水処理技術。 飲料水の浄化方法。 水処理

導入

何年も何世紀にもわたって、水処理は技術の一分野としては区別されず、ましてや化学技術の一分野としては区別されていませんでした。 経験的に発見された浄水技術と方法、主に抗感染症対策が使用されました。 したがって、水処理の歴史は、既知の化学プロセスやその応用が見出された、あるいは見出されつつある技術を、水の調製と浄化に適応させてきた歴史でもあります。 飲料水や工業用水の供給用の水の調製は、化学技術の他の分野とは根本的に異なります。水処理プロセスは、大量の水と非常に少量の溶解物質を使用して行われます。 これは、水の消費量が多いため大型の設備の設置が必要となり、水から抽出される物質の量が少ないため、必然的に「微細な」水処理方法の使用が必要となることを意味します。 現在、水処理技術の科学的基礎は、この技術分野の特定の特性を考慮して集中的に開発されています。 そして、水に関する最終的な知識についてさえ話すことができたとしても、そのような研究は完了には程遠いです。 高度な科学力と設計力、最高の機械製造能力が、水処理のニーズを満たすことを目的としていたと言っても過言ではありません。 それどころか、この業界への注目、したがって融資は残存ベースで最小限の金額で示されました。

水処理も過去12～15年にわたってロシアを襲った試練を経験している。 顧客も水処理装置の供給も、いわば個別化が進んでいます。 過去数年間、配達は原則として卸売でしたが、現在は主に小規模で単一です。 言うまでもなく、つい最近まで家庭用フィルターや自律給水システムはロシアで生産されておらず、定義上、これらは1つまたは複数のコピーで供給されています。 そして、そのような機器の輸入は非常に不足していました。 これまで水処理に縁のなかった多くの人が水処理に携わっていることになります。 また、水処理の専門家は少ないため、他の専門教育を受けた技術者が多く水を扱っています。 消費者に高品質の飲料水を提供するという仕事は、決して簡単とは言えません。

水の浄化と水処理のすべての方法を簡単に検討することさえほとんど不可能です。 ここで私たちは、さまざまな給水システムの処理プラントで最新の技術で実際に最も頻繁に使用されているものに読者の注意を向けたいと考えました。

1. 水の性質と組成

水は自然界で最も異常な物質です。 この一般的な表現は、水の性質が他の物質が従う物理法則にほとんど対応していないという事実によるものです。 まず第一に、天然水について話すとき、すべての判断は水そのものではなく、地球のさまざまな、実際にはすべての要素の水溶液に関連している必要があることを思い出してください。 これまで、化学的に純粋な水を得ることができませんでした。

1.1 水の物理的性質

水の極性非対称構造とその関係者の多様性が、水の驚くべき異常な物理的特性を決定します。 水はプラスの温度で最大密度に達し、蒸発熱、融解熱、比熱、沸点、凝固点が異常に高くなります。 大きい 比熱 15°C で -4.1855 J/(g°C) - 水塊のゆっくりとした加熱と冷却により、地球上の温度を調節するのに役立ちます。 たとえば、水銀の比熱容量は 20°C でわずか 0.1394 J/(g°C) です。 一般に、水の熱容量は他の化合物の熱容量の 2 倍以上です。 これは、エネルギー分野で作動流体として水が選択されることを説明できます。 水の異常な性質 - 冷凍すると体積が10％膨張 氷の浮遊を保証します。つまり、再び氷の下で生命を守ります。 水のもう一つの非常に重要な特性は、その非常に大きいことです。 表面張力 。 水の表面上の分子は、片側で分子間引力を受けます。 水中の分子間相互作用の力は異常に強いため、水面に「浮いている」分子は、いわば水層に引き込まれます。 水の表面張力は 25°C で 72 mN/m です。 特に、この特性は、無重力条件下での水の球形、土壌および樹木、植物などの毛細管内の水の上昇を説明します。

天然水 - 複雑な 分散系、さまざまな鉱物および有機不純物が含まれています。

一般に、天然水の水質は、特定の種類の水利用への適合性を決定するその組成と特性の特性を指しますが、品質基準は水の品質を評価するための特性です。

1.2. 浮遊不純物

浮遊固体 、自然水中に存在し、粘土、砂、シルト、浮遊有機および無機物質、プランクトン、およびさまざまな微生物の粒子で構成されています。 浮遊粒子は水の透明度に影響を与えます。

mg/lで測定される水中の浮遊不純物の含有量は、主に公称直径が1×10 - 4 mmを超える粒子による水の汚染のアイデアを与えます。 水中の懸濁物質の含有量が 2 ～ 3 mg/l 未満または規定値を超えているが、粒子の公称直径が 1 × 10-4 mm 未満の場合、水質汚濁は水の濁度によって間接的に決定されます。水。

1.3. 濁度と透明度

濁度 水は、さまざまな起源の不溶性またはコロイド状の無機および有機物質によって引き起こされる微細な不純物の存在によって引き起こされます。 濁度とともに、特に水にわずかな色や濁りがあり、その判断が難しい場合に使用されます。 « 透明性» .

1.4. 匂い

臭いの性質と強さ 天然水は官能的に判断されます。 臭気はその性質に基づいて 2 つのグループに分類されます。 自然起源 (水中で生きたり死んだりする生物、腐った植物の残骸など)。 人工起源（工業廃水および農業廃水の不純物）。 2 番目のグループ (人工起源) の臭気は、塩素、ガソリンなど、臭気を決定する物質によって名前が付けられます。

1.5. 味わって叩いて

区別する 4種類の水のフレーバー ：塩辛い、苦い、甘い、酸っぱい。 味覚の色合いの質的特徴、つまり味は、塩素、生臭い、苦いなどのように説明的に表現されます。 水の最も一般的な塩味は、水に溶けた塩化ナトリウムによって引き起こされることが多く、苦味は硫酸マグネシウムによって、酸味は過剰な遊離二酸化炭素などによって引き起こされます。

1.6. 彩度

水の色の強さを特徴づけ、有色化合物の含有量によって決定される水質指標は、白金コバルトスケールの度数で表され、試験水の色を標準と比較することによって決定されます。 彩度 天然水の温度は、主にフミン物質と第二鉄化合物の存在によって決まり、その範囲は数度から数千度です。

1.7. 石灰化

石灰化 - 水の化学分析中に検出されたすべての鉱物物質の合計含有量。 天然水の比導電率を決定する天然水の鉱化は、幅広い範囲内で変化します。 ほとんどの河川では、1 リットルあたり数十ミリグラムから数百ミリグラムの鉱化が行われています。 比導電率は 30 ～ 1500 µS/cm の範囲で変化します。 地下水と塩湖の鉱化は、40〜50 mg/l から数百 g/l の範囲で変化します（この場合の密度はすでに単位とは大きく異なります）。 電気伝導性 大気中の降水量 3 ～ 60 mg/l の石灰化は 10 ～ 120 μS/cm です。 天然水の鉱化はいくつかのグループに分けられます。 淡水の制限値である 1 g/kg は、鉱化作用がこの値を超えると、水の味が不快なもの（塩味または苦塩味）になるという事実に基づいて設定されました。

1.8. 電気伝導性

電気伝導性 水溶液が電流を流す能力を数値で表したものです。 水の電気伝導率は主に、溶解した無機塩の濃度と温度に依存します。

電気伝導率の値に基づいて、水の鉱化をおおよそ判断できます。

水

水の種類 塩分濃度、

1.9. 剛性

水の硬度 水中のカルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、鉄、マンガンイオンの存在によって引き起こされます。 しかし、天然水中のカルシウムおよびマグネシウムイオンの総含有量は、リストされている他のすべてのイオンの含有量、さらにはそれらの合計よりも比較にならないほど多くなります。 したがって、硬度はカルシウムイオンとマグネシウムイオンの量の合計、つまり炭酸塩（一時的な、沸騰によって除去される）硬度と非炭酸塩（永久）硬度の値からなる総硬度として理解されます。 1 つ目は水中の重炭酸カルシウムとマグネシウムの存在によって引き起こされ、2 つ目はこれらの金属の硫酸塩、塩化物、ケイ酸塩、硝酸塩、リン酸塩の存在によって引き起こされます。 ただし、水の硬度が 9 mmol/l を超える場合は、水中のストロンチウムおよびその他のアルカリ土類金属の含有量を考慮する必要があります。

500 以上の用語が含まれる ISO 6107-1-8:1996 規格によれば、硬度は水が石鹸で泡を形成する能力として定義されています。 ロシアでは、水の硬度は mmol/l で表されます。 硬水では、通常のナトリウム石鹸は（カルシウムイオンの存在下で）不溶性の「カルシウム石鹸」に変化し、役に立たないフレークを形成します。 そして、この方法で水中のすべてのカルシウム硬度が除去されるまで、泡の形成は始まりません。 水の硬度が 1 mmol/l の場合、このような水の軟化には理論的には 305 mg、実際には最大 530 の石鹸が必要です。しかし、もちろん、主な問題はスケールの形成によるものです。

硬度による水の分類 (ミリモル/リットル): 水族 測定単位、mmol/l

非常に柔らかい………………..最大 1.5

ソフト…………………….1.5 - 4.0

中硬度…………4〜8

ハード…………………… 8 - 12

非常に難しい……………….12以上

1.10. アルカリ性

アルカリ性 水 水に含まれる弱酸アニオンとヒドロキシルイオンの総濃度（mmol/lで表す）であり、実験室での試験中に塩酸または硫酸と反応して、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の塩化物塩または硫酸塩を形成します。 水のアルカリ度は次の形態に分類されます：重炭酸塩（炭化水素塩）、炭酸塩、水和物、リン酸塩、ケイ酸塩、フミン酸塩 - アルカリ度を決定する弱酸のアニオンに応じて。

天然水のアルカリ性、通常の pH は< 8,35, зависит от присутствия в воде бикарбонатов, карбонатов, иногда и гуматов. Щелочность других форм появляется в процессах обработки воды.

