Показатели качества воды.
Основным источником централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения в большинстве регионов Российской Федерации являются поверхностные воды рек, водохранилищ и озер. Количество загрязнений , попадающее в поверхностные источники водоснабжения разнообразно и зависит от профиля и объема промышленных и сельскохозяйственных предприятий, расположенных в районе водосбора.
При одноступенчатой схеме очистки воды ее осветление осуществляется на фильтрах или в контактных осветлителях. При очистке маломутных цветных вод применяется одноступенчатая схема.
Рассмотрим более подробно сущность основных процессов водоочистки. Коагулирование примесей называют процесс укрупнения мельчайших коллоидных частиц, происходящих вследствие их взаимного слипания под действием молекулярного притяжения.
Коллоидные частицы , содержащиеся в воде, имеют отрицательные заряды и находятся во взаимном отталкивании, поэтому не оседают. Коагулянт добавленный образует положительно заряженные ионы, что способствует взаимному притяжению противоположно заряженных коллоидов и приводит к образованию укрупненных частиц (хлопьев) в камерах хлопьеобразования.
В качестве коагулянтов применяют сернокислый алюминий, сернокислое закисное железо, полиоксихлорид алюминия.
Процесс коагуляции описывается следующими химическими реакциями
Al 2 (SO 4) 3 →2Al 3+ +3SO 4 2- .
После введения в воду коагулянта катионы алюминия взаимодействуют с ней
Al 3+ +3H 2 O=Al(OH) 3 ↓+3H + .
Катионы водорода связываются присутствующими в воде бикарбонатами:
H + +HCO 3 - →CO 2 +H 2 O.
2H + +CO 3 -2 →H 2 O+CO 2.
Процесс осветления можно интенсифицировать при помощи высокомолекулярных флокулянтов (праестола, ВПК − 402), которые вводятся в воду после смесителя.
Тщательное перемешивание очищаемой воды с реагентами осуществляется в смесителях различных конструкций. Смешение реагентов с водой должно быть быстрым и осуществляться в течение 1 - 2 мин. Применяются следующие виды смесителей: дырчатые (рис. 1.8.2), перегородчатые (рис. 1.8.3) и вертикальные (вихревые) смесители.
Смеситель дырчатого типа применяется на станциях обработки воды производительностью до 1000 м 3 /ч. Он выполняется в виде железобетонного лотка с вертикальными перегородками, установленными перпендикулярно движению воды и снабженными отверстиями, расположенными в несколько рядов.
Рис. 1.8.2. Дырчатый смеситель
Перегородчатый смеситель применяется на водоочистных станциях производительностью не более 500 - 600 м3/ч. Смеситель состоит из лотка с тремя поперечными вертикальными перегородками. В первой и третьей перегородках устраивают проходы для воды, размещенные в центральной части перегородок. В средней перегородке предусмотрены два боковых прохода для воды, примыкающих к стенкам лотка. Благодаря такой конструкции смесителя возникает турбулентность движущегося потока воды, обеспечивающая полное смешение реагента с водой.
Рис. 1.8.3. Перегородчатый смеситель
На станциях, где вода обрабатывается известковым молоком, применение дырчатых и перегородчатых смесителей не рекомендуется, так как скорость движения воды в этих смесителях не обеспечивает поддержания частиц извести во взвешенном состоянии, что приводит к их осаждению перед перегородками.
На водоочистных станциях наибольшее применение нашли вертикальные смесители (рис. 1.8.4). Смеситель этого типа может быть квадратного или круглого сечения в плане, с пирамидальной или конической нижней частью.
Рис. 1.8.4. Вертикальный (вихревой) смеситель:
1 − подача исходной воды; 2 − отвод воды из смесителя
В перегородчатых камерах хлопьеобразования устраивают ряд перегородок, которые заставляют воду менять направление своего движения либо в вертикальной, либо в горизонтальной плоскости, что и обеспечивает необходимое перемешивание воды.
Для перемешивания воды и обеспечения более полной агломерации мелких хлопьев коагулянта в крупные служат камеры хлопьеобразования. Их установка необходима перед горизонтальными и вертикальными отстойниками. При горизонтальных отстойниках следует устраивать следующие типы камер хлопьеобразования: перегородчатые, вихревые, встроенные со слоем взвешенного осадка и лопастные; при вертикальных отстойниках - водоворотные.
Удаление взвешенных веществ из воды (осветление) осуществляется путем отстаивания ее в отстойниках. По направлению движения воды отстойники бывают горизонтальные, радиальные и вертикальные.
Горизонтальный отстойник (рис. 1.8.5) представляет собой прямоугольный в плане железобетонный резервуар. В нижней его части имеется объем для накопления осадка, который удаляется по каналу. Для более эффективного удаления осадка дно отстойника выполняют с уклоном. Обрабатываемая вода поступает через распределительный лоток (или затопленный водослив). Пройдя через отстойник, вода собирается лотком или перфорированной (дырчатой) трубой. В последнее время применяют отстойники с рассредоточенным сбором осветленной воды, устраивая специальные желоба или перфорированные трубы в верхней их части, что позволяет увеличить производительность отстойников. Горизонтальные отстойники применяют на очистных станциях производительностью более 30 000 м 3 /сут.
Рис.1.8.5. Горизонтальный отстойник:
1 − подача исходной воды; 2 − отвод очищенной воды; 3 − отвод осадка; 4 − распределительные карманы; 5 − распределительные решетки; 6 − зона накопления осадка; 7 − зона отстаивания
Разновидностью горизонтальных отстойников являются радиальные отстойники, имеющие механизм для сгребания осадка в приямок, располагаемый в центре сооружения. Из приямка осадок откачивается насосами. Конструкция радиальных отстойников сложнее, чем горизонтальных. Применяют их для осветления вод с большим содержанием взвешенных веществ (более 2 г/л) и в системах оборотного водоснабжения.
Вертикальные отстойники (рис. 1.8.6) круглой или квадратной формы в плане имеют коническое или пирамидальное днище для накопления осадка. Эти отстойники применяют при условии предварительного коагулирования воды. Камера хлопьеобразования, в основном водоворотная, располагается в центре сооружения. Осветление воды происходит при восходящем ее движении. Осветленная вода собирается кольцевыми и радиальными лотками. Осадок из вертикальных отстойников выпускают под гидростатическим напором воды без выключения сооружения из работы. Вертикальные отстойники применяют в основном при расходах 3000 м 3 /сут.
Рис. 1.8.6. Вертикальный отстойник:
1 − камера хлопьеобразования; 2 − сегнерово колесо с насадками; 3 − гаситель; 4 − подача исходной воды (из смесителя); 5 − сборный желоб вертикального отстойника; 6 − труба для отвода осадка из вертикального отстойника; 7 − отвод воды из отстойника
Осветлители со взвешенным слоем осадка предназначены для предварительного осветления воды перед фильтрованием и только при условии предварительного коагулирования.
Осветлители со взвешенным слоем осадка могут быть разных типов. Одним из наиболее распространенных является осветлитель коридорного типа (рис. 1.8.7), который представляет собой прямоугольный в плане резервуар, разделенный на три секции. Две крайние секции являются рабочими камерами осветлителями, а средняя секция служит осадкоуплотнителем. Осветляемая вода подается у дна осветлителя по дырчатым трубам и равномерно распределяется по площади осветлителя. Затем она проходит через взвешенный слой осадка, осветляется и по дырчатому лотку или трубе, располагаемым на некотором расстоянии над поверхностью взвешенного слоя, отводится на фильтры.
Рис.1.8.7. Коридорный осветлитель со взвешенным осадком с вертикальным осадкоуплотнителем:
1 − коридоры-осветлители; 2 − осадкоуплотнитель; 3 −− подача исходной воды; 4 − сборные карманы для отвода осветленной воды; 5 − отвод осадка из осадкоуплотнителя; 6 − отвод осветленной воды из осадкоуплотнителя; 7 − осадкоприемные окна с козырьками
Для глубокого осветления воды применяют фильтры, которые способны улавливать из нее практически все взвеси. Существуют так же фильтры и для частичной очистки воды. В зависимости от природы и типа фильтрующего материала различают следующие типы фильтров: зернистые (фильтрующий слой − кварцевый песок, антрацит, керамзит, горелые породы, гранодиарит, пенополистирол и др.); сетчатые (фильтрующий слой − сетка с размером ячеек 20 - 60 мкм); тканевые (фильтрующий слой − хлопчатобумажные, льняные, суконные, стеклянные или капроновые ткани); намывные (фильтрующий слой − древесная мука, диатомит, асбестовая крошка и другие материалы, намываемые в виде тонкого слоя на каркас из пористой керамики, металлической сетки или синтетической ткани).
