4.1. Физични и химични процеси

4.1.1. Аериране

Аерирането не е задължителна част от процеса по пречистване на водата. То включва фино очистване и окисления, за отстраняване или промяна на състава на водата. Аераторите работят чрез увеличаване на размера на площта на навлизащия въздух, където се осъществява контакта с водата. Това може да се постигне чрез преминаване на въздуха през водата, напр. Във въздухо разпределящия аератор. За разлика от него много аератори функционират на принципа на преминаване на водата през, напр. през разпръсквателна дюза, конусно корито, каскада и аератори с кокс корито. Освен горепосочените, има и аератори с изкуствена тяга, при които въздуха преминава през водата и водата през въздуха (URL 1).

Аерирането е процес, при който въздухът и водата влизат в непосредствен контакт. Турбуленцията увеличава аерацията на течащите потоци. Времето на контакт и съотношението въздух - вода трябва да бъдат достатъчно големи, за да се отстрани ефективно излишния газ. Аерацията е ефективен метод за контрол на бактериите. Аерацията, като практика за пречистване на вода, се използва за следните операции:

• Да се намали концентрацията на вещества, причина за специфичен вкус и мирис на водата и, до известна степен, да се окисли органичната материя.
• Да се премахнат вещества, които могат по някакъв начин да повлияят или да увеличат разходите за последващо пречистване на водата. Основен пример е отстраняването на въглеродния диоксид от водата, за да се контролира корозията и преди водата да се омекоти с вар.
• Да се премахнат летливите органични съединения и летливите почвени органични съединения, считани за опасни за общественото здраве.
• Да се добави озон или хлорен газ към водата за окисление и / или за целите на дезинфекция.
• Да се добави кислород към водата, предимно за окисляване на желязото и мангана, открити в много кладенчови води така, че те да могат да бъдат отстранени чрез допълнително пречистване.
• Да се премахне амоняка от водата.
• Да се премахнат газове като радон, сероводород и метан.
• Да се премахнат трихалометани, пестициди и хербициди (Dyksen, 2005; URL 2).

4.1.1.1. Как функционира аерирането ?

Аерацията отстранява или променя състава на водата с помощта на два метода –фино очистване и окисление (Фигура 4.1). Финото очистване се причинява от турбуленцията, която се получава, когато водата и въздуха се смесят заедно. Финото очистване физически премахва газовете от водата, което им позволява да се освободят в околния въздух. На снимката по-долу е показано как се отстраняват въглероден диоксид и сероводород чрез фино очистване. Финото очистване премахва вкусове и миризми от водата, ако проблемът е причинен от относително летливи газове и органични съединения (URL 3).

Окислението е другият процес, чрез който се извършва аериране за пречистване на водата. Окислението е процес на добавяне на кислород, отстраняване на водород или отстраняване на електрони от един елемент или съединение. Когато въздухът се смесва с вода, някои примеси във водата, като желязо и манган, се окисляват. След окислението тези химикали не попадат в разтвора, а се суспендират във водата. Суспендираният материал може да се отстрани, по-късно в процеса на обработка чрез филтрация (URL 3).

4.1.1.2. Методи на аериране

Има няколко различни методи, използвани за аериране на водата, но всички те включват преминаване вода през въздух или въздух през вода. Водата може да бъде изложена на въздух чрез напръскване или чрез разпределение по такъв начин, че малки частици или тънки слоеве от водата влизат в контакт с въздуха. Водата може да се аерира чрез напомпване на големи обеми от въздух през нея (URL3).

Използваният метод на аерация зависи от веществото, което ще се отстранява от водата. Химичните характеристики на водата, която ще се пречиства също оказват влияние за това кой метод на пречистване да се използва. Накрая, всеки метод има различна ефективност. Като цяло, изпомпването на вода през въздух е енергийно много по-ефективно, в сравнение с изпомпване на въздух през вода. Различните видове аериране и другите методи на обработка трябва да бъдат сравнени, за да се определи най-ефективният и практичен метод на пречистване за всеки отделен случай (URL 3).

Методите на аериране могат да бъдат класифицирани в четири основни категории (Фигура 4.2, 4.3) (Dyksen, 2005; URL 4):

Аерация на падаща струя, използваща принципа на десорбция и осъществяваща трансфер на газ чрез превръщането на водата във воден прах, като по тоз и начин се увеличава допирната повърхност между въздуха и водата. Съществуват пет типа такива аератори:

1. Спрей аератори, които се използват в пречистването на води от много години, за окисление на желязото и отстраняване на летливи органични съединения и разтворени газове. Инсталациите за спрей аератори обикновено се състоят от фиксирани дюзи или тръби с решетка, намиращи се върху отворен резервоар. Дюзите впръскат фини капчици вода в околния въздух, създавайки контактна повърхност въздух-вода, която е необходима за пренос на замърсяванията. Конфигурацията на тръби с решетка, разположени върху отворения резервоар, е за предпочитане при приложения за отстраняване на контаминанти. Спрей аераторите изискват голяма монтажна площ и се създават проблеми при студено време, поради замръзване на водите в открития резервоар; освен това, за ефективното им прилагане се изисква допълнителен обмен на въздух.
2. Каскадни аератори, включващи поредица от стъпки, които позволяват на водата да пада в тънки слоеве от един в друг, и където аерацията се осъществява в зоните на пръскане. Времето за контакт на въздуха с водата се увеличава с увеличаване на броя на стъпките и съотношението площ - обем се подобрява чрез добавяне на прегради за получаване на турбулентност. Основните оперативни проблеми включват натрупване на корозия, тиня и водорасли.
3. Аератор с множество корита или с преградени корита - състои се от поредица корита оборудвани с прегради, перфорирани или с омрежени с тел дъна. Водата се разпределя между коритата и пада от всяко корито към водосборния басейн в основата на съоръжението. Въздухът е насочен така, че преминава перпендикулярно на пътя на водата. За подобряване на ефективността на газовата обмяна често се използват топчета с размер от 2 до 6 инча, изработени от кокс, камък или керамичен материал. В аератора с множество корита коритата обикновено са 3-9, разположени на разстояние едно от друго от 12-30 инча. Аераторите с множество корита са аналогични на охладителните кули и изискват адекватна вентилация. Те осигуряват отлична абсорбция на кислород и отстраняване на въглеродния диоксид, амоняка и сероводорода.
4. Конични аератори - използват се основно за окисляване на манган и желязо, като етап на предварително пречистване. Дизайнът на този тип аератори е подобен на каскадния аератор, с подредени поставки, така че водата запълва всяка поставка отгоре и пада каскадно във всяка следваща поставка.
5. Колона с пълнеж или въздушна стрипер колона – тези аератори са способни да отстраняват гориво, разтворители, летливи и почвени органични съединения, амоняк, сероводород и въглероден диоксид от водата. Колоната с пълнеж се състои от цилиндрична кула, материал за уплътняване (обикновено пластмаса, стомана или керамика) и центробежен вентилатор. Замърсената вода се изпомпва в горната част на кулата, а вентилаторът се използва за въвеждане на въздух в противоток, през дъното на кулата. Голямата повърхностна площ, предоставена от уплътняващото вещество позволява по-голям пренос на течност-газ в сравнение с другите въздушни методи за очистване. Броят на етапите се определя от константата на закона на Хенри и от скоростта на натоварване на кулата.

Най-често срещаният проблем с аераторите от типа колона с пълнеж е повреждане на опаковъчния материал от твърди частици, което води до загуба на капацитет и ефективност на инсталацията и до по-голяма загуба на налягане.

1. Аератори с фини мехурчета - състоят се от правоъгълен бетонен резервоар, в който са монтирани перфорирани тръби, порести дифузионни тръби или плочи. Сгъстеният въздух се нагнетява през тези тръби за получаване на въздушни мехурчета, които се издигат чрез водата, произвеждайки турбуленция в резултат на ефективното смесване на водата и въздуха. Мехурчестите аератори са подходящи за отстраняване на въглероден диоксид, летливи органични съединения, бензинови компоненти, сероводород, метан и радон от замърсени подземни води. Те се използват предимно за малки водни системи с ниски скорости на потока.
2. Механични аератори - използват моторно задвижвани работни колела, самостоятелно или в комбинация с въздушни инжекционни устройства. Такива аератори също се монтират на водоеми за контрол на вкуса и мириса на водата. Механичните аератори могат да бъдат монтирани като повърхностни аератори (на плувка) или потопени аератори (под нивото на водите). Те обикновено се използват за увеличаване на нивата на разтворен кислород, но също така могат да отстраняват някои замърсители.
3. Аератори под налягане - обикновено се използват за окисляване на желязо и манган. Има два основни типа аератори под налягане, при които в тръбопровода директно се инжектира сгъстен въздух под налягане или се впръсква вода в горната част на затворения резервоар, в който се подава непрекъснато сгъстен въздух.

Ефективността на аерацията зависи от избрания метод на аерация, константата в закона на Хенри за контаминанта, параметрите на дизайна като съотношението въздух вода, поток и скорост на натоварване, използваема площ за масообмен, температура, рН и производство на водорасли. С повишаването на константата на Хенри, параметрите на дизайна като съотношението въздух вода, например придобиват по-слабо значение за ефективното отстраняване на контаминантите (Dyksen, 2005; URL 4).

4.1.1.3. Проблеми с аерирацията

Аерацията обикновено повишава съдържанието на разтворения кислород във водата, обект на пречистване. В повечето случаи това е полезно, тъй като по-голямата концентрация на разтворен кислород във водата може да отстрани твърдия й вкус. Въпреки това, високото съдържание на кислород във водата може да доведе до различни проблеми, произтичащи от пренасищането на водата с този газ. Свръхнаситената с кислород вода може да доведе до корозия (постепенното разпадане на метални повърхности) и проблеми с утаяването. В допълнение, когато излишният кислород навлезе от разтвора във филтъра, могат да се образуват въздушни мехурчета, които вредят както на процеса на обратно промиване, така и на филтрирането(URL 3).