天然水のアルカリ度はほとんどの場合重炭酸塩によって決まるため、このような水では総アルカリ度は炭酸塩硬度と等しいとみなされます。

1.11. 有機物

範囲 有機不純物非常に広い：

フミン酸およびその塩 - フミン酸ナトリウム、カリウム、アンモニウム。

工業由来の不純物がいくつかあります。

アミノ酸およびタンパク質の一部。

フルボ酸（塩）およびフミン酸およびその塩 - カルシウム、マグネシウム、鉄のフミン酸塩。

さまざまな起源の脂肪。

微生物を含むさまざまな起源の粒子。

水中の有機物の含有量は、水の酸化力、有機炭素量、生物化学的酸素要求量、紫外領域の吸収などを測定する方法を用いて評価されます。 特定の条件下で強力な化学酸化剤の1つによって酸化される、水中の有機物質および鉱物物質の含有量を特徴付ける値は、と呼ばれます。 酸化性 。 水の酸化性には、過マンガン酸塩、重クロム酸塩、ヨウ素酸塩、セリウムなどのいくつかの種類があります (最後の 2 つを決定する方法はほとんど使用されません)。 酸化力は、水1リットル中に含まれる有機物を酸化する試薬の量に相当する酸素のミリグラム数で表されます。 地下水（自噴水）には有機不純物はほとんどなく、地表水には「有機物」が存在します。 決定的な程度もっと。

2. 水処理方法の選択

水処理方法は、原水の組成とその水質を比較し、規制文書によって規制されるか、水の消費者によって決定されることによって選択される必要があります。 浄水方法の予備選択後、当面の課題に基づいてその使用の可能性と条件が分析されます。 ほとんどの場合、結果はいくつかの方法を段階的に実装することで達成されます。 したがって、水処理方法自体の選択とその順序の両方が重要です。

水処理方法は約 40 種類ありますが、ここでは最も頻繁に使用される方法のみを説明します。

2.1.物理化学プロセス 水処理

これらのプロセスの特徴は、化学試薬を使用して汚染物質を形成する粒子のサイズを不安定にして大きくし、その後固体粒子を液相から物理的に分離することです。

2.1.1. 凝集と凝集

凝集と凝集は、物理的水処理と化学的水処理の 2 つのまったく異なる要素です。

凝固 - これは、コロイド粒子 (直径 1 ミクロン未満のボールと同様) の不安定化が起こる段階です。

凝固という言葉は、「凝集する、くっつく、蓄積する」を意味するラテン語の「coagulare」に由来しています。 水処理では、分散したコロイド粒子がフロックまたはマイクロフロックと呼ばれる大きな凝集体に集められる水懸濁液に化学物質を添加することによって凝固が行われます。

コロイドは水中に懸濁した不溶性粒子です。 これらの粒子はサイズが小さい (1 ミクロン未満) ため、非常に安定しています。 パーティクルはさまざまな起源を持つことができます。

鉱物：シルト、粘土、シリカ、金属水酸化物、金属塩など。

オーガニック: フミン酸、フルボ酸、染料、界面活性剤、

等

注: 細菌、プランクトン、藻類、ウイルスなどの微生物もコロイドとみなされます。

懸濁粒子の安定性、ひいては不安定性が決定要因となる さまざまな力によって引力と斥力:

分子間相互作用の力

静電力

地球の重力によって

ブラウン運動に関与する力

凝固は物理的プロセスと化学的プロセスの両方です。 粒子と凝固剤の間の反応により、凝集体の形成とその後の沈殿が生じます。 カチオン性凝固剤はコロイドのマイナス電荷を中和し、マイクロフレークと呼ばれるゆるい塊を形成します。

凝固メカニズムは次の 2 つのステップに減らすことができます。

1- 電荷の中和: コロイドに反発作用を及ぼす電荷の減少に相当します。

2- 粒子凝集体の形成。

現在、主に鉱物性凝集剤が使用されています。 それらは主に鉄塩またはアルミニウム塩をベースとしています。 これらは最も一般的に使用される凝固剤です。 ここでのカチオンの電荷は、水と接触すると水酸化鉄または水酸化アルミニウムから形成される金属イオンによって生成されます。 このような凝固剤の主な利点は、多用途性と低コストです。

凝固 - これは、水と廃水の物理的および化学的浄化プロセスの中間段階ですが、非常に重要な段階です。 これはコロイド粒子の除去の最初のステップであり、その主な機能は粒子を不安定にすることです。 不安定化は主に粒子の表面に存在する電荷を中和することで構成され、これによりコロイドの凝集が促進されます。

凝集 - これは、不安定化したコロイド粒子 (または凝固段階で形成された粒子) が凝集体に収集される段階です。

凝集段階は、粒子がすでに不安定になっている水中でのみ起こります。 これは論理的に凝固に続く段階です。 凝集剤は、その電荷と非常に高い分子量 (長いモノマー鎖) を備えており、不安定な粒子を固定し、ポリマー鎖に沿って凝集させます。 その結果、凝集段階では水相中の粒子サイズの増大が起こり、それが凝集の形成として表れます。

不安定化した粒子と凝集剤の間の結合は、通常、イオンと水素です。

2.2. ろ過による水の浄化

水処理の初期段階は、原則として、浮遊不純物からの解放、つまり水の浄化であり、前処理として分類されることもあります。

フィルタリングにはいくつかの種類があります。

- 緊張する - フィルター材の細孔サイズは、保持される粒子のサイズよりも小さい。

- フィルム濾過 - 特定の条件下では、特定の初期期間の後、フィルター材料は懸濁物質の膜で包まれ、その上にフィルター材料の孔径よりもさらに小さい粒子（コロイド、小さな細菌、大きなウイルス）が保持される可能性があります。

- 容積濾過 - フィルター材の層を通過する懸濁粒子は、フィルター材の顆粒と繊維の間の亀裂内で移動の方向と速度を繰り返し変化させます。 したがって、フィルターの汚れ保持能力は非常に大きくなり、フィルム濾過よりも大きくなります。 布地、セラミック、および不織布繊維フィルターエレメントを備えたほとんどすべてのフィルターでの濾過は、前述の最初の 2 つのタイプに従って実行されます。 きめの細かいバルク フィルターでは - 2 番目のタイプに従って、粗粒のバルク フィルターでは - 3 番目のタイプに従って。

2.2.1. 粒度の高い負荷によるフィルターの分類

粒状フィルターは主に、固相含有量が無視でき、沈殿物に価値がない液体の浄化に使用され、フィルターの主な目的は天然水を浄化することです。 これらは水処理技術で最も広く使用されているものです。 主要なフィルターの数によるフィルターの分類兆候:

♦ 濾過速度:

遅い (0.1-0.3 m/h);

救急車 (5-12 m/h);

超高速 (36-100 m/h)。

♦ 彼らが働くプレッシャー:

オープンまたは自由に流れる。

プレッシャー;

♦ フィルター層の数:

単層;

二重層。

多層。

最も効果的で経済的なのは多層フィルターです。多層フィルターでは、汚れの保持能力とろ過効率を高めるために、負荷は異なる密度と粒子サイズの材料で構成されています。層の上部には大きな軽い粒子があり、層の底には軽い粒子があります。小さくて重いものです。 下方ろ過では、大きな汚染物質は上部の充填層に保持され、残りの小さな汚染物質は下部の層に保持されます。 このようにして、積載量全体が機能します。 浄化フィルターは、サイズが 10 ミクロンを超える粒子を保持するのに効果的です。

2.2.2. ろ過技術

懸濁粒子を含む水は、懸濁粒子を保持する粒状負荷中を移動し、浄化されます。 プロセスの効率は、不純物、フィルター媒体、および流体力学的要因の物理化学的特性に依存します。 負荷の厚さに汚染物質が蓄積すると、自由細孔容積が減少し、負荷の水圧抵抗が増加します。これにより、負荷の圧力損失が増加します。

一般に、濾過プロセスはいくつかの段階に分けることができます。水流からフィルター材の表面への粒子の移動。 粒子上および粒子間の亀裂に粒子が固定される。 固定粒子の分離と水流への戻り。 水からの不純物の除去と、装入された穀物への不純物の固定は、付着力の影響下で行われます。 荷重粒子上に形成された堆積物は壊れやすい構造をしており、流体力の影響で破壊される可能性があります。 以前に付着した粒子の一部は、小さなフレークの形で積載物の粒子から引き剥がされ、その後の積載物の層 (サフュージョン) に移動し、そこで再び細孔チャネル内に保持されます。 したがって、水の浄化のプロセスは、付着と浸透のプロセスの総合的な結果として考慮される必要があります。 粒子の付着強度が分離強度を超える限り、各基本荷重層の軽量化が発生します。 負荷の上層が飽和すると、濾過プロセスは下層に移動します。濾過ゾーンは、フィルター材がすでに汚染物質で飽和している領域から流れの方向に移動するように見え、浸透プロセスが優先的に下層に進みます。フレッシュロードの領域。

