Нгуен Нгок Куи - Томский политехнический университет

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт - ИМОЯК
Направление подготовки (специальность)
- Нефтегазовое дело
- Физика
Междисциплинарная кафедра
РЕФЕРАТ
По дисциплине “Химия"
На тему: “ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЧИСТОЙ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ"
Выполнили студенты гр.152Б31
Нгуен Нгок Куи
гр.150Б31
Чан Тхи Ми Хуэ
Проверил преподаватель
Кашкан Г.В.
Томск 2013
Содержание
Введение..................................................................................................................... 3
Механические............................................................................................................. 3
Оборудование для процеживания воды ................................................................. 3
процеживание ......................................................................................................... 4
Основные закономерности процесса процеживания ............................................ 5
физико-химические .................................................................................................... 6
Фильтр для воды ..................................................................................................... 6
Ионообменные ........................................................................................................ 7
Обратный осмос ...................................................................................................... 7
Биологические ......................................................................................................... 7
Физико-химические ................................................................................................ 7
Физический способ дезинфекции .......................................................................... 7
Кипячение воды ................................................................................................... 7
Ультразвуковое воздействие ............................................................................... 7
Электрический разряд ......................................................................................... 7
Ультрафиолетовое облучение ............................................................................. 8
Озонирование ...................................................................................................... 8
Химический способ дезинфекции .......................................................................... 8
Основные дезинфектанты ........................................ Error! Bookmark not defined.
Биологические ............................................................................................................ 9
Выводы ..................................................................................................................... 10
Литературы ............................................................................................................... 10
Введение
Вода - неорганическое соединение, которое состоит из двух атомов водорода и
одного атома кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью.
При нормальных условиях вода представляет собой прозрачную жидкость, не
имеет цвета(в малом объёме), запаха и вкуса
70% нашего тела состоит из воды. Вода необходима для всех жизненных
действий.
Запасы питьевой воды
Больше двух третей поверхности нашей родной планеты покрыто водой. Из
всего объема только около 3% пресной воды для питья. Дело в том, что большая
часть пресной воды находится в ледниках и снежном покрове в самых
недоступных человеку местах, например, чуть не половина запасов воды в
Антарктиде. Кроме того, происходит загрязнение поверхностных и подземных
вод. Вода содержит , неорганические соли: гидрокарбонаты, хлориды и
сульфаты щелочноземельных (Са, Mg, Mn, Fe) и соли щелочных металлов (Na,
К), коллоидные частицы: частицы глины, соединения кремния, алюминия,
взвешенные вещества и микроорганизмы: вирусы, бактерии.
Таким образом, населению Земли доступна очень маленькая часть пригодной
для питья воды. Возникает эффект глобальной нехватки питьевой воды
Методы очистки воды . Существует несколько методов очистки воды от
нежелательных примесей и элементов:
механические
 физико-химические
 биологические
Наиболее дешевая —
выделения взвесей.

