ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО МЕТОДА ОЧИСТКИ ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ НА ПРИМЕРЕ ВОДООЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ УЧАСТКА ТЕПЛОВОДОСНАБЖЕНИЯ И КАНАЛИЗАЦИИ ФИЛИАЛА ПАО « ИРКУТСКЭНЕРГО УСТЬ-ИЛИМСКОЙ ТЭЦ»

1 2

---

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1 ТРЕБОВАНИЯ К ВЫБОРУ ВОДОИСТОЧНИКА И МЕТОДАМ
ОЧИСТКИ (ВОДОПОДГОТОВКИ) ПРИРОДНЫХ ВОД
1.1 Требования к составу природных вод при выборе водоисточника
1.2 Принципы и выбор методов водоподготовки (очистки воды)
1.3 Характеристики фильтров для очистки природных вод

2 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ ПАО «ИРКУТСКЭНЕРГО» УСТЬ-ИЛИМСКОЙ ТЭЦ
2.1 Общие сведения о предприятии
2.2 Применяемая технология водоподготовки

3 ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ОЧИСТКЕ ВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

Нельзя сказать что ты необходима для жизни: ты сама жизнь…

Ты наибольшее богатство в мире…

Антуан де Сент-Экзюпери.

Вода – весьма распространенное на Земле вещество. Она обеспечивает жизнь всем организмам, и является единственным источником кислорода в главном жизненном процесса на Земле – фотосинтезе. Все живые существа на 80-90 % состоят из воды.

Чистая вода представляет собой бесцветную без вкуса запаха прозрачную жидкость.

Список сфер использования воды хозяйственно-питьевого назначения обширен, она используется для: питья и приготовления пищи; умывания, душа, стирки и других гигиенических целей; уборки и мойки помещений; полива огородов и газонов; поения домашних животных, производства продукции предприятиями местной пищевой промышленности. Значение воды исключительно важно для правильного функционирования всех систем и органов человека. С древних времен человек использует воду поверхностных и подземных водоисточников. Но, с развитием индустриализации, применения химических средств защиты растений, промышленного и военного использования ядерных источников, урбанизации населенных мест, водоисточники подверглись антропогенному воздействию, что в первую очередь, привело к ухудшению качественного природного состава многих поверхностных водоисточников.

В настоящее время системы централизованного водоснабжения, охватывающие до 96 % городского и около 60 % сельского населения страны, далеко не везде обеспечивают население доброкачественной питьевой водой.

По данным санитарно-гигиенического мониторинга осуществляемого Роспотебнадзором, примерно в 50 % случаев очищенная вода, подаваемая из поверхностных источников, по отдельным параметрам не отвечает санитарно-гигиеническим нормам на питьевую воду.

Человечество обратилось к интенсивному использованию подземных, как наиболее защищенных, водоисточников. Но в условиях их интенсивного использования, как правило, водоносные горизонты истощаются, тем самым не обеспечивая заявленные потребности, подвергаются загрязнению. 90% скважин требуют внедрения систем обезжелезивания, умягчения, обессоливания воды и прочих мероприятий. Поэтому использование поверхностных природных вод, в том числе воды морей и океанов, остается приоритетным.

Требовательность большинства водопотребителей сегодня заставляет дополнительно устанавливать комплексы водопоочистки для удаления механических примесей, умягчения, дехлорирования и обеззараживания на городскую, относительно чистую воду. Целью квалификационной работы является исследование существующих методов очистки природных вод для хозяйственно-питьевых нужд, их оптимальный выбор применительно к местным условиям Для обеспечения указанных целей следует решить следующие задачи:

1. Изучить требования к качеству природных вод при выборе водоисточника для хозяйственно-питьевых нужд..
2. Изучить действующие и наиболее эффективные методы очистки природных вод.
3. Изучить применяемое оборудование для очистки воды.
4. Изучить используемые технологии водоподготовки на хозяйственно-питьевых водозаборах г. Усть-Илимска.