その後、フィルター充填層全体が水の汚染物質で飽和し、必要な程度の水の浄化が達成されなくなる時期が来ます。 積み込み口の浮遊物質の濃度が増加し始める。

水が一定の程度まで浄化されるまでの時間を、 ロード保護時間 。 この圧力損失に達したとき、または最大圧力損失に達したとき、清澄フィルターはほぐし洗浄モードに切り替える必要があり、負荷が水の逆流で洗浄され、汚染物質がドレンに排出されます。

フィルターによる粗大懸濁物質の保持可能性は主にその質量に依存します。 微細な懸濁液とコロイド粒子 - 表面力による。 懸濁粒子の電荷は重要です。なぜなら、同じ電荷のコロイド粒子は結合して集合体を形成したり、拡大したり、沈降したりすることができないからです。電荷はそれらの接近を妨げます。 この粒子の「疎外」は人工的な凝集によって克服されます。 凝固の結果として、より小さな（一次）粒子のクラスターからなる大きな（二次）粒子である凝集体が形成されます。 原則として、凝固（場合によってはさらに凝集）は、沈降タンク - 清澄槽で行われます。

多くの場合、このプロセスは、石灰処理、ソーダ石灰処理、または苛性ソーダ軟化処理による水の軟化処理と組み合わせられます。 従来の清澄フィルターでは、フィルム濾過が最もよく観察されます。 容積濾過は、2 層フィルターといわゆる接触清澄器で構成されます。 フィルターには、粒径 0.65 ～ 0.75 mm の珪砂の下層と、粒径 1.0 ～ 1.25 mm の無煙炭の上層が充填されています。 大きな無煙炭粒子の層の上面には膜が形成されず、浮遊不純物が層の奥深く、つまり細孔に浸透し、粒子の表面に堆積します。 無煙炭層を通過した浮遊物質は保持される 最下層砂。 無煙炭の密度は珪砂の密度の半分であるため、フィルターを緩めるとき、砂と無煙炭の層は混合しません。

3. イオン交換精製方法

イオン交換水からいくつかのイオンを抽出し、他のイオンと置き換えるプロセスです。 このプロセスは、イオン交換物質（陽イオンまたは陰イオンと交換できる酸性基または塩基性基を構造内に持つ水に不溶の人工粒状物質、特殊な不織布素材、または天然ゼオライト）を使用して実行されます。

イオン交換技術は、水の軟化と脱塩に現在最も使用されています。 この技術により、さまざまな産業施設やエネルギー施設の基準を満たす水質の実現が可能になります。

イオン交換法による酸性洗浄水の精製は、水不溶性イオン交換体の能力に基づいて水溶性塩とイオン交換を行い、そのカチオンまたはアニオンを溶液から抽出し、等量のイオンを溶液中に放出します。 、再生中にカチオン交換体とアニオン交換体が定期的に飽和します。

イオン交換浄水法は、水を金属イオンやその他の不純物から脱塩して浄化するために使用されます。 イオン交換の本質は、等量のイオン交換体イオンと引き換えに電解質溶液からイオンを取り出すイオン交換材料の能力にあります。

水の浄化はイオン交換体、つまり0.2...2 mmの顆粒の形で作られた合成イオン交換樹脂によって行われます。 イオン交換体は、その表面に可動イオン（カチオンまたはアニオン）を有する水不溶性ポリマー物質から作られ、特定の条件下で水に含まれる同じ符号のイオンと交換反応を起こします。

固体吸着剤の表面による分子の選択的吸着は、吸着剤の不均衡な表面力が分子に作用することによって起こります。

イオン交換樹脂には再生能力があります。 イオン交換体の有効交換容量が枯渇すると、イオンを交換する能力が失われるため、再生する必要があります。 再生は飽和溶液を使用して実行されますが、その選択はイオン交換樹脂の種類によって異なります。 回復プロセスは、原則として自動的に行われます。 再生には通常約 2 時間かかり、そのうちほぐすのに 10 ～ 15 分、再生溶液のろ過に 25 ～ 40 分、洗浄に 30 ～ 60 分かかります。 イオン交換精製は、陽イオン交換体と陰イオン交換体を通して水を順次濾過することによって行われます。

水中の不純物の種類と濃度、および必要な浄化効率に応じて、さまざまな方式のイオン交換プラントが使用されます。

3.1. カチオン化

カチオン化 名前が示すように、水から溶解したカチオンを抽出するために使用されます。 カチオン化 - イオン交換法を使用した水処理プロセス。その結果、陽イオンが交換されます。 カチオン交換体の体積内に存在するイオンの種類 (H+ または Na+) に応じて、カチオン化の主なタイプはナトリウム カチオン化と水素カチオン化の 2 種類に区別されます。

3.1.1. ナトリウムカチオン化

ナトリウム陽イオン交換法 懸濁物質含有量が 8 mg/l 以下、水の色が 30 度以下の水を軟化させるために使用されます。 水の硬度は、1段階のナトリウムカチオン化では0.05〜0.1 mEq/lの値に低下し、2段階のナトリウムカチオン化では0.01 mEq/lの値に低下します。 ナトリウムのカチオン化のプロセスは、次の交換反応によって説明されます。

Na-陽イオン交換体の再生は、食塩の 5 ～ 8% 溶液を 3 ～ 4 m/h の速度で濾過することによって達成されます。

再生ソリューションとしての食塩の利点:

1.安い。

2. アクセシビリティ。

3. 再生製品は廃棄が簡単です。

3.1.2. 水素カチオン化

水素陽イオン交換法 深層水の軟化に使用されます。 この方法は、交換イオンとして水素陽イオンを含む陽イオン交換体の層を通して処理水を濾過することに基づいています。

水の水素カチオン化中、プロセス中に生成される酸により、濾液の pH が大幅に低下します。 軟化反応中に放出される二酸化炭素は、脱気によって除去できます。 この場合のN-カチオン交換体の再生は、4〜6%の酸性溶液を使用して実行されます。

3.1.3. その他のカチオン化方法

ナトリウム塩素イオン化法 原水の総硬度、総アルカリ度、および鉱化を低下させ、ボイラー水の潜在的なアルカリ攻撃性の基準を高め（相対アルカリ度を下げる）、蒸気中の二酸化炭素と蒸気ボイラーのパージ値を削減する必要がある場合に使用されます。 1 つのフィルターでナトリウム カチオン樹脂の層を通して、次に別のフィルターで最初に塩素アニオン交換体、次にナトリウム カチオン交換体の層を通して濾過することによって。

水素ナトリウムカチオン化 （水素陽イオン交換フィルターの通常または「枯渇」再生と並行してまたは順次に組み合わせて） - 水の総硬度、総アルカリ度、および鉱化を低下させるだけでなく、ボイラー水の潜在的なアルカリ攻撃性の基準を高めるために、蒸気中の二酸化炭素含有量を減らし、ボイラーのブローダウンを減らします。

アンモニウムナトリウムカチオン化 塩素ナトリウムのイオン化と同じ目的を達成するために使用されます。

3.2. アニオン化

アニオン化 、名前が示すように、水から溶解した陰イオンを抽出するために使用されます。 すでに予備的なカチオン化が行われた水は、アニオン化の対象となります。 陰イオン交換フィルターの再生は通常アルカリ(NaOH)で行われます。 陰イオン交換体の有効交換容量が使い果たされた後、陰イオン交換体は再生されます。強塩基性陰イオン交換体と弱塩基性陰イオン交換体の両方が、水から強酸性陰イオンを吸収することができます。 弱酸の陰イオン (炭酸やケイ素) は、強塩基性陰イオン交換体によってのみ吸収されます。強塩基性陰イオン交換体の場合、再生剤として NaOH 溶液が使用されます (したがって、このプロセスは水酸化物陰イオン化とも呼ばれます)。 イオン交換のメカニズムとアニオン化プロセスの技術に対するさまざまな要因の影響は、多くの点でカチオン化プロセスへの影響と似ていますが、大きな違いもあります。 弱塩基陰イオン交換体は、さまざまな陰イオンをさまざまな程度で吸着できます。 一般に、前の各イオンが次のイオンよりも積極的に、より大量に吸収される特定の系列が観察されます。

イオン化による脱塩の技術チェーンでは、水からケイ酸アニオンと、場合によっては炭酸アニオンを除去する必要がある場合、水素カチオンおよび弱塩基性アニオン交換フィルターの後に、強塩基性アニオン交換フィルターが提供されます。 トップスコアで得られます 低い値 pH および水のほぼ完全な除去。 原水に有機不純物が含まれる場合の陰イオン交換体の使用には、それぞれの特徴があります。

3.3. イオン法による水の脱塩

強酸の陰イオンから廃水を浄化するには、強酸性陽イオン交換体と弱塩基性陰イオン交換体を使用した、一段階のH-陽イオン化とOH-陰イオン化の技術スキームが使用されます。