Аерацията може да предизвика други проблеми, свързани с пренасищане на водата. Аерацията може да бъде много енергоемък метод за пречистване, което би довело до прекомерна употреба на енергия. В допълнение, аерацията на водата може да стимулира растежа на водораслите и те могат да полепнат по филтрите (URL 3).

4.1.2. Адсорбция

4.1.2.1. Основни понятия и определения на адсорбцията

Адсорбцията е процес на пренос на фаза, който се използва широко в практиката за отстраняване на вещества от флуиди (газове или течности). Тя може също така да се наблюдава като естествен процес в различни компоненти на околната среда. Най-общото определение описва адсорбцията като обогатяване с химически видове от течна фаза на повърхността на течност или твърдо вещество. В пречистването на водите, адсорбцията е доказано ефективен метод за отстраняване на множество разтворени вещества. Тук, молекулите или йоните се отстраняват от водния разтвор чрез адсорбция върху твърди повърхности. В теорията на адсорбцията се използват основните понятия, показани на Фигура 4.4. Твърдият материал, който осигурява повърхността за адсорбцията е посочен като адсорбент; видовете, които ще бъдат адсорбирани са наречени адсорбат. Чрез промяна на свойствата на течната фаза (например концентрация, температура, рН) адсорбираните видове могат да се отделят от повърхността и да се прехвърлят обратно в течната фаза. Този обратен процес се нарича десорбция (Worch, 2012 г.).

4.1.2.2. Инженерни адсорбционни процеси в пречистването на води

Адсорбционните процеси са широко използвани в пречистването на водите. Таблица 4.1 представя преглед на типичните области на приложение и цели на пречистване. В зависимост от вида на прилагания адсорбент, от водната фаза могат да бъдат отстранявани както органични вещества, така и неорганични йони (Worch, 2012).

Активният въглен е най-важният адсорбент, прилаган в пречистването на водите. Той се използва широко за отстраняване на органични вещества от различни видове води, като питейни, отпадни, подземни, инфилтриращи депа, води в басейни и аквариуми. Други адсорбенти са по-рядко приложими. Тяхното приложение е ограничено за специални абсорбати или видове вода (Worch, 2012).

Таблица 4.1. Процесите на адсорбция в пречистването на водите (Worch, 2012 г.).

4.1.2.3.Активен въглен

Активният въглен е адсорбент, който широко се използва при пречистването на води, напредналото пречистването на води и за пречистване на някои органични промишлени отпадни води, тъй като той абсорбира голямо разнообразие от органични съединения и е икономически изгоден. Активният въглен обикновено се използва под формата на гранули в насипно състояние, в колони (както с неподвижна основа, така и с противотоковов пласт), или при операции с кипящ слой, като с най-честа употреба са колоните с неподвижна основа. Понякога, активният въглен се използва в прахообразна форма и не се регенерира. Такова приложение обаче, обикновено се ограничава до пречистване на води, при което се използват незначителни количества въглен. Адсорбенти, различни от активния въглен, се използват в по-малка степен в екологичното инженерство (Reynolds, 1982).

4.1.2.4. Защо използваме процеса на адсорбция в пречистването на питейните води?

В продължение на почти 100 години, процесите на адсорбция с активен въглен като адсорбент са били използвани при пречистването на питейни води за отстраняване на органични вещества. В началото, основните вещества – обект на адсорбция са били съединения, придаващи вкус и мирис на водата. По-късно се доказа, че прилагането на активен въглен е ефективно за отстраняване на широк спектър от други органични микро-замърсители, като феноли, хлорирани въглеводороди, пестициди, фармацевтични продукти, продукти за лична грижа, инхибитори на корозията и т. н. Тъй като естествената органична материя (ЕOM, измерена като разтворен органичен въглерод, БПК) присъства във всички сурови води и често не се отстранява напълно от процесите на пречистване, тя винаги се адсорбира заедно с органичните микро-замърсителите. Поради факта, че активният въглен не е високо селективен по отношение на адсорбцията на органични вещества, може да бъде избегната конкурентната ЕOM адсорбция и в резултат на това - загубата на капацитет по отношение на микро-замърсителите. Ефектът на конкуренцията често е сравнително силен, не на последно място поради различните концентрационни нива на БПК и микро-замърсителите. Типичните БПК концентрации в суровите води са в долния диапазон на mg/L, докато концентрациите на органични микро-замърсители са в диапазона ng/L или μg/L. От друга страна, отстраняването на ЕOM има и положителен аспект. ЕOM е прекурсор за образуването на дезинфекционни продукти (DBPs) по време на крайната дезинфекция с хлор или хлорен диоксид. Следователно, отстраняването на ЕOM по време на процеса на адсорбция помага да се намали образуването на DBPs. Активният въглен се прилага като активен въглен на прах (РАС) в реакторите или като гранулиран активен въглен (GAC) в адсорбери с неподвижна основа. Размерите на частиците на активния въглен на прах са в среднообхватния μm диапазон, като се има предвид, че GAC частиците имат диаметри в долния mm диапазон. През последните години проблемът с арсена в питейните води привлича все по-голям обществен и научен интерес. В резултат на това се налага водните съоръжения, по-специално в райони с високи геогенни концентрации на арсен в подпочвените и повърхностните води, да осъвременят технологиите си чрез въвеждане на допълнителен процес за отстраняване на арсена. Процесите на адсорбция с оксидни адсорбенти като железен хидроксид или алуминиев оксид са доказали, че отстраняват арсена много ефективно. Същите адсорбенти се очаква да отстраняват и анионен уран и селенови радикали (Worch, 2012).

4.1.3. Мембранни процеси

Голямото разнообразие от мембранни процеси може да бъде категоризирано според движещата сила, типа мембрана и възможностите и механизмите за конфигуриране и отстраняване. Мембранните процеси в питейните води се използват за обезсоляване, омекотяване и обезцветяване, отстраняване на частици, микробни и природни органични материали, които влошават вкуса на водата и оставят следи върху нейната чистота и други качества (Bergman, 2005; URL 5).

Мембраните за пречистване на води представляват тънки пластове от материали, които са в състояние да отделят замърсителите на базата на характеристики като размер или електричен заряд. Водата преминава през мембраната и в зависимост от своя размер, по-големите частици, микроорганизмите и другите замърсители се отделят (URL 5).

Някои от тези системи се задвижват от налягане, в зависимост от налягането на водата се отделят частици на основата на размера им. Микрофилтрацията (МФ) използва най-големия размер на порите и може да отстрани пясък, тиня, кал, водорасли, бактерии, Giardia и Cryptosporidium. Ултрафилтрацията (УФ) също може да отстрани вирусите. Нанофилтриращите системи (НФ) осигуряват почти пълна защита срещу вируси, отстраняват повечето органични замърсители и могат да намалят твърдостта на водата. Системите за електродиализа (ЕД) и обратна осмоза (ОС) включват плътни мембрани, които отстраняват почти всички неорганични замърсители и всички, с изключение на най-малките молекули (URL 5). Долните граници на ЕД-ОС, НФ, УФ и МФ за отстраняване на частици в питейни води са 0.0001 mm, 0.001 mm, 0.01 mm и 0.1 микрона, съответно. Диапазонът на размера обаче, за всеки метод е широк (Фигура 4.5) (Taylor and Hong, 2000).

Електродиализата съчетава мембранната технология с прилагането на електрически ток, с цел да се отделят замърсителите на основата на електричния им заряд. За разлика от други мембранни процеси, изходящата водата никога не преминава през мембраните по време на електродиализата. Техниката не се използва толкова много в големи съоръжения за пречистване на води, както някои от другите технологии, описани тук. Вместо това, тя се използва предимно за медицински и лабораторни приложения, където е необходима свръх чиста вода (URL 5).

Мембранните технологии, най-вече обратната осмоза и нанофилтруването, могат да бъдат добър вариант за неголеми системи за пречистване на вода, които се сблъскват с голямо разнообразие от замърсители. Въпреки това, те често произвеждат по-големи количества отпадни води (или "концентрати"), в сравнение с повечето други системи за пречистване на вода– около 15 на сто от общия обем пречистена вода – и могат да се запушват с глина или органични материали, ако източникът на вода, който е богат на частици, не се филтрува първоначално (URL 5).

Мембранните процеси, задвижвани от налягане могат да бъдат аранжирани за опериране в режим на кръстосан дебит или режим на работа без изходно положение (Фигура 4.6).

4.1.3.1. Мембранно технология за пречистване на питейна вода

Развитието на мембранните технологии през последните десет години доведе до икономически ефективно решение за станциите за пречистване на питейни води, както широкомащабни, така и в малък мащаб. От фундаментална гледна точка, мембранна технология се основава на принципа, че тези системи действат като физическа, основана на размера бариера за замърсителите, присъстващи в суровата вода, захранваща потока. Мембраните под ниско налягане, микрофилтрацията (МФ) и ултрафилтрацията (УФ) ефективно отстраняват суспендираните или колоидните частици чрез механизъм за пресяване въз основа на размера на порите на мембраната спрямо това на праховите частици (USEPA, 2003). Разтворените вещества, които са по-малки по размер от порите на мембранната повърхност при МФ или УФ ще преминават през повърхността на тези мембрани. Както е показано на фигура 4.7, мембранната УФ с номинална големина на порите от 0.01 до 0.1 микрона може ефективно да отстрани частици и микроорганизми чрез механизма на изключване на размера. Въпреки това, въз основа на принципа за изключване на размера на порите, разтвореният материал присъстващ в захранващата вода или водата от отпадни водни потоци (т.е., вируси, разтворими органични съединения и разтворими неорганични вещества), не може да се отстрани ефективно (Walsh и Gagnon, 2006).