ГЛАВА 1. ТРЕБОВАНИЯ К ВЫБОРУ ВОДОИСТОЧНИКА И МЕТОДАМ ОЧИСТКИ (ВОДОПОДГОТОВКИ) ПРИРОДНЫХ ВОД.

1.1 Требования к составу природных вод при выборе водоисточника.

Состав природных вод сложен и многообразен. Каждый водный объект имеет свой биологический и химический состав воды. Состав поверхностных вод и водных объектов формируется как под влиянием природных процессов, так и в результате воздействия хозяйственной деятельности людей.

Поверхностные водоемы загрязняются сбрасываемыми промышленными и коммунальными стоками, ливневыми водами, отводимыми с территории населенных пунктов, а также стоками с сельскохозяйственных угодий, животноводческих комплексов, птицефабрик. В результате в водные источники попадают тяжелые металлы, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества, соединения азота и фосфора, пестициды. Качество воды водоема напрямую зависит от вида и количества вносимых загрязнений, а также от самоочищающей способности водоема.

Природные воды, используемые в качестве источника водоснабжения, могут быть поверхностного (реки, озера, пруды). В результате естественного круговорота воды в природе, а также активного воздействия человека на окружающую среду в воду поступают различные примеси. Все примеси можно разделить на три группы в зависимости от размера частиц.

Истинно растворенные примеси находятся в воде в виде ионов, молекул, комплексов. Размеры этих частиц менее 10-6 мм. Пример истинно растворенных примесей – растворенные в воде газы (кислород, углекислый газ, сероводород, азот), а также катионы и анионы солей (кальций, магний, натрий, калий, сульфаты, хлориды, карбонаты, гидрокарбонаты, нитраты, нитриты).

Коллоидно-растворенные примеси имеют размер частиц 10-4 – 10-6 мм. Каждая частица состоит из огромного количества молекул и может быть как органического, так и неорганического происхождения. Примером таких примесей являются гуминовые вещества, поступающие из почв, кремневые кислоты, соединения железа.
Грубодисперсные примеси имеют размер частиц более 10-4 мм. Это может быть песок, глина, остатки растительного происхождения.

Поверхностные воды характеризуются переменным составов в зависимости от времени года. В паводковый период количество примесей резко возрастает.

При очистке воды от нежелательных примесей на первой стадии необходимо устранять грубодисперсные и коллоидно-растворенные примеси.

Качество питьевой воды определяется ее эпидемической и радиационной безопасностью, безвредностью химического состава и благоприятными органолептическими свойствами.

Эпидемическая безопасность воды нормируется микробиологическими и паразитологическими показателями. Общим санитарно-бактериологическим показателем является так называемое общее микробное число – наличие в 1 мл исследуемой воды определенного числа образующих колонии бактерий.

      Радиационная безопасность воды определяется действующими нормативами показателей по объемной активности радионуклидов, а также по активности a- и b- излучения.

Органолептические показатели воды — запах, привкус, цветность, мутность. Запах и привкус воды определяются ее составом, а также концентрацией содержащихся в ней примесей и газов. Различные вкусовые ощущения придают воде растворенные в ней хлориды и сульфаты натрия, калия, железа, марганца и др. Показатели запаха и привкуса воды выражают в баллах.

Цветность воды зависит от содержания в ней органических и неорганических веществ. Она определяется в градусах путем сравнения с платинокобальтовой шкалой. Чистая вода в тонком слое бесцветна, в большом слое имеет голубоватый оттенок. Примеси придают воде специфический оттенок: соли железа – бурый, глина – желтый, гумусовые вещества – от желтого до коричневого.

Некоторые химические вещества, присутствующие в воде даже в небольших количествах, могут изменять органолептические показатели воды: вызывать запах, увеличивать мутность, придавать окраску, вызывать образование пены, образовывать пленку на поверхности воды, придавать воде привкус. В этом случае органолептический показатель становится лимитирующим показателем вредного воздействия этих веществ.

