополнительно обработать, часто с использованием поточного процесса обработки. Такие методы лечения могут включать: умягчение воды или ионный обмен. Многие проприетарные системы также утверждают, что удаляют остатки дезинфицирующих средств и тяжелый металл ионы.[нужна цитата ]

Процессы

Пустой аэротенк для осаждения железа

Процессы, связанные с удалением загрязняющих веществ, включают физические процессы, такие как поселение и фильтрация, химические процессы Такие как дезинфекция и коагуляция, и биологические процессы, такие как медленная фильтрация песка.

Комбинация, выбранная из следующих процессов, используется во всем мире для муниципальной очистки питьевой воды.

Химическая

Емкости с песочными фильтрами для удаления осажденного железа (в настоящее время не работают)
  • Предварительнохлорирование для борьбы с водорослями и остановки биологического роста.
  • Аэрация наряду с предварительным хлорированием для удаления растворенного железа, если оно присутствует с небольшими количествами относительно марганца.
  • Дезинфекция для уничтожения бактерий, вирусов и других патогенов с использованием хлора, озона и ультрафиолетового света.

Физический

  • Седиментация для отделения твердых частиц, то есть удаления взвешенных твердых частиц, захваченных флоком.
  • Фильтрация для удаления частиц из воды либо путем прохождения через песчаный слой, который можно мыть и повторно использовать, либо путем прохождения через специально разработанный фильтр, который можно мыть.
  • Флотация растворенного воздуха для удаления взвешенных частиц.

Физио-химический

Также называется «обычным» лечением.

  • Коагуляция для флокуляция.
  • Коагулянтные средства, также известные как полиэлектролиты - для улучшения коагуляции и более прочного образования хлопьев.
  • полиэлектролиты или также известный в данной области как полимеры, обычно состоят либо из положительного, либо из отрицательного заряда, то, что используется, зависит исключительно от характеристик исходной воды очистной установки.
  • Обычно они используются в сочетании с первичным коагулянтом, таким как хлорид железа, сульфат железа или квасцы.

Биологические

Технологии

Технологии для питьевой воды и других целей хорошо разработаны, и доступны обобщенные конструкции, из которых можно выбрать процессы очистки для пилотных испытаний на конкретном источнике воды. Кроме того, ряд частных компаний предоставляют запатентованные технологические решения для обработки конкретных загрязнителей. Автоматизация водоподготовки широко распространена в развитых странах. Качество исходной воды в зависимости от времени года, масштаба и воздействия на окружающую среду может определять капитальные и эксплуатационные расходы. Конечное использование очищенной воды диктует необходимые технологии мониторинга качества, а имеющиеся на местах навыки обычно диктуют принятый уровень автоматизации.

Опреснение

Из соленой воды можно получить пресную. Используются два основных процесса: обратный осмос или же дистилляция.[1] Оба метода требуют больше энергии, чем водоочистка местных поверхностных вод, и обычно используются только в прибрежных районах или там, где вода, такая как грунтовые воды, имеет высокую соленость.[2][3]

Портативная очистка воды

Жизнь вдали от источников питьевой воды часто требует некоторой формы процесса очистки питьевой воды. Они могут различаться по сложности: от простого добавления дезинфицирующей таблетки в бутылку с водой туриста до сложных многоступенчатых процессов, переносимых на лодке или самолете в районы бедствия.

УчредительныйЕдиничные процессы
Мутность и частицыКоагуляция / флокуляция, седиментация, гранулированная фильтрация
Основные растворенные неорганические веществаСмягчение, аэрация, мембраны
Незначительные растворенные неорганические веществаМембраны
ПатогеныСедиментация, фильтрация, дезинфекция
Основные растворенные органические веществаМембраны адсорбционные

Стандарты

Основная статья: Стандарты качества питьевой воды

Многие развитые страны определяют стандарты, которые должны применяться в их собственных странах. В Европе это включает Европейская директива по питьевой воде[4] а в Соединенных Штатах Агентство по охране окружающей среды США (EPA) устанавливает стандарты в соответствии с требованиями Закон о безопасной питьевой воде. Для стран, не имеющих законодательной или административной базы для таких стандартов, Всемирная организация здоровья публикует рекомендации по стандартам, которые должны быть достигнуты.[5] Китай принял собственный стандарт питьевой воды GB3838-2002 (Тип II), принятый Министерство охраны окружающей среды в 2002.[6]

Там, где стандарты качества питьевой воды действительно существуют, большинство из них выражается в виде рекомендаций или целей, а не требований, и очень немногие стандарты воды имеют какую-либо правовую основу или подлежат исполнению.[7] Двумя исключениями являются Европейская директива о питьевой воде и Закон о безопасной питьевой воде в Соединенных Штатах, которые требуют юридического соответствия определенным стандартам.