4.1.4. Йонен Обмен

Йонообменните процеси са широко използвани в пречистването на питейни и отпадни води, за да се отстраняват нежелателните йонни замърсявания. Първите йонообменни процеси използвали неорганични зеолити, добивани от естествени находища като катионообменници за омекотяване на водата. Съвременните синтетични обменници на средата на полимерна основа, днес се използват като катионо- и анионо-обменници. Йонообменните процеси се използват също и в много специфични приложения, например за намаляване или премахване на потенциално вредните йонни замърсявания от източници на питейна вода в химичните процеси и за изолиране и пречистване на специални продукти, като хроматографски разделяния по размер, заряд и като катализатори (Gottlieb, 2005 г.).

Йонообменните процеси премахват нежеланите йони от суровата вода, като ги прехвърлят към твърдия материал, наречен йонообменник, който ги приема като отдава еквивалентен брой желани видове, съхранявани в йонообменния скелет (Kemmer, 1988). Някои йони в разтвора се абсорбират предпочитаемо от йонообменното твърдо вещество и поради необходимостта от поддържане на електронеутралност, твърдите обменници отделят заместващи йони обратно в разтвора. Реакциите са стехиометрични и обратими и се подчиняват на закона за действието на масите (Reynolds, 1982). Йонообменният процес е обмен на йони от една фаза към друга. В пречистването на водите, обмена на йони се случва между твърдата фаза на йонообменика и входящия поток вода. В омекотителите за вода, катионобменната смола оперираща в натриева форма обменя натриеви йони за еквивалентно количество калциеви и магнезиеви йони, отделящи се от суровата вода чрез смолата и еквивалентен брой натриеви йони, добавени към водата от смолата (Gottlieb, 2005).

Йонообменниците, използвани във водните инсталации са със скелетоподобни структури, които имат много йонообменни места, както е показано на фигура 4.8. Неразтворимият пластмасов скелет е много голям йон, който е електрически зареден и привлича йони с противоположен заряд. Йонобменникът има ограничен капацитет за съхранение на йони в скелета си, наречен капацитет за обмен; поради това, йонообменникът евентуално ще се изчерпи от неговите желани йони и насити с нежелани йони (Kemmer, 1988). Омекотителят е подобен по дизайн на филтъра под налягане, със смоли на мястото на филтърната среда (Фигура 4.8).

Използват се два вида йонообменни материали: катионообменнен материал и анионообменнен материал. Катионнообменният материал обменя катионни, докато анионообменния материал обменя аниони. Неразтворимите части от обменения материал се наричат гостоприемник (Sincero и Sincero, 2003b).

4.1.4.1. Капацитет на смолата

Единиците за изразяване на капацитета на смолата са еквиваленти на литър (eq/L), милиеквиваленти на милилитър (meq/mL), килограм на кубичен фут (kg/ft3) и грам на литър (g/L). Като цяло, химиците използват първите две единици, а последните две са практически единици, използвани от проектантите и собствениците на системи (Flynn, 2009).

4.1.4.2. Процес на обмен на йони

Важно е да се има предвид, че процесът на обмен на йони работи правилно само с йони. Вещества, които не се йонизират във вода, не се отстраняват чрез йонен обмен. Всеки тип йонообменна смола проявява зависимост от предпочитанията на различните йони. Това може да бъде изразено количествено чрез коефициента на селективност. Всяка йонна двойка има уникална селективност за всяка йонообменна смола. Колкото е по-висок коефициентът на селективност, толкова е по-висок относителният афинитет на йона на смолата. Колкото е по-висок афинитетът, толкова по-лесно е да се зареди йона, и обратно толкова по-трудно е да се премахне по време на регенерация (Gottlieb, 2005).

Йонообменникът проявява тенденция на предпочитание към: 1) йони с по-висока валентност, 2) йони с малък солватиран обем, 3) йони с по-голяма способност да поляризират, 4) йони, които реагират силно с йонообменни места от твърдия обменник, 5) йони, които участват най-малко с други йони, за да образуват комплекси. За обичайните катионообменници, предпочитаната серия от най-често срещаните катиони е както следва (Reynolds, 1982):

Ba⁺²>Pb⁺²>Sr⁺²>Ni⁺²>Cd⁺²>Cu⁺²>Co⁺²>Zn⁺²>Mg⁺²>Ag⁺¹>Cs⁺¹>K⁺¹>NH₄⁺¹>Na⁺¹>H⁺¹

За обичайните анионообменници, предпочитаната серия от най-често срещаните аниони е както следва (Reynolds, 1982):

SO₄^-2>I^-1>NO₃^-1>CrO₄^-2>Br^-1>Cl^-1>OH^-1

Работното представяне, капацитетът и данните за изтичане на йонообменните смоли, за най-често срещащите се йони във водата, обикновено се предоставят от производителя на смолата (Gottlieb, 2005).

4.1.4.3. Капацитет на смолата и регенериране

Йонообменните смоли имат ограничен капацитет. Когато този капацитет се изчерпи, самите смоли се изчерпват и се увеличава изтичането на нежелани йони. Изчерпаната смола може да бъде обновена с разтвори на сол, киселина или основа, съдържащи йони във "форма" в която смолата ще заработи. Те преминават през леглото на смолата в достатъчно количество и при достатъчно висока концентрация, за да преобърне обмяната, десорбцията и да замени предварително обменените йони от смолата с йоните от разтвора на регенеранта. Най-често използваният регенерант, приложим за йонообмен в питейни води е натриевият хлорид. Той се използва за омекотяване, деалкализиране, и отстраняване на барий, радий, уран, селен, арсен, нитрат (Gottlieb, 2005).

4.1.4.4. Йонообменни операции

Първите търговско използвани йонообменни материали са естествено срещащите се порести пясъци, които обикновено са наричани зеолити. Зеолитите са били първите йонообменници, използвани за омекотяване на води. Въпреки това, те са почти напълно заменени в последните години от синтетичните органични смоли, които имат много по-голям йонообменен капацитет. Синтетичните катионни обменни смоли са полимерни материали, които притежават реактивни групи, като например сулфонови, фенолни, карбоксилни и които се йонизират и могат да бъдат заредени със сменяеми катиони. Също така, срещат се синтетични анионобменни смоли, които притежават йонизиращи групи, такива като кватернерен амоний или амино-групи, които могат да се зареждат със сменяеми аниони (Reynolds, 1982).

Фигура 4.9 показва схема на съоръжение за йонообменни операции. Фигура 4.9.a показва катионен обменник и Фигура 4.9.б показва анионен обменник. В двете единици, входящият поток се въвежда в горната част на канала. Находището на йонообменни материали е вътре в канала, където, водата предназначена за пречистване преминава през системата и се извършва обмен на йони. Този обмен на йони е химична реакция от процеса на единичен йонообмен; чисто физичното преминаване през водата със съпътстващо изпомпване, представлява единична йонообменна операция (Sincero и Sincero, 2003b).

4.1.5. Коагулация и флокулация

Коагулацията и флокулацията могат да бъдат описани като химични и физични процеси, които смесват коагулационни химикали и подпомагащи флокулантни с вода. Общата цел е да се образуват достатъчно големи частици, за да бъдат отстранени чрез следващите процеси на утаяване или филтриране. Частиците в източника на вода, които могат да бъдат отстранени чрез коагулация, флокулация, утаяване и филтриране включват колоиди, суспендиран материал, бактерии и други организми. Размерът на тези частици може да варира в няколко порядъка. Разтворен материал може да се отстрани и чрез образуване на частици в процеса на коагулация и флокулация (Delphos и Wesner, 2005).

Процесите на коагулация и флокулация се използват за разделяне на неразтворени вещества от водата, всеки път когато техните естествени скорости на потъване са твърде бавни, за да се осигури ефективното им избистряне (Фигура 4.10). Избистрянето на водата, варовото омекотяване, удебеляването на утайките и обезводняването зависи от правилното прилагане на теориите за коагулация и флокулация, за техния успех (Flynn, 2009).

Коагулацията е дестабилизация на колоиди чрез неутрализиране на силите, които ги държат разделени. Тя обикновено се извършва чрез добавяне на химични коагуланти и прилагане на смесване на енергия. Алуминиевите соли, железните соли, или полиелектролитите са химикалите, които обикновено се използват. Първоначално малките флокули се обединяват, създавайки по-големи, утаяващи се агломерати. Етапът на дестабилизация е коагулация (неутрализация на зарядите); етапът флокулно изграждане е флокулация (Flynn, 2009).

Литературата за пречистване на води понякога прави разграничение между термините "коагулант" и "флокулант." Когато се прави това разграничение се приема, че коагулантът е химикал, използван за първоначалното дестабилизиращо окачване и обикновено се добавя в процеса на бързо-смесване. В повечето случаи, флокулантът се използва след добавянето на коагулант; неговата цел е да се повиши образуването на флокул и да увеличи силата на структурата на флокула. Той понякога се нарича " помощен коагулант." Флокулантите често се използват за увеличаване на ефективността на филтъра (в този контекст те могат да бъдат наричани "помощен филтър ") и за повишаване на ефективността на процеса на обезводняване на утайките. (Letterman и др., 1999).

4.1.5.1. Защо се използват коагулацията и флокулацията

Всички води, особено повърхностните, съдържат както разтворени така и суспендирани частици. Процесите коагулация и флокулация се използват за отделяне на суспендираните твърди вещества от водата. Суспендираните частици варират значително според източника, състава на заряда, размера на частиците, формата и плътността им. Правилното прилагане на процесите на коагулация и флокулация и подборът на коагуланти зависи от разбирането на взаимодействието между тези фактори. Малките частици се стабилизират (държат се в суспензия) чрез действието на физични сили върху самите частици. Една от силите, които играят доминираща роля в стабилизацията произтича от повърхностния заряд на частиците. Повечето твърди частици суспендирани във вода притежават отрицателен заряд и, тъй като те имат един и същ тип повърхностен заряд, се отблъскват помежду си, когато са близо една до друга. Ето защо, те ще останат в суспензия, вместо да се слепят заедно и да се утаят от водата (URL 8).

