Вода - один из самых ценных и неотъемлемых ресурсов нашей планеты. Она играет ключевую роль в поддержании жизни всех организмов, включая человека, и обеспечивает правильное функционирование экосистем. Вода используется в различных сферах, таких как промышленность и сельское хозяйство.
С качеством воды связаны как экологические проблемы, так и вопросы обеспечения населения чистой питьевой водой. Загрязнение водных источников тяжелыми металлами, химическими соединениями, бактериями ставит под угрозу здоровье человека и экосистемы.
Для борьбы с этими проблемами и обеспечения доступа к безопасной и чистой воде были разработаны различные методы очистки. И один из инновационных и эффективных подходов для устранения загрязнений - электрохимическая очистка воды. Электрохимические методы могут применяться для очищения как питьевой воды, так и для сточных вод. Они построены на использовании электрохимических процессов, таких как электролиз, электрофлотация и электрокоагуляция.
Очистка воды методом электрокоагуляции
Электрокоагуляция представляет собой очистку воды в электролизере с растворимыми электродами. Пока на воду действует постоянное электрическое поле, грубодисперсные загрязнения разрушаются, коллоидные примеси объединяются в единое целое, и все это провоцирует процесс очистки воды от определенных соединений. Метод электрокоагуляции очень эффективен при очистке сточных технических вод от органических соединений, эмульсий и продуктов нефтепереработки. Также он активно используется для избавления от фосфатов и хроматов.
Еще электрокоагуляция применяется для осветления и снижения цветности природных вод, понижения их жесткости, выведения фтора, мышьяка и кремния. Также электрокоагуляция успешно связывает органические загрязнения, такие как фенолы и ПАВ. Она корректирует кислотно-щелочной баланс воды, увеличивает ферментативную способность активного ила, улучшает условия обезвоживания осадков.
В процессе электрокоагуляции на электродах из металла протекает окисление и восстановление компонентов электролитов. Если применяются растворимые электроды, то есть, из железа или алюминия, это запускает ряд электрохимических реакций. Как быстро пройдут эти реакции зависит от того, насколько велик электрический потенциал при разделе раствора и металла, также от состава конкретной воды и условий диффузии электролитических продуктов в растворе.
Все ионы, какие есть в воде, передают электрический ток, также в этот процесс включаются заряженные взвешенные частицы и коллоиды. Но все же главным образом переносят электричество являются катионы К+, Ca2+, Na+, Mg2+, анионы SO42–, HCO3–, Cl– и ионы Н+ и ОН–, которые постоянно находятся в воде.
Виды электрокоагуляции
Электрохимическое растворение может происходить двумя способами - под воздействием внешнего тока случается анодное растворение металлов, либо же металлы взаимодействуют с водой. Также существует несколько механизмов электрокоагуляции для очистки сточной воды - электростатическая, электрохимическая и гальваническая.
Электростатическая коагуляция
Этот процесс включает поляризацию коллоидных примесей вследствие их нахождения в электрополе - постоянном либо переменном. Недостаток такой методики - она требует большого напряжения электрополя, до 40 кВ/м. Поэтому электростатическую коагуляцию относительно редко используют в чистом виде, чаще он используется для обработки обессоленных сточных вод.
Электрохимическая коагуляция
Это метод, который основан на электролитическом растворении электродов из железа или алюминия. Это происходит под влиянием внешнего источника тока - в воду переходят ионы металлов, они образуют нерастворимые гидроксиды и соли. Те в свою очередь вызывают коагуляцию коллоидных примесей. Протекают параллельные реакции и на катоде - восстанавливаются растворенные в воде неорганические и органические соединения. Если изменять силу тока, можно регулировать количество растворяемого металла.
Гальваническая коагуляция
При такой очистке воды железо растворяется из-за разности потенциалов, которая возникает при контакте электродов из стали с медью или коксом. Сколько получится растворенного железа зависит от кислотно-щелочного баланса и состава водного раствора, который проходит очистку. На это никак не влияет сила тока как при электрохимической коагуляции. Гальваническая коагуляция более чувствительна к наличию анионов в воде - они деактивируют поверхность железа и снижают эффективность коагуляции.