Зернистые фильтры применяют для очистки хозяйственно − питьевой и технической воды от тонкодисперсной взвеси и коллоидов; сетчатые − для задержания грубодисперсных взвешенных и плавающих частичек; тканевые - для очистки маломутных вод на станциях небольшой производительности.
Для очистки воды в коммунальном водоснабжении применяются зернистые фильтры. Важнейшей характеристикой работы фильтров является скорость фильтрования, в зависимости от которой фильтры подразделяют на медленные (0,1 − 0,2), скорые (5,5 − 12) и сверхскоростные (25 − 100м/ч). Медленные фильтры применяют при небольших расходах воды без предварительного коагулирования; сверхскоростные − при подготовке воды для промышленных целей, для частичного осветления воды.
Наибольшее распространение получили скорые фильтры, на которых осветляется предварительно коагулированная вода (рис. 1.8.8).
Вода, поступающая на скорые фильтры после отстойника или осветлителя, не должна содержать взвешенных веществ более 12 - 25 мг/л, а после фильтрования мутность воды не должна превышать 1,5 мг/л
Рис. 1.8.8. Схема скорого фильтра:
1 − корпус; 2 − фильтрующая загрузка; 3 − отвод фильтрата; 4 − подача исходной воды; 5 − отвод исходной воды; 6 − нижняя дренажная система; 7 − поддерживающий слой; 8 − желоб для сбора промывной воды; 9 − подача воды на промывку
Контактные осветлители по устройству аналогичны скорым фильтрам и являются их разновидностью. Осветление воды, основанное на явлении контактной коагуляции, происходит при движении ее снизу вверх. Коагулянт вводят в обрабатываемую воду непосредственно перед ее фильтрованием через песчаную загрузку. За короткое время до начала фильтрования образуются лишь мельчайшие хлопья взвесей. Дальнейший процесс коагуляции происходит на зернах загрузки, к которым прилипают ранее образовавшиеся мельчайшие хлопья. Этот процесс, называемый контактной коагуляцией, происходит быстрее, чем обычная коагуляция в объеме, и требует меньшего количества коагулянта. Контактные осветлители промывают путем подачи воды снизу через распределительную систему (как в обычных скорых фильтрах).
Обеззараживание воды. В современных очистных сооружениях обеззараживание воды производится во всех случаях, когда источник водоснабжения ненадежен с санитарной точки зрения. Обеззараживание может быть осуществлено
Хлорирование воды.
Способ хлорирования является наиболее распространенным способом обеззараживания воды. Обычно для хлорирования используют жидкий или газообразный хлор. Хлор обладает высокой дезинфицирующей способностью, относительно стоек и длительное время сохраняет активность. Он легко дозируется и контролируется. Хлор действует на органические вещества, окисляя их, и на бактерии, которые погибают в результате окислений веществ, входящих в состав протоплазмы клеток. Недостатком обеззараживания воды хлором является образование токсичных летучих галогенорганических соединений.
Одним из перспективных способов хлорирования воды является использование гипохлорита натрия (NaClO), получаемого электролизом 2 − 4 % раствора поваренной соли.
Диоксид хлора (ClO 2) позволяет уменьшить возможность образования побочных хлорорганических соединений. Бактерицидность диоксида хлора более высокая чем хлора. Особенно эффективен диоксид хлора при обеззараживании воды с высоким содержанием органических веществ и аммонийных солей.
Остаточная концентрация хлора в питьевой воде не должна превышать 0,3 − 0,5 мг/л
Взаимодействие хлора с водой осуществляется в контактных резервуарах. Продолжительность контакта хлора с водой до поступления ее к потребителям должна быть не менее 0,5 ч.
Бактерицидное облучение .
Бактерицидное свойство ультрафиолетовых лучей (УФ) обусловлено действием на клеточный обмен и особенно на ферментные системы бактериальной клетки, кроме того, под действием УФ − излучения происходят фотохимические реакции в структуре молекул ДНК и РНК, приводящими к их необратимым повреждениям. УФ − лучи уничтожают не только вегетативные, но и споровые бактерии, тогда как хлор действует только на вегетативные. К достоинствам УФ − излучения следует отнести отсутствие какого − либо воздействия на химический состав воды.
Для обеззараживания воды таким способом ее пропускают через установку, состоящую из ряда специальных камер, внутри которых размещены ртутно − кварцевые лампы, заключенные в кварцевые кожухи. Ртутно − кварцевые лампы выделяют ультрафиолетовое излучение. Производительность такой установки в зависимости от числа камер составляет 30…150 м 3 /ч.
Эксплуатационные расходы на обеззараживание воды облучением и хлорированием примерно одинаковы.
Однако следует отметить, что при бактерицидном облучении воды затруднен контроль эффекта обеззараживания, тогда как при хлорировании этот контроль осуществляется достаточно просто по наличию остаточного хлора в воде. Помимо этого данный способ невозможно использовать для обеззараживания воды с повышенной мутностью и цветностью.
Озонирование воды.
Озон применяется с целью глубокой очистки воды и окисления специфических органических загрязнений антропогенного происхождения (фенолов, нефтепродуктов, СПАВ, аминов, и др.). Озон позволяет улучшить протекание процессов коагуляции, сократить дозу хлора и коагулянта, уменьшить концентрацию ЛГС, повысить качество питьевой воды по микробиологическими и органическим показателям.
Озон наиболее целесообразно применять совместно с сорбционной очисткой на активных углях. Без озона во многих случаях невозможно получить воду, соответствующую СанПиН. В качестве основных продуктов реакции озона с органическими веществами называют такие соединения, как формальдегид и ацетальдегид, содержание которых нормируется в питьевой воде на уровне 0,05 и 0,25 мг/л соответственно.
Озонирование основано на свойстве озона разлагаться в воде с образованием атомарного кислорода, разрушающего ферментные системы микробных клеток и окисляющего некоторые соединения. Количество озона, необходимое для обеззараживания питьевой воды, зависит от степени загрязнения воды и составляет не более 0,3 − 0,5 мг/л. Озон токсичен. Предельно допустимое содержание этого газа в воздухе производственных помещений 0,1 г/м 3 .
Обеззараживание воды озонированием по санитарным и техническим нормам является наилучшим, но сравнительно дорогим. Установка для озонирования воды представляет собой сложный и дорогой комплекс механизмов и оборудования. Существенным недостатком озонаторной установки является значительное потребление электроэнергии для получения из воздуха очищенного озона и подачи его в обрабатываемую воду.
Озон , являясь сильнейшим окислителем, может применяться не только для обеззараживания воды, но и для ее обесцвечивания, а также для устранения привкусов и запахов.
Доза озона, необходимая для обеззараживания чистой воды, не превышает 1 мг/л, для окисления органических веществ при обесцвечивании воды - 4 мг/л.
Продолжительность контакта обеззараживаемой воды с озоном составляет примерно 5 мин.
Перед тем как попасть в городские водопроводные сети и в краны потребителей, вода проходит тщательную предварительную очистку. Для приведения ее в состояние питьевой устанавливаются станции водоподготовки, которые позволяют убрать все вредные примеси, мусор, небезопасные для здоровья химические элементы. Однако даже самые высокотехнологичные установки не являются гарантией чистоты, поэтому нередко используются дополнительные домашние фильтры.
Большинство городских жителей не удовлетворено качеством воды, которая подается через водные магистрали в краны. Причем в разных регионах химический состав жидкости и наличие в ней примесей различаются. Кто-то отмечает повышенную жесткость, кто-то - белый осадок из-за мела, а иногда чувствуется хорошо уловимый запах плесени или других непонятных веществ. Решением проблемы в большинстве случаев становится монтаж накопительных или проточных фильтров.