塩の除去を含む廃水のより深い浄化には、強酸性陽イオン交換体での 1 段階または 2 段階の H-陽イオン化が使用され、続いて弱塩基陰イオン、次に強塩基陰イオンでの 2 段階の OH-陰イオン化が使用されます。交換機。

廃水に大量の二酸化炭素とその塩が含まれる場合、強塩基性陰イオン交換体の能力は急速に低下します。 消耗を減らすために、陽イオン交換フィルター後の廃水は、ラシヒ リングで作られたノズルを備えた特別な脱気装置またはその他の装置で脱気されます。 pH 値を約 6.7 に確保し、弱酸のアニオンから廃水を浄化する必要がある場合は、第 2 段階のアニオン交換フィルターの代わりに、強酸性カチオン交換体と強塩基性アニオンの混合物を充填した混合作用フィルターを使用します。交換機が使われています。

イオン交換による水を脱塩する方法は、H-カチオン交換樹脂フィルター、次に OH-、HCO 3 - または CO 3 - アニオン交換樹脂フィルターによる水の連続濾過に基づいています。 、水に含まれる陽イオンが水素陽イオンに交換されます。 水が H-陽イオン交換交換体の後に通過する OH-陰イオン交換フィルターでは、形成された酸の陰イオンが OH- イオンに交換されます。 H-OH フィルターに供給される水の要件:

浮遊物質 - 8 mg/l 以下。

総塩分 - 最大 3 g/l;

硫酸塩および塩化物 - 最大 5 mg/l;

色 - 30度以下;

過マンガン酸塩の酸化 - 最大 7 mg O 2 /l;

総鉄 - 0.5 mg/l 以下;

石油製品 - なし。

遊離活性塩素 - 1 mg/l 以下。

原水がこれらの要件を満たさない場合は、事前に水処理を行う必要があります。

必要な淡水化深度に応じて、1段、2段、3段の設備が設計されていますが、いずれの場合も交換能力の高い強酸性H-陽イオン交換体を使用して水中の金属イオンを除去します。

一段イオン交換ユニットは、塩分含有量が最大 1 mg/l (ただし 20 mg/l 以下) の水を生成するために使用されます。

一段式イオン交換装置では、水は H-陽イオン交換体を備えたフィルターのグループを通過し、次に弱塩基性陰イオン交換体を備えたフィルターのグループを通過します。 遊離一酸化炭素 (CO 2 ) は、ソーダまたは重炭酸塩の溶液で再生される場合、カチオンまたはアニオン フィルターの後に設置された脱気装置で除去されます。 各グループには少なくとも 2 つのフィルターが必要です。

3.4. イオン化による水の脱塩

水の脱塩 - 総硬度、総アルカリ度、シリコン化合物の含有量など、水の石灰化を減らすように設計された方法。 水の脱塩のイオン交換法は、水素陽イオン交換体、次に HCO 3 -、OH -、または CO 3 -陰イオン交換フィルターによる水の連続濾過に基づいています。 カチオンが結合したアニオンから等量の酸が濾液中に形成されます。 炭化水素の分解中に生成される CO 2 は、脱炭装置で除去されます。

陰イオンフィルター (水酸化物陰イオン化) では、形成された酸の陰イオンが OH イオンに交換されます。 - (フィルターによって保持されます)。 その結果、脱塩（脱塩）水が得られます。

この方法は実際には「独立した」合成的なものです。 これは、水処理の目的に応じて、水素カチオン化と水酸化物アニオン化のさまざまな複雑度を組み合わせるための一連のオプションを概略的に表しています。

3.5. イオン交換ユニットの使用条件

イオン交換ユニットには、塩類 - 最大 3 g/l、硫酸塩および塩化物 - 最大 5 mmol/l、懸濁物質 - 8 mg/l 以下、色 - 30 度以下、過マンガン酸塩の酸化性を含む水を供給する必要があります。 - 最大 7 mgO/l。 必要な淡水化の深さに応じて、1 段、2 段、3 段の設備が設計されていますが、いずれの場合も、水中の金属イオンを除去するために強酸性水素陽イオン交換体が使用されます。 産業用およびエネルギー消費者向けには、陽イオン交換フィルターと陰イオン交換フィルターを 1 つずつ使用する 1 段階スキームを使用して水を調製できます。 2 段階スキームに従って、それぞれ 2 つの陽イオン交換フィルターと 2 つの陰イオン交換フィルター。 3 段階スキームに従って、第 3 段階は 2 つのオプションで設計できます。陽イオン交換フィルターと陰イオン交換フィルターを別々に使用するか、陽イオン交換フィルターと陰イオン交換フィルターを 1 つのフィルターに組み合わせます。

1段階スキームの後：水の塩分濃度 - 2〜10 mg / l。 比電気伝導率 - 1-2 μS/cm; ケイ素化合物の含有量は変わりません。 2 段階のスキームを使用して、塩分含有量が 0.1 ～ 0.3 mg/l の水を取得します。 比導電率0.2～0.8μS/cm。 ケイ素化合物の含有量は0.1 mg/lまで。 3 段階のスキームにより、塩分含有量を 0.05 ～ 0.1 mg/l まで減らすことができます。 比導電率 - 最大 0.1 ～ 0.2 μS/cm。 ケイ酸濃度 - 0.05 mg/l まで。 家庭用フィルターの場合は、フィルターに陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を一緒に充填する一段階脱塩が使用されます。

3.6. 混合フィルター

陽イオン交換体と陰イオン交換体を 1 つの装置で組み合わせることで、高度な精製を実現できます。溶液中のほぼすべてのイオンが 1 回のパスで水から抽出されます。 精製水は反応が中性で塩分含有量が低いです。 イオンで飽和した後、再生のためにイオン交換体の混合物をまず、密度の異なる陽イオン交換体と陰イオン交換体に分割する必要があります。 分離は、流体力学的方法 (水が下から上に流れる) によって、またはフィルターに濃縮した 18% 試薬溶液を充填することによって実行されます。 現在、主要な海外メーカーは、密度とサイズを特別に選択した単分散樹脂粒子のセットを生産しており、高度な分離と性能の安定性を実現しています。

陽イオン交換体と陰イオン交換体の混合物の分離とその再生の操作は複雑であるため、このような装置は主に低塩分水の浄化と、再生が行われる場合の逆浸透によって事前に脱塩された水の追加の浄化に使用されます。めったに使用されない、またはイオン交換体が 1 回使用されただけです。

3.7. イオン交換技術の特長

歴史的に、イオン交換フィルターのほぼすべての設計は平行精密 (直接流)、つまり、処理水と再生溶液がフィルター内を同じ方向、つまり上から下に移動します。 再生溶液がイオン交換層を通って上から下に移動するとき、濃縮圧力はイオン交換層とイオン交換層の濃度差です。 以前保持されたイオン (カルシウムやマグネシウムなど) とそれらを置き換える再生溶液のイオン (ナトリウムなど) はますます少なくなります。

「弱い」再生溶液は、その経路の最後で、イオン交換体から追い出す必要がある、たとえ少量ではあるが一定量のイオンを含むイオン交換体の層に遭遇します。 変位はありません。 その結果、次の処理水の流れは必要な水質に達しません。

イオン交換技術のこの特徴は、イオン交換体、再生剤、およびリオトロピックシリーズの特性と同様に、水精製におけるイオン交換技術の基本的な欠点を決定します。つまり、試薬の大量消費、再生溶液残留物からイオン交換体を洗浄するための水、および大量の廃水があり、その水質は規制文書の要件を満たしていません。

この状況を打開する方法は、ナトリウムのカチオン化には 2 段階の濾過を、イオン化による脱塩には 3 段階の濾過を提案した技術者によって発見されました。 平行向流濾過は、2 段階軟化の一種と考えることができます。その名前にもかかわらず、平行流濾過は、一対のフィルターのそれぞれで実行されます。

脱炭素化- 水素のカチオン化およびアニオン化のプロセスで放出される一酸化炭素の除去。

水中に CO 2 が存在すると、陰イオン交換体の交換能力の一部が CO 2 の吸収に費やされるため、強塩基性陰イオン交換フィルターの前に水から CO 2 を除去する必要があります。

伝統的に、脱炭素装置は、水から二酸化炭素を除去するために使用されます。この装置には、ノズルと呼ばれるさまざまな水分配器 (通常、ラシヒ、ポールリングなどのバルク型) が充填され、またはフィラーなしで、水流に向かって空気が吹き付けられます。 。 設計に応じて、脱炭装置は、第 1 または第 2 の水素カチオン化段階の後、または第 1 (弱塩基) アニオン化段階の後に設置できます。 後者のスキームは、海外の開発でより頻繁に使用されます。 エジェクター（真空、ジェット）装置が普及してきています。 彼らの仕事は、エジェクター装置内で高速の流れを作り出し、その流れを排気し、その後空気を水中に吸い込んで吹き飛ばすことに基づいています。 この設計は寸法が小さいため、生産性が向上し、ガス除去効率が高くなります。 この場合 - 無料の CO 2。 小規模な水処理施設や原水中の重炭酸塩の含有量が低い場合は、脱炭素装置を使用しない水処理スキームが使用されます。

5. 気圧膜水の処理方法

イオン交換と熱脱塩（蒸留）による水の脱塩により、水をほぼ完全に脱塩することができます。 しかし、これらの方法の使用には、再生、かさばって高価な装置、高価なイオン交換器などが必要であるなどの欠点があることが明らかになりました。この点で、水処理の気圧膜法が普及しました。