Промышленная водоподготовка

Основная статья: Промышленная водоподготовка

Процессы

Два основных процесса промышленной очистки воды: очистка котловой воды и обработка охлаждающей воды. Правильная очистка большого количества воды может привести к реакции твердых частиц и бактерий в трубопроводах и корпусе котла. Паровые котлы могут страдать от накипи или коррозия при отсутствии лечения. Накипные отложения могут привести к слабому и опасному оборудованию, а для нагрева того же уровня воды требуется дополнительное топливо из-за повышения теплового сопротивления. Грязная вода плохого качества может стать питательной средой для таких бактерий, как Легионелла создавая риск для здоровья населения.

Коррозия в котлах низкого давления может быть вызвана растворенным кислородом, кислотностью и чрезмерной щелочностью. Поэтому водоподготовка должна удалять растворенный кислород и поддерживать в котловой воде соответствующие уровни pH и щелочности. Без эффективной обработки воды система охлаждающей воды может страдать от образования накипи, коррозии и загрязнения и может стать питательной средой для вредных бактерий. Это снижает эффективность, сокращает срок службы оборудования и делает работу ненадежной и небезопасной.[8]

Очистка котельной воды

Очистка котельной воды это тип промышленная очистка воды сосредоточены на удалении или химическом изменении веществ, потенциально опасных для котла. В разных местах используются разные виды лечения, чтобы избежать шкала, коррозия, или же вспенивание. Внешняя обработка исходной воды, предназначенной для использования в котле, направлена ​​на удаление примесей до того, как они попадут в котел. Внутренняя обработка внутри котла направлена ​​на ограничение способности воды растворять котел и поддержание примесей в формах, которые с наименьшей вероятностью вызовут проблемы, прежде чем они могут быть удалены из котла при продувке котла.

Обработка охлаждающей воды

Водяное охлаждение это метод высокая температура снятие с комплектующих и промышленного оборудования. Вода может быть более эффективным теплоносителем, где воздушное охлаждение неэффективен. В большинстве климатических зон вода предлагает теплопроводность преимущества жидкости с необычно высоким удельная теплоемкость и возможность испарительного охлаждения. Низкая стоимость часто позволяет утилизировать как отходы после однократного использования, но в контурах рециркуляции охлаждающей жидкости может быть повышено давление, чтобы исключить потери при испарении и обеспечить большую портативность и улучшенную чистоту. В контурах рециркуляции охлаждающей жидкости без давления с испарительным охлаждением требуется продувка отработанного потока для удаления примесей, сконцентрированных за счет испарения. К недостаткам систем водяного охлаждения можно отнести ускоренное коррозия и требования к техническому обслуживанию для предотвращения снижения теплопередачи от биообрастание или же шкала формирование. Химические добавки для уменьшения этих недостатков могут привести к токсичности сточных вод. Для охлаждения обычно используется водяное охлаждение. автомобиль двигатель внутреннего сгорания и крупные промышленные объекты, такие как ядерный и паровые электростанции, гидроэлектростанция генераторы, нефтеперерабатывающие заводы и химические заводы.

Технологии

Химическая обработка

Химическая обработка - это методы, принятые для того, чтобы сделать техническую воду пригодной для использования или сброса. К ним относятся химическое осаждение, химическая дезинфекция, химическое окисление, расширенное окисление, ионный обмен и химическая нейтрализация.[9]

Физическое лечение

Фильтрация удаляет частицы из воды, проходя через слой песка, например быстрый гравитационный фильтр, или в механическом фильтре.

Флотация растворенного воздуха удаляет взвешенные твердые частицы из воды.[10] Это достигается за счет растворения воздуха в воде под давлением и последующего выпуска воды / воздуха при атмосферном давлении во флотационный резервуар. Выпущенный воздух образует маленькие пузырьки, которые прилипают к взвешенному веществу, заставляя их всплывать на поверхность воды, откуда они могут быть удалены с помощью скиммеров или перелива.[10]

