Под осветлением и обесцвечиванием понимается традиционная очистка природных вод от взвешенных, коллоидных и растворённых примесей, обуславливающих их мутность и цветность.
Осветление и обесцвечивание воды - обычно многоэтапный процесс. Вначале применяется процеживание воды, которое предназначено для извлечения из неё плавающих предметов, взвешенных веществ и других диспергированных примесей.
При механическом процеживании из воды извлекаются все частицы превышающие размеры пор фильтрующей основы. Очевидно, что тем меньше размер пор фильтрующей основы, тем более эффективным будет достигаемый эффект процеживания воды. В связи с этим различают макро-процеживание и микро-процеживание (микро-фильтрование).
Главным этапом осветления и обесцвечивание воды обычно служит коагулирование обрабатываемой воды - процесс укрупнения коллоидных и взвешенных частиц дисперсной системы и их объединения в агрегаты. Завершается этот процесс отделением агрегатов слившихся частиц от жидкой фазы. Для этого в современной практике приготовления питьевой воды чаще всего применяют осветлители с взвешенным слоем осадка и отстойники, а так же в ряде специфических случаев - процессы сепарации на центрифугах и в гидроциклонах.
В результате процесса коагуляции достигается так же удаление из воды планктоновых организмов, существенно снижается бактериальная загрязнённость, улучшаются органолептические показатели воды (запах, мутность и цветность).
К настоящему времени разработан ряд способов интенсификации процессов коагуляции, в частности: применение флокулянтов - специальных высокомолекулярных веществ, применяемых в дополнение к основным коагулянтам, коагулирование с предварительным растворением сернокислого алюминия в небольшом объёме воды, предварительная обработка воды сильными окислителями (включая гамма-излучение), применение смеси коагулянтов, аэрирование, воздействие магнитным полем и ультразвуком. Целесообразно так же применение контактной коагуляции.
В некоторых системах для дополнительной очистки воды после коагуляции используют осветление воды флотацией - т.е. отделение диспергированных и коллоидных примесей от воды, основанное на способности частиц прилипать к воздушным (газовым) пузырькам и вместе с ними переходить в пенных слой.
Завершающей стадией осветления и обесцвечивания природных вод является фильтрование (частный случай - контактное осветление). В ходе фильтрования из воды извлекаются не только взвешенные, но и коллоидные примеси, так как фильтрующие материалы проницаемы для жидкости, но не проницаемы для твёрдой субстанции.
Процессы обезжелезивания преследуют цель удаления избыточного количества соединений железа из природных вод. При длительном использовании для питья воды с повышенным содержанием железа она наносит вред здоровью человека. При избытке железа возникаю головные боли, потеря аппетита, сильная усталость и головокружение. Установлено, что вода с повышенным содержанием железа оказывает выраженное неблагоприятное влияние на кожные покровы человека, вызывая сухость, зуд и другие аллергические явления. Избыток железа сказывается на кроветворной системе, вызывая различные заболевания крови. В поверхностных водах железо, как правило встречается в виде минеральных и органических комплексных соединений с гуминовыми и фульвокислотами, а так же в виде коллоидных или тонко-дисперсных взвесей гидроксида железа Fe(OH)3.
В подземных водах преобладающей формой существования двухвалентного (закисного) железа является его бикарбонат, устойчивый лишь в отсутствии растворённого кислорода. реже встречаются сульфиды, карбонаты и сульфаты двухвалентного железа.
Сущность всех процессов обезжелезивания воды заключается в коагулировании коллоидных или тонкодисперсных взвешенных частиц гидроксида железа и последующим их удалении аналогично обычным процессам осветления воды. Поэтому проводят окисление двухвалентного железа, т.е. переводят его в трёхвалентное состояние или же разрушают (так же путём окисления) его стойкие комплексные соединения с образованием нерастворимых форм трехвалентного железа. Окисление железа достигается в результате применения реагентной (поверхностные воды) или безреагентной (подземные воды) технологии водоподготовки.
В отдельных случаях обезжелезивание и деманганция подземных вод могут быть осуществлены непосредственно в подземном водоносном горизонте. Для этого туда необходимо направить поток воды, содержащий растворённый кислород или воздух, за счёт которых достигается окисление двухвалентного железа или марганца, их осаждение и задержание порах водовмещающих пород.
(!) К существенным недостатком процессов водоподготовки с применением реагентных методов осветления, обесцвечивания и обезжелезивания природных вод следует отнести то, что отдельные реагенты, будучи необходимыми для протекания указанных процессов очистки, не могут считаться полезными веществами с точки зрения санитарно-гигиенических и потребительских свойств питьевой воды.
В качестве примером можно отметить, что при применении указанных методов осветления, обесцвечивания и обезжелезивания в воде увеличивается содержание ионов Al3, Na+, Cl-, SO4 и других, которые могут оказывать отрицательное воздействие на здоровье человека. Например, в настоящее время установлено, что с увеличением Al3 в воде существенно возрастает смертность от болезни Альцгеймера (болезнь мозга). Увеличение частоты сердечно-сосудистых заболеваний связывают с избыточным поступлением в организм хлористого натрия. Под воздействием нитратов натрия возникает заболевание водно-нитратная метгемоглобинемия - увеличение содержания в крови метгемоглобина, проявляющееся в виде отравления (цианоз).