механическая
очистка —
применяется
для
1. Механические методы очистки воды
Оборудование для процеживания воды
Процеживание заключается в пропуске воды через слой осадка, лежащего на
поверхности водопроницаемых перегородок различных конструкций.
Глубокая очистка воды, обеспечивающая удаление примесей до
дисперсности 104–105, достигается только в том случае, когда процеживатель
включает слой осадка.
Они представляют собой резервуары
крупностью 0,3–1,0 мм, слоем 0,5 м.
с
мелкозернистой
загрузкой
В зависимости от мутности исходной воды в течение нескольких суток (чаще
всего – до 2 суток) на поверхности загрузки образуется слой осадка,
обеспечивающий требуемую степень очистки. За счет сорбции в этом слое может
наблюдаться некоторое понижение цветности воды.
Процеживание. Основным рабочим элементом процеживания мембранной
установки является полупроницаемая перегородка (мембрана), свободно
пропускающая молекулы воды, но не пропускающая частицы загрязнений в
зависимости от их дисперсности либо другого отличительного признака. Этот
метод позволяет получить задержанные примеси в высококонцентрированном
состоянии, она в большинстве случаев отличается простотой конструкций,
надежностью в эксплуатации, компактностью и легко автоматизируется. К
рассматриваемым технологиям обычно относят:
– процеживание для очистки воды, крупных или дестабилизированных
коллоидов;
– ультрафильтрация, предназначенная для удаления мелких частиц, коллоидов и
высокомолекулярных органических соединений.
– нано-фильтрация, позволяющая задерживать высокодисперсные коллоиды
и многовалентные ионы;
Эти способы очистки различаются аппаратурным оформлением,
особенностями
происходящих
процессов,
технико-экономическими
характеристиками, но все они основаны на принципе задержания частиц
примесей той или другой дисперсности.
Процеживание заключается в пропуске воды через слой осадка,
выполняющего роль мембраны, на поверхности которого задерживается,
крупные коллоидные частицы и коагулируются кинетически неустойчивые
коллоиды, а толщина слоя, являющегося мембраной, одновременно возрастает.
Процесс идет под давлением 0,1–0,2 мПа.
Ультрафильтрация осуществляется через мембрану, поры которой позволяют
задерживать мелкие коллоидные частицы и имеют радиус не менее 1,5 нм. Чаще всего
ультрафильтрация ведется при давлении 0,1–0,6 мПа.
При нано-фильтрации мембраны с порами малых размеров задерживают
ионные примеси, и концентрация молекул воды после очистки увеличивается.
Известно, что диффузия ионов и молекул, включая молекулы воды, вызывает их
перемещение из области высоких концентраций в область более низких. Таким
образом, прохождение через мембраны молекул воды в область более высоких
концентраций окажется невозможным, поскольку этому будет препятствовать
осмос.
Смысл применения нано-фильтрации в том, что осмотическое давление
будет уменьшено, так как значительная часть ионов пропускается через
мембраны. В результате этого для обратного осмоса потребуется создание
меньшего давления, что удешевляет процесс очистки.
Установки для процеживания
Основные закономерности процесса процеживания
,
где dW – объем фильтрата, образовавшегося за период dt ;
(9.2)
∆p – разность давлений по обе стороны фильтрующей перегородки;
F – площадь процеживания;
m – коэффициент динамической вязкости воды;
Rфn – сопротивление перегородки;
Rmud – сопротивление слоя осадка, накопившегося на перегородке к данному
моменту.
2. Физико-химические методы очистки воды.
Вода содержит
 растворенные вещества: (СО2,. О2, H2S, СН4)
 неорганические соли: гидрокарбонаты, хлориды и сульфаты
щелочноземельных (Са, Mg, Mn, Fe) и щелочных металлов (Na, К),
 коллоидные частицы: частицы глин, соединения кремния, алюминия
взвешенные вещества
 микроорганизмы: вирусы, бактерии.
низкое качество питьевой воды из централизованных систем водоснабжения
связано с повышенным содержанием в ней железа и марганца. Микробное
загрязнение нередко служит причиной кишечных инфекций, происходит
загрязнение воды органическими соединениями и серобактериями.
Фильтры для воды
Фильтр для воды — устройство для очистки воды от механических,
нерастворимых частиц, примесей, хлора и его производных, а также от вирусов,
бактерий, тяжелых металлов и т. д.
Процесс очистки воды имеет несколько стадий. Сначала удаляются
механические загрязнения, Для удаления из воды крупных частиц (свыше 5-50
микрон) используют сетчатые или дисковые фильтры грубой очистки, или
предфильтры, подсоединяемые к водопроводу
Ионообменные фильтры. Ионный обмен как метод обработки воды, в
основном для умягчения воды. Главное же преимущество ионного обмена то,
что из воды могут быть удалены железо и марганец, кальций и магний
находящиеся в растворенном состоянии.
Фильтры, работающие по принципу обратного осмоса. Метод обратного
осмоса является самым экологическим методом очистки воды. Удаляются
бактерии и вирусы, все вредные вещества (нитраты, нитриты, мышьяк, цианиды,
фтор, свинец, сульфаты, железо, хлор и т. п.). Поток воды продавливается через
обратно осмотическую мембрану . Происходит полное удаление солей из
жидкости.
Биологические фильтры. При биологической фильтрации воды происходит
очистка воды микроорганизмами, принимающими активное участие в обменных
процессах. Бактерии очищают воду от органических веществ, растворившихся в
ней, путем разложения их на нитраты. Биологическая очистка применяется в
основном в аквариумных фильтрах и в установках очистки сточных вод.
Физико-химические методы очистки.
Из физико-химических методов распространён метод сорбции — процесс
избирательного поглощения примесей из жидкостей или газов поверхностями
твердых материалов (адсорбентов). В качестве адсорбентов используются
мелкодисперсные материалы: зола, торф, опилки, шлаки и глина. Наиболее
эффективным сорбентом является активированный уголь. Сорбцию применяют
для очистки воды от растворимых примесей.
Физические способы дезинфекции.
Кипячение воды при атмосферном давлении в течение 10–12 мин
убивает все неспорообразующие микроорганизмы. После охлаждения споры в
этой воде прорастут (вторичное загрязнение). Кипячение требует большого
расхода энергии и не обладает длительным эффектом.
Этот метод используется для обеззараживания малых объемов воды: в
быту, полевых условиях, лабораториях, малых водоочистных установках и
других подобных случаях.
Ультразвуковое воздействие убивает большинство микроорганизмов
при интенсивности излучения не менее 2 Вт/см² и времени обработки не менее 5
мин. Работа генератора ультразвука требует большого расхода энергии и не
обладает длительным эффектом. Этот метод, также как и кипячение,
используется для обеззараживания малых объемов воды.
Электрический разряд в воде обладает высоким бактерицидным
эффектом. При разряде образуются ударные волны и свободные радикалы,
обладающие сильными окисляющими свойствами. В результате происходит
гибель большинства микроорганизмов. Электрический разряд в воде требует
большой
мощности
высоковольтного
генератора.
Поэтому
расход
электроэнергии составляет около 2 кВт ч на 1 м³ обрабатываемой воды.
Ультрафиолетовое облучение убивает микроорганизмы, но клеточные
стенки бактерий, грибков, белковые фрагменты вирусов остаются в воде. УФ
излучение требует большого расхода энергии и не обладает пролонгированным
эффектом. УФ лампы содержат ртуть (класс опасности 1) и требуют
специальных мер по утилизации.
Озонирование – самый эффективный и дорогой метод обеззараживания
воды. Озон используется на протяжении нескольких десятков лет в некоторых
европейских странах для дезинфекции, удаления цвета, улучшения вкуса и
устранения запаха. Его достоинства сильный окислитель, очень эффективен
против вирусов.
Химический способ дезинфекции
Самый распространенный способ среди химических методов – это
обеззараживание с помощью хлора. Хлор может вводиться в воду в двух
вариантах – либо в жидком, либо в газообразном состоянии.
На сегодняшний день самым эффективным признан метод хлорирования,
который был и остается самым популярным как для обеззараживания как
питьевой воды, так и промышленной воды. Это самый дешевый метод.
эффективныйокислитель и дезинфектант
Хлор эффективен для удаления неприятного вкуса и запахов, предотвращает
рост водорослей и био образований, разрушает органические соединения
(фенолы), окисляет железо и магний, разрушает сульфид водорода, цианиды,
аммиак и другие соединения азота
Но этот метод имеет некоторые недостатки:

повышенные требования к перевозке и хранению

потенциальный риск здоровью в случае утечки

образование побочных продуктов дезинфекции - тригалометанов.

образует броматы и броморганические побочные продукты.
Ультрафиолетовая обработка заключается в облучении воды
ультрафиолетом, способным убивать различные типы микроорганизмов, не
требует хранения и транспортировки химикатов, не образует побочных
продуктов, эффективен против микроорганизмов.
К недостаткам этого метода относится:

недостаточно глубокая очистка воды,

требует больших затрат на оборудование,

требует высоких энергетических затрат

дезинфицирующая активность зависит от состава воды: мутности,
жесткости (образования отложений на поверхности лампы), а также
колебаний в электрической сети, влияющих на изменение длины волны.
3. Биологические
Биологические методы очистки воды заключаются в том, что микроорганизмы в
процессе переработки органики, являющейся для них питательными веществом,
воздействуют на процессы окисления и восстановления различных органических
субстанций. Подобные субстанции образуют коллоидные системы или тонкие
суспензии, рассеянные в канализации. В ходе такой переработки сточных вод,
микроорганизмы очищают воду от твердых и жидких продуктов
жизнедеятельности человека и хозяйственно-бытовых органических
загрязнений.
Очистные системы, реализующие биологические методы очистки воды условно
можно подразделить на естественные и искусственные сооружения:
1. Очистные системы, обрабатывающие воду в условиях, приближенных к
естественным обстоятельствам.
Суть их работы заключается в том, что очистные сооружения фильтруют
воды через почву или водоемы. Таким образом, при помощи данных
систем можно очищать как поля орошения, так и естественные проточные
водоемы (пруды, ручьи и т.д.). В отличие от искусственных систем
очистки воды, здесь микроорганизмы обеспечиваются кислородом,
поступающим извне, без каких-либо дополнительных способов аэрации.
2. Очистные системы, работающие в искусственно созданных условиях.
Биологический метод очистки воды в данных системах заключаются в том,
что микроорганизмы очищают воды в аэротанках, а также аэро- и
биофильтрах. В процессе функционирования искусственно созданных
систем, микроорганизмы могут дышать кислородом благодаря
механической аэрации или диффундировавшего кислорода через
поверхность очищаемых вод.
Разрушение органических веществ микроорганизмами в аэробных и в
анаэробных условиях:
Аэробный процесс
С6Н12О6 +6О2 → 6СО2 +6Н2О + микробная биомасса + тепло
Анаэробный процесс
С6Н12О6 → 3СН4 + 3СО2 + микробная биомасса + тепло
Такая очистка воды более эффективна, чем та, что проводится в
естественных условиях. Она способствует более быстрому развитию
микроорганизмов и, соответственно, благотворно влияет на активность их
работы.
Выводы
Вода играет важную роль в жизни. С помощи этих способов мы можем
получить чистую питьевую воду. Эти способы получения чистой питьевой
воды не имеют смысла, если люди продолжают загрязнять воду. Поэтому мы
должны защитить свою чистую питьевую воду.
Литературы
1.
Белоусова А.П. Качество подземных вод. Современные подходы к
оценке. – М.: Наука, 2001. – 339 с.
2.
Шитиков В.К., Розенберг Г.С., Зинченко Т.Д. Количественная
гидроэкология: методы, критерии, решения: в 2 кн. – М.: Наука, 2005.
3.
Белоусова А.П. Индикаторы и индексы устойчивого развития
подземной части гидросферы. – М.,1998. – Деп. ВИНИТИ № 3878-В98. – 31 с.
1998.
4.
Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами –
М.: Госкомитет СССР по охране природы, 1975. – 30 с.
5.
Сает Ю. Е., Ревич Б. А., Янин Е. П. и др. Геохимия окружающей среды. –
М.: Недра, 1990.