4.1.5.2. Как работят процесите на коагулация и флокулация

Коагулацията и флокулацията протичат в последователни стъпки, предназначени за преодоляване на силите, стабилизиращи суспендираните частици, което позволява сблъсък на частици и растеж на флокула. Ако една стъпка е непълна, следващата стъпка ще бъде неуспешна (URL 8) (Фигура 4.11)

4.1.5.3. Коагулация

Коагулацията е сложен процес, с участието на много реакции и стъпки на масообмен. Както се практикува в пречистването на вода, процесът по същество включва три отделни и последователни стъпки: образуване на коагулант, дестабилизиране на частиците и сблъсък между частиците. Образуването на коагулант, дестабилизацията на частиците, и взаимодействието коагулант-ЕOM обикновено се случват по време и веднага след химичното им разпръскване чрез бързо смесване; сблъсъците между частиците, които причиняват образуване на агрегати (флокули) започва по време на бързото смесване, но обикновено се появява предимно в процеса на флокулация. Например, използването на сол на алуминиев сулфат, известна като стипца [Al₂(SO₄)₃.14H₂O] в коагулацията включва образуването на набор от химични видове, наречени алуминиеви продукти от хидролизата, така че да се причини коагулация. Тези видове са образувани по време на и след времето на смесване на стипцата с вода, за да се обработят. Коагулантите понякога се образуват (или частично образуват) преди добавянето им към бързо смесващите се единици (Letterman et al., 1999).

4.1.5.4. Флокулацията

След първия етап на коагулация, настъпва вторият процес, наречен флокулация. Флокулацията, лек етап на смесване, увеличава размера на частиците от подмикроскопски микрофлокули до видими суспендирани частици. Микрофлокулите влизат в контакт една с друга чрез процес на бавно смесване. Сблъскването на микрофлокулните частици ги кара да се свързват, да произвеждат по-големи, видими флокули, наречени пинфлокули. Размерът на флокула продължава да се изгражда чрез допълнителни сблъсъци и взаимодействие с неорганични полимери, образувани от коагуланти или с добавени органични полимери. Образуват се макрофлокулите. Могат да се добавят полимери с високо молекулно тегло, които се наричат помощни коагулантни средства, по време на този етап, за да подпомогнат свързването и укрепването на флокулите, да добавят тегло и да увеличат скоростта на утаяване. След като флокулите достигнат оптималния си размер и якост, водата е готова за процеса на утаяване. Времето за контакт за флокулация варира от 15 или 20 минути до един час или повече (URL 8).

4.1.5.5. Коагуланти и помощни коагуланти за процеса на коагулация

Коагулационните реакции настъпват бързо, вероятно за по-малко от една секунда (Delphos и Wesner, 2005). Исторически погледнато, металните коагуланти са най-широко използваните в избистрянето на водата (Flynn, 2009). Най-често използваните коагуланти са:

• Стипца (алуминиев сулфат), Al₂(SO₄)₃.14H₂O. Тя често се използва в комбинация с катионни полимери.
• Полиалуминиев хлорид, Al(OH) х (Cl)у. Той е ефективен в някои води, изисква по-малко регулиране на рН и произвежда по-малко утайка.
• Железен хлорид, FeCl₃. Той може да е по-ефективен от стипцата в някои приложения.
• Железен сулфат, Fe₂(SO₄)₃. Той е ефективен при някои води и по-икономичен на някои места.
• Катионните полимери могат да се използват самостоятелно като основен коагулант или във връзка с алуминиев или железен коагулант (Delphos и Wesner, 2005).

При утаяването често се наблюдават трудности, защото флокулите се утаяват бавно и лесно се фрагментират при хидравличното срязване по време на утаяването в басейна. Поради тези причини, обикновено се използват помощни коагуланти (Sincero и Sincero, 2003c).

Обичайните добавки, използвани като помощни коагуланти са (Sincero и Sincero, 2003c; Delphos и Wesner, 2005 г.):

• Високо молекулни анионни или йонни полимери
• Активен силикагел и глини
• Бентонит
• Киселини и основи

Тези добавки са били използвани като помощни коагуланти в комбинация с желязо и стипца първични коагуланти при пречистването на води, съдържащи силен цвят, ниска мътност и ниско съдържание на минерали (Sincero и Sincero, 2003c).

4.1.5.6. Изпитване на сблъскване

На практика, независимо от това дали се използва коагулант или помощен коагулант, оптималната доза и рН се определят чрез изпитване на сблъскването. То се състои от четири до шест пълни с вода чаши (с 1000 мл обем), в които се прилагат различни количества от дозата. Всяка чаша е снабдена с бъркалка с променлива скорост, от 0 до 100 оборота в минута. (Sincero и Sincero, 2003c).

При въвеждане на дозата, съдържанието се смесва бързо при скорост от около 60 до 80 оборота в минута в продължение на една минута и след това се оставя да флокулира със скорост 30 оборота в минута в продължение на 15 минути. След като разбъркването спре, природата и характеристиките на утаяването на флокулите се наблюдават и описват качествено като слаби, задоволителни, добри или отлични. Опалесцираща проба означава лоша коагулация; правилно коагулираната проба се проявява с добре оформени флокули, които се утаяват бързо с чиста вода между флокулите. Най-ниската доза на химикали и рН, които водят до получаване на желаните флокули и бистрота на пробата, се означава като оптимална такава. След това се тя се използва като оптимална доза в действителната работа на инсталацията. (Sincero и Sincero, 2003c).

Изпитването на сблъскване се използва за идентифициране на най-адаптирания микс от химически съединения и концентрации за коагулация-флокулация. Това е тест, при който се използват няколко идентични по обем чаши, съдържащи водни проби в еднакъв обем и концентрация на съставките, които се зареждат едновременно с шест различни дози на потенциално ефективни коагуланти. Шестте чаши могат да се разбъркват едновременно с известни скорости. Пречистените проби се смесват бързо, след това бавно и после се оставят да се утаят. Тези 3 етапа моделират последователностите от процеси, които протичат в реални пречиствателни инсталации: бързо смесване, коагулация-флокулация и утаяване в басейните. В края на етапа на утаяване от чашите се взимат тестови проби и се измерена мътността на повърхностната течност. Плотиране на мътността в зависимост от дозата коагулант дава индикация за оптималната доза (т.е. минималното количество, което трябва да даде приемливо избистряне). Получените по този начин на изпитване критерии дават информация за качеството на получените флокули и бистрота на повърхностната течност след утаяване. Въз основа на този подбор на химикали и техните концентрации се проектира процес в мащабите на реална инсталация за пречистване на води (URL 7).

4.1.6. Химично окисление

Окислително-редукционните (редокс) реакции формират основата на много процеси за пречистване на вода, насочени към широк кръг цели за качеството на водата. Тези цели включват отстраняване на желязо, манган, сяра, цвят, вкус, мирис и синтетични органични вещества (хербициди и пестициди) (Hesby, 2005). Всяка редокс реакция се състои от две полуреакции: Едната полуреакция включва отдаване на електрони, и тя се определя като окисление. Другата полуреакция включваща приемане на електрони и се определя като редукция. Химичните вещества, служещи като потенциални акцептори на електрони се означават като оксиданти. Тези, функциониращи като потенциални донори на електрони, са известни като редуктори (Shammas et al., 2005). Окислителните и редукционните реакции трябва винаги да са кооплирани, защото свободни електрони не могат да съществуват в разтвор и трябва да бъдат съхранени (Hesby, 2005).

Окисляващите агенти, или окислителите, които се използват в пречистването на води включват хлор, хлорен диоксид, перманганат, кислород и озон. Подходящият окислител за постигане на конкретно качество на водата зависи от редица фактори, включително качеството на изходните води, специфичните замърсители и местните химични и енергийни разходи (Hesby, 2005).

Химичното окисление е процес , който включва прехвърляне на електрони от окисляващ реагент към химични вещества, обект на окисление. В хидроинженерството на питейни и отпадни води, химичното окисление служи за превръщане на гниещи вещества замърсители в безвредни или стабилизирани продукти. Процесите на химично окисление протичат в естествени води и служат като важен механизъм на самопречистване на повърхностните води. Окислителното отстраняване на разтворените железни и сулфидни замърсители в аерираните води е ярък пример за това. Деградацията на органични отпадъчни материали представлява още по-важно явление, свързано със самопречистването на природните води. Добре известно е, че ефикасността на окисление на органичните вещества в природните води се дължи на наличието на микроорганизми, които катализират изключително ефективно използването на разтворен кислород като окислител. В действителност, такива катализирани от микроорганизми процеси са оптимизирани и разработени в различните форми. Това са така наречените "биологични процеси" с приложение за третиране на органични отпадъци с висока концентрация (Shammas и сътр., 2005).

4.1.6.1. Обща представа за окислението

Гниещите вещества е известно, че съдържат най-често срещаните класове замърсители в естествените водни системи. Тези вещества имат най-нежелателен ефект върху качеството на водите, в които тяхното разграждане често причинява изчерпване на разтворения кислород във водата. Разтвореният кислород от своя страна, е от съществено значение за съществуването на водните организми в горните трофични нива и е широко приет като най-важен показател за качеството на водната система или за нейното замърсяване. Анализът на кислородния баланс във водна среда показва, че преносът на кислород от атмосферата обикновено представлява най-важния източник на кислород, докато най-големият замърсител от потребление на материали, представляват преливниците. Химичните реакции, които водят до консумация на кислород са известни като окислителни процеси (Shammas и др., 2005).

За да се поддържа правилен материален баланс, всяка химична промяна от специфичен характер трябва да бъде придружена от процес с противоположния ефект. По този начин, реалното потребление на молекулярен кислород е по-правилно да се определя като намаляване, докато придружаващото разграждане на гниещи замърсители се определя като окисление. С други думи, окислението и редукцията трябва да настъпват като обвързани процеси. Най-приемливото функционално определение на процесът окисление-редукция се дава по отношение на трансфера на електрони между реагиращи вещества (Shammas и сътр., 2005).