На самом деле перед тем как попасть к непосредственным потребителям, жителям населенных пунктов, на промышленные и другие объекты, вода проходит тщательную очистку. Процедура, в ходе которой она приводится в соответствие с санитарными нормами, называется водоподготовка. Питьевая вода на станции подается их природных водоемов, хранилищ, каналов. Процесс ее обработки зависит от дальнейшего использования: питье, бытовое использование, полив или технические нужды.
В отдельных населенных пунктах или регионах функционируют муниципальные станции химводоочистки. Это крупные объекты стационарного типа либо мобильные комплексы, представленные контейнерными, модульными и блочными системами.
Конструктивное устройство каждой установки зависит от того, от чего необходимо очистить воду. По методу фильтрации различают следующие виды станций:
Все системы классифицируются также на бытовые и промышленные, различаются по производительности и принципу работы. На многих городских объектах устанавливаются по несколько фильтрующих систем, выполняющих разные функции одновременно.
По пути из водоема в квартиру потоки воды проходят несколько этапов очистки. Однако не стоит при этом быть уверенным в том, что она становится идеально чистой и безопасной. В летнюю жару количество вредных бактерий и микроорганизмов существенно увеличивается. Именно из-за употребления воды из-под крана отмечается всплеск кишечных заболеваний и отравлений. В морозную погоду количество патогенной микрофлоры значительно сокращается, но нельзя списывать со счетов человеческий фактор и халатность сотрудников водоочистительных предприятий, изношенность оборудования и другие проблемы.
Стандартная процедура на станции водоочистки происходит в несколько этапов:
Завершающим этапом является пропуск через угольные фильтры. Они позволяют улучшить цвет и запах воды, делают вкус более приятным.
Обязательной процедурой на любой станции водоподготовки является обеззараживание - уничтожение бактериологических загрязнителей. В качестве реагентов применяются хлор или ультрафиолетовые стерилизующие установки. Однако в первом случае требуется дополнительная процедура по избавлению от остатков хлора, которые крайне опасны для здоровья.
Ультрафиолетовые лучи считаются более безопасными. Они способны проникать в каждую клетку микроорганизмов, разрушать их и полностью уничтожать. Таким образом, достигается максимальный обеззараживающий эффект. В большинстве городов все же предпочтение отдается промывке внутригородских сетей хлором. Об этом свидетельствует периодически появляющийся характерный запах в течение нескольких дней с периодичностью 2 раза в год.
Стационарные станции представляют собой огромные площадки с многочисленными узлами и механизмами. Современное оборудование функционирует полностью в автоматическом режиме, поэтому присутствие человека в рабочем процессе сведено к минимуму. Стандартная комплектация устройств включает:
Существует несколько разновидностей станций. Наиболее примитивные представляют собой конструкции блочного типа с замкнутыми системами, которые функционируют по принципу насосного оборудования.
Самые современные установки - это комплексные, модульные, многоступенчатые сооружения, которые включают и обеззараживание, и фильтрацию, и другие стадии, и оснащены распределительными каналами выводы. Важной особенностью таких систем является возможность их интеграции в крупные индустриальные объекты, а также изменение набора модулей и комплектующих.
Еще одна разновидность - специализированные, узконаправленные станции, которые выполняют только уничтожение бактерий, грибков, водорослей.
При выборе оборудования необходимо ориентироваться на разные критерии . Например, в домашних условиях достаточными являются установки с пропускной способностью 2−3 м3/час. Для промышленных объектов этот показатель должен рассчитываться из суточной потребности и составлять до 1 тыс. м3/час. Оптимальным давлением считается диапазон от 6 до 10 бар для крупных гидрологических узлов, для бытовых нужд - определяется индивидуально.
После использования водопроводной воды, которая прошла очистку в городских стационарных сооружениях, нередко наблюдается налет, например, в чайнике, на раковинах или в стиральной машине. Это легкий известковый налет, который необходимо регулярно чистить, чтобы он не превратился в известковый камень. Употреблять воду такого качества опасно для здоровья, так как рано или поздно это приводит к образованию камней в почках. Страдает от такого состава жидкости и бытовая техника. Стиральные и посудомоечные машины быстро выходят из строя, когда на нагревательных элементах регулярно образуется накипь.
Это далеко не все проблемы, которые возникают в результате использования воды низкого качества в бытовых условиях. Поэтому возникают дополнительные расходы, связанные с установкой очистительных мини-станций в своем доме или в квартире.
Одна из сфер применения установок водоподготовки - предприятия по производству пива. Здесь к жидкости предъявляются очень строгие требования, она является основным сырьем. Для получения 1 литра хмельного напитка потребуется 20 литров воды. Именно от ее качества зависит вкус готового продукта, его стойкость, мягкость, а также процесс брожения.
Современная экология, увы, оставляет желать лучшего – все загрязнения биологического, химического, механического, органического происхождения рано или поздно проникают в почву, водоемы. Запасы «здоровой» чистой воды с каждым годом становятся все меньше, в чем играет определенную роль постоянное использование бытовой химии, активное развитие производств. В стоках содержится огромное количество токсичных примесей, удаление которых должно быть комплексным, многоуровневым.
Для водоочистки используются разные методы – выбор оптимального осуществляется с учетом типа загрязнений, желаемых результатов, имеющихся возможностей.
Самый простой вариант – . Она направлена на выведение нерастворимых компонентов, которые загрязняют воду – это жиры, твердые включения. Сначала стоки проходят через решетки, потом сита и попадают в резервуары-отстойники. Мелкие компоненты осаждают песколовки, нефтепродукты – бензомаслоуловители, жироловки.
Более совершенный способ очистки – мембранный. Он гарантирует максимально точное удаление загрязнений. предполагает применение соответствующих организмов, которые окисляют органические включения. В снове методики лежит естественная очистка водоемов и рек за счет их населения полезной микрофлорой, удаляющей фосфор, азот и другие лишние примеси. Биологический метод очистки может быть анаэробным и аэробным. Для аэробной нужны бактерии, жизнедеятельность которых невозможна без кислорода – устанавливаются биофильтры, аэротенки, заполненные активным илом. Степень очистки, эффективность выше, чем для биофильтром очистки стоков. Анаэробная очистка доступа кислорода не требует.
Предполагает применение электролиза, коагуляции, а также осаждение фосфора металлическими солями. Дезинфекцию проводят путем ультрафиолетового облучения, обработкой хлором, озонированием. Дезинфекция ультрафиолетовым облучением – намного более безопасный и эффективный метод, чем хлорирование, поскольку он проводится без образования токсичных веществ. УФ-излучение губительно для всех организмов, поэтому уничтожает всех опасных возбудителей. Хлорирование основывается на способности активного хлора воздействовать на микроорганизмы и уничтожать их. Существенный недостаток метода – образование хлорсодержащих токсинов, канцерогенных веществ.
Озонирование предполагает обеззараживание сточных вод озоном. Озон – это газ с трехатомной молекулярной структурой, сильный окислитель, который убивает бактерии. Методика дорогая, применяется с выделением кетонов, альдегидов.
Термическая утилизация оптимально подходит для обработки технологических сточных вод, если другие методики не эффективны. На современных очистных комплексах сточные воды проходят многосоставную поэтапную очистку.
Всегда рекомендована первичная механическая очистка, затем биологическая обработка, доочистка и дезинфекция стоков.
Сточные воды представляют собой загрязненные производственными отходами водные массы, для удаления которых с площадей населенных пунктов, предприятий промышленности применяются соответствующие канализационные системы. Также к стокам относятся воды, образовавшиеся в результате выпадения осадков. Органические включения начинают массово гнить, что вызывает ухудшение состояния водоемов, воздуха, приводит к массовому распространению бактериальной флоры. Важными задачами водоочистки по этой причине является организация водоотвода, очистка стоков, предотвращение нанесения активного вреда экологии, здоровью людей.