К обобщенным показателям, характеризующие химический состав воды, относят:

— степень минерализации, которая определяется количеством сухого остатка в 1 мг на 1 л (дм³) воды. Минерализация речных вод определяется составом почвогрунтов водного бассейна, но иногда антропогенным загрязнением;

   — водородный показатель (рН) определяющий степень кислотности и щелочности воды. Поверхностные воды имеют чаще всего нейтральную или слабокислую реакцию. Болотные воды — кислую реакцию (рН< 6,5);

    — общая жесткость воды характеризуется содержанием солей кальция, магния и железа;

    — биохимическое потребление кислорода (БПК) определяется как количество кислорода, затрачиваемое на биохимическое окисление содержащихся в единице объема воды органических веществ за 5 и 20 суток (БПК₅ и БПК₂₀). Показатели БПК дают представление о количестве органического вещества животного происхождения и используются для контроля состава хозяйственных вод;

— химическое потребление кислорода (ХПК) определяется как количество кислорода, необходимое для химического окисления, содержащихся в единице объема воды органических и минеральных веществ. В качестве окислителя при определении ХПК используется бихромат калия (бихроматная окисляемость воды);

— перманганатная окисляемость характеризует содержание в основном легкоокисляющихся органических веществ в воде. Определяют содержание в воде отдельных классов химических соединений: нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ и т.п.

Химический состав воды по отдельным вредным веществам регламентируется их предельно допустимой концентрацией.

Нормативы ПДК вредных веществ в водных объектах и сточных водах устанавливаются исходя из условий целевого использования водного объекта. Так, ПДК вредных веществ для рыб ниже, чем ПДК для человека. Поэтому требования к качеству вод в водоемах, используемых для рыбохозяйственных целей, более жесткие, чем для водных объектов хозяйственно-питьевого назначения.

Кроме значений ПДК, каждое вредное вещество характеризуется лимитирующим показателем вредного воздействия. Лимитирующим показателем вредности является тот признак вредности, который проявляется при наименьшей концентрации вещества. Выделяют три показателя вредного воздействия для вод хозяйственно-питьевого и культурно-бытового использования:

• санитарно-токсикологический – влияние на организм человека;
• органолептический – влияние на органолептические свойства;
• общесанитарный – влияние на процессы естественного самоочищения водоемов от патогенной микрофлоры.

Для вод, выбираемых для питьевого назначения, учитывается класс опасности вредных веществ.

Содержание вредных веществ, для которых не установлены ПДК, нормируется ориентировочно допустимыми уровнями (ОДУ).    В соответствии с требованиями гигиенических норм для вод питьевого водопользования нормируются по ПДК (мг/л) более 1300 вредных веществ и приводятся ОДУ (мг/л) для 400 веществ.

Пригодность водоисточника устанавливается с учетом:
—  санитарной оценки поверхностного источника водоснабжения, а также

—  прилегающей территории выше и ниже водозабора по течению воды;
—  оценки качества и количества воды источника водоснабжения;
—  санитарной оценки места размещения водозаборных сооружений;
—  прогноза санитарного состояния источников.

Требования к качеству поверхностных вод при выборе водоисточника и  контроля регламентируются СаПиН 2.1.5.980-00 Гигиенические требования к охране поверхностных вод.

А так же и другими нормативными документами, в частности:

• ГН 2.1.5.1315-03 (с изменениями) Предельно допустимые концентрации химических веществ  в  воде  водных  объектов  хозяйственно-питьевого  и культурно-бытового водопользования.
• ГН 2.1.5.2307-07 Ориентировочно допустимые уровни  химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.
• ГН 2.1.5.2280-07 Предельно допустимые концентрации химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.

В зависимости от качества природных вод и требуемой степени обработки для доведения ее до показателей СанПиН, водные объекты, пригодные в качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, делят на 3 класса.

   Ниже  в таблице 1. приводятся показатели качества воды источников водоснабжения необходимые для выбора  систем  и методов водоподготовки

Таблица 1

Класс водоисточника определяется организацией, разрабатывающей проект водоснабжения.

Заключение санитарно-эпидемиологической службы о возможности использования источника водоснабжения действительно в течение 3 лет.