気圧膜法のグループには、逆浸透、精密濾過、限外濾過、およびナノ濾過が含まれます。 逆浸透 (孔径1～15Å 、動作圧力 0.5 ～ 8.0 MPa) は水の脱塩に使用され、ほぼすべてのイオンを 92 ～ 99% 保持し、二段階システムでは最大 99.9% まで保持します。 ナノ濾過 (孔径10～70Å 、動作圧力0.5〜8.0 MPa）は、染料、殺虫剤、除草剤、スクロース、一部の溶解塩、有機物質、ウイルスなどを分離するために使用されます。 限外濾過 (孔径 30-1000Å 、操作圧力0.2〜1.0 MPa）は、一部のコロイド（シリコンなど）、ウイルス（ポリオを含む）、石炭すすの分離、牛乳の画分への分離などに使用されます。 精密ろ過 (孔径 500-20000Å 、操作圧力 0.01 ～ 0.2 MPa) は、一部のウイルスや細菌、微細な顔料、活性炭粉末、アスベスト、染料の分離、水と油のエマルションの分離などに使用されます。 膜に形成される細孔が大きくなるほど、膜を通過する濾過プロセスがより理解しやすくなり、物理的な意味でのいわゆる機械濾過に近づくことになります。

中間グループは、サイクロトロン内でマイラー (ポリエチレン テレフタラント) フィルムに重イオンの流れを照射することによって得られる、いわゆるトラック膜によって形成されます。 フィルムに紫外線を照射し、アルカリでエッチングすると、フィルムに直径0.2～0.4ミクロン（多くは0.3ミクロン）の細孔が形成されます。

5.1. 逆浸透

逆浸透 - 最も有望な水処理方法の 1 つであり、その利点は、低エネルギー消費、装置と設備の設計の単純さ、寸法の小ささ、操作の容易さにあります。 塩分濃度が 40 g/l までの水を脱塩するために使用され、その用途の範囲は常に拡大しています。

メソッドの本質。 溶媒と溶液が半透性の隔壁によって分離されている場合、 溶媒の分子、その後溶媒が始まります パーティションを通過して溶液に入るまで 両側の溶液の濃度が一定である限り 膜が揃っていない。 2 つの溶液を分離する半透膜を通る物質の自発的な流れのプロセス 異なる濃度 (純粋な溶媒と溶液の場合は特別な場合があります)、と呼ばれます。 浸透による (ギリシャ語より: オスモス - 押す、圧力）。 溶液に対して背圧がかかると、 膜を通過する溶媒の移動速度 減少します。 平衡が確立されると、対応する圧力が逆浸透現象の定量的特性として機能します。 それを浸透圧といいますが、 加えなければならない圧力に等しい 溶液を加えて、半透性の隔壁で分離された純粋な溶媒と平衡状態にします。 水処理システムに関しては、 溶媒が水の場合、プロセスは逆になります 浸透は次のように表すことができます。 一定量の不純物を含む自然水が装置を流れる側からの場合 浸透圧を超える圧力をかけると膜を通って水が漏れてしまい、 反対側に蓄積し、不純物が原水に残ると、その濃度は 増加。

実際には、膜は通常理想的な半透性ではなく、膜を横切る溶質の移動が多少あります。

溶液の浸透圧は数十MPaに達することがあります。 逆浸透装置の性能はプロセスの駆動力、つまり動作圧力と浸透圧の差によって決まるため、逆浸透装置の動作圧力は大幅に高くなければなりません。 したがって、3.5% の塩分を含む海水の浸透圧 2.45 MPa では、淡水化プラントの運転圧力は 6.85 ～ 7.85 MPa に維持することが推奨されます。

5.2. 限外濾過

限外濾過 - 膜分離、溶液の分画および濃縮のプロセス。 これは、高分子量化合物と低分子量化合物の溶液の圧力差（膜の前後）の影響下で発生します。

限外濾過は、逆浸透から膜を製造する方法を借用しており、ハードウェア設計の点でもほぼ同様です。 違いは、限外濾過の場合、ゲル状の層や難溶性の沈殿物を形成する可能性のある物質の濃縮溶液を膜表面から除去するための、より高度な要件にあります。 プロセスフロー図とパラメータに従った限外濾過は、濾過と逆浸透の間の中間リンクです。

限外濾過の技術的能力は、多くの場合、逆浸透の技術的能力よりもはるかに広範囲です。 したがって、逆浸透では、原則として、ほぼすべての粒子が保持されます。 しかし、実際には、溶液成分を選択的に分離する、つまり分別という作業がしばしば発生します。 この問題を解決することは、非常に貴重な物質や希少な物質（タンパク質、生理活性物質、多糖類、レアメタル錯体など）を分離・濃縮することができるため、非常に重要です。 限外濾過は、逆浸透とは対照的に、溶解成分の分子量が溶媒の分子量よりはるかに大きい系を分離するために使用されます。 例えば、水溶液の場合、系の成分の少なくとも 1 つが 500 以上の分子量を持っている場合に限外濾過が適用できると想定されます。

限外濾過の原動力は、膜の両側の圧力差です。 通常、限外濾過は比較的低い圧力 (0.3 ～ 1 MPa) で実行されます。 限外濾過の場合、外部要因の役割が大幅に増加します。 したがって、条件（圧力、温度、乱流の強さ、溶媒組成など）に応じて、同じ膜上で物質の完全な分離を達成することができますが、パラメータの組み合わせが異なると不可能です。 限外濾過の限界には次のようなものがあります。技術範囲が狭い - プロセス条件を正確に維持する必要がある。 比較的低い濃度限界は、親水性物質の場合は通常 20 ～ 35% を超えず、疎水性物質の場合 - 50 ～ 60% を超えません。 細孔内およびその表面での沈降により、膜の耐用年数が短い (1 ～ 3 年)。 これは、汚染、被毒、膜構造の破壊、または膜の機械的特性の劣化につながります。

5.3. 膜

膜法の導入における決定要因は、次の基本要件を満たす半透膜の開発と生産です。

高い分離能力（選択性）。

高い比生産性（透過性）。

分離されたシステムの成分に対する耐薬品性。

動作中の特性の一貫性。

設置、輸送、輸送などの条件を満たす十分な機械的強度

膜保管。

低コスト。

現在市場には、酢酸セルロース (モノ酢酸、ジ酢酸、トリアセテートの混合物) と芳香族ポリアミドから作られた 2 つの主要なタイプの膜があります。 膜はその形状に応じて、チューブ状、シート（スパイラル状）、中空糸状に分けられます。 最新の逆浸透膜 - 複合膜 - は複数の層で構成されています。 全体の厚さは 10 ～ 150 ミクロンで、膜の選択性を決定する層の厚さは 1 ミクロン以下です。

実用的な観点から、2 つのプロセス指標が最も重要です。それは、溶質保持係数 (選択性) と膜を通過する生産性 (体積流量) です。 これらの指標はどちらも、プロセス条件 (圧力、流体力学条件、温度など) に大きく依存するため、膜の半透特性を曖昧に特徴付けます。

6. 水の脱鉄方法

鉄分を多く含む水は不快な味がするため、製造工程（繊維工業、製紙など）での使用は、最終製品に錆びやシミの発生につながるため、容認できません。 鉄およびマンガンイオンはイオン交換樹脂を汚染するため、ほとんどのイオン交換プロセスでは、水処理の前段階でそれらを除去します。 火力発電機器 (蒸気および温水ボイラー、熱交換器) では、鉄が加熱面に鉄スケールの堆積物を形成する原因となります。 気圧膜、電気透析、磁気装置の処理のために供給される水では、鉄の含有量は常に制限されています。 鉄化合物から水を浄化することは、場合によっては、包括的にのみ解決できるかなり複雑な作業です。 この状況は主に、自然水中の鉄の存在形態の多様性に関連しています。 特定の水に対して最も効果的かつ経済的な脱鉄方法を決定するには、試験的な鉄除去を実行する必要があります。 水の脱鉄方法、設計パラメータおよび試薬の投与量は、給水源で直接実施された技術研究の結果に基づいて採用されるべきです。

地表水から鉄を除去するには、試薬法とそれに続く濾過法のみが使用されます。 地下水の脱鉄は、次の水の前処理方法の 1 つと組み合わせてろ過によって実行されます。

簡素化されたエアレーション。

エアレーションオン 特別な装置;

凝固と清澄。

塩素、次亜塩素酸ナトリウムまたは次亜塩素酸カルシウム、オゾン、

過マンガン酸カリウム。

正当な理由があれば、カチオン化、透析、浮遊選鉱、電気凝固などの方法が使用されます。

コロイド状水酸化鉄の形態、またはフミン酸鉄などのコロイド状有機化合物の形態で含まれる鉄を水から除去するには、硫酸アルミニウムまたはオキシ塩化アルミニウム、または塩素または次亜塩素酸ナトリウムを添加した硫酸第一鉄による凝固が使用される。

砂、無煙炭、スルホン化石炭、膨張粘土、軟輝石、および二価鉄の第二鉄への酸化を促進する触媒で処理されたフィルター材が主にフィルター充填材として使用されます。 で 最近触媒特性を備えた充填剤はますます一般的になってきています。