Уровень загрязнения стоков рассчитывать нужно с учетом показателя концентрации примесей, выражающейся как масса на единицу объема (г/м3 или мг/л). Стоки бытового типа – однообразная в отношении состава формула, концентрация загрязняющих веществ зависит от расходуемого объема водных масс, а также нормативов потребления.
Степени и типы загрязнения бытовых стоков:
Также загрязнители делятся на органические, минеральные, биологические. Минеральные – это шлаки, глина, песок, соли, щелочи, кислоты, пр. Органика – растительная или животная, а именно остатки растений, овощей, плодов, растительные масла, бумага, фекалии, частички тканей, клейковина. Биологические примеси – микроорганизмы, грибки, бактерии, водоросли.
Примерные пропорции загрязняющих веществ в бытовых стоках:
Состав промышленных стоков, уровень их загрязнения – показатели, которые варьируются с учетом характера конкретного производства, условий использования стоков в технологическом процессе.
На атмосферные стоки влияют климат, рельеф территории, характер застроек, тип покрытия дорожного полотна.
Водоочистные сооружения должны обеспечивать заданные эпидемические и радиационные показатели, иметь сбалансированный химический состав. Вода после попадания на сооружения водоочистки проходит комплексное биологическое, механическое очищение. Для удаления мусора стоки пропускают через решетку со стержнями. Очистка является автоматической, также каждый час операторы проверяют качество удаления загрязнений. Есть самоочищающиеся новые решетки, но стоят они дороже.
Для осветления задействуются осветлители, фильтры, отстойники. В отстойниках, осветлителях вода перемещается очень медленно, в результате чего взвешенные частицы начинают выпадать с образованием осадка. Из песколовок жидкость направляется к первичным отстойникам – тут также оседает минеральные примеси, легкие взвеси поднимаются на поверхность. Осадок получается на дне, фермой со скребком он сгребается в приямки. Всплывшие вещества направляются в жироловку, оттуда в колодец и откатываются.
Осветленные водные массы направляются в латки, затем в аэротенки. На этом механическое удаление примесей можно считать завершенным – приходит черед биологического. В состав аэротенков входит 4 коридора, в первый по трубкам подается ил, и вода приобретает коричневый оттенок, продолжая активно насыщаться кислородом. В иле обитают микроорганизмы, которые тоже очищают воду. Затем вода подается на вторичный отстойник, где отделяется от ила. По трубам ил идет в колодцы, оттуда насосы перекачивают его в аэротенки. Вода заливается в резервуары контактного типа, где ранее проходила хлорирование, но теперь уже транзитом.
Получается, что при первичной очистке вода просто заливается в сосуд, настаивается и сливается. Но именно это позволяет удалять большую часть органических примесей при минимальных финансовых затратах. Вода после того, как покидает первичные отстойники, переходит на другие сооружения водоочистки. Вторичное очищение предполагает устранение остатков органики. Это биологический этап. Основные типы систем – активный ил, капельные биологические фильтры.
По трем коллекторам из города грязная вода подается на механические решетки (оптимальный зазор составляет 16 мм ), проходит через них, самые крупные загрязняющие частицы при этом оседают на решетке. Очистка автоматическая. По гидроэлеваторам следуют минеральные примеси, имеющие значительную массу по сравнению с водой, после гидроэлеваторы откатываются на пусковые площадки.
После выхода из песколовок вода поступает в первичный отстойник (всего их 4). Всплывшие вещества подаются в жироловку, от жироловки уже в колодец и откатываются. Все описанные в данном разделе принципы работы справедливы для очистных систем разных типов, но могут иметь определенные вариации с учетом особенностей конкретного комплекса.
Чтобы правильно выбрать систему очистки, обязательно учитывайте тип сточных вод. Доступные варианты:
Скопируйте код и вставьте в свой блог:
alex-avr
Рублевская станция водоподготовки
Водоснабжение Москвы обеспечивают четыре крупнейших станции водоподготовки: Северная, Восточная, Западная и Рублевская. Первые две в качестве источника воды используют волжскую воду, подаваемую по каналу имени Москвы. Последние две берут воду из Москвы-реки. Производительности этих четырех станций отличаются не очень сильно. Кроме Москвы они также обеспечивают водой ряд подмосковных городов. Сегодня речь пойдет про Рублевскую станцию водоподготовки - это старейшая в Москве станция по очистке воды, запущенная в 1903 году. В настоящее время станция обладает производительностью 1680 тысяч м3 в сутки и питает водой западные и северо-западные части города.
Водоснабжение Москвы обеспечивают четыре крупнейших станции водоподготовки: Северная, Восточная, Западная и Рублевская. Первые две в качестве источника воды используют волжскую воду, подаваемую по каналу имени Москвы. Последние две берут воду из Москвы-реки. Производительности этих четырех станций отличаются не очень сильно. Кроме Москвы они также обеспечивают водой ряд подмосковных городов. Сегодня речь пойдет про Рублевскую станцию водоподготовки - это старейшая в Москве станция по очистке воды, запущенная в 1903 году. В настоящее время станция обладает производительностью 1680 тысяч м3 в сутки и питает водой западные и северо-западные части города.
Весь магистральный водопровод и канализация в Москве находятся в ведении Мосводоканала - одной из крупнейших организаций в городе. Для представления масштабов: по энергопотреблению Мосводоканал уступает лишь двум другим - РЖД и метро. Все станции водоподготовки и очистки принадлежат им. Давайте пройдемся по Рублевской станции водоподготовки.
Рублевская станция водоподготовки находится недалеко от Москвы, в паре километров от МКАДа, на северо-западе. Расположена она прямо на берегу Москвы-реки, откуда и забирает воду для очистки.
Чуть выше по течению Москва-реки располагается Рублевская плотина.
Плотина была построена в начале 30х годов. В настоящее время используется для регулирования уровня Москвы-реки, для того, чтобы мог функционировать водозабор Западной станции водоподготовки, который находится на несколько километров выше по течению.
Поднимемся наверх:
На плотине используется вальцовая схема - затвор двигается по наклонным направляющим в нишах с помощью цепей. Приводы механизма находятся сверху в будке.
Выше по течению находятся водозаборные каналы, вода с которых, как я понял, поступает на Черепковские очистные сооружения, находящиеся неподалеку от самой станции и являющиеся ее частью.
Иногда, для забора проб воды из реки Мосводоканал использует катер на воздушной подушке. Пробы забираются ежедневно по несколько раз в нескольких точках. Нужны они для определения состава воды и подбора параметров технологических процессов при ее очистке. В зависимости от погоды, времени года и прочих факторов состав воды сильно меняется и за этим постоянно следят.
Кроме того пробы воды из водопровода отбирают на выходе из станции и во множестве точек по всему городу, как сами Мосводоканаловцы, так и независимые организации.
Также имеется ГЭС небольшой мощности, включающая три агрегата.
В настоящее время она остановлена и выведена из эксплуатации. Заменять оборудование на новое - экономически не целесообразно.
Пора выдвигаться на саму станцию водоподготовки! Первое куда пойдем - насосная станция первого подъема. Она закачивает воду из Москвы-реки и поднимает ее вверх, на уровень самой станции, которая находится на правом, высоком, берегу реки. Заходим в здание, поначалу обстановка вполне обычная - светлые коридоры, информационные стенды. Неожиданно встречается квадратный проем в полу, под которым огромное пустое пространство!
Впрочем к нему мы еще вернемся, а пока пойдем дальше. Огромный зал с квадратными бассейнами, насколько я понял это что-то типа приемных камер, в которые поступает вода из реки. Сама река находится справа, за окнами. А насосы закачивающие воду - слева внизу за стенкой.
Снаружи здание выглядит так:
Фото с сайта Мосводоканала.
Тут же установлено оборудование, похоже это автоматическая станция анализа параметров воды.
Все сооружения на станции имеют весьма причудливую конфигурацию - много уровней, всевозможные лесенки, спуски, баки, и трубы-трубы-трубы.
Какой-то насос.
Спускаемся вниз, примерно на 16 метров и попадаем в машинный зал. Тут установлено 11 (три запасных) высоковольтных мотора, приводящих в движение центробежные насосы уровнем ниже.
