Тольяттинский государственный университет
Кафедра: Нанотехнологий и новых материалов
Реферат на тему
" Механический способ очистки воды"
Преподаватель: Растегаева И. И.
Тольятти 2010
Содержание
Введение
1. Что представляет собой механический способ очистки воды
2. Нанотехнологии в очистке воды
Заключение
Список литературы
Введение
Еще в городах древнего Египта, Греции и Рима существовали канализационные системы,по которым отходы жизнедеятельности людей и животных транспортировались в водоемы- реки, озера и моря. В Древнем Риме перед сбросом в Тибр канализационные стокинакапливались и выдерживались в накопительном пруде-отстойнике — клоаке (cloacamaxima). В Средние века этот опыт был в значительной степени забыт, помои, экскрементылюдей и животных, выливались на городские улицы и удалялись эпизодически. Это являлосьпричиной загрязнения и заражения источников питьевой воды и приводило к возникновениюэпидемий холеры, тифа, амебной дизентерии и др. В начале 19 века в Англии был изобретентуалет с водяным смывом (water closet, WC). Возникла очевидная необходимость в обработкесточных вод и предотвращения их попадания в источники питьевой воды. Сточные водысобирали и выдерживали в больших емкостях, осадок использовали в качестве удобрений.В начале двадцатого века были разработаны интенсивные системы очистки бытовых сточныхвод, включая поля орошения, где вода очищалась, фильтруясь через почву, струйныефильтры со щебневой и песчаной загрузкой, а также резервуары с принудительной аэрацией- аэротенки. Последние являются основным узлом современных станций аэробной очисткигородских сточных вод. Первоначально основной целью очистки стоков являлось их обеззараживание.Понимание важности качественной очистки сточных вод для охраны природных водоемовпришло позже. Проблема чистой воды является одной из актуальнейших проблем наступившеговека. Для сохранения мест забора питьевой воды чистыми необходима качественная очисткасточных вод, потребление которых в России достигает 500 литров в сутки на душу городского населения. В настоящее время разработаны и развиваются современныетехнологии очистки сточных вод. Наибольший интерес и перспективу имеют естественныеи самые дешевые биологические методы очистки, представляющие собой интенсификациюприродных процессов разложения органических соединений микроорганизмами в аэробныхили анаэробных условиях.
Механическую очистку сточных вод применяют преимущественно какпредварительную. Механическая очистка обеспечивает удаление взвешенных веществ избытовых сточных вод на 60-65%, а из некоторых производственных сточных вод на 90-95%.Задачи механической очистки заключаются в подготовке воды к физико-химической ибиологической очисткам. Механическая очистка сточных вод является в известной степенисамым дешевым методом их очистки, а поэтому всегда целесообразна наиболее глубокаяочистка сточных вод механическими методами [1].
1. Что представляет собой механический способ очисткиводы
Механический способ фильтрации. Представим себе стеклянную трёхлитровуюбанку или кастрюлю, накрытую марлей, через которую наливается вода. Это простейшиймеханический фильтр, но он может остановить только мусор миллиметрового размера.К тому же, хотя поверхность марли велика (примерно, один квадратный метр), работаеттолько та ее часть, куда падает поток воды (сечением один квадратный сантиметр),и эта частица поверхности быстро засоряется. Но можно сложить марлю вдвое, вчетверо,в восемь раз — теперь работают 8 см2 поверхности, фильтр стал плотнее, он задерживаетчастицы размером 0,1 мм, или 100 мкм, но быстрее засоряется и поток воды через неготечет медленнее.
Но если нас интересует качество фильтрации, а не скорость, нужно,чтобы работала вся поверхность марли. С этой целью её можно сложить и поместитьв пластмассовый цилиндр сечением 1 см2, через который будет пропускаться струя воды.В малом объеме цилиндра работает вся поверхность марли и задерживает частицы в 10мкм. Но у этого способа есть недостатки. Резко снижается скорость фильтрации. Работаетне полная поверхность марли, а верхние слои быстро забиваются примесями и не пропускаютводу к средним и нижним слоям. Если увеличить напор воды, чтобы вода как бы продавливаласьчерез всю поверхность марлевого фильтра, можно повысить эффективность такого фильтра.Но прогнав литров пять жидкости, можно заметить, что качество фильтрации падает:марля забьётся, и сильный поток воды не очищается, а вымывает из нее мелкий мусор.Поэтому нужно часто вытаскивать марлю и очищать ее.
Пример с марлей — самый простой способ механической фильтрацииводы в домашних условиях. На практике механическая фильтрация — это фильтрация черезсито или сетку, то есть через инертную среду с определенным размером отверстий илипор, не пропускающих более крупные, чем эти отверстия, частицы. В качестве фильтрующегоматериала используется, пористое полипропиленовое волокно — в виде блока-картриджа,который подлежит замене по истечении его ресурса.
Теоретически механический фильтр способен задерживать крупныеи мелкие частицы, взвеси, бактерии и даже вирусы и крупные органические молекулы.Что же касается газов, металлов, хлорорганики, то от этих соединений фильтры неспасают [2].
Недостатки механической очистки
Возникает ряд проблем при механическом способе фильтрации воды:
v необходимостьуменьшить ячейки сетки или поры фильтрующего материала, чтобы фильтрация была качественной;
v необходимостьсоздать в малом объеме фильтра большую рабочую поверхность, чтобы фильтр мог пропуститьбольшее количество жидкости;
v зависимостьскорости фильтрации от плотности фильтрующего материала и давления воды; неизбежноезасорение фильтра;
v необходимостьуловить момент засорения фильтра и либо заменить фильтр новым, либо очистить (регенерировать)его [2].
Достоинства механической очистки
• являясь самыми дешевыми среди остальных методов очистки,
• призваны подготовить сточные воды для участия в процессах химической и биологическойочистки.
• крупнодисперсные взвеси, содержащиеся в сточных водах, могут повредить дорогоеоборудование, работающее на основе методов биологической и физико-химической очистки[4].
В зависимости от того, какой размеримеют задержанные порами фильтра частицы, механическую фильтрацию делят на:
o ультрафильтрацию (задерживается 95% частиц размером 0,2-0,5 мкм);
o два класса микрофильтрации (задерживается 95% частиц размерами 0,5-5и 5-15 мкм);
o два класса макрофильтрации (задерживается 95% частиц размерами 15-50и более 50 мкм).
Макрофильтрация обычно используется в предфильтрах, патроны которыхврезают в входящую водопроводную трубу. Для более тонкой очистки воды в патронызакладываются катриджи для микрофильтрации. Оптимальный размер пор — 5 мкм, посколькукатриджи с мелкими порами от 0,5 до 1 мкм быстро засоряются.
при ультрафильтрации — взвеси, микрофлора и крупные органическиемолекулы; при микрофильтрации — взвеси и бактерии. Этот способ фильтрации применяетсядля удаления бактериологических и органических загрязнений (в том числе — хлорорганики),а также обессоливания воды (в случае обратного осмоса).
Осматическая фильтрация
Осмотическая фильтрация зависит от различной пропускной способностиспециальных полупроницаемых плёночных мембран (фильтров), изготовленных на основесинтетических полимерных материалов. Толщина таких мембран варьирует от 0,1 до 1 мм и между молекулами в плёнке существуют мельчайшие «отверстия-поры», причем очень маленькие,гораздо меньше, чем в механических фильтрах. Питьевая вода состоит из молекул Н2Ои множества молекул и ионов примесей, и все они имеют хотя и малые, но разные размеры.Если процеживать воду через мембрану, то пройдут небольшие молекулы Н2О и близкиек ним по величине, а более крупные будут задержаны. Это и есть механизм осмотической,или мембранной, фильтрации.