Водоисточник,  намеченный к использованию для хозяйственно-питьевых целей, должен быть обеспечен мероприятиями по охране от возможного загрязнения и иметь утвержденные границы зон санитарной охраны, которые регулируют требования хозяйственной и градостроительной деятельности в зонах второго и третьего поясов.

1.2 Принципы и выбор методов водоподготовки (очистки воды).

Получение питьевой воды актуально практически на территории всей страны, в связи с растущей антропогенной нагрузкой на объекты окружающей среды, повышенными требованиями к условиям жизни  и сохранения здоровья населения.

Следует помнить: природная вода, в зависимости от источника, может быть перегружена солями тяжелых металлов, нефтепродуктами, различными органическими и неорганическими соединениями, а в отдельных случаях — содержать бактерии и вирусы.

Избыток соединений хлора, неприятный запах, излишняя жесткость и повышенное содержание растворенного железа — «норма» для системы центрального водоснабжения во многих регионах нашей страны.

Чтобы найти правильное решение, подобрав систему фильтрации, отвечающую именно определяемым целям и задачам, попробуем разобраться в методах очистки воды для питьевых целей.

 Очистка является важным этапом в общем комплексе методов улучшения качества воды, так как улучшает ее физические и органолептические свойства. При этом в процессе удаления из воды взвешенных частиц удаляется и значительная часть микроорганизмов, в результате чего полная очистка воды позволяет легче и экономичнее осуществлять обеззараживание. Очистка осуществляется механическим (отстаивание), физическим (фильтрование) и химическим (коагуляция) методами.

Отстаивание, при котором происходит осветление и частичное обесцвечивание воды, осуществляется в отстойниках. Используются две конструкции отстойников: горизонтальные и вертикальные. Принцип их действия состоит в том, что благодаря поступлению через узкое отверстие и замедленному протеканию воды в отстойнике основная масса взвешенных частиц оседает на дно.

Процесс отстаивания в отстойниках различной конструкции продолжается в течение 2 — 8 ч. Однако мельчайшие частицы, в том числе значительная часть микроорганизмов, не успевают осесть. Поэтому отстаивание нельзя рассматривать как основной метод очистки воды.

Фильтрация — процесс более полного освобождения воды от взвешенных частиц, заключающийся в том, что воду пропускают через фильтрующий мелкопористый материал, чаще всего через песок с определенным размером частиц. Фильтруясь, вода оставляет на поверхности и в глубине фильтрующего материала взвешенные частицы.

На водопроводных станциях фильтрация применяется после коагуляции. В санитарной практике используются медленные и быстрые фильтры, фильтр АКХ (Академии коммунального хозяйства). В настоящее время используются кварцево-антрацитовьие фильтры, увеличивающие скорость фильтрации. При предварительной фильтрации воды используются микрофильтры для улавливания зоопланктона, и фитопланктона. Эти фильтры устанавливают перед коагулированием.

Коагуляция представляет собой химический метод очистки воды. Преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет освободить воду от загрязнений, находящихся в виде взвешенных частиц, не поддающихся удалению с помощью отстаивания и фильтрации.

Сущность коагуляции заключается в добавлении коагулянта, способного реагировать с находящимися в воде бикарбонатами. В результате этой реакции образуются крупные, тяжелые хлопья, несущие положительный заряд. Оседая вследствие собственной тяжести, они увлекают за собой находящиеся в воде во взвешенном состоянии частицы загрязнений, заряженные отрицательно, и тем самым способствуют довольно быстрой очистке воды. За счет этого процесса вода становится прозрачной, улучшается показатель цветности. В качестве коагулянта в настоящее время наиболее широко применяется сульфат алюминия, образующий с бикарбонатами воды крупные хлопья гидроксида алюминия.

Для улучшения процесса коагуляции используются высокомолекулярные флоккулянты: щелочной крахмал, флоккулянты ионного типа, активизированная кремниевая кислота и другие синтетические препараты, производные акриловой кислоты, в частности полиакриламид.