Один из запасных моторов:
Для любителей шильдиков:)
Вода снизу закачивается в огромные трубы, которые вертикально проходят через зал.
Все электротехническое оборудование на станции выглядит очень аккуратно и современно.
Красавцы:)
Заглянем вниз и увидим улитку! Каждый такой насос имеет производительность 10 000 м 3 в час. Для примера, он мог бы полностью, от пола до потолка заполнить водой обычную трехкомнатную квартиру всего за минуту.
Спустимся на уровень ниже. Тут гораздо прохладнее. Этот уровень находится ниже уровня Москва-реки.
Не очищенная вода из реки по трубам поступает в блок очистных сооружений:
Таких блоков на станции несколько. Но перед тем как пойти туда, сначала посетим другое здание, называемое "Цех производства озона". Озон, он же O 3 используется для обеззараживания воды и удаления из нее вредных примесей, с помощью метода озоносорбции. Данная технология вводится Мосводоканалом в последние годы.
Для получения озона используется следующий техпроцесс: воздух с помощью компрессоров(справа на фото) нагнетается под давлением и попадает в охладители(слева на фото).
В охладителе воздух охлаждается в два этапа с использованием воды.
Затем подается на осушители.
Осушитель представляет из себя две емкости содержащие смесь поглощающую влагу. В то время как одна емкость используется, вторая восстанавливает свои свойства.
С обратной стороны:
Оборудование управляется с помощью графических сенсорных экранов.
Далее подготовленный холодный и сухой воздух поступает в генераторы озона. Генератор озона представляет собой большую бочку, внутри которой расположено множество трубок-электродов, на которые подается большое напряжение.
Так выглядит одна трубка(в каждом генераторе из десятки):
Ершик внутри трубки:)
Через стеклянное окошко можно посмотреть на весьма красивый процесс получения озона:
Пришло время осмотреть блок очистных сооружений. Заходим внутрь и долго поднимаемся по лестнице, в результате оказываемся на мостике в огромном зале.
Тут самое время рассказать про технологию очистки воды. Сразу скажу, что я не специалист и процесс понял лишь в общих чертах без особых подробностей.
После того как вода поднимается из реки, она попадает в смеситель - конструкция из нескольких последовательных бассейнов. Там в нее поочередно добавляют разные вещества. В первую очередь - порошковый активированный уголь (ПАУ). Затем в воду добавляют коагулянт (полиоксихлорид алюминия) – который заставляет мелкие частицы собираться в более крупные комки. Затем вводится специальное вещество называемое флокулянт - в результате чего примеси превращаются в хлопья. Затем вода попадает в отстойники, где все примеси осаждаются, после чего проходит через песчаные и угольные фильтры. В последнее время добавился и еще один этап - озоносорбция, но об этом ниже.
Все основные реагенты применяющиеся на станции (кроме жидкого хлора) в один ряд:
На фотографии насколько я понял - зал смесителя, найдите людей в кадре:)
Всевозможные трубы, резервуары и мостики. В отличие от канализационных очистных сооружений тут все гораздо запутаннее и не так интуитивно понятно, кроме того, если там большая часть процессов происходит на улице, то подготовка воды происходит полностью в помещениях.
Этот зал является лишь малой частью огромного здания. Частично продолжение можно разглядеть в проемах внизу, туда отправимся позже.
Слева стоят какие-то насосы, справа огромные баки с углем.
Там же очередная стойка с оборудованием измеряющим какие-то характеристики воды.
Озон является крайне опасным газом (первая, высшая категория опасности). Сильнейший окислитель, вдыхание которого может привести к летальному исходу. Поэтому процесс озонирования происходит в специальных закрытых бассейнах.
Всевозможная измерительная аппаратура и трубопроводы. По бокам - иллюминаторы, через которые можно посмотреть на процесс, сверху - прожекторы, которые также светят через стекла.
Внутри водичка очень активно бурлит.
Отработанный озон поступает к деструктору озона представляющим собой нагреватель и катализаторы, там озон полностью разлагается.
Переходим к фильтрам. На табло показывается скорость промывки(продувки?) фильтров. Фильтры со временем загрязняются и их очищают.
Фильтры представляют собой длинные резервуары наполненные гранулированным активированным углем(ГАУ) и мелким песком по специальной схеме.
Br />
Фильтры находятся в отдельном изолированном от внешнего мира пространстве, за стеклом.
Можно оценить масштаб блока. Фотография сделана посередине, если взглянуть назад, то можно увидеть то же самое.
В результате всех этапов очистки вода становится пригодной для питья и удовлетворяет всем нормам. Однако, запускать такую воду в город нельзя. Дело в том, что протяженность водопроводных сетей Москвы - тысячи километров. Есть участки с плохой циркуляцией, закрытые ответвления и т.п. Как результат - в воде могут начать размножаться микроорганизмы. Чтобы это избежать воду хлорируют. Раньше это делали путем добавления жидкого хлора. Однако он является крайне опасным реагентом (в первую очередь с точки зрения производства, перевозки и хранения), поэтому сейчас Мосводоканал активно переходит на гипохлорит натрия, который гораздо менее опасен. Для его хранения пару лет назад был построен специальный склад (привет HALF-LIFE).
Опять же все автоматизировано.
И компьютеризировано.
В конце концов, вода попадает в огромные подземные резервуары на территории станции. Эти резервуары наполняются и опустошаются в течение суток. Дело в том, что станция работает с более менее постоянной производительностью, в то время как потребление в течение дня очень сильно меняется - утром и вечером оно крайне высокое, ночью очень низкое. Резервуары служат некоторым аккумулятором воды - ночью они наполняются чистой водой, а днем она забирается из них.
Управляется вся станция из центральной диспетчерской. 24 часа в сутки дежурят два человека. У каждого рабочее место с тремя мониторами. Если я правильно запомнил - один диспетчер следит за процессом очистки воды, второй - за всем остальным.
На экранах отображается огромное количество всевозможных параметров и графиков. Наверняка эти данные берутся в том числе с тех приборов, которые были выше на фотографиях.
Крайне важная и ответственная работа! Кстати говоря, на станции практически не было замечено работников. Весь процесс очень сильно автоматизирован.
В заключение - немного сюрра в здании диспетчерской.
Конструкция декоративного характера.
Бонус! Одно из старых зданий, оставшихся со времен самой первой станции. Когда-то она вся была кирпичной и все сооружения выглядели примерно так, однако сейчас все полностью перестроено, сохранилось лишь несколько строений. Кстати, вода в те времена подавалась в город с помощью паровых машин! Чуть подробнее можно почитать (и посмотреть старые фото) в моем
Третий пояс охватывает территорию, окружающую источник, которая оказывает влияние на формирование качества воды в нем. Границы территории третьего пояса определяются исходя из возможности загрязнения источника химическими веществами.
Показатели качества воды. Основным источником цен-
трализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения в большинстве регионов Российской Федерации являются поверхностные воды рек, водохранилищ и озер. Количество загрязнений, попадающее в поверхностные источники водоснабжения разнообразно и зависит от профиля и объема промышленных и сельскохозяйственных предприятий, расположенных в районе водосбора.
Качество подземных вод отличается достаточным разнообразием и зависит от условий питания подземных вод, глубины залегания водоносного пласта, состава водовмещающих пород и т. д.
Показатели качества воды подразделяются на физические, химические, биологические и бактериальные. Для определения качества природных вод производят соответствующие анализы в наиболее характерные для данного источника периоды года.
К физическим показателям относят температуру, прозрачность (или мутность), цветность, запах, привкус.
Температура воды подземных источников характеризуется постоянством и находится в пределах 8…12 о С. Температура воды поверхностных источников меняется по сезонам года и зависит от поступления в них подземных и сточных вод, колеблется в пределах 0,1…30 о С. Температура питьевой воды должна находиться в пределах t = 7…10 о C, при t < 7 о C вода плохо очищается, при t > 10 о C происходит размножение в ней бактерий.
Прозрачность (или мутность) характеризуются наличием в воде взвешенных веществ (частиц песка, глины, ила). Концентрацию взвешенных веществ определяют весовым способом.
Предельно допустимое содержание взвешенных веществ в питьевой воде должно быть не более 1,5 мг/л.