4.1.6.2. Отстраняване на сероводород

Сероводородът се среща често в изворните води, където това води до характерна миризма на развалени яйца. Тъй като водата преминава през земята, тя влиза в контакт със сулфатите. Ако водата е силно минерализирана или съдържа продукти на разлагане, тези минерали и други вещества реагират със сулфатите и ги променят в сероводород (H₂S). Повърхностните води рядко имат сероводородни проблеми, тъй като водата е естествено аерирана и тече активно (URL 3).

Сероводородният газ се превръща в киселинна форма, когато се разтвори във вода. Киселината е слаба, но силно корозивна, поради което разяжда електрични контакти и причинява слаб мирис. Това води до оплаквания за черна вода. Водата, съдържаща сероводород потъмнява, след престой във водопровода за няколко часа. Черната вода най-често се забелязва, когато се промиват пожарни кранове (URL 3).

Присъствието на големи количества от сероводород може лесно да се регистрира, заради миризмата. Неприятната миризма на развалени яйца е много характерна за този газ, освен ако не е отстранен или ограничен. Поради тази неприятна миризма има много оплаквания. В резултат на това, независимо че газообразният H₂S във водата не е вреден за хората, той обикновено се отстранява, когато присъства (URL 3).

Съществуват три метода, използвани за отстраняване на сероводорода. При висока концентрация на газ, водата трябва да се аерира, което позволява по-голямата част от сероводрода да излети във въздуха. Аерирането на сероводорода изисква понижаване на рН на водата до 6 или по-ниски стойности и след това газът може да бъде отстранен чрез аерацията. Оставащият газ (или по-ниски концентрации от него) може да бъде окислени с хлор. Алтернативно, може да се използва озон за превръщане на сероводорода в сярна киселина, но озонът също е корозивен, така че може да предизвика нови проблеми, разрешавайки съществуващите такива (URL 3).

4.1.6.3. Отстраняване на желязо и манган

Желязото (Fe) и манганът (Mn) са минерали, които могат да бъдат намерени във водните басейни. Минералите причиняват петна по порцелановите водопроводни тела и пералните и са причина кафето или чая да са с мътни и безвкусни. В допълнение, те могат да причинят диария (URL 3).

Водата, съдържаща желязо и манган изглежда чиста, когато се вземе от източника. При излагане на въздух в продължение на няколко часа обаче, минералите се окисляват и в резултат на това водата се оцветява. Наличието на окислено желязо е причина водата да бъде червеникава на цвят и да води до получаване на петна със същия цвят. Манганът е тъмнокафяв минерал и получените петна са тъмно кафяви или черни (URL 3).

Обичайното пречистване за отстраняване на Fe и Mn от водата е да се окисляват минералите възможно най-бързо и след това да се отстрани окисления материал чрез филтрация. Mn окислява и променя цвета на водата с по-бавен темп от желязото, което се отразява на метода на пречистване, използван за всеки минерал. В допълнение, рН влияе на скоростта на окисление и за двата минерала, така че често е необходимо да се променя рН на водата по време на обработката (URL 3).

Разтворените Fe и Mn обикновено са в редуцирано състояние (Fe II, Mn II) и могат да бъдат отстранени чрез окисление до Fe III и Mn IV, където се утаяват като Fe(ОН)₃ и Mn(ОН)₂. Утайките се отстраняват след стъпките утаяване и/или филтриране. Няколко окислители са достъпни за този процес, а именно хлорен диоксид, озон и калиев перманганат. Те също така се отстраняват чрез конвенционална обработка с вар за омекотяване (Hesby, 2005 г.)

В някои случаи окислението се осъществява напълно чрез добавяне на химикали. В други случаи водата първо се аерира, след това се добавя алкален метал до пълното й окисление. Алкалните метали оптимизират рН и използват кислорода във въздуха, за да окислят желязото и мангана. В същото време, те намаляват концентрацията на въглероден диоксид във водата (URL 3).

4.1.6.4. Премахване на вкус и мирис

Най-нежелателните вкусове и миризми, които се появяват в непречистената вода и които в частност са от органичен произход, могат да бъдат омекотени посредством разумното прилагане на перокислители. Повърхностните води в частност са предразположени да имат проблеми с вкуса и миризмата от наличието на водорасли, други причиняващи миризми организми и гниеща растителност (Hesby, 2005).

Най-добре познатите и най-често причиняващите миризми съединения, свързани с водораслите са метилизоборнеол (MIB) и геозмин. И двете съединения се произвеждат от актиномицети и различни синьозелени водорасли и са особено устойчиви на окисление.В частност, трудното отстраняване на тези нежелани качества на водата могат да изискват както окисление така и стъпка на адсорбция, за да се ограничат вкусовете и миризмите до приемливи нива (Hesby, 2005).

4.1.7. Омекотяване на водата

Омекотяването е термин, с който се описва процес на премахване на йони, които пречат на използването на сапун. Тези йони се наричат твърди йони, поради присъствието на поливалентни катиони, най-вече калций и магнезий. В естествените води, други йони които могат да са причина за твърдост, когато са в значителни количества са Fe²⁺, Mn²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ и Al³⁺ (Sincero и Sincero, 2003d). Омекотяването на водата означава премахване на калциеви, магнезиеви и някои други метални катиони от твърдата вода (URL 9). Твърдите води са тези води, които съдържат тези твърди йони в прекалено големи количества (Sincero и Sincero, 2003d). Получената мека вода е по-съвместима със сапуна и удължава живота на водопроводната система. Омекотяването на водата обикновено се постига с помощта на вар за омекотяване или йонообменни смоли (URL) 9.

4.1.7.1. Видове твърдост

Твърдостта обикновено се изразява като милиграм еквивалент калциев карбонат на литър. Общата твърдост обикновено се определя като сума от твърдостта на магнезия и калция в мг/л СаСО₃. Общата твърдост може да се подраздели на карбонатна и некарбонатна твърдост. Карбонатната твърдост е част от общата твърдост, присъстваща под формата на бикарбонатни соли [Са(HCO₃)₂ и Mg(CO₃)₂] и карбонатни съединения (СаСО₃ и MgCO₃). Некарбонатната твърдост е частта от калций и магнезий, присъстваща като некарбонатни соли, като калциев сулфат (CaSO₄), калциев хлорид (CaCl₂), магнезиев сулфат (MgSO₄) и магнезиев хлорид (MgCl₂) (Horsley et al., 2005).

Общата класификация на твърдите води е както следва (Sincero и Sincero, 2003c; Gottlieb, 2005 г.):

Мека <50 мг/л, като CaCO₃

Умерено твърда 75-150 мг/л, като CaCO₃

Твърда 150-300 мг/л, като CaCO₃

Много твърда > 300 мг/л, като CaCO₃

Много меката вода придава усещане за омазняване. Например, дъждовната вода която е изключително мека, е мазна когато се използва със сапун. Поради тази причина твърдостта на водата, използвана за битови нужди не е напълно премахната. Твърдостта обикновено се отстранява до нива от 75 до 120 мг/л като СаСО₃ (Sincero и Sincero, 2003d).

4.1.7.2. Проблеми с твърдата вода

Наличието на определени метални йони като Ca и Mg главно под формата на бикарбонати, хлориди и сулфати във водата причинява различни проблеми (URL) 9.

• Образуване на котлен камък

Твърдата вода води до натрупването на котлен камък, който може да запуши ВиК системата и да насърчи галваничната корозия. ^[2] В омекотяващите водата промишлени инсталации, дебитът на отпадните води от процеса на повторно обновление, може да доведе до утаяване в мащаб, който може да попречи на функционирането на канализационните системи.

• Сапунен котлен камък

Усещането за хлъзгавост когато се използва сапун с мека вода се държи на факта, че сапуните са склонни да се свързват с мазнините в повърхностните слоеве на кожата, което прави сапунените молекули трудни за отстраняване чрез просто разреждане. Обратно, във водни площи с твърда вода, водите от изплакване съдържат калциеви или магнезиеви йони, които образуват неразтворими соли и ефективно отстраняват остатъчния сапун от кожата, но потенциално оставят покритие от неразтворими стеарати по повърхностите на вани и душове, които обикновено се наричат сапунен котлен камък.

Определянето на това кои от тези ефекти са повече или по-малко желани е индивидуално. Тези, които не харесват усещането за хлъзгавост и трудността при отмиването на сапуна, причинени от меката вода могат да втвърдят водата чрез добавяне на химикали като сода бикарбонат, калциев хлорид или магнезиев сулфат ( URL 9).

4.1.7.3. Предимства на омекотяването

Потенциалните ползи от омекотяването на водата в централната пречиствателна станция включват следното (Horsley et al., 2005):

• Намаляване на разтворените минерали и тенденциите за образуване на котлен камък
• Намаляване на консумацията от домакински почистващи агенти
• Премахване на радий 226 и 228
• Премахване на тежки метали, включително арсен
• Премахване на силициев диоксид и флуорид
• Премахване на някои органични съединения и намаляване на общия органичен въглерод (TOC)
• Премахване на желязо и манган
• Намаляване на мътността на повърхностните води във връзка с процеса на повишаване на твърдостта

Степента на отстраняване на тези причини обикновено зависи от процеса на пречистване. Ползите за потребителя зависят от качеството на водоизточника и изискванията на потребителите.

4.1.7.4. Методи за омекотяване на водата

Най-често срещаните подходи за премахване на твърдостта на водата разчитат на йонообменни полимери или обратна осмоза. Други подходи включват методи на преципитация и улавяне чрез добавяне на хелатиращи агенти. Смята се, че устройства които използват магнетизъм или електролиза като средства за омекотяване на водата, инхибират натрупването на котлен камък, без всъщност да отстраняват твърдите йони от водата. Такива устройства са в търговската мрежа за потребителите от началото на 20 век, но се оказват неудачни (URL 9).

