Что такое очистка воды?

Очистка воды для целей потребления человеком заключается в удалении различных загрязнителей, таких как химические вещества (например, загрязнители, токсичные металлы), биологические загрязнители (водоросли, бактерии, грибки, паразиты, вирусы), взвешенные твердые частицы и газы.

Если вас заинтересовала статья, можете обратить своё внимание на такой источник, как https://aquaanalytic.com/katalog/vodopodgotovka/promyshlennaya-vodopodgotovka/ .

В процессе очистки воды используется несколько методов, которые включают: (1) физические процессы, такие как фильтрация, осаждение или дистилляция; (2) биологические процессы, такие как песчаные фильтры, активированный уголь; (3) химические процессы, такие как флокуляция, хлорирование, использование ультрафиолета.

Что касается физических подходов, используемых при очистке воды, они различаются явлением, на котором основаны процессы. Например, фильтрация основана на отделении твердых частиц от текучей среды путем размещения пористой среды (фильтра), которая задерживает твердые частицы и позволяет текучей среде проходить с другой стороны. С другой стороны, седиментационный подход использует гравитационную силу, которая заставляет твердые частицы образовывать отложения на дне трубы, содержащей загрязненную воду, в то время как дистилляция включает преобразование жидкости (воды) в пар. фаза, процесс, в основе которого лежит различие в летучести соединений.

Медленные песочные фильтры представляют собой один из примеров биологических подходов, используемых при очистке воды, который подразумевает использование труб глубиной 1-2 м, заполненных песком, которые задерживают примеси, присутствующие в фильтрованной воде. Активированный уголь (древесный уголь), еще один используемый подход, представляет собой микропористый углерод с большой площадью поверхности и улучшенными адсорбционными свойствами.

С научной точки зрения флокуляция — это процесс, при котором коллоиды в суспензии дестабилизируются после добавления осветляющего агента; Что касается процесса очистки воды, явление флокуляции может относиться к дестабилизации и коагуляции загрязняющих веществ, присутствующих в воде. Хлорирование воды обычно встречается при очистке водоснабжения и заключается в добавлении хлора или гипохлорита для уничтожения микробов и предотвращения распространения болезней, передающихся через воду.

Использование электромагнитного света, особенно с короткой длиной волны (в ультрафиолетовом диапазоне), обычно используется при дезинфекции, поскольку он вызывает бреши в структуре нуклеиновых кислот микроорганизмов, нарушая их клеточные функции. Этот метод часто используется при обеззараживании воды.

В этой главе основное внимание уделяется наиболее изученным физическим методам, связанным с процессом фильтрации. По сравнению с другими подходами, используемыми при очистке воды, мембранная фильтрация воды имеет некоторые преимущества, такие как: (1) непрерывность работы; (2) не требует использования каких-либо химикатов; (3) это не предполагает большого расхода энергии; (4) возможность расширения, интеграции / интеграции других процессов и возможность автоматизации

Есть несколько параметров, влияющих на свойства и эффективность мембран, используемых при фильтрации воды: (1) размер пор мембраны / размер молекул / частиц загрязняющих веществ; (2) положительный / отрицательный заряд поверхности мембраны, соответственно полярность загрязняющих молекул; и (3) адсорбционная способность поверхности мембраны ( Street et al., 2014 ).

В зависимости от размера пор используемых фильтров (мембран) могут быть удалены загрязнения различного размера, и при уменьшении размера пор может быть достигнута лучшая очистка; Таким образом, доступны следующие методы: (1) микрофильтрация (размер пор около 0,1 мкм), которая удаляет бактерии и взвешенные твердые частицы в воде; (2) ультрафильтрация (размер пор около 0,01 мкм), которая помимо микрофильтрации удаляет вирусы; (3) нанофильтрация (размер пор около 0,001 мкм), которая удаляет большую часть органических молекул и некоторые многовалентные ионы (двухвалентные ионы из жесткой воды); и (4) обратный осмос (размер пор около 0,0001 мкм), который удаляет все органические молекулы и минералы в воде, в результате чего получается сверхчистая вода