Цветность воды обусловлена присутствием в воде гуминовых веществ. Цветность воды измеряется в градусах платиново-кобальтовой шкалы. Дляпитьевой воды допускаетсяцветностьнеболее20о .
Привкусы и запахи природных вод могут быть естественного и искусственного происхождения. Различают три основных вкуса природной воды: соленый, горький, кислый. Оттенки вкусовых ощущений, складываемых из основных, называют привкусами.
К запахам естественного происхождения относят землистый, рыбный, гнилостный, болотный и др. К запахам искусственного происхожденияотносятхлорный, фенольный, запахнефтепродуктови др.
Интенсивность и характер запахов и привкусов природной воды определяют органолептически, с помощью органов чувств человека по пятибалльной шкале. Питьевая вода может иметь запах и привкус интенсивностью не выше 2 баллов.
К химическим показателям относят: ионный состав, жесткость, щелочность, окисляемость, активная концентрация водородных ионов (рН), сухой остаток (общее солесодержание), а также содержание в воде растворенного кислорода, сульфатов и хлоридов, азотосодержащих соединений, фтора и железа.
Ионный состав, (мг-экв/л) – природные воды содержат различные растворенные соли, представленные катионами Ca+2 , Mg+2 , Na+ , K+ и анионами HCO3 – , SO4 –2 , Cl– . Анализ ионного состава позволяет выявить другие химические показатели.
Жесткость воды, (мг-экв/л) – обусловлена наличием в ней солей кальция и магния. Различают карбонатную и некарбонатную жест-
кость, их сумма определяет общую жесткость воды, Жо = Жк + Жнк . Карбонатная жесткость обусловлена содержанием в воде карбо-
натных и бикарбонатных солей кальция и магния. Некарбонатная жесткость обусловлена кальциевыми и магниевыми солями серной, соляной, кремниевой и азотной кислот.
Вода для хозяйственно-питьевых целей должна иметь общую жесткость не более 7 мг-экв/л.
Щелочность воды, (мг-экв/л) – обусловлена присутствием в природной воде бикарбонатов и солей слабых органических кислот.
Общая щелочность воды определяется суммарным содержанием в ней анионов: НСО3 – , СО3 –2 , ОН– .
Для питьевой воды щелочность не лимитируется. Окисляемость воды (мг/л) – обусловлена присутствием в ней ор-
ганических веществ. Окисляемость определяется количеством кислорода, необходимого для окисления органических веществ, находящихся в 1 л воды. Резкое повышение окисляемости воды (более 40 мг/л) свидетельствует о ее загрязнении бытовыми сточными водами.
Активная концентрация водородных ионов воды является показателем, характеризующим степень ее кислотности или щелочности. Количественно она характеризуется концентрацией водородных ионов. На практике активную реакцию воды выражают водородным показателем рН, являющимся отрицательным десятичным логарифмом концентрации водородных ионов: рН = – lg [Н + ]. Показатель величины рН воды составляет 1…14.
Природные воды по величине рН классифицируются: на кислые рН < 7; нейтральные рН = 7; щелочные рН > 7.
Дляпитьевыхцелей вода считаетсяпригоднойпри рН = 6,5…8,5. Солесодержание воды оценивается по сухому остатку (мг/л): пре-
сные100…1000; соленые3000…10000; сильносоленые10000…50000.
В воде источников хозяйственно-питьевого водоснабжения сухой остаток не должен превышать 1000 мг/л. При большей минерализации воды в организме человека наблюдается отложение солей.
Растворенный кислород – попадает в воду при ее контакте с воздухом. Содержание кислорода в воде зависит от температуры и давления.
В артезианских водах растворенного кислорода не встречается,
а в поверхностных водах его концентрация значительна.
В поверхностных водах содержание растворенного кислорода уменьшается при наличии в воде процессов брожения или гниения органических остатков. Резкое снижение содержания растворенного кислорода в воде указывает на ее органическое загрязнение. В природной воде содержание растворенного кислорода должно быть не
менее 4 мг О2 /л.
Сульфаты и хлориды − благодаря своей высокой растворимости содержатся во всех природных водах обычно в виде натриевых, каль-
циевых и магниевых солей: CaSO4 , MgSO4 , CaCI2 , MgCl2 , NaCl.
В питьевой воде содержание сульфатов рекомендуется не выше 500 мг/л, хлоридов – до 350 мг/л.
Азотосодержащие соединения – присутствуют в воде в виде ионов аммония NH4 + , нитритов NO2 – и нитратов NO3 – . Азотосодержащие загрязнения указывают на загрязненность природных вод бытовыми сточными водами и стоками от химических заводов. Отсутствие в воде аммиака и в то же время наличие нитритов и особенно нитратов свидетельствуют о том, что загрязнение водоема произошло давно, и вода
подверглась самоочищению. При высоких концентрациях в воде растворенного кислорода все соединения азота окисляются в ионы NO3 – .
Считается допустимым присутствие нитратов NO3 - в природной воде до 45 мг/л, азота аммонийного NH4 + .
Фтор − в природной воде содержится в количестве до 18 мл/л и более. Однако подавляющее большинство поверхностных источников характеризуется содержанием в воде фтор – иона до 0,5 мг/л.
Фтор является активным в биологическом отношении микроэлементом, количество которого в питьевой воде во избежание кариеса и флюороза, должно быть в пределах 0,7…1,5 мг/л.
Железо – довольно часто встречается в воде подземных источников в основном в виде растворенного бикарбоната двухвалентного железа Fe(HCO3 )2 . В поверхностных водах железо встречается реже и обычно в форме сложных комплексных соединений, коллоидов или тонкодисперсной взвеси. Присутствие железа в природной воде делает ее непригодной для использования в питьевых и производственных целях.
сероводород Н2 S.
Бактериологическими показателями – принято считать общее число бактерий и количество кишечных палочек, содержащихся в 1 мл воды.
Особую важность для санитарной оценки воды имеет определение бактерий группы кишечной палочки. Присутствие кишечной палочки свидетельствует о загрязнении воды фекальными стоками и о возможности попадания в воду болезнетворных бактерий, в частности бактерий брюшного тифа.
Бактериологическими загрязнениями являются бактерии и вирусы из числа патогенных (болезнетворных), живущие и развивающиеся в воде, которые могут вызывать заболевания брюшным тифом,
паратифом, дизентерией, бруцеллезом, инфекционным гепатитом, сибирской язвой, холерой, полиомиелитом.
Существуют два показателя бактериологического загрязнения воды: коли-титр и коли-индекс.
Коли-титр – количество воды в мл, приходящееся на одну кишечную палочку.
Коли-индекс – число кишечных палочек, находящихся в 1 л воды. Для питьевой воды коли-титр должен быть не менее 300 мл, ко- ли-индекс не более 3 кишечных палочек. Общее количество бактерий
в 1 мл воды допускается не более 100.
Принципиальная схема водопроводных очистных сооруже-
ний. Очистные сооружения являются одним из составных элементами систем водоснабжения и тесно связаны с ее другими элементам. Место расположения очистной станции назначают при выборе схемы водоснабжения объекта. Часто очистные сооружения располагают вблизи источника водоснабжения и в незначительном удалении от насосной станции первого подъема.
Традиционные технологии водоподготовки предусматривают обработку воды по классическим двухступенчатой или одноступенчатой схемам, основанным на применении микрофильтрации (в случаях наличия в воде водорослей в количестве более 1000 кл/мл), коагулирования с последующим отстаиванием или осветлением в слое взвешенного осадка, скорого фильтрования или контактного осветления и обеззараживания. Наибольшее распространение в практике водоочистки имеют схемы с самотечным движением воды.
Двухступенчатая схема подготовки воды для хозяйственнопитьевых целей представлена на рис. 1.8.1.
