Существует много методов обеззараживания воды по способу воздействия на микроорганизмы.

Но в промышленном масштабе основными являются только два.

Реагентный (химический) - воздействие на воду сильными окислителями (озон, газообразный хлор, диоксид хлора, хлорная известь, гипохлорит кальция, гипохлорит натрия, кислород, калий перманганат и другие;

Безреагентный (физический) - воздействие на воду УФ лучами.

Все методы можно подразделить на:

Химическое обеззараживание воды (хлорирование, озонирование, воздействие перманганатом калия, перекись водорода, йодом и т. п.)

Физическое обеззараживание воды (ультрафиолет, ультразвук и т. д.);

Термическое обеззараживание воды (кипячение);

Олигодинамические обеззараживание воды (обработка ионами благородных металлов);

Опресне́ние воды — удаление из воды растворённых в ней солей с целью сделать её пригодной для питья или для выполнения определённых технических задач.

Для питьевого водоснабжения пригодна вода с содержанием растворимых солей не более 0,001 г/мл. Поэтому практической задачей при опреснении воды (главным образом, морской) является уменьшение её избыточной солёности. Достигается это различными способами:

испарение (дистилляция), в т.ч.:

Обычная дистилляция,

Многостадийная флеш-дистилляция,

Дистилляция под низким давлением (вакуумная дистилляция),

Термокомпрессионная дистилляция,

замораживание[1],

Ионный обмен,

Электродиализ,

Обратный осмос,

Прямой осмос,

Гидродинамическое разделение (сепарация).

Опреснение воды для промышленных и бытовых нужд осуществляется на опреснительных установках. В зависимости от используемого метода, энергозатраты на кубический метр составляют от 0,7 кВт∙ч до 20 кВт∙ч (2,5–72 МДж)[2].

ОХЛАЖДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

При оборотном водоснабжении промышленного объекта охлаждающее устройство (охладитель) должно обеспечить охлаждение циркуляционной воды до температур, отвечающих оптимальным технико-экономическим показателям работы объекта.

Понижение температуры воды в охладителях происходит за счет передачи ее тепла воздуху. По способу передачи тепла охладители, применяемые в системах оборотного водоснабжения, разделяются на испарительные и поверхностные (радиаторные). В испарительных охладителях охлаждение воды происходит в результате ее испарения при непосредственном контакте с воздухом (испарение 1 % воды снижает ее температуру на 6°). В радиаторных охладителях охлаждаемая вода не имеет непосредственного контакта с воздухом. Вода проходит внутри трубок радиаторов, через стенки которых происходит передача ее тепла воздуху.

Так как теплоемкость и влагоемкость воздуха относительно невелики, для охлаждения воды требуется интенсивный воздухообмен. Например, для понижения температуры воды с 40 до 30° С при температуре воздуха 25° С на 1 м3 охлаждаемой воды к испарительному охладителю должно быть подведено около 1000 м3 воздуха, а к радиаторному охладителю, в котором воздух только нагревается, но не увлажняется,— около 5000 м3 воздуха.

Испарительные охладители по способу подвода к ним воздуха разделяются на открытые, башенные и вентиляторные. К открытым охладителям относятся водохранилища-охладители (или пруды-охладители), брызгальные бассейны, открытые градирни. В них движение воздуха относительно поверхности охлаждаемой воды обусловливается ветром и естественной конвекцией. В башенных охладителях — башенных 1радирнях — движение воздуха вызывается естественной тягой, создаваемой высокой вытяжной башней. В вентиляторных охладителях — вентиляторных градирнях — осуществляется принудительная подача воздуха с помощью нагнетательных или отсасывающих вентиляторов.

Радиаторны-е охладители, которые называют также «сухими градирнями», по способу подвода к ним воздуха могут быть башенными или вентиляторными.