Для реализации этого метода нужно взять открытую с обоих сторонцилиндрическую ёмкость; один конец (служащий дном) затянуть пленкой из полиэтилена,налить в цилиндр раствор сахара в воде и погрузить его дном в сосуд с чистой водой.Большие молекулы сахара не могут пройти сквозь полиэтиленовую плёнку, а молекулыводы проходят, в результате, уровень жидкости в цилиндре изменится. Полиэтиленоваяплёнка в данном случае является простой полупроницаемой мембраной [2]. 2. Нанотехнологии в очистке воды
Нанотехнологии все глубже проникают в нашу жизнь и нетолько в научных лабораториях и институтах мы можем познакомиться с ними. Теперьмы имеем возможность использовать нанотехнологии у себя дома, для повседневных нужд,в частности, для очистки питьевой воды, при помощи бытовых фильтров с новым наносорбентомУСВР.
УСВР — углеродная смесь высокой реакционной способности.
В основе созданияУСВР лежит научное открытие «Явленияобразования наноструктурных углеродных комплексов», принадлежащее академикуРАЕН В.И. Петрику. Он впервые в мире смог создать четвертую модификацию углерода,не встречающуюся в природе. Он создал углеродный нанослой — это слой, толщина которогосоставляет около 10 в минус девятой степени метра. Такой углеродный слой атомарнойтолщины называют графеном.
Метод получения УСВР из слоистых углеродных соединений (СУС)разработан В.И. Петриком впервые в мире. Он синтезировал химическое соединение,способное к взывообразному разложению. Сам процесс выглядит фантастически, когдав результате неуправляемой холодной цепной реакции происходит деструкция графитаи его объем увеличивается на глазах в 500 раз! УСВР химически инертен, электропроводен,гидрофобен, устойчив к агрессивным средам, экологически чист. УСВР обладаетвысочайшими сорбционными показателями по всему ряду компонентов и является уникальнымсорбентом для комлпексной очистки как питьевой воды, так и промостоков.Какидет процесс очищения воды?
механический очистка вода нанотехнология
Ненасыщенные межатомарные углеродные связи при контакте с оченьширокой группой веществ (можно сказать — со всеми нерастворимыми и некоторыми растворимымив воде примесями) удерживают их в массе УСВР, пропуская молекулы воды.
Очень важно то, что УСВР не вступает с этими веществамив химические реакции, т.е. в отфильтрованной воде не может быть того, чего не былона входе в фильтр.
При смачивании УСВР образует массу, обладающую огромнымгидравлическим сопротивлением, которое намного выше, чем, скажем, у активированногоугля. В этой массе, как в очень плотно сплетенной сети «запутываются»- чисто механически — даже самые мелкие взвеси. Это означает, что масса УСВРтолщиной в несколько сантиметров работает не только как сорбент, удерживая примесипри помощи ненасыщенных межатомарных углеродных связей, но и как фильтр, чисто механическиудерживая даже мельчайшие примеси и взвеси
Стоящий рядом УСВР-фильтр полностью очистил воду от всехпримесей, в том числе и от мелкой ржавчины, в объеме 25 куб. м.
Чтобы засорить мембрану или систему мембран мелкими и мельчайшимипримесями, достаточно пропустить через них объем воды, на несколько порядков меньший,чем для того, чтобы засорить объемный УСВР-фильтр. Мембранные фильтры нетолько необходимо регулярно промывать (ясно, что система обратной промывки резкоудорожает очистку воды), но и менять значительно чаще, чем картриджи УСВР-фильтров,не требующие никакой промывки [3].
Заключение
Механический способ очистки воды был известен еще в древние временаи живет до сих пор. Является самый дешевым и используемым способом среди всех остальных.Благодаря нанотехнологиям он развивается дальше и не уступаем химическим и биологическимметодам. Домашние фильтры которые используют многие люди основаны именно на этомспособе.
Список литературы
1 — www.water.ru/catalog/obsh_sved. shtml
2 — www.o8ode.ru/article/dwater/purewater/metody__o4ictki_vody_
c_pomoqu_filtrov. htm
3 — www.biofoton.ru/fltr-02. php
4 — www.a-filter.ru/metodi_ochistki_stochnih_vod