コロイド状の二価鉄が水中に存在する場合は、次のことを行う必要があります。 試験の延期 。 設計の最初の段階で実行できない場合は、実験室で実行された延期の試行または同様の設置の経験に基づいて、上記の方法のいずれかを選択してください。

7. 水の脱マンガン

マンガンは地殻中に大量に存在し、通常は鉄と一緒に存在します。 地下水や酸素の少ない地表水中の溶解マンガン含有量は数 mg/l に達します。 ロシアの衛生基準では、飲料水中のマンガン含有量の最大許容レベルが 0.1 mg/l に制限されています。

ヨーロッパの一部の国では、要件がさらに厳しく、0.05 mg/l 以下です。 マンガン含有量がこれらの値よりも高い場合、水の官能特性が低下します。 マンガン値が0.1mg/lを超えると、衛生用品に汚れが現れたり、水に不快な味が生じたりします。 パイプラインの内壁に堆積物が形成され、黒い膜の形で剥がれます。

地下水では、マンガンは二価の状態で溶解性の高い塩の形で存在します。 マンガンを水から除去するには、マンガンを酸化して三価および四価の形に不溶性の状態に変換する必要があります。 酸化された形態のマンガンは加水分解して、実質的に不溶性の水酸化物を形成します。

マンガンを酸素で効果的に酸化するには、精製水の pH 値が 9.5 ～ 10.0 のレベルである必要があります。 過マンガン酸カリウム、塩素またはその誘導体（次亜塩素酸ナトリウム）、オゾンにより、8.0〜8.5のより低いpH値で脱マグネシウムプロセスを実行できます。 1 mg の溶解マンガンを酸化するには、0.291 mg の酸素が必要です。

7.1. 脱マンガン方法

深いエアレーションとそれに続く濾過。 真空下での水からの精製の第一段階 遊離二酸化炭素を抽出し、 pH値を8.0〜8.5に上げます。 この目的のために 真空排気装置を使用する場合 この場合、噴出部には水が分散し、空気中の酸素が飽和している。 次に、珪砂などの粒状物質を用いて濾過する方法であり、原水の過マンガン酸酸化度が9.5mgO/l以下の場合に適用できる浄化方法です。 水中に存在する必要がある 二価の鉄。その酸化により水酸化鉄が生成され、これが Mn 2+ を吸着し、触媒的に酸化します。

濃度比 / は 7/1 未満であってはなりません。 原水がこの比率を満たしていない場合は、硫酸第一鉄（硫酸鉄）が追加で水に添加されます。

過マンガン酸カリウムによる脱マンガン。 この方法は地表水と地下水の両方に適用できます。 過マンガン酸カリウムを水に加えると、溶解したマンガンが酸化されます。 わずかに溶解性の酸化マンガンの形成。 フレーク状に沈殿した酸化マンガンは高度に発達した比密度を有しており、これがその高い吸着特性を決定します。 沈殿物は良いですよ 反応中に分解を可能にする触媒 pH = 8.5。

すでに述べたように、過マンガン酸カリウムは水からマンガンだけでなく鉄も確実に除去します。 様々な形態。 臭いも除去され、吸着特性により水の味も改善されます。

過マンガン酸カリウムの後、凝固剤を導入して酸化生成物と浮遊固体を除去し、砂床を使用してろ過します。 地下水からマンガンを精製する場合、過マンガン酸カリウムと並行して活性ケイ酸または凝集剤が導入されます。 これにより、酸化マンガンフレークが大きくなります。

8. 水の消毒

水の消毒 感染症の原因となる水中の細菌やウイルスを破壊するための衛生対策が講じられています。 水の消毒には、化学的または試薬を使用する方法と、物理的または試薬を使用しない方法があります。 水消毒の最も一般的な化学的方法には水の塩素処理とオゾン処理が含まれ、物理的方法には紫外線による消毒が含まれます。 通常、消毒の前に、水には水処理が施され、蠕虫の卵と微生物の大部分が除去されます。

化学的方法による水消毒では、持続的な消毒効果を達成するために、投与する試薬の用量を正確に決定し、水との接触時間を十分に確保する必要があります。 試薬の投与量は試行消毒や計算方法により決定されます。 化学的な水消毒方法で必要な効果を維持するために、試薬の投与量は過剰に計算され（残留塩素、残留オゾン）、消毒後しばらくして水に侵入する微生物の破壊が保証されます。

現在の飲料水の消毒では 塩素化 ごくありふれた。 米国では、水の 98.6% (大部分) が塩素化されています。 同様の状況がロシアやその他の国でも起きています。つまり、世界では、100 件中 99 件の場合、純粋な塩素または塩素を含む製品が消毒に使用されています。

塩素処理がこのように普及しているのは、これが余効性のために、いつでも配水ネットワークのどの時点でも水の微生物学的安全性を確保できる唯一の方法であるという事実によるものです。 。 この効果は、塩素分子を水に導入する作用（「アフターエフェクト」）の後、塩素分子が微生物に対する活性を保持し、水道網を通る水の経路全体に沿ってその酵素システムを阻害するという事実にあります。水処理施設（取水口）を各消費者に提供します。 それを強調しましょう 後遺症は塩素にのみ固有のものです.

オゾン処理 これは、オゾンが水中で分解して原子状酸素を生成する性質に基づいており、原子状酸素は微生物細胞の酵素系を破壊し、水に不快な臭いを与える一部の化合物（フミン酸塩など）を酸化します。 水の消毒に必要なオゾンの量は水の汚染の程度によって異なりますが、8 ～ 15 分間の接触で 1 ～ 6 mg/l です。 残留オゾン量は 0.3 ～ 0.5 mg/l 以下である必要があります。 線量が高くなると、水に特有の臭いが生じ、水道管の腐食を引き起こします。 高いエネルギー消費、複雑な装置の使用、および高度な資格のある技術監督のため、オゾン処理は特殊な目的の施設への集中給水のみに水の消毒に応用されています。

水の物理的な消毒方法のうち、最も普及しているのは、 紫外線による殺菌 その殺菌特性は、細胞代謝、特に細菌細胞の酵素系に対する効果によるものです。 紫外線は栄養型細菌だけでなく胞子型細菌も破壊しますが、水の官能特性は変化しません。 この消毒方法の有効条件は、消毒水が無色透明であることであるが、欠点は、残効性がないことである。 そのため、主に地下水や支流水に対して紫外線による水消毒が行われています。 オープンウォーターソースの水を消毒するには、紫外線と少量の塩素を組み合わせて使用​​します。

個別の水消毒の物理的方法のうち、最も一般的で信頼できるのは次のとおりです。 沸騰 、細菌、ウイルス、バクテリオファージ、抗生物質などの破壊に加えて。 生物学的要因、オープンウォーターソースに含まれることが多く、水に溶けているガスを除去し、水の硬度を低下させます。 沸騰させても水の味はほとんど変わりません。

水道パイプラインの水消毒の有効性を監視する場合、消毒水中の腐生微生物叢、特に大腸菌の含有量から調査を進めます。 水によって広がるヒトの感染症（コレラ、腸チフス、赤腸）の既知の原因物質はすべて、化学物質や細菌の殺菌作用により敏感です。 物理的手段大腸菌よりも水の殺菌効果があります。 水は、1 リットル中に 3 個以下の大腸菌が含まれていれば、水の使用に適していると考えられます。 塩素処理やオゾン処理を行っている給水所では、水の消毒の信頼性を示す間接的な指標として、1時間（または30分）ごとに残留塩素やオゾンの含有量を検査しています。

ロシアでは、多くの場合、70～80年前に設計、建設された集中取水口の水処理複合施設の技術的状況に深刻な状況が存在する。 機器の磨耗は年々増加しており、機器の 40% 以上が必要となります。 完全な交換。 緊急事態の分析によると、上下水道インフラ施設の事故の57％は設備の老朽化が原因で発生しており、今後の運用は事故の急増につながり、その被害は予防コストを大幅に上回ると考えられます。 。 ネットワークの劣化により、ネットワーク内の水が二次汚染されやすく、追加の洗浄と消毒が必要になるという事実により、状況はさらに悪化しています。 農村部の住民への集中給水の状況はさらに悪化しています。

これは、給水の衛生問題、つまり国民に高品質で確実に消毒された水を供給するという問題を引き起こす根拠を与えます。 最も重要な問題包括的で最も効果的なソリューションが必要です。 世界保健機関の飲料水品質ガイドラインで定義されているように、安全な飲料水は、人生のさまざまな段階で病気に対する人間の脆弱性の変化を含め、生涯にわたる摂取の結果として健康上のリスクを引き起こすものであってはなりません。 グループへ 最大のリスク水系感染症には、乳児や幼児、健康状態が悪い人、不衛生な環境で生活している人、高齢者などが含まれます。

水の浄化と消毒のためのすべての技術計画は、飲料水の品質に関する基本基準に基づいていなければなりません。つまり、飲料水は疫学的に安全で、化学組成が無害であり、好ましい官能（味）特性を持っていなければなりません。 これらの基準は、すべての国の規制の基礎となります (ロシアでは、SanPiN 2.14.1074-01)。 最も一般的に使用される主な消毒剤である、水の塩素処理、オゾン処理、紫外線消毒について見てみましょう。