4.1.7.5. Инсталации за отстраняване на твърдостта

За химично отстраняване на твърдостта чрез преципитация в практиката се използват два типа инсталации: единият вид използва механизма на контакт с утаечна обвивка, за да се улесни реакцията на утаяване. Вторият вид се състои от флаш микс, флокулационен басейн и седиментен басейн. Първият се нарича утаител в контакт с твърди частици. Функционирането на флаш микса, флокулацията и утаяването бяха обсъдени в предходните глави за функциониране на инсталациите. Устройството на утаител в контакт с твърди частици е показано на фигура 4.12. Химикалите се въвеждат в зоната за първоначално смесване и реакция. Тук, реагентите се смесват чрез въртеливо действие генерирано от перката на ротора, а също така се смесват и с възвърнатите утайки, които са въведени под капака от зоната на избистряне. Целта на възвръщане на утайките е да се осигурят ядра, които са важни за инициирането на химичната реакция. След това сместа се влива през утаечната обвивка, където се извършва вторична реакция и смесване. Продуктите на реакцията след това се потапят в зоната за избистряне, където избистрената вода се отделя чрез утаяване на твърдите вещества от реакционните продукти. Избистрените води накрая се преливат в резервоара за пречистени отпадни води. Утайката от избистрянето се изтегля през тръбата за разреждане на утайката (Sincero и Sincero, 2003d).

4.1.7.5. Процес с вар и сода

Сода бикарбонат и варта могат да се използват за отстраняване на твърдост, причинена от калций и магнезий. На този принцип функционира процеса вар-сода. Този процес, използва вар (CaO) и сода бикарбонат (Na₂CO₃). Името на процеса предполага въвличане на два възможни набора от химични реакции: реакции, протичащи с варта и реакциите на сода бикарбонат. За да се разбере по-пълно това, което наистина се случва в процеса, важно е да се обсъдят тези химични реакции. Нека започнем с обсъждането на реакциите на варта. СаО първо реагира с вода за образуване на гасена вар, преди да взаимодейства с бикарбоната. (Sincero и Sincero, 2003d)

При тази реакция се получават два вида твърди вещества: Mg(OH)₂ и СаСО₃ и добавените калциеви йони от варта, които биха придали допълнителна твърдост на водата, се отстраняват като СаСО₃. Въпреки, че твърдите йони се утаяват, получените твърди вещества обаче, представляват проблем за изхвърляне в инсталациите за омекотяване на водата. Магнезият, независимо дали под формата на карбонатна или некарбонатна твърдост, винаги се отстранява под формата на хидроксид. По този начин, за да се отстрани общата магнезиева твърдост се добавя повече вар, за да отговори на общите изисквания за стехиометричност на карбонатите и некарбонатите (Sincero и Sincero, 2003d).

Изпълнението на процеса вар-сода трябва да бъде такова, че възможно най-много магнезий да остане неотстранен и да се разчита само на извеждането на калция, за да се постигне желаната твърдост след пречистването на водата. Ако желаното ниво на твърдост не е изпълнено чрез отстраняването само на калциевите йони, може да започне отстраняване и на магнезиевите. Това означава използването на вар, последвано от евентуално добавяне на сода бикарбонат за отстраняване на получената некарбонатна твърдост от калция. Както беше отбелязано по-горе, калциевият йон се отстранява под формата на СаСО₃. Това е причината за използването на втория химикал, известен като сода бикарбонат за отстраняване на некарбонатната твърдост на калция. Сода бикарбонат се използва само за две цели: да се премахне оригиналната твърдост на калциевия некарбонат в изходната вода и да се премахне калциевия некарбонатен твърд страничен продукт, който е резултат от утаяването на некарбонатния твърд магнезий. Също така е важно да се помни, че използвайки вар карбонатната твърдост на магнезия не води до натрупване на калциева некарбонатна твърдост. Само некарбонатният магнезий е причина за натрупване на некарбонатна твърдост, дължаща се на странични продукти, когато се използва вар (Sincero и Sincero, 2003d).

4.2. Механични процеси

4.2.1. Утаяване

Утаяването е една от най-ранните операции в станциите за пречистване на води или отпадни води (Reynolds, 1982). Процесът на утаяване представлява отстраняване на тежки утайки от мътни водни източници за намаляване на твърдите вещества при процесите на пречистване в пречиствателните инсталации (Willis, 2005). Принципите на седиментацията са еднакви за басейни, използвани както при пречистване във води така и на отпадни води: оборудването и операционните методи също са сходни (Reynolds, 1982).

Процесът на утаяване премахва много частици, включително мътността причинена от глина и тиня, естествена органична материя и други свързани с нея примеси. Тези примеси включват микробни замърсители, токсични метали, синтетични органични химични вещества, желязо, манган и хумусни вещества. Хумусните вещества идват от почвата и се произвеждат в рамките на водата от природни източници, седиментите са от химични и биологични процеси, като например гниене на растителността. Отстраняването на хумусните вещества от питейната вода е желателно, тъй като те образуват странични продукти на дезинфекцията, когато към водата се добавя хлор (URL 11).

След флокулация, водата и флокулите се движат бавно през големите басейни, известни като седиментационни или утаителни басейни (Фигура 4.13). Водата се придвижва много бавно през тези басейни, поради големия им размер. Това позволява на флокулите да се утаят на дъното на басейна. Флокулите, които падат на дъното на басейните се събират в бункер с големи въртящи се скрепери, където се отстраняват няколко пъти дневно от операторите на инсталацията. Чистата вода над утаечния слой (наричана пречистен компонент) изтича от седиментационния басейн до филтрите. Отстраняването на частиците в утаечния басейн подобрява функционирането на филтъра, който представлява основен компонент в следващия процес на пречистване след утаяването.

Утаяването в процеса на пречистване на питейната вода обикновено следва етапа на химична коагулация и флокулация, което позволява групиране на частиците заедно във флокули с по-голям размер. Това увеличава скоростта на утаяване на неразтворените вещества и позволява утаяване на колоидите (URL 13).

4.2.1.1. Защо използваме утаяване при пречистване на водата?

Утаяването е разделяне на твърда от течна фаза, използвайки гравитацията за отстраняване на суспендирани твърди вещества. За целите на водопречистване нейните основни приложения са (Reynolds, 1982):

1. Просто утаяване на повърхностните води преди пречистване с бърза пясъчна филтрация.
2. Утаяване на коагулираните и флокулираните води преди бързата пясъчна филтрация .
3. Утаяване на коагулираните и флокулираните води при омекотяване чрез процеса вар-сода.
4. Утаяване на пречистените води в инсталации за отстраняване на желязо или манган.

4.2.1.2. Конвенционално утаяване

Повечето утаителни басейни, използвани в пречистването са тип хоризонтален поток с правоъгълен, квадратен или кръгъл дизайн. обикновено се използват както дълги, правоъгълни басейни така и кръгли басейни; изборът се основава на местните условия, икономика и лични предпочитания. Басейните първоначално са били предназначени за съхранение на утайки в продължение на няколко месеца и са предвидени периодично да се извеждат от експлоатация за ръчно почистване чрез промиване. Повечето басейни, които се почистват с механично оборудване непрекъснато или през определени периоди от време, са сравнително наскоро проектирани (Willis, 2005).

Съществува голямо разнообразие от утаителни танкове. Те включват (URL12):

• Големи правоъгълни резервоари, в които водата навлиза от едната страна и напуска от другата страна. Този тип обикновено се използва в големи конвенционални танкове за пречистване.
• Кръгли танкове с плоски или конусообразните дъна също се използват, особено в по-малки мащаби. Флокулираната вода влиза в резервоара на централната разпределителна секция и избистрената вода напуска системата. Резервоарът събира улеите за вода от периферията на резервоара. Дизайнът и състоянието на потока в утаителния резервоар трябва да бъде такова, че натрупалите се флокули, които напускат системата с бистрата водата, са в минимален размер.

Утаените натрупвания в утаечния резервоар се събират на дъното на резервоара като утайка, която трябва да се отстранява редовно, за да се предотврати натрупване в резервоара. Ако утайката не се отстранява редовно в съответствие с работния график, качеството на избистрените води може да се влоши в резултат на повторно утаяване.

Утайките от утаечния резервоар имат голям потенциал да замърсяват, тъй като те съдържат целия спрян материал, отстранен с химикалите използвани за коагулацията. Следователно, трябва да се изхвърлят по подходящ начин, за да се избегне замърсяване на водоизточника. Утайките се изтеглят от утаечния резервоар в разредена форма (2-5% сухо вещество) и понякога се сгъстяват преди изхвърляне.

4.2.1.3. Фактори влияещи на процеса на утаяване

Факторите, влияещи върху процеса на утаяване са: плътност и размер на суспендираните частици, температура на водата, турбуленция, стабилност на потока, очистване на дъното и флокулация (URL 14):

• плътност – колкото по-голяма е плътността на частиците, толкова по-бързо се утаяват
• размер - колкото по-големи са частиците, толкова по-бързо се утаяват
• температура – колкото по-ниска е температурата на водата, толкова е по-висок вискозитета, толкова по-бавно се утаяват частиците
• турбуленция – колкото по-бурен е потока, толкова по-бавно се утаяват частиците
• стабилност – нестабилността може да доведе до късо съединение в потока, влияещо върху утаяването на частиците
• очистване на дъното - по време на очистване на дъното утаените частици се суспендират отново и се измиват с отпадните води
• флокулация – флокулацията води до получаване на по-големи частици и увеличава скоростта на утаяване.

4.2.2. Филтриране

Филтрацията представлява операция за отделяне на твърди частици от течности и е само един от трите метода за пречистване на вода, който е способен да отстрани хлор, странични хлорни продукти, и ЛОС от питейната вода (Фигура 4.14). Хлор и ЛОС са най-опасните и застрашаващите замърсители на пречистената питейна вода за обществото. Освен премахването на тези опасни химикали, филтрите за вода също извличат от питейната вода хлор-устойчивите протозои Giardia и Cryptosporidium. Тези протозои представляват сериозен проблем за водопречиствателните съоръжения от няколко десетилетия и са причинили редица епидемии от тежки стомашно-чревни заболявания, дължащи се на пиене на замърсена вода (URL 15; Sincero и Sincero, 2003e).