Процесс коагуляции — отстаивания – фильтрации выполняется контактным осветлителем представляющего собой бетонный резервуар, заполненный гравием и песком на высоту 2,3 — 2,6 м. Вода подается через систему труб в нижнюю часть осветлителя, а коагулянт вводится непосредственно в трубопровод перед поступлением воды в осветлитель.

Коагуляция происходит в нижних крупнозернистых частях осветлителя, а в верхних задерживаются хлопья коагулянта и другие взвешенные вещества.

 

Метод обработки воды, состав и расчетные параметры сооружений водоподготовки, расчетные дозы реагентов устанавливают в зависимости от качества воды в источнике водоснабжения, производительности станции и местных условий, с учетом технологических изысканий и опыта эксплуатации сооружений, эксплуатируемых в аналогичных условиях.

Для подготовки воды питьевого качества могут быть приняты только те методы, по которым получены положительные гигиенические заключения.

Необходимо предусматривать повторное использование промывных вод фильтров, воды от обезвоживания и складирования осадков станций водоподготовки

       Учитывая, что в городских условиях требуются значительные объемы потребляемой чистой питьевой воды для холодных и горячих нужд, ряд методов водоочистки приведенных в таблице 2 (в первую очередь – термический, ионообменный, электродиализ, обратный осмос) следует рассматривать лишь для очистки небольших объемов и в целях получения воды повышенного качества в отраслях народного хозяйства, медицине, электронике и пр.

При выборе метода очистки воды (технологии) следует учитывать, что воды источников водоснабжения подразделяются:

а) в зависимости от расчетной максимальной мутности (ориентировочно количество взвешенных веществ) на:
маломутные — до 50 мг/л;
средней мутности — свыше 50 до 250 мг/л;
мутные — свыше 250 до 1500 мг/л;
высокомутные — свыше 1500 мг/л;
б) в зависимости от расчетного максимального содержания гумусовых веществ, обусловливающих цветность воды, характеризуются как:
малоцветные — до 35°;
средней цветности — св. 35 до 120°;
высокой цветности — св. 120°.
Расчетные максимальные значения мутности и цветности для проектирования сооружений станций водоподготовки определяются по данным анализов воды за период не менее чем за последние три года до выбора источника водоснабжения.

При выборе сооружений  для предварительного выбора  можно пользоваться сведениями указанных в табл. 3.

 

1.Мутность указана суммарная, включая образующуюся от введения реагентов.Примечания:

2. На водозаборных сооружениях или на станции водоподготовки необходимо предусматривать установку сеток с ячейками 0,5—2 мм. При среднемесячном содержании в воде планктона более 1000 кл./мл и продолжительности «цветения» более 1 мес. в году в дополнение к сеткам на водозаборе следует предусматривать установку микрофильтров на водозаборе или на станции водоподготовки.
3. При обосновании для обработки воды допускается применять сооружения, не указанные в табл. 15 (плавучие водозаборы-осветлители, гидроциклоны, флотационные установки и др.).
4. Осветлители со взвешенным осадком следует применять при равномерной подаче воды на сооружения или постепенном изменении расхода воды в пределах не более 15 % в 1 ч и колебании температуры воды не более ±1°С в 1 ч.

1.3 Характеристики фильтров для очистки природных вод.

Сетчатые барабанные фильтры следует применять для удаления из воды крупных плавающих и взвешенных примесей (барабанные сетки) и для удаления указанных примесей и планктона (микрофильтры). По своей сути можно отнести к скорым фильтрам

                   

Скорые фильтры с механической загрузкой

Крупность фракций и высоту поддерживающих слоев при распределительных системах большого сопротивления следует принимать:

Медленные фильтры

Расчетные скорости фильтрования на медленных фильтрах надлежит принимать в пределах 0,1—0,2 м/ч, при этом скорость выше 0,1 м/ч — только на время промывки фильтра.
Количество фильтров должно приниматься не менее трех. Ширина фильтра должна быть не более 6 м, длина — не более 60 м.
Крупность зерен и высоту слоев загрузки фильтров следует принимать:

Медленные фильтры следует проектировать с механической или гидравлической регенерацией песчаной загрузки.