Для охлаждения циркуляционной воды до достаточно низких температур требуется большая площадь контакта ее с воздухом — порядка 30 м2 на 1 м3/ч охлаждаемой воды. Соответственно этой рекомендации следует принимать площадь зеркала воды водохранилищ-охладителей. В градирнях необходимая площадь контакта создается путем распределения воды над оросительными устройствами, по которым она стекает под действием силы тяжести в виде тонких пленок или капель, разбивающихся при попадании на рейки на мельчайшие брызги. В брызгальных бассейнах для создания необходимой площади контакта с воздухом вода разбрызгивается специальными соплами на мельчайшие капли, суммарная поверхность которых должна быть достаточной для испарительного охлаждения.

Жесткая питьевая вода горьковата на вкус и оказывает отрицательное влияние на органы пищеварения (по нормам ВОЗ оптимальная жесткость воды составляет 1,0-2,0 мг-экв/л). В бытовых условиях избыток солей жесткости приводит к зарастанию нагревающих поверхностей, отложению солей на сантехнике и выводу ее из строя, снижению срока службы и поломке бытовых приборов.

В пищевой промышленности жесткая вода ухудшает качество продуктов, вызывая выпадения солей при хранении, образование подтеков на поверхностях и т.п. Поэтому жесткость воды, используемой для приготовления различных продуктов, четко регламентирована и находится на уровне 0,1-0,2 мг-экв/л.

В энергетике случайное кратковременное попадание жесткой воды в систему выводит из строя теплообменное оборудование, трубопроводы.

Процессы извлечения из воды солей Сa2+ и Mg2+ в водоподготовке называют умягчением. Относительно селективное удаление солей жесткости или умягчение воды может производится тремя методами:

реагентным умягчением;

ионным обменом;

нанофильтрацией.

— удаление из воды растворенных газов. Дегазация воды необходима при использовании воды на хоз.-питьевые и пром. цели, т. к. растворенные газы — кислород, свободная углекислота и сероводород — обусловливают или усиливают коррозионные свойства воды. Дегазация воды применяется в системах горячего водоснабжения, при подготовке питательной воды для котлов среднего и высокого давлений, при ионитовом умягчении и обессоливании воды, при обезжелезивании воды с помощью аэрации и в случаях использования подземных вод, содержащих растворенный сероводород.

Различают химические и физические способы дегазации воды. Сущность первых заключается в добавлении реагентов, к-рые связывают растворенные в воде газы, напр. обескислороживание воды путем добавки в нее гидразин-гидрата или путем фильтрации воды через фильтры, загруженные стальными стружками. В обоих случаях происходит связывание растворенного кислорода, к-рый при этом утрачивает коррозионные свойства. Чаще применяются более экономичные физич. способы дегазации воды: аэрация воды, содержащей удаляемый газ; создание условий, при к-рых растворимость газа в воде становится близкой к нулю. Аэрацией из воды могут быть удалены свободная углекислота и сероводород. Парциальное давление этих газов в атмосферном воздухе близко к нулю, поэтому создаются благоприятные условия для диффузии удаляемого газа из воды в пропускаемый через нее воздух. Вода аэрируется в спец. дегазаторах, в отдельных случаях используются брызгальные бассейны (при обезжелезивании воды). Наиболее употребительны пленочные дегазаторы, представляющие собой колонны, загруженные той или иной насадкой (кольца Рашига, дощатые щиты, дробленый кокс, щебень и др.). Дегазируемая вода стекает тонкой пленкой по насадке и омывается встречным потоком воздуха, подаваемого вентилятором. Воздух с удаленным из воды газом отводится из верхней части дегазатора в атмосферу, а вода стекает в приемный резервуар.

Физич. дегазацию применяют также при обескислороживании воды. Для удаления кислорода воду доводят до кипения, при к-ром растворимость всех газов близка к нулю. Вода доводится до кипения путем нагрева (термич. деаэраторы) либо при помощи понижения давления до такого, при к-ром вода кипит при данной ее темп-ре (вакуумные дегазаторы)

Обессоливание воды

Обессоливание воды означает уменьшение содержания в ней растворенных солей. Этот процесс называют также деионизацией, или деминерализацией. Для морских и засоленных (солоноватых) вод такой процесс называют опреснением.