Целта на филтрацията е да се отстранят частиците, суспендирани във водата чрез преминаване на водата през слой от порест материал. По-големите частици се задържат чрез прецеждане и утаяване, докато колоидните частици се задържат поради адсорбцията, или коагулация и утаяване. Биологични взаимодействия се появяват само когато водата преминава много бавно през порестата маса (Chen и др., 2005).

След като флокулите се утаят на дъното на водния басейн, бистрата вода в горната част ще премине през филтри с различен състав (пясък, чакъл и въглен) и размери на порите, за да се отстранят разтворени частици като прах, паразити, бактерии, вируси и химикали (URL 17).

Има три основни термина, използвани за описване на метода на прилагане на движеща сила, използвани в системите за филтриране - вакуум филтриране, филтриране под налягане и филтриране поради гравитация (Chen et al., 2005). Филтрите, могат да бъдат класифицирани като опериращи под гравитационна сила, налягане или вакуумни филтри. Филтрите под гравитационна сила са филтри, които разчитат на силата на гравитацията, за да се създаде диференциално налягане, което да принуди водата да мине през филтъра. От друга страна, филтрите под налягане и вакуумните филтри са такива, които се основават на прилагането на някои механични средства за създаване на разлика в налягането, необходимо да задвижи водата през филтъра. Средата за филтриране може да се изготви от перфорирани плочи, преграда от плетени тъканни материали или от насипни материали като пясък. По този начин, в зависимост от използвания носител, филтрите могат да бъдат класифицирани като перфорирана плоча, тъкана преграда, или гранулирани филтри. Средата за филтриране на микро-цедката спомената по-горе, е от перфорирана плоча. Филтриращата среда, използвана в пресовите плоча - рамка филтри и вакуумните филтри са от плетена материя (Sincero и Sincero, 2003e).

4.2.2.1. Конвенционална филтрация

Системите за филтрация на вода я пречистват чрез преминаването й през гранулирани среди, например пясък, който отстранява замърсителите. Тяхната ефективност варира значително, но тези системи могат да бъдат използвани за подобряване на мътността и цвета, отнасят се и за отстраняване на Giardia и Cryptosporidium, бактерии и вируси (URL 18).

Конвенционалното филтруване първо използва химичен коагулант при предварителната обработка, като например желязо или алуминиеви соли, които се добавят към водоизточника. След това сместа се разбърква бавно, за да се предизвика обединяване на малките суспендирани частици в по-големи и по-лесно отстраняеми "флокули" (URL 18).

Тези системи като следваща стъпка използват утаяването. В този процес частиците във водата, включително флокулите създадени от флокулацията, се оставят да се утаят във водата по естествен път чрез силата на гравитацията. Тези замърсители се събират на дъното на системата като "утайка", която се отстранява периодично (URL 18).

След като тези процеси приключат, водата преминава през филтри, така че всички останали частици физически се прикрепят за филтрите от съответния материал. Суспендираните частици се дестабилизират от коагуланта и по този начин се прикрепят по-лесно към филтъра от съответния материал (URL 18).

Конвенционалните филтри, както и другите системи за филтрация, водят до значително подобрение на голямо разнообразие от водни източници. Те се използват най-широко при източници с постоянен дебит и ниски нива на водорасли, които могат да полепнат по филтърните системи (URL) 18.

Химичната коагулация изисква експертна работа, за да се постигнат желаните резултати, така че е необходимо пречиствателните съоръжения да се управляват от обучен персонал (URL 18).

4.2.2.2. Директна филтрация

Системите за филтрация на вода я обработват чрез преминаването й през гранулирани среди, например пясък, които отстраняват замърсяванията. Ефективността на филтрирането варира значително, но тези системи могат да бъдат използвани за подобряване на мътността и цвета, отнасят се и към пречистването от Giardia и Cryptosporidium, бактерии и вируси (URL 18).

Директната филтрация първо използва химични коагуланти, като железни или алуминиеви соли, които се добавят към водоизточника. След това сместа се разбърква бавно за да се обединят малките суспендирани частици и да образуват по-големи и по-лесно отстраняеми "флокули" (URL 18).

След като тези процеси приключат, водата преминава през филтри, така че всички останали частици се прикрепят за филтрите от съответния материал. Суспендираните частици се дестабилизират от коагуланта и по този начин се прикрепят по-лесно към филтъра (URL 18).

Конвенционалните филтрационни процеси използват утаяване, което да позволи частиците да се утаят във водата, за да бъдат отстранени. Директната филтрация премахва тази стъпка и позволява на самия филтърен материал да върши работата по прецеждане на замърсителите (URL 18).

Директната филтрация е сравнително прост процес на филтрация и това я прави икономически атрактивна. Системата води до значително подобряване на качеството на водата във водоизточника, но тя се използва най-широко при изходни води с относително високо качество, с постоянен дебит и ниска мътност. Високите нива на водорасли, по-специално, могат да запушат системите за филтриране (URL 18).

4.2.2.3. Филтрация с диатомити

Филтрацията с диатомити се използва за премахване на физически частици, които са лесно се прецеждат от водоизточника. Процесът е ефективен при премахване на Giardia, Cryptosporidium, водорасли и, в зависимост от степента, някои бактерии и вируси (URL 18).

Филтърът на системата се състои от диатомично покритие, брашноподобно варовито вещество направено от натрошени фосилини останки на едноклетъчни морски форми на живот, наречени диатомити (URL 18).

Водата преминава през диатомитната филтрираща система с помощта на помпи, които я подават под налягане към филтъра или с използването на вакуум за засмукване на водата на изхода на системата (URL 18).

За разлика от много други форми на филтриране, за повишаване на агломерацията на частиците замърсители обикновено не се използват коагулационни химикали. Поради това ограничение, диатомитната филтрация е най-подходяща за води с по-високо качество, които са лишени от неорганични замърсители (URL) 18.

4.2.2.4. Бавна пясъчна филтрация

Бавната пясъчна филтрация може ефективно да отстранява микроорганизми, които причиняват заболявания, свързани с водата -включително протозои като Giardia и Cryptosporidium, както и бактерии и вируси - една възможност, която за първи път е демонстрирана от резкия спад на болестите в европейските градове, които са пионери в този тип пречистване (URL 18).

Пречистваната чрез тези системи вода се оставя бавно да премине през слой от пясък, дълбок около 2 до 4 фута (0.6 до 1.2 метра). По пътя си от водата се премахват замърсителите, поради комбинация от физични и биологични филтриращи процеси (URL 18.)

След многократна употреба, пясъчното корито става гостоприемник на множество бактерии, водорасли, протозои, ротатории, ракообразни и водни червеи. Тези микроорганизми подпомагат процеса на филтриране чрез премахване на замърсителите, въпреки че те могат да бъдат забавени от водни температури под 10^оC. Пясъкът, който е гостоприемник на тези организми се казва, че е "узрял" и е за предпочитане да се почисти или замени с нов пясък. Узряването на пясъка може да отнеме няколко седмици или месеци, в зависимост от съдържанието и температурата на водата. Процесът в крайна сметка задръства пясъчното корито и забавя скоростта на поток до точката, която трябва да се отпуши, обикновено чрез обръщане на потока, или "промивка" (URL 18).

Бавните пясъчни системи за филтриране могат да не са в състояние да приемат хлорирана вода, защото хлорът може да има вредно въздействие върху микробното съобщество на филтъра. Ето защо, за да се дезинфекцира с хлор водата може да се третира в помещения за съхранение, след преминаване през процеса на филтриране (URL 18).

Съхранението също спомага за гъвкавост на изхода на водната система. Бавно действащите пясъчно филтърни системи не могат да се справят с увеличените водни обеми в периода на върхово потребление, нито да се движат с по-малко от оптималните потоци в периоди на по-ниско търсене (URL 18).

Бавните пясъчни системи работят добре само с водоизточник с ниска мътност и ниско съдържание на водорасли и без да е замърсен цвета му. Тези системи се борят с високото съдържание на водорасли или глина, които задръстват пясъчните корита. Водата е богат хранителен източник и от друга страна може да подпомогне почистващото действие на бавните пясъчни филтри чрез стимулиране на тяхната биологична компонента (URL 18).

Бавните пясъчни системи обикновено са прости, изискват малка поддръжка и имат ниски оперативни разходи (URL 18).

4.2.2.5. Пакетна/касетъчна филтрация

Филтриращите системи обработват водата чрез преминаването й през порести материали, които премахват и задържат замърсителите (URL 18).

Пакетно/касетъчните филтри са прости и лесни за боравене системи, които използват тъкани торби или касети с филаментозни филтри, които физически да филтрират микробите и седиментите от водоизточника, когато са преминали през филтърната среда (URL 18).

Тези системи са ефективни срещу кисти на Giardia, но не са достатъчни, за да елиминират бактериите, вирусите или химикалите. По този начин, те са най-подходящи за водни източници с по-високо качество и за тези с ограничена мътност (URL 18).

Пакетно/касетъчните технологии се развиват бързо и са пригодени за използване в малки по мащаб пречиствателни съоръжения. Такива системи също осигуряват лекота на работа и се изискват малко умения от страна на оператора при поддръжката им. Разходите са променливи в зависимост от това колко често трябва да бъдат сменяни филтрите (URL 18).

Подобно на много други филтри, касетъчните бързо могат да се зацапат от водата, която е с високо съдържание на твърди частици –поради тази причина е за предпочитане вода с ниска мътност. Алтернативно, "грубо обработващите филтри", които използват пясък, мрежови екрани, касети и други вещества, за да се отстранят по-големите физически частици могат предварително да пречистват водата (URL 18).