Сами по себе установки для электрокоагуляции имеют довольно простую конструкцию. Это универсальный метод очистки оборотных технических вод от нефтепродуктов, тяжелых металлов и взвешенных примесей. Очищает электрокоагуляция очень эффективно - как природные, так и сточные воды, не имеет побочных эффектов в виде образования посторонних соединений. Кроме того, при этом процессе происходит дополнительное обеззараживание воды кислородом. Все это обуславливает широкое применение метода электрокоагуляции в промышленности.
Но есть у технологии и недостатки. В первую очередь это ограниченная производительность электрокоагуляции, высокие затраты электроэнергии, необходимость приобретать большое количество листового металла. При этом металлические пластины довольно быстро выходят из строя, пространство между ними засоряется осадками гидроксидов и солей металлов. Из-за этого падает эффективность очистки. А еще в процессе электрокоагуляции образуются отходы, которые с трудом поддаются утилизации, также процесс взрывоопасен за счет выделения на катоде Н2.
Все это говорит о необходимости дальнейших доработок метода.
Электрохимическая очистка воды электролизом
Электролиз - это еще один метод электрохимической очистки воды, который не требует применения реагентов. С его помощью можно очистить как техническую, так и питьевую воду, что и делается уже на протяжении нескольких 10-летий. В том числе метод электролиза используется для обеззараживания воды в системах горячего водоснабжения. Достоинства метода - в его простоте и бюджетности, ведь для очистки потребуются только специальные электроды, а источником энергии служит простая однофазная электрическая сеть переменного тока.
Работает электролиз так. В процессе очищения вредные микроорганизмы нейтрализуются под влиянием гипохлорита натрия, озона, перекиси водорода и других соединений, которые выделяются на электродах при работе постоянного электрического тока. Все эти вещества берутся из самой воды, ведь любая неочищенная вода содержит соли.
Очистка воды электрофлотацией
Электрофлотация представляет собой один из методов электрохимической очистки воды. Очень мелкие пузырьки водорода и кислорода, которые появляются в процессе электролиза на катоде и аноде, являются агентами. Они собирают всевозможные примеси, забирают их на поверхность воды. Иногда электроды делаются из растворимых материалов, что способствует процессу электрокоагуляции воды - это повышает эффективность процесса.
С какими загрязнениями может справиться электрофлотация:
ионы металлов;
нерастворимые фосфаты;
осадки гидроксидов железа, никеля и хрома;
эмульгированные жиры;
суспензии;
ПАВы, продукты нефтепереработки;
смолистые вещества.
Чаще всего метод электрофлотации используется на пищевых производствах - для очистки сточных вод от эмульгированных жиров, также он применяется на предприятиях нефтеперерабатывающей или машиностроительной отрасли.
Преимущество очистки электрофлотацией по сравнению с обычной флотацией в том, что размер пузырьков газа очень мелкий. На размер влияет состав и форма электродов, плотность тока, температура и другие условия. Электролитическое диспергирование газа высокой степени позволяет использовать электрофлотаторы для очистки водных растворов от устойчивых коллоидных примесей.
Что влияет на электрохимическую очистку воды и где она используется
Чаще всего электрохимические методы очистки воды применяются для дополнительной работы со сточными водами, когда методы осаждения не справляются. Это может понадобиться при содержании в водах таких соединений как мышьяк, селен, никель, медь. В целом электрохимическая очистка лучше всего удаляет металлы, масла и органику.
В целом технология электрохимической очистки воды хорошо зарекомендовала себя для разных температур и кислотно-щелочных балансов водного раствора. Более того, методики приводят к нормализации кислотности воды, делая ее нейтральной или слабощелочной.
На протекание электрохимических реакций в водном растворе влияет плотность тока - то есть, сколько тока поступает на конкретную площадь поперечного сечения электрода. Плотность тока влияет и на темпы растворения электрода, на образование пузырей воздуха и общий потенциал в камере, а также на особенности электрохимических реакций.