Нормами на питьевую воду предусмотрено, что их солесодержание должно быть менее 1 г/л, и лишь по специальному решению разрешается использовать воду с солесодержанием до 1,5 г/л. Однако в ряде регионов поверхностные и подземные воды содержат больше солей. Морская вода, составляющая основной запас воды на Земле, содержит от 10 до 40 г/л солей. Для использования таких вод для питьевых целей ее подвергают опреснению.

Для многих процессов в теплоэнергетике, химии, электронике требуется вода, содержащая минимальные количества солей, вплоть до сверхчистой, которая практически их не содержит.

Существует несколько способов обессоливания:

термический;

ионообменный;

мембранные;

обратный осмос;

электродиализ;

комбинированные.

Для опреснения засоленных вод используется термический метод, обратный осмос и электродиализ. Потребление при ионном обмене реагентов и объем отходов пропорциональны солесодержанию очищаемой воды, и поэтому его применение считается экономически оправданным при содержании солей до 2 г/л.

Термический метод позволяет обессолить воду с любым солесодержанием.Во всем мире для опреснения морской воды наибольшее распространение получили установки обратного осмоса. Они обеспечивают получение воды с заданным высоким качеством. Лидирующее положение этого метода укрепляется по мере продолжающегося прогресса в технике изготовления мембран и дополнительного оборудования.

Для получения глубокообессоленной (деионизированной) воды используется как чисто ионообменная технология, так и ее комбинация с различными методами очистки, включающая обратный осмос. Термический метод, который ранее был обязателен для получения апирогенной воды для медицинских целей, и здесь уступил место обратному осмосу с УФ-облучением.

Для обессоливания воды дистилляцией (наиболее старый метод обессоливания) применяют испарители разных типов. Они различаются производительностью, конструкцией и видом потребляемой энергии. Обычно применяют электрические или паровые дистилляторы.

Испарители представляют собой котлы низкого давления, в которых поступающая вода превращается в бедный солями пар и концентрат со значительным солесодержанием, который непрерывно (или периодически) сбрасывается.

Для получения воды большей степени чистоты необходимо обеспечить медленное кипячение, чтобы тяжелые примеси не уносились паром и не попадали в дистиллят. С целью уменьшения расхода энергии ди-стилляционные установки выполняются многоступенчатыми. Однако с увеличением числа ступеней испарения увеличивается суммарная площадь поверхности нагрева аппаратов и соответственно возрастают капитальные затраты. Оптимальное число ступеней испарения и другие показатели установки обычно выбирают путем сравнения расчетных вариантов.

Одноступенчатые испарительные установки (дистилляторы) применяют при небольшом расходе обрабатываемой воды (не более 2—Зм3/ч).

В многоступенчатых установках вторичный пар каждой ступени, за исключением последней, используется в качестве греющего пара последующей ступени. Вторичный пар последней ступени конденсируется в хвостовом конденсаторе. С увеличением числа ступеней испарительной установки количество дистиллята, получаемого на единицу затраченной тепловой энергии, возрастает. На тепловых электростанциях обычно ограничивают число ступеней двумя — пятью.

Стабилизационная обработка воды

При эксплуатации различных систем возникает проблема их загрязнения.

Различные типы минеральных и органических загрязняющих веществ не редко объединяются или взаимно адсорбируются и образуют ил или «слизь» в виде вязкой массы, почти повсеместно встречающейся в теплообменниках. Неблагоприятные последствия этого явления таковы:

– одновременное загрязнение теплообменников, трубопроводов и охлаждающих устройств, приводящее к уменьшению пропускной способности и эффективности охлаждения;

- возникновение отложений, чреватое коррозией при «дифференцированной аэрации» (подшламовая коррозия);

- вероятность коррозии биологического типа

Для предотвращения образования отложения применяются реагенты, которые подразделяется на три основных класса:

- Ингибиторы коррозии

- Ингибиторы осадкообразования

- Биоциды.