Расход воды на один смыв загрязнений с 1 м² поверхности загрузки фильтра надлежит принимать 9 л/с, продолжительность смыва загрязнений на каждые 10 м длины фильтра — 3 мин.

Революционным фильтром является  разработанная  структура материала состоящая всего из двух компонентов — графена и двуокиси титана. Графен благодаря своей трехмерной структуре играет роль своеобразной сетки, которая фильтрует и задерживает частицы грязи. А двуокись титана — фотокатализатор, который значительно ускоряет разложение вредных веществ.

Коагулирование

Дозу коагулянта Дк, мг/л, в расчете на Al2(SO4)3, FeCl3, Fe2(SO4)3 (по безводному веществу) допускается принимать при обработке: мутных вод — по табл. 4, цветных вод — по формуле

Д_к =4  Ц

где Ц — цветность обрабатываемой воды, град.

Примечание. При одновременном содержании в воде взвешенных веществ и цветности принимается большая из доз коагулянта, определенных по табл. 16 и формуле

Дозу флокулянтов (в дополнение к дозам коагулянтов) следует принимать:Примечания: 1. Меньшие значения доз относятся к воде, содержащей грубодисперсную взвесь.
2. При применении контактных осветлителей или фильтров, работающих по принципу коагуляции в зоне фильтрующей загрузки, дозу коагулянта следует принимать на 10—15 % меньше, чем по табл. 4 и формуле.

а) полиакриламида (ПАА) по безводному продукту:
при вводе перед отстойниками или осветлителями со взвешенным осадком — по табл.5;

при вводе перед контактными осветлителями или фильтрами при одноступенчатой очистке, а также перед префильтрами — 0,2—0,6 мг/л;при вводе перед фильтрами при двухступенчатой очистке — 0,05—0,1 мг/л;

б) активной кремнекислоты (по SiO2):
при вводе перед отстойниками или осветлителями со взвешенным осадком для воды с температурой более 5—7°С — 2—3 мг/л, с температурой менее 5—7°С — 3—5 мг/л;
при вводе перед фильтрами при двухступенчатой очистке — 0,2—0,5 мг/л;
при вводе перед контактными осветлителями или фильтрами при одноступенчатой очистке, а также перед префильтрами — 1—3 мг/л.
Флокулянты вводят в воду после коагулянта. При очистке высокомутных вод допускается ввод флокулянтов до коагулянтов. Следует предусматривать возможность ввода флокулянтов и коагулянтов с разрывом во времени до 2—3 мин в зависимости от качества обрабатываемой воды.

Дозы подщелачивающих реагентов Дщ, мг/л, необходимых для улучшения процесса хлопьеобразования,  определяется по формуле

Дщ = Кщ (Дк/ек – Щ0) + 1, (7)

где Дк — максимальная в период подщелачивания доза безводного коагулянта, мг/л;
ек — эквивалентная масса коагулянта (безводного), мг/мг-экв, принимаемая для Al2(SO4)3 – 57, FeCl3 – 54, Fe2(SO4)3 – 67;
Кщ — коэффициент, равный для извести (по СаО) — 28, для соды (по Na2CO3) — 53;
Щ0 — минимальная щелочность воды, мг-экв/л.
Реагенты следует вводить одновременно с вводом коагулянтов

 

Процессы обработки воды с применением реагентов протекают (рис. «а)) во много раз быстрее и иногда значительно эффективнее. Так, для осаждения основной массы взвешенных веществ в первом случае необходимо 2…4 ч, а во втором – несколько суток. С использованием реагентов фильтрование осуществляется со скоростью 5…12 м/ч (и более), а без реагентов (медленное фильтрование) – 0,1…0,3 м/ч.