Биологическое лечение

Медленные песочные фильтры используйте биологический процесс для очистки сырой воды для производства питьевой воды.[11] Они работают с использованием сложной биологической пленки, которая естественным образом растет на поверхности песка. Эта студенистая биопленка называется гипогеальным слоем или Schmutzdecke находится в верхних нескольких миллиметрах слоя песка. Поверхность биопленки очищает воду, как она течет через слой, лежащий в основе песка обеспечивает опорную среду для биологического слоя обработки.[12] Schmutzdecke состоит из бактерий, грибов, простейших, коловраток и ряда личинок водных насекомых. По мере старения биопленки может развиваться больше водорослей и могут присутствовать более крупные водные организмы, включая мшанок, улиток и кольчатых червей. Когда вода проходит через гипогеальный слой, частицы вещества задерживаются в слизистой матрице, а растворимый органический материал адсорбируется. Загрязняющие вещества метаболизируются бактериями, грибами и простейшими.[11]

Медленные песочные фильтры обычно имеют глубину 1-2 метра и имеют скорость гидравлической нагрузки 0,2-0,4 кубических метра на квадратный метр в час.[12] Фильтры теряют свою эффективность, поскольку биопленка утолщается и снижает скорость потока. Фильтр восстанавливается путем удаления биопленки и тонкого верхнего слоя песка. Вода сливается обратно в фильтр и рециркулирует, чтобы дать возможность развиться новой биопленке. В качестве альтернативы влажное боронование включает перемешивание песка и промывку биослоя для утилизации..[12]

Физиохимическая обработка

(также называемый обычным лечением)

Химическая флокулянты используются для образования хлопьев в воде, которые улавливают взвешенные твердые частицы. Химическая полиэлектролиты используются для увеличения коагуляции взвешенных частиц и улучшения удаления.[13]

-Это состоит из первичного коагулянта, такого как сульфат железа и коагулянт катионный полимер мгновенного смешивания до того, как она попадет в резервуар для флокуляции. - После того, как исходная вода, подлежащая обработке, была мгновенно перемешана с первичным коагулянтом и полимер , затем их помещают в какой-то тип резервуара для флокуляции, где при медленном вращении или перемешивании воды химические вещества смешиваются вместе, и они могут образовывать так называемый «флокулянт», который затем оседает на дно резервуара для флокуляции. После того, как вода смешалась и образовался флок, он переходит на следующую стадию, которая будет Отстойник. Здесь процесс будет либо трубчатые отстойники или же пластинчатые поселенцы. Вода будет течь по этим трубам или пластинам, позволяя чистой воде течь в сточные воды отстойник, по которому «отстоявшаяся» вода будет поступать в фильтры для дальнейшей очистки. -Трубки / тарелки на стадии осаждения позволяют большей площади поверхности для оседания хлопьев. Эти пластины обычно расположены под углом 30-45 °, что позволяет частицам флокса собираться в трубках или пластинах и в конечном итоге попадать на дно поселение таз. - Обычно бывает ил система сбора, которая затем будет собирать все осевшие хлопья, также известные как ил, и перекачивать их или передавать отходы в декантировать резервуар или таз, куда он позже утилизируется. -Как только отстоявшаяся вода попала в фильтры и прошла через фильтры, она затем хранится в понятно хорошо, где вся отфильтрованная вода собирается для дополнительного химического добавления: pH наладчик хлор и т. д. - после соответствующего время контакта или же убивать время, вода покидает понятно хорошо и направляется к резервуарам для хранения или к распределению, вплоть до крана клиента для использования

Развивающиеся страны

Дальнейшая информация: Самостоятельное водоснабжение и канализация

Соответствующая технология варианты очистки воды включают в себя как общину, так и домашнюю точка использования (POU) или самообеспечение конструкции.[14] В таких конструкциях могут использоваться солнечная дезинфекция воды методы, использующие солнечное излучение для прямой инактивации вредных микроорганизмов, передающихся через воду, в основном за счет УФ-А-компонента солнечного спектра, или косвенно через присутствие оксида фотокатализатор, обычно поддерживается TiO2 в его анатаз или же рутил фазы.[15] Несмотря на прогресс в SODIS технологии, военные установки очистки излишков воды, такие как ERDLator все еще часто используются в развивающихся странах. Новый военный стиль Установки очистки воды обратным осмосом (ROWPU) - портативные автономные водоочистные сооружения, которые становятся все более доступными для общественного пользования.[16]

Чтобы борьба с болезнями, передаваемыми через воду, продолжалась, программы очистки воды, с которых начинают работать группы исследователей и разработчиков. развивающиеся страны должны быть устойчивыми гражданами этих стран. Это может обеспечить эффективность таких программ после отъезда исследовательской группы, поскольку мониторинг затруднен из-за удаленности многих мест.