Филтриращите материали трябва да бъдат променяни периодично, по-често когато водоизточникът е с високо съдържание на прахови частици (URL 18).

С многократното използване на пакетни и касетъчни системи, микробите могат да контаминират филтрите, въпреки че този проблем може да бъде облекчен с използването на дезинфектант. Дезинфектанти могат също да бъдат необходими, ако тестването на водите показва, че е необходимо отстраняването на източник на вируси във водата (URL 18).

4.2.2.6. Керамична филтрация

Керамичните филтри обикновено са оформени като саксия или купа и са импрегнирани с малки частици колоидно сребро като дезинфектант, за да се предотврати развитието на бактерии във филтъра. Лабораторно изследване показа, че ако са проектирани и произведени правилно, тези устройства могат да премахнат или деактивират почти всички бактерии и едноклетъчни паразити. Тяхната ефективност срещу вируси не е известна (URL 18).

Почистването и поддържането на филтъра е от решаващо значение; така както всеки друг евтин елемент от системите, той работи най-добре в съчетание с образователна програма за безопасно съхраняване, почистване на филтъра и други препоръчителни практики (URL 18).

Предимствата на керамичните филтри са лесното им използване, дълъг живот (ако не са счупени) и сравнително ниска цена. Недостатъците включват възможно повторно заразяване на акумулираната вода, тъй като няма остатъчен хлор и относително ниския дебит - обикновено 1-2 л/ч (URL 18).

4.2.2.7. Биопясъчна филтрация

Бавните пясъчни системи неотдавна са били пригодени за употреба в системи на място, особено в развиващите се страни. В този контекст те обикновено са известни като "биопясъчни" филтри (URL 18).

Най-често биопясъчният филтър е под формата на контейнер, малко по-малък от метър височина и може би 30 cm ширина и дълбочина, напълнен с пясък. Биологично активният слой, на който са необходими една или две седмици, за да се развие напълно, се поддържа чрез поддържане нивото на водата над горната част на пясъка. Както при бавните пясъчни филтри, този биоактивен слой помага да се филтрират, адсорбират, унищожат или дезактивират патогенните микроорганизми. Порестата плоча обикновено се намира над пясъка, за да се избегне нарушаването на биоактивния слой, когато се добавя водата. Потребителите просто наливат водата в горната част на апарата, както и събират пречистената вода на изхода на системата (URL 18).

Лабораторни и полеви тестове показват, че биопясъчните филтри отстраняват почти всички протозои и повечето бактерии. Тяхната ефективност при вируси не е добре установена (URL 18).

Апаратът може да бъде изграден с помощта на бетон - сравнително популярен и евтин материал. Поддръжката е сравнително проста, обикновено се състои от разбъркване на горната повърхност на пясъка веднъж месечно и ръчно събиране на суспендирания материал. Разходите за поддръжка са доста ниски, тъй като има много малко или почти никакви части за замяна (URL 18).

Използвана литература

Bergman, R.A. (2005), “Chapter 13: Membrane Processes”, Water Treatment Plant Design, Editor: Baruth E.E., p. 13.1-13.49, McGraw-Hill Publ., ISBN: 0-07-141-872-5, USA.

Chen, J.P., Chang, S.-Y., Huang, J.Y.C., Bauman, E.R., Hung, Y.-T. (2005), “Chapter 13: Gravity Filtration”, Handbook of Environmental Engineering, Volume 3: Physicochemical Treatment Processes, Editors: Wang, L.K., Hung, Y.-T., Shammas N.K., Humana Press Inc., eISBN: 1-59259-820-x, Totowa, NJ.

Delphos, P.J., Wesner, G.M.(2005) “Chapter 6: Mixing, Coagulation and Flocculation”, Water Treatment Plant Design, Editor: Baruth E.E., p. 6.1-6.25, McGraw-Hill Publ., ISBN: 0-07-141-872-5, USA.

Dyksen, J.E. (2005a) “Chapter 5: Aeration and Air Stripping”, Water Treatment Plant Design, Editor: Baruth E.E., p. 5.1-5.25, McGraw-Hill Publ., ISBN: 0-07-141-872-5, USA.

Flynn, D.J. (2009) “Chapter 6: Raw Water Clarification and Filtration”, The Nalco Water Handbook, Third Edition, p. 6.3-6.47, McGraw-Hill Publ., ISBN: 978-0-07-154883-0, USA.

Gottlieb, M.C. (2005) “Chapter 12: Ion Exchange Applications in Water Treatment”, Water Treatment Plant Design, Editor: Baruth E.E., p. 11.1-11.20, McGraw-Hill Publ., ISBN: 0-07-141-872-5, USA.

Hesby, J.C (2005) “Chapter 10: Oxidation and Disinfection”, Water Treatment Plant Design, Editor: Baruth E.E., p. 13.1-13.49, McGraw-Hill Publ., ISBN: 0-07-141-872-5, USA.

Horsley, M.B., Elder, D.B, Harms, L.L. (2005) “Chapter 11: Lime Softening”, Water Treatment Plant Design, Editor: Baruth E.E., p. 13.1-13.49, McGraw-Hill Publ., ISBN: 0-07-141-872-5, USA.

Kemmer, F.N. (1988) “Chapter 13: Ion Exchange”, The NALCO Water Handbook, Second Edition, p. 12.1-12.45, McGraw-Hill Publ., ISBN: 0-07-045872-3, USA.

Letterman, R.D., Amirtharajah, A., O’Melia, C.R. (1999) “Chapter 6: Coagulation and Flocculation”, Water Quality and Treatment, Fifth Edition, Editor: Letterman, R.D., p. 6.1-6.66, McGraw-Hill Publ., ISBN: 0-07-001659-3, USA.

Reynolds, T.D. (1982), Unit Operations and Processes in Environmental Engineering, PWS-KENT Publishing Company, ISBN 0-8185-0493-5, 570 p., USA.

Shammas, N.K., Yang, J.Y., Yuan, P.-C., Hung, Y.-T. (2005), “Chapter 7: Chemical Oxidation”, Handbook of Environmental Engineering, Volume 3: Physicochemical Treatment Processes, Editors: Wang, L.K., Hung, Y.-T., Shammas N.K., Humana Press Inc., eISBN: 1-59259-820-x, Totowa, NJ.

Sincero, A.P., Sincero, G.A (2003a), “Chapter 9: Aeration, Absorption and Stripping”, Physical-Chemical Treatment of Water and Wastewater, p. 419-453, IWA Publishing, CRC Press, ISBN: 1-84339-028-0, London, UK.

Sincero, A.P., Sincero, G.A (2003b), “Chapter 16: Ion Exchange”, Physical-Chemical Treatment of Water and Wastewater, p. 719-733, IWA Publishing, CRC Press, ISBN: 1-84339-028-0, London, UK.

Sincero, A.P., Sincero, G.A (2003c), “Chapter 12: Coagulation”, Physical-Chemical Treatment of Water and Wastewater, p. 545-581, IWA Publishing, CRC Press, ISBN: 1-84339-028-0, London, UK.

Sincero, A.P., Sincero, G.A (2003d), “Chapter 10: Water Softening”, Physical-Chemical Treatment of Water and Wastewater, p. 467-506, IWA Publishing, CRC Press, ISBN: 1-84339-028-0, London, UK.

Sincero, A.P., Sincero, G.A (2003e), “Chapter 7: Conventional Filtration”, Physical-Chemical

Treatment of Water and Wastewater, p. 327-363, IWA Publishing, CRC Press, ISBN: 1-84339-028-0, London, UK.

Taylor, J.S., Hong, S.K. (2000), Potable Water Quality and Membrane Technology, Laboratory Medicine, 31, 10, 563-568.

Walsh, M.E. (2005) Microbial and chemical impacts of blending membrane treated filter backwash water, PhD. Dissertation, Dalhouse University, Halifax, NS, Canada.

Walsh, M.E., Gagnon, G.A. (2006) Evaluating Membrane Processes for Drinking Water Treatment Design, Association of Environmental Engineering & Science Professors (AEESP) Case Studies Compilation, p. 70-82, Canada.

Willis, J.F. (2005) “Chapter 7: Clarification”, Water Treatment Plant Design, Editor: Baruth E.E., p. 7.1-7.44, McGraw-Hill Publ., ISBN: 0-07-141-872-5, USA.

Worch, E., (2012), Adsorption Technology in Water Treatment, ISBN 978-3-11-024022-12012 Walter de Gruyter GmbH&Co. KG, 332 p, Berlin- Germany.

URL1.http://water.me.vccs.edu/courses/ , Available at: August 22, 2015.

URL2.http://www.gewater.com/handbook/ , Available at: August 22, 2015.

URL3.http://water.me.vccs.edu/courses/ , Available at: August 22, 2015.

URL4.http://iaspub.epa.gov/ , Available at: August 22, 2015.

URL5.https://www.koshland-science-museum.org/ , Available at: August 22, 2015.

URL6.http://water.me.vccs.edu/ , Available at: August 22, 2015.

URL7.http://www.sswm.info/ , Available at: August 22, 2015.

URL8. http://uacg.bg/filebank/ , Available at: August 22, 2015.

URL9.https://en.wikipedia.org/ , Available at: August 22, 2015.

URL10.http://water.me.vccs.edu/ , Available at: August 22, 2015.

URL11.http://cityservices.baltimorecity.gov/ , Available at: August 22, 2015.

URL12.http://www.ewisa.co.za/ , Available at: August 22, 2015.

URL13.https://en.wikipedia.org/ , Available at: August 22, 2015.

URL14.http://ocw.tudelft.nl/ , Available at: August 22, 2015.

URL15.http://www.allaboutwater.org/ , Available at: August 22, 2015.

URL16.https://en.wikipedia.org/wiki/Filtration , Available at: August 22, 2015.

URL17.http://www.cdc.gov/healthywater/ , Available at: August 22, 2015.

URL18.https://www.koshland-science-museum.org/water/ , Available at: August 22, 2015.