Рисунок 1 (а, б, в) 11 – подача исходной и отвод обработанной воды; 2 – контактная камера; 3 – установка для углевания и фторирования воды; 4 – хлораторная; 5 – баки коагулянта;

6 – вертикальный смеситель; 7 – камера хлопьсобразования; 8 – горизонтальный отстойник со встроенными тонкослойными модулями; 9 – скорый фильтр; 10 – резервуар чистой воды; 12 – осветлитель со слоем взвешенного осадка и его рециркуляцией; 13 – микрофильтр; 14 – контактный осветлитель КО-3

 

По числу технологических процессов и числу ступеней каждого из них технологические схемы подразделяют на одно-, двух- и многопроцессные. Усовершенствованная технологическая схема, показанная (на рисунке — «б»), является двухпроцессной. Здесь два основных технологических процесса: обработка воды в слое взвешенного осадка (т.е. контактная коагуляция с осаждением) и фильтрование. Оба процесса осуществляются последовательно, а фильтрование – двукратно (в две ступени).

В том случае, когда один из основных технологических процессов осуществляется дважды или большее число раз, технологическая схема называется двух-, трех- или многоступенчатой. Например, в однопроцессной двухступенчатой технологической схеме с контактными осветлителями (рисунке – «в») основной технологический процесс – фильтрование – осуществляется дважды.

Очевидно, что число технологических процессов и количество ступеней каждого процесса диктуются требованиями к качеству воды, предъявляемыми потребителем, и зависят от степени загрязненности исходной воды. Так, для грубого осветления можно ограничиться одним процессом осаждения или только фильтрованием. При обработке высокомутных вод для хозяйственно-питьевых целей прибегают к осаждению в две ступени с последующим фильтрованием в одну ступень и т.п.

По характеру движения обрабатываемой воды технологические схемы подразделяют на самотечные (безнапорные) и напорные. На городских и крупных промышленных водопроводных станциях движение исходной воды от сооружения к сооружению осуществляется самотеком. При этом отметка зеркала воды в каждом последующем сооружении ниже отметки в предыдущем. Разность отметок определяет напор, требуемый для преодоления гидравлических сопротивлений внутри сооружения и в коммуникациях от одного сооружения к другому. При безнапорном движении воды по очистным сооружениям необходимы две насосные станции и резервуары чистой воды).

При напорной технологической схеме движение обрабатываемой воды от сооружения к сооружению происходит под давлением выше атмосферного, поэтому отдельные сооружения могут быть расположены по одной отметке. При использовании напорных технологических схем резервуары чистой воды и насосную станцию II подъема можно и не устраивать. Очищенная вода под напором насосов I подъема передается непосредственно в сеть потребителя.

Выбор той или иной технологической схемы улучшения качества воды диктуется не только качеством воды источника и требованиями потребителя, но и количеством потребляемой воды.

 

Сорбционный метод очистки (углевание) воды

Сорбционный метод очистки с использование активированных углей (или углевание воды) – метод обработки воды при котором возможности технологии углевания  заключаются в:

• дезодорации воды (удаление природных и антропогенных запахов воды);
• глубоком извлечении химических соединений по общим показателям качества воды (цветности, окисляемости и др.);
• создании временного барьера (при ЧС на водоисточнике) или постоянного барьера в отношении широкого спектра токсикантов (нефтепродуктов, полиароматики, фенолов, СПАВ и др.);
• уменьшении количества образующихся при хлорировании галогенорганических соединений в питьевой воде.

Для получения активных углей может использоваться разнообразное органическое сырьё (торф, бурый и каменный уголь, антрацит, древесный материал). Угли, отличающиеся высокой механической прочность и адсорбционной способностью, получают из скорлупы кокосовых орехов.

Общепринятой классификации активированных углей не существует, при выборе углей для тех или иных целей ориентируются, прежде всего, на гранулометрический состав, природу и содержание примесей, объем и характер пор. Согласно UIPAC (Международный союз чистой и прикладной химии) в активных углях выделяют несколько типов пор. Поры с диаметром до 0,4 нм называются супермикропорами, поры от 0,4 нм до 2,0 нм – микропорами, мезопоры – поры с диаметром от 2 до 50 нм. Крупные поры с диаметром более 50 нм получили название макропоры. Большое значение для сорбционной активности имеют микропоры, их размер (2 нм) соизмерим с размерами адсорбирующихся молекул. Микропоры составляют порядка 90% всей удельной поверхности.