8.1. 水の塩素処理

ロシアでは過去 10 年間、企業のビジネス上の利益を追求する観点から、水処理施設への関心が高まっています。 さらに、これらの議論は、国民に質の高い水を提供するという善意によって正当化されます。 消費の必要性についてのこのような推論の下で きれいな水実証済みのテクノロジーと、最高の国際基準を満たし、必要な要件を満たしている SanPiN 2.14.1074-01 に違反して、無意味で根拠のないイノベーションを導入しようとする試みが行われています。 集中給水システムの飲料水には塩素の存在が義務付けられている （塩素特有の後遺症にご注意ください）。 したがって、国民の健康が依存しているという誤解を払拭する時期が来ています。

塩素に加えて、その化合物は水の消毒にも使用されますが、次亜塩素酸ナトリウムが最もよく使用されます。

次亜塩素酸ナトリウム - NaCIO。 産業では、次亜塩素酸ナトリウムは、濃度の異なるさまざまな溶液として製造されます。 その消毒効果は主に、溶解したときの事実に基づいています。 次亜塩素酸ナトリウムは、塩素と同じように、水に溶けると次亜塩素酸塩になります。 直接的な殺菌・酸化作用があります。

さまざまなブランドの次亜塩素酸塩が次の分野で使用されています。

. GOST 11086-76 に準拠したグレード A のソリューションが使用されています。 化学工業飲料水やプールの水の脱脂、漂白や消毒に。

. GOST 11086-76 に準拠したグレード B の溶液は、繊維を漂白するための酸化剤としてビタミン産業で使用されています。

. 仕様に従ったグレード A の溶液は、廃棄物や生活用水や飲料水供給における天然水の汚染を避けるために使用されます。 この溶液は、漁業のため池の水の消毒、漂白剤の取得、漁業の消毒にも使用されています。 食品業界;

. 仕様に従ったグレード B の溶液は、糞便排出物、家庭廃棄物、食品廃棄物で汚染されたエリアの消毒に使用されます。 廃水の消毒にも非常に優れています。

. 仕様に基づくグレード G、B の溶液は、漁業用貯水池の水の消毒に使用されます。

. 仕様に基づくグレード E の溶液は、仕様に基づくグレード A と同じ方法で消毒に使用されます。 企業でもよくあることです。 ケータリング、医療および衛生施設、廃水、飲料水の消毒、漂白、民間防衛施設などで。

注意！ 予防措置: 次亜塩素酸ナトリウム溶液 GOST 11086-76 グレード A は非常に強力な酸化剤であり、皮膚に接触すると火傷を引き起こす可能性があり、誤って目に入ると不可逆的な失明を引き起こす可能性があります。

次亜塩素酸ナトリウムは 35°C 以上に加熱すると分解し、続いて塩素酸塩が形成され、塩素と酸素が分離されます。 作業エリア環境における塩素の MPC - 1 mg/m3; 人口密集地域: 0.1 mg/m3 - 1 回最大、0.03 mg/m3 - 1 日。

次亜塩素酸ナトリウムは不燃性、非爆発性です。 ただし、GOST 11086-76 グレード A に準拠した次亜塩素酸ナトリウムは、乾燥中に有機可燃性物質 (おがくず、ぼろ布、木材) と接触すると、突然の自然発火を引き起こす可能性があります。

職員の個人保護は、特別な衣服と個人用保護具 (グレード B または BKF のガスマスク、ゴム手袋、ゴーグル) を使用して実行する必要があります。

皮膚や粘膜が次亜塩素酸ナトリウム溶液にさらされた場合は、直ちに流水で 20 分間洗浄する必要があり、溶液の水滴が目に入った場合は、直ちに多量の水で洗い流し、被害者を病院に搬送する必要があります。医者。

次亜塩素酸ナトリウムの保管。 次亜塩素酸ナトリウムは、暖房のない換気の良い倉庫に保管する必要があります。 有機製品、可燃性物質、または酸と一緒に保管しないでください。 重金属塩を次亜塩素酸ナトリウムに入れたり、そのような金属と接触させたりしないでください。 本製品はポリエチレン容器（容器、バレル、キャニスター）またはチタン容器、タンク容器に梱包され輸送されます。 次亜塩素酸ナトリウム製品は安定ではなく、保証された保存期間がありません (GOST 11086-76 に注意してください)。

塩素または次亜塩素酸ナトリウムによる水消毒の長所と短所の詳細については、Web サイトをご覧ください。 www。 クラヴト。 る。

8.2. 水のオゾン化

水のオゾン化 飲料水、プールの水、廃水などの殺菌に使用されており、オゾンの非常に高い酸化力により、水の変色、鉄、マンガンの酸化、無味無臭、殺菌を同時に行うことができます。

オゾン - 空気中および水溶液中で自然に解離し、酸素に変わる青みがかったまたは淡い紫色の気体。 オゾン崩壊の速度は、アルカリ性環境では温度の上昇とともに急激に増加します。 酸化力が高く、多くのものを破壊します。 有機物、自然界に存在し、 廃水; 水に溶けにくく、すぐに自己破壊します。 強力な酸化剤であるため、長期間暴露するとパイプラインの腐食が増加する可能性があります。

オゾン化のいくつかの特徴を考慮する必要があります。 まず第一に、オゾンの急速な破壊、つまり塩素のような長期的な影響がないことを覚えておく必要があります。

オゾン処理は (特に色の濃い水や有機物を大量に含む水では) 追加の沈殿物の形成を引き起こす可能性があるため、オゾン処理後に水を活性炭でろ過する必要があります。 オゾン化の結果、アルデヒド、ケトン、有機酸、臭素酸塩 (臭化物の存在下)、過酸化物、その他の化合物などの副生成物が生成されます。 フェノール型の芳香族化合物が存在するフミン酸にさらされると、フェノールが発生することがあります。 一部の物質はオゾン耐性があります。 この欠点は、Degremont 社 (フランス) の技術を使用して 3 室反応器で過酸化水素を水に導入することによって克服されます。

8.3. 紫外線水消毒

紫外線 呼ばれた 電磁放射波長10～400nm以内。

消毒には、200 ～ 400 nm の「近傍領域」が使用されます (地表での自然紫外線の波長は 290 nm を超えます)。 200～315nmの波長の電磁放射が最も大きな殺菌効果を発揮します。 最新の UV デバイスは、253.7 nm の波長の放射線を使用します。

紫外線の殺菌効果は、生物の再現性のメカニズムの普遍的な情報基盤を構成する DNA および RNA 分子の構造における紫外線の影響下で起こる光化学反応によって説明されます。

これらの反応の結果、DNA と RNA に不可逆的な損傷が生じます。 さらに、紫外線の作用により、微生物の膜や細胞壁の構造に乱れが生じます。 これらすべてが最終的に彼らの死につながります。

UV滅菌器は金属ケースの中に殺菌ランプが付いています。 これを保護石英管に入れます。 水は石英管を洗浄し、紫外線で処理され、それに応じて消毒されます。 1 つの設置に複数のランプを設置できます。 不活化の程度、つまり紫外線の影響で死滅する微生物の割合は、放射線の強度と曝露時間に比例します。 したがって、中和された（不活化された）微生物の数は、放射線量の増加とともに指数関数的に増加します。 微生物の抵抗力はさまざまであるため、不活化（たとえば 99.9%）に必要な紫外線の線量は、細菌の低線量から胞子や原生動物の非常に高い線量まで大きく異なります。 水を通過すると、吸収と散乱効果により紫外線が減衰します。 この弱化を考慮するために、吸水係数が導入されます。その値は、水の質、特に水中の鉄、マンガン、フェノールの含有量、および水の濁度によって決まります。

濁度 - 2 mg/l 以下（フォントの透明度 ≥30 度）。

色 - プラチナコバルトスケールの20度以下。

UV 設置); 大腸菌指数 - 10,000個/l以下。

紫外線による水消毒の有効性と信頼性の衛生管理および技術的管理には、塩素処理やオゾン処理と同様に、大腸菌 (大腸菌群) の測定が使用されます。

紫外線の使用経験から、設備内の放射線量が一定値以上であれば、安定した消毒効果が保証されます。 世界の実務では、最小放射線量の要件は 16 ～ 40 mJ/cm2 です。 ロシアの基準に対応する最小線量は 16 mJ/cm2 です。

この方法の利点:

最も「人工的」でないのは紫外線です。

さまざまな微生物を倒す多用途性と有効性 - 紫外線

栄養細菌だけでなく、芽胞形成細菌も破壊します。

通常の標準用量の塩素による塩素化は引き続き実行可能です。

物理学- 化学組成処理された水は保持されます。

用量の上限はありません。

塩素処理や消毒の場合のように、特別な安全システムを組織する必要はありません。

オゾン処理;

二次的な製品はありません。

試薬施設を作成する必要はありません。

装置は特別な保守要員なしで動作します。

この方法の欠点:

精製度の低い水（濁った色のついた水は処理能力が低い）を処理すると効率が低下します。

半透明）;

ランプの堆積物を定期的に洗浄します。濁ったものや汚れを処理する場合に必要です。

硬水;

二次的影響（放射線治療後）の可能性である「後遺症」がない

水の汚染。

8.4. 主な水の消毒方法の比較

上で説明した水の消毒の基本的な方法にはさまざまな長所と短所があり、このテーマに関する多数の出版物で説明されています。 その中で最も重要なものに注目してみましょう。

3 つの技術はそれぞれ、規格に従って使用すれば、特に大腸菌グループの指標細菌と総微生物数に必要な程度の細菌不活化を実現できます。

病原性原生動物の嚢胞に関しては、どの方法も高度な精製を提供しません。 これらの微生物を除去するには、消毒プロセスと濁度低減プロセスを組み合わせることが推奨されます。

塩素処理プロセスの技術的な単純さと塩素の不足のなさが、この特定の消毒方法の広範な使用を決定づけます。

オゾン処理法は、塩素処理や紫外線消毒と比較して、技術的に最も複雑で高価です。

紫外線は、実際に必要な量よりはるかに高い線量であっても、水の化学組成を変化させません。

塩素化は、望ましくない有機塩素化合物の形成につながる可能性があります。 高い毒性そして発がん性。

オゾン化中に、規制によって有毒として分類されるアルデヒド、ケトン、その他の脂肪族芳香族化合物などの副生成物が生成される可能性もあります。

紫外線は微生物を死滅させますが、≪ 結果として生じる断片（細菌、真菌の細胞壁、ウイルスのタンパク質断片）は水中に残ります。 したがって、その後の精密ろ過を推奨します。

. 塩素処理のみ つまり、必要な長期的な効果が得られるため、水道網にきれいな水を供給する際にはこの方法の使用が必須となります。

9. 電気化学的方法

電気化学的方法は、機械的、生物学的、物理化学的な水処理の従来の方法が十分に効果的でない場合、または生産スペースの不足、試薬の配送と使用の複雑さ、またはその他の理由により使用できない場合に広く使用されています。 。 これらの方法を実装するための設備はコンパクトで生産性が高く、制御および監視プロセスは比較的簡単に自動化できます。 通常、電気化学的処理は他の浄化方法と組み合わせて使用​​され、さまざまな組成や分散の不純物を天然水から浄化することができます。

電気化学的方法は、処理水の物理的および化学的特性を調整するために使用でき、高い殺菌効果があり、技術的な浄化スキームを大幅に簡素化します。 多くの場合、電気化学的方法は、試薬方法に特徴的なアニオン性およびカチオン性残留物による水の二次汚染を排除します。

電気化学的な水の浄化は電気分解に基づいており、その本質は酸化および還元プロセスを実行するために電気エネルギーを使用することです。 電気分解プロセスは、導電性溶液、つまり電解質内にある電極の表面で発生します。

電気分解プロセスには次のものが必要です。 電解質溶液 - イオンが常に何らかの濃度で存在し、水の導電率を確保する汚染水。 電解質溶液に浸漬された電極。 外部電流源。 電流リード - 電極を電流源に接続する金属導体。 水自体は低伝導体ですが、電極に印加される電圧の影響下で、電解質の解離中に形成される溶液中の荷電イオンは、正イオン (カチオン) は陰極へ、負イオン (陰イオン）を陽極に送ります。 アニオンは「余分な」電子をアノードに渡し、中性の原子に変わります。 同時に、陰極に到達した陽イオンは、不足していた電子を受け取り、中性の原子または原子群（分子）になります。 この場合、アノードが受け取る電子の数は、カソードが転送する電子の数に等しい。 回路には一定の電流が流れます。 したがって、電気分解中、酸化還元プロセスが発生します。陽極では電子の喪失（酸化）、陰極では電子の獲得（還元）です。 しかし、電気化学反応のメカニズムは従来のものとは大きく異なります。 化学変化物質。 電気化学反応の際立った特徴は、電気化学反応が 2 つの結合したプロセスに空間的に分離されていることです。つまり、物質の分解プロセスまたは新しい生成物の生成プロセスは、次のような方法を使用して電極と溶液の境界で発生します。 電流。 電気分解が実行されると、溶液の体積内での電極反応と同時に、系の pH と酸化還元電位の変化が発生し、水の不純物の相分散変換が発生します。

www。 アクアターム。 る

> 水処理システム

今や「水処理」という言葉はすっかり定着しました。 この用語は蒸気ボイラーの出現とともに初めて登場しましたが、 蒸気機関。 科学者たちは、これらの構造物の耐久性が水の質に直接依存していることに気づきました。 使用した水は、 蒸気ボイラーそして 蒸気機関特別な方法で準備されました。

水処理は、浮遊粒子から金属塩に至るまで、水からすべての不純物を除去するプロセスです。

私たちは毎日水処理に取り組んでいます。 なぜカー用品店では蒸留水を販売しているのでしょうか? バッテリーのメンテナンスに。 なぜなら、バッテリーに普通の水を満たすと、数日後には車が始動しなくなるからです。

現在、この用語はより広く理解されるようになりました。 工業用水処理に生活用水処理を追加しました。 膨大な数の家庭用フィルターが市場に登場しています。 環境は悪化しており、人々は私たちの健康が摂取する水の純度に依存していることに気づきました。

水処理と浄水は同義語ですか?

家庭レベルでは、水処理と浄水は全く同じものです。 これらは同義語です。

鉄から水を浄化するためのフィルターは、コテージや田舎の民家のシステムの要素の1つです。

水軟化フィルターは水処理のもう 1 つの要素です。

水処理システムの主要コンポーネント

システムの主なコンポーネントを見てみましょう。

1. メカニカルフィルター。 通常は自動洗浄フィルターとして使用され、機械的不純物は金属メッシュによって保持されます。 濁度が高い場合には、砂を埋め戻してさまざまなサイズのカラムに編成された沈殿物フィルターが使用されます。
2. 鉄フィルター。 水から溶解鉄を除去する働きがあります。 同時にマンガンや硫化水素も除去します。
3. フィルター柔軟剤。 水から硬度塩を除去します。
4. カーボンフィルター。 臭いを除去し、以前のフィルターからのフィルター素材の粒子を保持します。 それはカートリッジフィルターの形またはカラムの形で実装することができます。
5. フィルター消毒剤紫外線ランプをベースにしています。 水中の細菌を除去します。 これらのフィルターは井戸や浅い井戸に最も適しています。
6. 逆浸透フィルター。 フッ素やその他の不純物を除去します。 飲料水を作るために使用されます。

5 番目の点が最近最も重要になってきています。 ある隣人は排水溝を掃除して浄化した水を持ち去り、2番目の隣人は高いフェンスの後ろで何の処理もせずにその水を自分の下に注ぎます。 したがって、モスクワ近郊にはきれいな井戸が残っていないことがわかりました。 それらのほとんどすべてに大腸菌が含まれています。 そして、そのような隣人の数は減少していません。

モスクワ地方の有名な地域の村の1つで、水中に炭疽菌の胞子が発見されました。 この問題をさらに調査したところ、30年代にはこの場所に牛の埋葬地があったことが判明しました。 このようなケースは非常にまれですが、前例はあります。

注目されるのは、 軟水は美味しくなくなる。 聖なる泉の水の硬度は7 mEq/lです。 しかし、そのような硬さは暖房器具をダメにし、やかんの中にスケールが形成され、温水ボイラーはすぐに故障します。 ここで、工業用水処理と生活用水処理を最適化するという課題が生じます。

モスクワ地域の自噴水には水処理が必要です。 平均鉄分含有量は3mg/リットルです。 これは、洗濯すると淡色の洗濯物が赤くなるのに十分です。

水処理および浄水システムの要素

前述したように、技術に応じて、水処理要素は試薬を使用しないことも試薬を使用しないこともできます。 明らかに、カートリッジ フィルター内の何も復元する必要はありません。 適時にカートリッジエレメントを交換するだけで済みます。 また、柔軟剤フィルターには飽和食塩水を使用しております。 この技術は試薬技術とみなされます。

除鉄フィルターも試薬タイプと非試薬タイプに分かれます。

• 試薬フィルターには過マンガン酸カリウムまたは食塩の溶液が使用されます。
• 試薬を含まない場合 - コンプレッサーによってシステムに供給される空気のみです (ただし、この場合、試薬は空気であると仮定する方が正確です)。

水処理は水を化学分析することから始まる

水処理における特定の技術の選択は、水の化学分析に依存します。 例えば、pH 値が 7 ユニット未満の場合、鉄による曝気による精製は使用されません。 この場合、pH補正装置を設置するか、フィルターエレメントとしてイオン交換樹脂を使用する必要があります。

したがって、自分で水処理システムを設置する体力と知識がある場合は、水処理化学者に連絡して技術スキームを選択することを強くお勧めします。 かなりニュアンスがたくさんあります。

市水も水処理されます。 工業規模での水の消毒は塩素を使用して行われます。 ほとんどの家庭用フィルターは塩素を除去するように設計されています。

すべての水処理プロセスが私たちの目から隠されているため、水からすべての有害な不純物を除去するだけでなく、通常はそれなしでは水に奇跡的なイオンをチャージするフィルターを非常に手頃なお金で提供する多くの詐欺師が現れました。生きることは不可能。

水処理システムとそのコスト

残念ながら、奇跡は起こりません。 水の浄化度が高くなるほど、水処理システムは高価になります。 システムの生産性が高ければ高いほど、コストも高くなります。

水処理システムの価格は、その品質を向上させながら継続的に引き下げるという着実な傾向があることに注意する必要があります。 科学は立ち止まっていません。 そして膜技術は、逆ソマティックフィルターの形で水処理技術に参入しました。