Вода, подаваемая насосной станцией первого подъема, поступает в смеситель, куда вводится раствор коагулянта и где происходит его смешение с водой. Из смесителя вода поступает в камеру хлопьеобразования и последовательно проходит через горизонтальный отстойник и скорый фильтр. Осветленная вода поступает в резервуар чистой воды. В трубу, подающую в резервуар воду, вводится хлор из хлораторной. Необходимый для обеззараживания контакт ее с хлором обеспечивается в резервуаре чистой воды. В некоторых случаях хлор в воду подают дважды: перед смесителем (первичное хлорирование) и после фильтров (вторичное хлорирование). При недостаточной щелочности исходной воды в смеситель одновременно с коагулянтом
подается раствор извести. Для интенсификации процессов коагуляции перед камерой хлопьеобразования или фильтрами вводят флокулянт.
Если исходная вода имеет привкус и запах, перед отстойниками или фильтрами через дозатор вводят активированный уголь.
Реагенты приготавливают в специальных аппаратах, расположенных в помещениях реагентного хозяйства.
От насосов первого |
К насосам |
||||||||||||||
Рис. 1.8.1. Схема очистных сооружений по очистке воды для хозяй- ственно-питьевых целей: 1 − смеситель; 2 − реагентное хозяйство; 3 − камера хлопьеобразования; 4 − отстойник; 5 − фильтры; 6 − резервуар чистой воды; 7 − хлораторная
При одноступенчатой схеме очистки воды ее осветление осуществляется на фильтрах или в контактных осветлителях. При очистке маломутных цветных вод применяется одноступенчатая схема.
Рассмотрим более подробно сущность основных процессов водоочистки. Коагулирование примесей называют процесс укрупнения мельчайших коллоидных частиц, происходящих вследствие их взаимного слипания под действием молекулярного притяжения.
Коллоидные частицы, содержащиеся в воде, имеют отрицательные заряды и находятся во взаимном отталкивании, поэтому не оседают. Коагулянт добавленный образует положительно заряженные ионы, что способствует взаимному притяжению противоположно заряженных коллоидов и приводит к образованию укрупненных частиц (хлопьев) в камерах хлопьеобразования.
В качестве коагулянтов применяют сернокислый алюминий, сернокислое закисное железо, полиоксихлорид алюминия.
Процесс коагуляции описывается следующими химическими реакциями
Al2 (SO4 )3 → 2Al3+ + 3SO4 2– .
После введения в воду коагулянта катионы алюминия взаимодействуют с ней
Al3+ + 3H2 O =Al(OH)3 ↓+ 3H+ .
Катионы водорода связываются присутствующими в воде бикарбонатами:
H+ + HCO3 – → CO2 + H2 O.
в воду добавляют соду:
2H+ + CO3 –2 → H2 O + CO2 .
Процесс осветления можно интенсифицировать при помощи высокомолекулярных флокулянтов (праестола, ВПК − 402), которые вводятся в воду после смесителя.
Тщательное перемешивание очищаемой воды с реагентами осуществляется в смесителях различных конструкций. Смешение реагентов с водой должно быть быстрым и осуществляться в течение 1–2 мин. Применяются следующие виды смесителей: дырчатые (рис. 1.8.2), перегородчатые (рис. 1.8.3) и вертикальные (вихревые) смесители.
+β h1 |
|||||||||||||||||
2bл |
|||||||||||||||||
Рис. 1.8.2. Дырчатый смеситель |
Рис. 1.8.3. Перегородчатый смеситель |
||||||||||||||||
Смеситель дырчатого типа применяется на станциях обработки воды производительностью до 1000 м3 /ч. Он выполняется в виде железобетонного лотка с вертикальными перегородками, установленными перпендикулярно движению воды и снабженными отверстиями, расположенными в несколько рядов.
Перегородчатый смеситель применяется на водоочистных станциях производительностью не более 500–600 м3 /ч. Смеситель состоит из лотка с тремя поперечными вертикальными перегородками. В первой и третьей перегородках устраивают проходы для воды, размещенные в центральной части перегородок. В средней перегородке предусмотрены два боковых прохода для воды, примыкающих к
стенкам лотка. Благодаря такой конструкции смесителя возникает турбулентность движущегося потока воды, обеспечивающая полное смешение реагента с водой.
На станциях, где вода обрабатывается известковым молоком, применение дырчатых и перегородчатых смесителей не рекомендуется, так как скорость движения воды в этих смесителях не обеспечивает поддержания частиц извести во взвешенном состоянии, что приво-
дит к их осаждению перед перегородками. |
||||||||||
На водоочистных станциях наи- |
||||||||||
большее применение нашли вертикаль- |
||||||||||
ные смесители (рис. 1.8.4). Смеситель |
||||||||||
этого типа может быть квадратного или |
||||||||||
круглого сечения в плане, с пирами- |
||||||||||
дальной или конической нижней частью. |
||||||||||
В перегородчатых камерах хлопье- |
||||||||||
образования устраивают ряд перегоро- |
||||||||||
док, которые заставляют воду менять |
Реагенты |
|||||||||
направление своего движения либо в |
||||||||||
вертикальной, либо в горизонтальной |
||||||||||
плоскости, что и обеспечивает необхо- |
||||||||||
димое перемешивание воды. |
Рис. 1.8.4. Вертикальный (вих- |
|||||||||
Для перемешивания воды и обес- |
||||||||||
ревой) смеситель: 1 – подача |
||||||||||
более полной агломерации |
исходной воды; 2 – отвод воды |
|||||||||
мелких хлопьев коагулянта в крупные |
из смесителя |
|||||||||
служат камеры хлопьеобразования. Их |
||||||||||
установка необходима перед горизонтальными и вертикальными отстойниками. При горизонтальных отстойниках следует устраивать следующие типы камер хлопьеобразования: перегородчатые, вихревые, встроенные со слоем взвешенного осадка и лопастные; при вертикальных отстойниках – водоворотные.
Удаление взвешенных веществ из воды (осветление) осуществляется путем отстаивания ее в отстойниках. По направлению движения воды отстойники бывают горизонтальные, радиальные и вертикальные.
Горизонтальный отстойник (рис. 1.8.5) представляет собой прямоугольный в плане железобетонный резервуар. В нижней его части имеется объем для накопления осадка, который удаляется по каналу. Для более эффективного удаления осадка дно отстойника выполняют с уклоном. Обрабатываемая вода поступает через распределительный
лоток (или затопленный водослив). Пройдя через отстойник, вода собирается лотком или перфорированной (дырчатой) трубой. В последнее время применяют отстойники с рассредоточенным сбором осветленной воды, устраивая специальные желоба или перфорированные трубы в верхней их части, что позволяет увеличить производительность отстойников. Горизонтальные отстойники применяют на очистных станциях производительностью более 30 000 м3 /сут.
Разновидностью горизонтальных отстойников являются радиальные отстойники, имеющие механизм для сгребания осадка в приямок, располагаемый в центре сооружения. Из приямка осадок откачивается насосами. Конструкция радиальных отстойников сложнее, чем горизонтальных. Применяют их для осветления вод с большим содержанием взвешенных веществ (более 2 г/л) и в системах оборотного водоснабжения.
Вертикальные отстойники (рис. 1.8.6) круглой или квадратной формы в плане имеют коническое или пирамидальное днище для накопления осадка. Эти отстойники применяют при условии предварительного коагулирования воды. Камера хлопьеобразования, в основном водоворотная, располагается в центре сооружения. Осветление воды происходит при восходящем ее движении. Осветленная вода собирается кольцевыми и радиальными лотками. Осадок из вертикальных отстойников выпускают под гидростатическим напором воды без выключения сооружения из работы. Вертикальные отстойники применяют в основном при расходах 3000 м3 /сут.
Осветлители со взвешенным слоем осадка предназначены для предварительного осветления воды перед фильтрованием и только при условии предварительного коагулирования.
Осветлители со взвешенным слоем осадка могут быть разных типов. Одним из наиболее распространенных является осветлитель коридорного типа (рис. 1.8.7), который представляет собой прямоугольный в плане резервуар, разделенный на три секции. Две крайние секции являются рабочими камерами осветлителями, а средняя секция служит осадкоуплотнителем. Осветляемая вода подается у дна осветлителя по дырчатым трубам и равномерно распределяется по площади осветлителя. Затем она проходит через взвешенный слой осадка, осветляется и по дырчатому лотку или трубе, располагаемым на некотором расстоянии над поверхностью взвешенного слоя, отводится на фильтры.