При анализе свойств этих типов мембран становится ясно, что наиболее выгодны мембраны с меньшим размером пор. Однако из соображений рентабельности все эти методы фильтрации можно использовать для получения питьевой воды в сочетании с другими видами очистки. Например, мембраны с микропорами могут удалять песок, ил, глины, Giardia lamblia и Crypotosporidium.цисты, водоросли и некоторые виды бактерий при использовании в сочетании с дезинфицирующими средствами. В случае мембран, предназначенных для ультрафильтрации, даже если они могут удалить большинство микроорганизмов и вирусов в воде, рекомендуется использовать дополнительную дезинфекцию. Однако среди преимуществ таких мембран мы можем вспомнить: (A1) фильтрацию с помощью механизмов исключения размера; (A2) постоянное качество процесса удаления; (A3) возможность автоматизации; (A4) установка, объединяющая этот тип фильтра и процесс фильтрации, компактна. Основным недостатком может быть явление засорения (см. Раздел 12.3.). Нанофильтрация — это первый шаг к идеальной фильтрации воды, поскольку она удаляет все микроорганизмы, вирусы и органические вещества. Другое важное преимущество заключается в их способности удалять из воды щелочность и жесткость. Самая современная фильтрация производится мембранами обратного осмоса, которые дополнительно могут удалять большую часть неорганических примесей, в результате чего получается сверхчистая вода. Среди преимуществ этого типа фильтрации отметим: (A1) полное удаление загрязняющих веществ; (A2) чувствительность фильтрации не сильно зависит от потока; и (A3) возможность автоматизации. Помимо этих преимуществ, метод имеет некоторые ограничения, которые относятся к высокой стоимости, управлению процессом и необходимости предварительной обработки и предрасположенности к обрастанию.

Существует несколько примеров мембран, принцип фильтрации которых основан на полярности молекул загрязняющих веществ и их способности удерживать эти частицы посредством электростатических взаимодействий. Однако дипольные молекулы (как с положительно, так и с отрицательно заряженными группами), такие как молекулы воды, могут легко ориентироваться и, таким образом, проникать через мембрану ( Street et al., 2014 ).

Что касается мембран с адсорбирующими свойствами, удержание молекул загрязняющих веществ также основано на электростатических взаимодействиях: из-за того, что поверхность мембраны заряжена отрицательно, положительно ионы в воде адсорбируются, образуя двойной электрический слой на поверхности мембраны ( Street et al., 2014 ). На адсорбционную способность загрязняющих веществ влияет несколько факторов, таких как их природа, концентрация и массовое распределение. Также Ca 2+концентрация влияет на фильтрующие свойства, потому что взаимодействие с отрицательно заряженной поверхностью мембраны предпочтительнее по сравнению с молекулами загрязняющих веществ, которые обычно больше по размеру и имеют различную пространственную форму. Кроме того, для процесса важны физические и химические свойства мембраны ( Street et al., 2014 ).

В зависимости от их структуры и химического состава мембраны также можно разделить на: (1) изотропные, имеющие однородную физическую природу и химический состав в поперечном сечении; 2) анизотропные, неоднородные по поперечному сечению. Примеры анизотропных мембран для фильтрации воды приведены с использованием послойных подходов ( Wang et al., 2015, 2016a ; Qin et al., 2016; Xu et al. 2015; Zhang et al., 2015a; Diep et al. , 2015; Gu et al., 2015; Kaner et al., 2015 ). Основное преимущество этого типа мембран заключается в их противообрастающих свойствах, определяемых различными подходами к модификации поверхности (подробности см. В разделе 12.3 ).

Прогресс в очистке воды в основном обусловлен научным прогрессом, достигнутым в идентификации патогенов и других загрязняющих веществ в воде, введением новых правил, касающихся качества воды, а также развитием материаловедения, интеллектуальных материалов и наноматериалов. Сегодня существует множество примеров коммерческих мембран для очистки воды; однако все еще существует постоянная потребность в улучшении их свойств, таких как: (1) противообрастающие свойства; (2) химическая стабильность; (3) механическая стабильность; и (4) термическая стабильность.

Оборудование

система очистки воды CDUFBI001 (MilliQ)

матрица многоэлектродных резонаторов MECA16 (Ionera Technology GmbH)

Orbit16 (Nanion Technologies GmbH)

перемешивающий магнит 2  ×  3  мм (Nanion Technologies GmbH)

Вкладыш из ПТФЭ (Nanion Technologies GmbH)

резиновое уплотнительное кольцо (Nanion Technologies GmbH)

Программа Elements Data Reader EDR v3.8.6 (Elements SRL)

Электроды из спеченных таблеток Ag / AgCl 1,0  ×  3  мм (Neurospec, арт. № NS-7671)

аналитические весы (Mettler Toledo, арт. № AB54)

морозильники (  -80  ° C / -20  ° C) и холодильники (4  ° C)

плита (Heidolph, исх. № MR3001)

микропипетки 0,1–2  мкл, 1–10  мкл, 20–200  мкл (Gilson)