Следующий фактор, который влияет на протекание электрохимических методов очистки - это загрузка материала, которая включает подаваемый ток и расход. От нее зависит, сколько электроэнергии будет подано на электролит по объему. Загрузка прямо пропорциональна количеству растворенного электрода, также от нее зависит дозировка металла.
Окончательный уровень подаваемого тока и расхода зависит от состава воды, которая проходит очистку, а также от требований к этой очистке. Поэтому важно понимать цели и задачи очистки, чтобы выстроить оптимальный процесс электрохимического очищения в том или ином случае. Также концентрации примесей оказывают влияние на электропроводность воды и определяют напряжение системы и расходы на очистку.
Как узнать качество воды
Чтобы узнать качество воды и принять решение об очистке существует несколько методов, доступных любому человеку.
Наблюдение
Самым простым методом оценки качества воды является наблюдение. Можно обратить внимание на следующие признаки:
Цвет - чистая вода, пригодная для питья, должна быть прозрачной и без какого-либо видимого окраса.
Запах - чистая вода не имеет запаха. Неприятные запахи, такие как запах хлора или сероводорода, могут быть признаками проблем с водой.
Вкус - он должен быть нейтральным. Любые аномальные вкусовые свойства, такие как металлический привкус, говорят о загрязнении.
Тест-полоски
Тест-полоски подходят для предварительной оценки химических параметров воды в домашних условиях. Это полоски из специального материала, покрытого реагентами. Тест-полоски могут измерять уровень pH, наличие хлора, брома, нитратов, нитритов, жесткость воды и не только. Попав в воду, они меняют цвет, и получившийся результат нужно сравнить с прилагающейся к тестам шкалой.
Тест-полоски удобны в использовании и позволяют быстро получить примерные результаты. Они особенно полезны для быстрой проверки параметров воды в домашних условиях или в ситуациях, когда точные измерения не являются первостепенной задачей. Но важно понимать, что значения эти лишь приблизительные.
Электронные тестеры
Электронные тестеры для оценки состава воды представляют собой устройства для измерения различных параметров. Они могут определять pH, проводимость, температуру, минерализацию. Каждый тип тестера специализируется на конкретном параметре или может измерять несколько сразу.
Электронные тестеры считаются более точными, чем тест-полоски. Использовать их просто: погрузить датчики в воду и подождать результат. Минус таких устройств - они недешево стоят и измеряют ограниченное количество параметров.
Запрос в водоснабжающую компанию
Водоснабжающие организации должны предоставлять отчет о качестве воды, а именно о ее химических и биологических параметрах. Эти отчеты могут быть как на сайте в открытом доступе, также они могут предоставляться по запросу. Однако многие потребители не доверяют таким отчетам, считая их приукрашенными и не соответствующими действительности.
Лабораторный анализ
Одним из самых эффективных способов анализа состава воды является полномасштабное лабораторное исследование. Для этого нужно сперва выбрать лабораторию - лучше всего обращаться в частную, такую как лаборатория “Исвод” в Москве. Там проводят анализ воды из разных источников: колодца, скважины, водопровода. Можно сделать химический анализ состава воды, который выявляет органолептические показатели - цветность, мутность-прозрачность, запах, вкусовые качества, наличие нерастворимого осадка в воде. Также химический анализ выявляет общие показатели - плотность, кислотность, жесткость воды и другие.
Определит такой анализ и неорганические параметры исследуемого водного раствора, ведь в нем могут содержаться тяжелые металлы, минеральные соединения и прочие примеси, концентрацию которых нужно регулировать для сохранения качества воды. Помимо общего анализа, в лаборатории "Исвод" можно исследовать показатели по отдельности, например: железо, жесткость, нитраты, кальций, тяжелые металлы и так далее. Но лучше все же проводить анализ всех параметров. Дополнительно рекомендуется провести микробиологический анализ и бактериологический.
Comments