Энергопотребление: водоочистные сооружения могут быть значительными потребителями энергии. В Калифорнии более 4% электроэнергии штата расходуется на транспортировку воды среднего качества на большие расстояния с ее обработкой в ​​соответствии с высокими стандартами.[17] В районах с высококачественными источниками воды, которые самотеком поступают к месту потребления, затраты будут намного ниже. Большая часть энергии требуется для перекачивания. Процессы, исключающие необходимость перекачивания, как правило, требуют низких энергозатрат. Технологии очистки воды с очень низким энергопотреблением, в том числе капельные фильтры, медленные песочные фильтры, сила тяжести акведуки.

Регулирование

Основная статья: Стандарты качества питьевой воды

Соединенные Штаты

В Закон о безопасной питьевой воде требует Агентство по охране окружающей среды США (EPA) установить стандарты качества питьевой воды в общественные системы водоснабжения (организации, обеспечивающие водой для потребления людьми не менее 25 человек не менее 60 дней в году).[18] Обеспечение соблюдения стандартов в основном осуществляется государственными органами здравоохранения.[19] Государства могут устанавливать стандарты более строгие, чем федеральные стандарты.[20]

EPA установило стандарты для более чем 90 загрязняющих веществ, разделенных на шесть групп: микроорганизмы, дезинфицирующие средства, побочные продукты дезинфекции, неорганические химические вещества, органические химические вещества и радионуклиды.[21]

EPA также определяет и перечисляет нерегулируемые загрязнители, которые могут потребовать регулирования. В Список кандидатов на загрязняющие вещества публикуется каждые пять лет, и EPA должно решить, следует ли регулировать не менее пяти или более перечисленных загрязнителей.[22]

Местные коммунальные предприятия питьевого водоснабжения могут подавать заявки на ссуды под низкие проценты для улучшения помещений через Государственный оборотный фонд питьевой воды.[23]

объединенное Королевство

В Соединенном Королевстве регулирование водоснабжения является переданным вопросом валлийский и Шотландские парламенты и Ассамблея Северной Ирландии.

В Англии и Уэльсе есть два регулирующих органа в сфере водоснабжения.

  • Орган регулирования водных услуг (Офват) - экономический регулятор водного сектора; он защищает интересы потребителей, способствуя эффективной конкуренции и обеспечивая выполнение компаниями водоснабжения своих уставных функций. Правление Ofwat состоит из председателя, главного исполнительного директора, исполнительных и неисполнительных членов. Штат около 240 человек.[24]
  • В Инспекция питьевой воды (DWI) обеспечивает независимую гарантию того, что приватизированная отрасль водоснабжения поставляет потребителям безопасную и чистую питьевую воду. DWI был основан в 1990 году и состоит из главного инспектора питьевой воды и команды из 40 человек.[25] Действующие стандарты качества воды определены в нормативном акте 2016 г. № 614 «Правила водоснабжения (качества воды) 2016 г.».[26]

Функции и обязанности органов официально определены в Законе о водном хозяйстве 1991 года (1991 c. 56) с поправками, внесенными Законом о воде 2003 года (2003 c. 37) и Законом о воде 2014 года (2014 c. 21).[27]

В Шотландии за качество воды отвечает независимый Регулятор качества питьевой воды (DWQR).[28]