Применение адсорбционной и ионообменной технологии

Очистка и умягчение воды на сегодняшний день является наиболее важным применением сорбентов и ионообменных смол , обеспечивая тем самым воду высокого качества не только для пищевой промышленности, но и для широкого круга других промышленных отраслей. Это также касается очистки сточных вод, которая вызывает все больший интерес с точки зрения снижения содержания органических веществ в промышленных сточных водах, накапливающихся в огромных количествах. Кроме того, описаны многочисленные биотехнологические процессы с использованием технологий на основе смол для обогащения и очистки ценных компонентов, таких как полифенолы, которые затем могут быть использованы в обогащенных пищевых продуктах , напитках, косметике и фармацевтических препаратах. Более того, двойное использование может возникнуть, если органические нагрузки [7,24]стоки происходят из-за наличия полифенольных компонентов. Например, галловая кислота часто встречается в качестве фенольного микрозагрязнителя в сточных водах агропромышленного комплекса, где технологии адсорбции и ионного обмена могут, с одной стороны, способствовать преодолению потенциальных экологических проблем из-за высокого содержания таких растительных компонентов. С другой стороны, их восстановление может быть привлекательным с экономической точки зрения из-за многообещающих свойств растительных фенолов, связанных со здоровьем. . Сточные воды консервной промышленности артишока характеризуются высоким содержанием органических веществ и фенолов. Чтобы преодолеть эту экологическую проблему и в то же время повысить ценность этого потока отходов, был разработан процесс, состоящий из трех основных этапов. Сначала сточные воды артишока обрабатывались ультрафильтрацией для удаления высокомолекулярных соединений и взвешенных веществ. Впоследствии полученный раствор был дополнительно обработан нанофильтрацией для обогащения фенольных соединений.и сахара. Наконец, эта обогащенная фракция была применена к различным адсорбирующим смолам для сравнения их потенциала в отношении извлечения фенольных соединений, демонстрируя, что сочетание мембранных и адсорбционных процессов для очистки промышленных сточных вод может быть подходящим подходом для решения вышеупомянутых экологических проблем . Производство оливкового масла также связано с большим количеством побочных продуктов. Среди них сточные воды оливкового масла создают серьезные экологические проблемы из-за высокого содержания оливковой пульпы. ., пектины и масло. Кроме того, сравнительно высокое содержание полифенолов способствует плохой способности таких сточных вод к биологическому разложению. Таким образом, адсорбция на активированном угле была предложена для снижения содержания фенолов в сточных водах, которые впоследствии могут быть использованы, среди прочего, для производства биоэтанола . При оптимальных условиях процесса была получена сорбционная емкость около 36 мг фенольных соединений / г активированного угля, что указывает на пригодность этого сорбента для очистки сточных вод. .

Те же проблемы возникают и со сточными водами, возникающими при извлечении розового масла. Розовое масло получают путем паровой дистилляции свежих лепестков розы. Этот процесс сопровождается большими объемами сточных вод, характеризующихся высоким содержанием фенольных соединений. Следовательно, ряд полимерных смол был оценен в отношении их способности обогащать эти фенольные соединения, а также способности элюировать эти соединения, связанные с поверхностью смолы в мягких условиях. После фильтрации водных побочных продуктов для удаления взвешенных твердых частиц фенольные соединения адсорбировались полимерными смолами и, наконец, элюировались гидроэтанольными растворами. Таким образом, был получен поток отходов, обедненный фенольными соединениями, и фракция обогащенных полифенолов.  .

И наоборот, твердые остатки, образующиеся при переработке пищевых продуктов, часто предлагались в качестве недорогих адсорбентов для различных целей. С одной стороны, это также предоставляет возможности для внедрения процессов сорбции и ионного обмена на предприятиях пищевой промышленности в странах с ограниченными финансовыми ресурсами, поскольку инвестиционные затраты при применении современных специальных смол сравнительно высоки. С другой стороны, экологические проблемы, связанные с удалением отходов, могут быть преодолены за счет устойчивого повышения стоимости побочных продуктов переработки. Чтобы проиллюстрировать такое повышение валоризации, использовалась отработанная кофейная гуща после очистки для обогащения фенольных соединений из экстрактов зеленого чая. Эта сорбция оказалась возможной в соответствии с кинетикой псевдовторого порядка, а условия равновесия лучше всего описывались изотермой Фрейндлиха. .