Для глубокого осветления воды применяют фильтры, которые способны улавливать из нее практически все взвеси. Существуют так
же фильтры и для частичной очистки воды. В зависимости от природы и типа фильтрующего материала различают следующие типы фильтров: зернистые (фильтрующий слой − кварцевый песок, антрацит, керамзит, горелые породы, гранодиарит, пенополистирол и др.); сетчатые (фильтрующий слой – сетка с размером ячеек 20–60 мкм); тканевые (фильтрующий слой – хлопчатобумажные, льняные, суконные, стеклянные или капроновые ткани); намывные (фильтрующий слой − древесная мука, диатомит, асбестовая крошка и другие материалы, намываемые в виде тонкого слоя на каркас из пористой керамики, металлической сетки или синтетической ткани).
Рис. 1.8.5. Горизонтальный отстойник: 1 – подача исходной воды; 2 – отвод очищенной воды; 3 – отвод осадка; 4 – распределительные карманы; 5 – распределительные решетки; 6 – зона накопления осадка;
7 – зона отстаивания
Рис. 1.8.6. Вертикальный отстойник: 1 – камера хлопьеобразования; 2 – сегнетово колесо с насадками; 3 – гаситель; 4 – подача исходной воды (из смесителя); 5 – сборный желоб вертикального отстойника; 6 – труба для отвода осадка из вертикального отстойника; 7 – отвод
воды из отстойника
Зернистые фильтры применяют для очистки хозяйственнопитьевой и технической воды от тонкодисперсной взвеси и коллоидов; сетчатые – для задержания грубодисперсных взвешенных и плавающих частичек; тканевые – для очистки маломутных вод на станциях небольшой производительности.
Для очистки воды в коммунальном водоснабжении применяются зернистые фильтры. Важнейшей характеристикой работы фильтров является скорость фильтрования, в зависимости от которой фильтры подразделяют на медленные (0,1–0,2), скорые (5,5–12) и сверхскоро-
Рис. 1.8.7. Коридорный осветлитель со взвешенным осадком с вертикальным осадкоуплотнителем: 1 – коридоры-осветлители; 2 – осадкоуплотнитель; 3 – подача исходной воды; 4 – сборные карманы для отвода осветленной воды; 5 – отвод осадка из осадкоуплотнителя; 6 – отвод осветленной воды из осадкоуплотнителя; 7 – осадкоприемные
окна с козырьками
Наибольшее распространение получили скорые фильтры, на которых осветляется предварительно коагулированная вода (рис. 1.8.8).
Вода, поступающая на скорые фильтры после отстойника или осветлителя, не должна содержать взвешенных веществ более 12–25 мг/л, а послефильтрованиямутностьводынедолжна превышать1,5 мг/л
Контактные осветлители по устройству аналогичны скорым фильтрам и являются их разновидностью. Осветление воды, основанное на явлении контактной коагуляции, происходит при движении ее снизу вверх. Коагулянт вводят в обрабатываемую воду непосредственно перед ее фильтрованием через песчаную загрузку. За короткое время до начала фильтрования образуются лишь мельчайшие хлопья взвесей. Дальнейший процесс коагуляции происходит на зернах загрузки, к которым прилипают ранее образовавшиеся мельчайшие хлопья. Этот процесс, называемый контактной коагуляцией, происходит быстрее, чем обычная коагуляция в объеме, и требует меньшего количества коагулянта. Контактные осветлители промывают путем
Обеззараживание воды. В современных очистных сооружениях обеззараживание воды производится во всех случаях, когда источник водоснабжения ненадежен с санитарной точки зрения. Обеззараживание может быть осуществлено хлорированием, озонированием и бактерицидным облучением.
Хлорирование воды. Способ хлорирования является наиболее распространенным способом обеззараживания воды. Обычно для хлорирования используют жидкий или газообразный хлор. Хлор обладает высокой дезинфицирующей способностью, относительно стоек и длительное время сохраняет активность. Он легко дозируется и контролируется. Хлор действует на органические вещества, окисляя их, и на бактерии, которые погибают в результате окислений веществ, входящих в состав протоплазмы клеток. Недостатком обеззараживания воды хлором является образование токсичных летучих галогенорганических соединений.
Одним из перспективных способов хлорирования воды является использование гипохлорита натрия (NaClO), получаемого электролизом 2–4 % раствора поваренной соли.
Диоксид хлора (ClO2 ) позволяет уменьшить возможность образования побочных хлорорганических соединений. Бактерицидность диоксида хлора более высокая чем хлора. Особенно эффективен диоксид хлора при обеззараживании воды с высоким содержанием органических веществ и аммонийных солей.
Остаточная концентрация хлора в питьевой воде не должна превышать 0,3–0,5 мг/л
Взаимодействие хлора с водой осуществляется в контактных резервуарах. Продолжительность контакта хлора с водой до поступления ее к потребителям должна быть не менее 0,5 ч.
Бактерицидное облучение . Бактерицидное свойство ультрафиолетовых лучей (УФ) обусловлено действием на клеточный обмен и особенно на ферментные системы бактериальной клетки, кроме того, под действием УФ-излучения происходят фотохимические реакции в структуре молекул ДНК и РНК, приводящими к их необратимым повреждениям. УФ-лучи уничтожают не только вегетативные, но и споровые бактерии, тогда как хлор действует только на вегетативные. К достоинствам УФ-излучения следует отнести отсутствие какого-либо воздействия на химический состав воды.
Для обеззараживания воды таким способом ее пропускают через установку, состоящую из ряда специальных камер, внутри которых размещены ртутно-кварцевые лампы, заключенные в кварцевые кожухи. Ртутно-кварцевые лампы выделяют ультрафиолетовое излучение. Производительность такой установки в зависимости от числа камер составляет 30…150 м3 /ч.
Эксплуатационные расходы на обеззараживание воды облучением и хлорированием примерно одинаковы.
Однако следует отметить, что при бактерицидном облучении воды затруднен контроль эффекта обеззараживания, тогда как при хлорировании этот контроль осуществляется достаточно просто по наличию остаточного хлора в воде. Помимо этого данный способ невозможно использовать для обеззараживания воды с повышенной мутностью и цветностью.
Озонирование воды. Озон применяется с целью глубокой очистки воды и окисления специфических органических загрязнений антропогенного происхождения (фенолов, нефтепродуктов, СПАВ, аминов, и др.). Озон позволяет улучшить протекание процессов коагуляции, сократить дозу хлора и коагулянта, уменьшить концентра-
цию ЛГС, повысить качество питьевой воды по микробиологическими и органическим показателям.
Озон наиболее целесообразно применять совместно с сорбционной очисткой на активных углях. Без озона во многих случаях невозможно получить воду, соответствующую СанПиН. В качестве основных продуктов реакции озона с органическими веществами называют такие соединения, как формальдегид и ацетальдегид, содержание которых нормируется в питьевой воде на уровне 0,05 и 0,25 мг/л соответственно.
Озонирование основано на свойстве озона разлагаться в воде с образованием атомарного кислорода, разрушающего ферментные системы микробных клеток и окисляющего некоторые соединения. Количество озона, необходимое для обеззараживания питьевой воды, зависит от степени загрязнения воды и составляет не более 0,3–0,5 мг/л. Озон токсичен. Предельно допустимое содержание этого газа в воздухе производственных помещений 0,1 г/м3 .
Обеззараживание воды озонированием по санитарным и техническим нормам является наилучшим, но сравнительно дорогим. Установка для озонирования воды представляет собой сложный и дорогой комплекс механизмов и оборудования. Существенным недостатком озонаторной установки является значительное потребление электроэнергии для получения из воздуха очищенного озона и подачи его в обрабатываемую воду.
Озон, являясь сильнейшим окислителем, может применяться не только для обеззараживания воды, но и для ее обесцвечивания, а также для устранения привкусов и запахов.
Доза озона, необходимая для обеззараживания чистой воды, не превышает 1 мг/л, для окисления органических веществ при обесцвечивании воды – 4 мг/л.
Продолжительность контакта обеззараживаемой воды с озоном составляет примерно 5 мин.