В Северной Ирландии Инспекция питьевой воды (DWI) регулирует качество питьевой воды в государственных и частных источниках.[29] Текущие стандарты качества воды определены в Правилах водоснабжения (качества воды) (Северная Ирландия) 2017 года.[30]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Опреснение воды». Стэндфордский Университет. 16 декабря 2002 г.. Получено 29 октября 2019.
  2. ^ Lienhard, John H .; Тиль, Грегори П .; Уорсингер, Дэвид М .; Банчик, Леонардо Д. (8 декабря 2016 г.). «Низкоуглеродное опреснение: состояние и потребности в исследованиях, разработках и демонстрациях, отчет о семинаре, проведенном в Массачусетском технологическом институте совместно с Глобальным альянсом по опреснению чистой воды». Массачусетский Институт Технологий. HDL:1721.1/105755. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  3. ^ Rouzafay, F .; Шидпур, Р. (2020). «Время жизни и динамика носителей заряда в углеродных наноструктурах ZnO для обработки воды в видимом свете: исследование фемтосекундного переходного поглощения и фотолюминесценции». Экологическая химическая инженерия. 8 (5): 104097. Дои:10.1016 / j.jece.2020.104097.
  4. ^ «Законодательство: Обзор Директивы». Среда. Брюссель: Европейская комиссия. 2019-12-31.
  5. ^ Руководство по качеству питьевой воды, четвертое издание; Всемирная организация здоровья; 2011 г.
  6. ^ «Экологические стандарты качества поверхностных вод».
  7. ^ Какова цель руководящих принципов / правил качества питьевой воды?. Канада: Фонд безопасной питьевой воды. Pdf. В архиве 2011-10-06 на Wayback Machine
  8. ^ Чичек, В. (2013). «Коррозия и защита от коррозии в котлах». Катодная защита: промышленные решения для защиты от коррозии. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. ISBN  9781118737880.
  9. ^ Pal, Parimal (01.01.2017), Pal, Parimal (ed.), «Глава 2 - Технология химической обработки», Технологии промышленной очистки воды, Баттерворт-Хайнеманн, стр. 21–63, Дои:10.1016 / B978-0-12-810391-3.00002-3, ISBN  9780128103913
  10. ^ а б Вонг, Джо (2013). «Флотация растворенного воздуха». Водный мир. Получено 26 июн 2020.
  11. ^ а б SSWM University. «Медленная фильтрация песка». Университет SSWM. Получено 26 июн 2020.
  12. ^ а б c Б. Сизирич Йылдыз (2012). «Медленная фильтрация песка». Дои:10.1533/9780857096463.3.406. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  13. ^ SSWM University. «Коагуляция - Флокуляция». Университет SSWM. Получено 26 июн 2020.
  14. ^ «Руководство по очистке воды в домашних условиях». Центр доступного водоснабжения и санитарии, Канада. Март 2008 г.
  15. ^ «Песок как недорогая основа для фотокатализаторов диоксида титана». Просмотры материалов. Wiley VCH.
  16. ^ Линдстен, Дон К. (сентябрь 1984 г.). «Передача технологий: очистка воды, армия США гражданскому сообществу». Журнал трансфера технологий. 9 (1): 57–59. Дои:10.1007 / BF02189057. S2CID  154344107.
  17. ^ «Стоимость воды в Калифорнии». large.stanford.edu. Получено 2017-05-07.
  18. ^ Соединенные Штаты. Закон о безопасной питьевой воде. Pub.L.  93–523; 88 Стат.  1660; 42 U.S.C.  § 300f et seq. 1974-12-16.
  19. ^ «Приоритетная ответственность за обеспечение общественных систем водоснабжения». Требования к питьевой воде для государственных и общественных систем водоснабжения. Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). 2016-11-02.
  20. ^ Понимание Закона о безопасной питьевой воде (Отчет). EPA. Июнь 2004 г. EPA 816-F-04-030.
  21. ^ «Национальные правила первичной питьевой воды». Грунтовые воды и питьевая вода. EPA. 2019-09-17.
  22. ^ «Основная информация о CCL и нормативном определении». Список кандидатов на загрязняющие вещества. EPA. 2019-07-19.
  23. ^ «Государственный оборотный фонд питьевой воды». EPA. 2019-10-30.
  24. ^ «Наши обязанности». О нас. Лондон: Офват (Управление по регулированию водоснабжения). Получено 2020-10-23.
  25. ^ "Что мы делаем". О нас. Лондон: Инспекция питьевой воды. 2020-06-15.
  26. ^ «Правила водоснабжения (качества воды) 2016». Законодательные инструменты Великобритании. Лондон: Национальный архив, Великобритания.. Получено 2020-10-23.
  27. ^ "Закон о водном хозяйстве 1991 г.". Общие законы Великобритании. Лондон: Национальный архив, Великобритания.. Получено 2020-10-23.
  28. ^ «Регулятор качества воды заявляет, что качество водопроводной воды в Шотландии остается высоким». Новости. Эдинбург: Правительство Шотландии. 2019-08-05.
  29. ^ «Обязанности инспекции питьевой воды». Белфаст: Агентство окружающей среды Северной Ирландии. Получено 2020-10-23.
  30. ^ «Правила водоснабжения (качества воды) (Северная Ирландия) 2017». Уставные правила Северной Ирландии. Лондон: Национальный архив, Великобритания.. Получено 2020-10-23.

дальнейшее чтение

  • Eaton, Andrew D .; Фрэнсон, Мэри Энн Х. (2005). Стандартные методы исследования воды и сточных вод (21-е изд.). Американская ассоциация общественного здравоохранения. ISBN  978-0-87553-047-5.

внешняя ссылка