В прошлом применение адсорбентов и ионообменников в пищевой промышленности определялось процессами, разработанными в основном для удаления фенольных соединений по разным причинам. В этом контексте технология фруктовых соков является одной из наиболее важных областей применения таких смол в пищевой промышленности, где они в основном применяются для стабилизации и обесцвечивания соков, а также для уменьшения горечи соков цитрусовых , то есть для преодоления проблемы, часто вызываемые фенольными соединениями. В этом отношении адсорбционная технология является подходящей альтернативой традиционным методам очистки с использованием, например, бентонита., желатин и золь кремнезема соответственно. Таким образом, соки могут быть стандартизованы, а светлые почти прозрачные соки могут быть получены путем связывания как продуктов реакции Майяра, образующихся при термической обработке соков, так и фенольных соединений, которые также способствуют образованию облаков и коричневатым оттенкам соков. . Помимо обесцвечивания, неприятный привкус и привкус являются частыми проблемами, связанными с производством сока, которые могут возникнуть сразу после обработки или во время хранения. В этом контексте наиболее ярким примером является горечь грейпфрутов и апельсинов пупка , которая наблюдается перед хранением и вызывается как лимонином, так и нарингином или гесперидином , соответственно.[30,31] [32–34]. Такая нежелательная горечь может быть эффективно уменьшена путем избирательного связывания горьких соединений с поверхностью адсорбирующих смол на заключительном этапе производства сока. Следовательно, привкусы и привкусы, возникающие при хранении, не меняются при сорбционной обработке. Такие явления могут наблюдаться, когда прекурсоры, которые сами по себе не влияют отрицательно на сенсорные свойства.продуктов, разлагаются или образуют нежелательные продукты реакции с другими компонентами сока. Вышеупомянутые соединения-предшественники могут быть результатом стадий нагревания, выполняемых для термического консервирования соков, или процессов разложения, таких как реакция Штрекера. Это было продемонстрировано для феруловой кислоты, гидроксикоричной кислоты, часто встречающейся в растительных материалах, которая может вызывать повышенное высвобождение -винилгуаякола, при этом последний вносит свой вклад в «старые фрукты» или «тухлый» вкус. Таким образом, были разработаны стратегии для решения таких проблем, которые основаны на избирательном связывании соединений-предшественников из соков с использованием макромолекулярных смол. В таких случаях технологии на основе смол могут значительно улучшить сенсорные качества соков, не влияя на их качество. парапитательная ценность и, в то же время, продление срока годности продуктов  .

Киви является еще одним ярким примером фруктовой матрицы, характеризующейся высоким содержанием полифенолов, что может вызывать проблемы при переработке сока в отношении нежелательного потемнения и терпкости сока. Среди прочего, адсорбция смолы представляет собой процесс, позволяющий снизить содержание полифенолов, таким образом преодолевая вышеупомянутые проблемы. Статистический анализ применялся для систематической оптимизации параметров процесса, таких как скорость потока и объем сырья, которые можно обработать определенным количеством адсорбционной смолы. В то же время такие инструменты позволили вывести оптимальные технологические условия извлечения полифенолов из смолы при десорбции.

Более того, белки также могут влиять на стабильность обработанных пищевых продуктов, например, из-за нежелательного помутнения при хранении. По этой причине очистка — это этап процесса, обычно выполняемый во время винификации, с целью снижения содержания белка, который в противном случае может выпадать в осадок, в том числе в результате взаимодействия с фенольными соединениями. Для этого часто применяется бентонит. В качестве альтернативы можно проводить процессы ультрафильтрации для уменьшения содержания белка. Более поздние разработки включают применение полимерных мембран со встроенными микро- или наноразмерными частицами, последние отвечают за адсорбцию белка. Следовательно, такие мембраны обеспечивают одновременную адсорбцию и фильтрацию на одной стадии процесса. В итоге,[38]. Полифенолы являются вторым по значимости классом соединений, которые вносят значительный вклад в образование помутнения при выдержке вина, а также отвечают за реакции потемнения. Их содержание обычно уменьшается обработкой PVPP. Неудивительно, что потеря цвета при обработке розовых вин PVPP также указывает на то, что желаемые соединения, то есть антоцианы , связаны этим полимером. Детальные исследования показали, что степень взаимодействия с ПВПП зависит от строения фенольных соединений. На флаванолы наибольшее влияние оказали флаванолы (снижение на 64%) с олигомерными флаванолами, показывающими более высокую скорость адсорбции по сравнению с мономерными, за которыми следуют флавонолы.(42%), тогда как только 12% антоцианов были связаны с поверхностью полимера. Вычислительные методы расчета энергий взаимодействия позволили интерпретировать вышеупомянутые различия в скоростях восстановления.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Техника и человек
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector