Создание научных основ обеззараживания и очистки воды на основе нанотехнологии

1.5 Химические свойства воды

Вода является химическое вещество с химической формулой H2O [4]: одна молекула воды состоит из двух водородных атомов ковалентно связан с одним атомом кислорода. Вода появляется в природе во всех трех общих состояний материи и может принимать различные формы на Земле: водяной пар и облака в небе, морская вода и айсберги в полярных океанов; ледниками и рек

ами в горах, и жидкости в водоносных горизонтов в почва. Основные химические и физические свойства воды: Вода является вкуса, запаха жидкости при стандартной температуре и давлении. Цвет воды и льда, по своей природе, очень легкий голубой оттенок, хотя вода появляется бесцветное в небольших количествах. Кроме того, лед появляется бесцветное и водяного пара в основном как невидимый газ.

Вода является прозрачным, и, следовательно, водные растения могут жить в воде, поскольку солнечный свет может достигать их. Только сильные ультрафиолетового света немного поглощается. Поскольку молекулы воды не является линейной и атом кислорода имеет более высокую электроотрицательность, чем атомов водорода, имеют небольшой отрицательный заряд, а атомы водорода слабо положительной. В результате, вода является полярная молекула с дипольным моментом. Чистая взаимодействия между диполей на каждую молекулу причина эффективной скин-эффект на границе воды с другими веществами, или воздуха на поверхности, последний вызвал высокий поверхностное натяжение воды. Это дипольное природа способствует тенденцию молекул воды к образованию водородных связей, которые вызывают много воды специальными свойствами. полярная природа также способствует адгезии с другими материалами. Результатом взаимодействия этих свойств, Капиллярный относится к тенденции воду для перемещения вверх узкой трубе против силы тяжести. Это свойство, на которые ссылается всех сосудистых растений, таких, как деревья.

Вода является хорошим растворителем и часто упоминается как универсальный растворитель. Вещества, которые растворяют в воде, например, соли, сахара, кислоты, щелочи и некоторые газы - особенно кислорода, углекислого газа (сатурации) известны как гидрофильные (любящие воду) вещества, а те, что не хорошо смешать с водой (например, жиры и масла), известные как гидрофобные веществ. Все основные компоненты клетки (белки, ДНК и полисахаридов), также растворенный в воде.

вода электрофизический очистка нанотехнология

Глава 2. Методы очистки воды

2.1 Основные типы загрязнений и методы их удаления

Значение чистой воды для человека трудно переоценить. К сожалению, вода практически никогда не бывает чистой, то есть всегда содержит какие-то примеси и растворенные вещества [11]. Она растворяет в себе огромное количество химических веществ, как органических, так и неорганических. Некоторые из них сами по себе возможно и не очень вредны для организма, но становятся вредными при контакте с другими. Другие же полезны, но сочетания могут приносить вред, в целом не сравнимый с пользой. Другая разновидность примесей - микроорганизмы, которые вызывают массу заболеваний: бактерии, вирусы, грибы, простейшие и т.д. Известно, что поступление в организм с питьевой водой веществ, в концентрациях выше предельно-допустимых, может вызвать необратимые изменения в работе важнейших систем жизнедеятельности человека.

Существуют различные методы очистки воды для приведения ее к норме [11,12]. Рассмотрим наиболее распространенные из них [11-14]:

1. Предварительная очистка воды

Если в качестве источника водоснабжения для приготовления питьевой воды используются поверхностные и подземные воды, требуется проведение тщательной предварительной очистки, которая включает в себя:

• первичное отстаивание с применением или без применения реагентов, в зависимости от состава исходной воды.

• коагуляция (т.е. введение в обрабатываемую воду солей алюминия, железа или полиэлектролитов), для укрупнения взвешенных и коллоидных частиц и перевода их в фильтруемую форму.

• механическая очистка воды с помощью фильтрования. Очистка воды с помощью фильтрования применяется для самых различных целей. Для очистки воды, подаваемой из общественных водопроводных сетей, как правило, применяется тонкое фильтрование с использованием:

-фильтров обратной промывки (данный тип фильтров представляет собой сетчатые фильтры, очистка в которых происходит посредством осаждения механических загрязнений на сетке фильтра и при обратной промывке водой смываются в дренаж)

-или патронных фильтров (данный тип фильтров представляет собой колбу со сменным фильтрующим элементом – патроном (картриджем), по истечении срока службы которого, производится замена на новый фильтрующий элемент).

В качестве элементов очистки используют сетки и картриджи со степенью фильтрации от 5мкм до 1мм, в зависимости от уровня загрязнений. В технике подготовки воды из индивидуальных подземных или поверхностных источников водоснабжения наиболее широко применяют скорые напорные фильтры. В качестве фильтрующего материала в зависимости от целей фильтрации применяется кварцевый песок, антрацит, доломит.

2. Очистка воды от железа

Решение проблемы очистки воды от железа представляется довольно сложной и комплексной задачей, в связи с этим вряд ли возможно установить какие-либо универсальные правила очистки.

Наиболее часто используемыми методами при очистке воды от железа являются:

• аэрация, т. е. Нагнетание воздуха и интенсивный процесс окисления в емкости. Расход воздуха для насыщения воды кислородом составляет около 30 л/м3.

• обработка воды сильными окислителями – озон, хлор, гипохлорит натрия, перманганат калия.

• фильтрование через модифицированную загрузку (пропускание воды через материалы для удаления железа, которые осуществляют не только очистку воды от окисленного железа (осадка), но и от растворенного железа с помощью химического взаимодействия).

Типичная картина, которая наблюдается при подъеме железистой воды из скважины, такова: вначале вода, выкачанная из скважины, абсолютно прозрачна и кажется чистой, но проходит несколько десятков минут и вода мутнеет, приобретая специфический желтоватый цвет. Через несколько часов муть начинает оседать, образуя рыхлый осадок. Процесс осаждения может длиться несколько дней. Скорость осаждения зависит от температуры и состава воды. Наличие железа можно определить и на вкус. Начиная с концентрации 1,0-1,5 мг/л вода имеет характерный неприятный металлический привкус. Игнорирование проблемы железа в воде оканчиваются плохо, и стоит дорого: потеря «белизны» ванн, отказ импортной бытовой техники, систем отопления и нагрева воды. В системе горячего водоснабжения проблемы, обусловленные повышенным содержанием железа, многократно возрастают. Уже при концентрации 0,5 мг/л идет интенсивное появление хлопьев, образующих рыхлый шлам, который забивает теплообменники, радиаторы, трубопроводы, сужает их проходное сечение.

Санитарные нормы КР ограничивают концентрацию железа в воде для хозяйственно-питьевых нужд в пределах 0,3 мг/л. В подземной же воде она колеблется в пределах от 0,5 до 20 мг/л. В Центральном регионе, включая Подмосковье - от 0,5 до 10 мг/л, наиболее часто 3-5 мг/л.

 Скачать реферат