В зависимости от распределения пор по размерам различают крупнопористые угли, тонкопористые и молекулярные сита. По внешнему виду гранул можно выделить зернёные угли с неправильной формой гранул, формованные, в виде цилиндрических гранул и порошковые. Также активные угли можно разделить по сырью, используемому для получения готового продукта. Например, скорлупа орехов, древесный уголь, каменный и бурый уголь и др. По области применения – газовые, рекуперационные и осветляющие.

Результаты сравнения основных характеристик кокосовых углей и углей из других видов сырья представлены в таблице 6.

В связи с тем, что нет чётких стандартов для определения свойств активных углей, сравнение затруднено. Тем не менее, из вышеперечисленных характеристик видно, что активный уголь на основе скорлупы кокосового ореха обладает высокой прочностью и сорбционной ёмкостью. Он эффективнее при очистке воды от органических примесей (фенолы, полициклические ароматические углеводороды, большинство нефтепродуктов и другие органические соединения), остаточного хлора, озона.

Так за счет  развитой общей пористости, угли марки ОУ-Б имеют широкий диапазон пор и значительную величину удельной поглощающей поверхности (около 1000 м2 в 1 г угля).

Как правило при углевании воды  используются порошкообразные активные угли (ПАУ), которые перед использованием замачиваются и затем дозировано подаются в технологические точки схем водоподготовки.

Узел приготовления и дозирования угля включает:

• специальный транспортно-технологический модуль (транспортировка сорбента и приготовление концентрированной пульпы)
• специальный растворно-расходный модуль
• система трубопроводов пульпы и рабочих сред
• насосное оборудование для перекачивания угольной пульпы
• контрольно-измерительную аппаратуру и систему автоматики

 

Принципиальная схема установка для приготовления и дозирования пульпы активного угля выглядит так:

1 — барабан с механическим перемешиванием; 2 — люки; 3 — насосы; 4 — бункер для пульпы; 5 — сетка; 6 — дозатор; 7 — отвод готовой пульпы.

Современный узел для приготовления и дозирования ПАУ представляет собой модульную конструкцию в контейнере.

Функции оборудования обеспечивают:

• прием и безпылевую растарку сорбента
• реактивацию сорбента — перевод его в рабочее состояние, путем доведения сорбционных характеристик до максимальных значений
• приготовление рабочих пульп сорбента в широком диапазоне концентраций
• дозирование рабочих пульп с заданным расходом в определенные точки ввода в течение заданного времени.

Обеззараживание воды

Что подразумевают под обеззараживанием питьевой воды? Под этим понимают ряд мероприятий, направленных на полное или частичное уничтожение  в воде вирусов, бактерий, способных вызвать множество инфекционных заболеваний. Стоит упомянуть, что изначально санитарными нормами не подразумевается полное уничтожение всех вредоносных микроорганизмов, которые находятся в воде. Целью обеззараживания на самом деле  удаление или инактивация самых опасных для здоровья человека бактерий, вирусов и иных биологических элементов, так как полностью стерильная вода может нанести вред здоровью человека, полное очищение воды от всех бактерий сделает ее непригодной для применения с пищей.

Есть несколько методов воздействия на вредоносные микроорганизмы:

• Химические или реагентные;
• Физические или безреагентные;
• Комбинированные.

 

Каждый из этих методов позволяет избавиться от любых вредоносных микроорганизмов определенным способом. К примеру, химические методы работают с помощью специальных коагулянтов-реагентов, которые добавляют в воду именно с целью обеззараживания. Это хлорирование, озонирование, применение гипохлорита натрия, серебра, кремния и многих других веществ, которые помогают либо избавиться от «вредителей», либо как минимум затормозить их размножение.

Безреагентные методы — обеззараживание воды с применением физического безреагентного воздействия на жидкость, это УФ-излучение, электроимпульсное обеззараживание и прочие подобные способы.

Комбинированные методы применяют с использованием как физического, так и химического воздействия попеременно. Такой подход к обеззараживанию максимально эффективен и, как правило, позволяет добиться не только полного обеззараживания жидкости, но и недопущения вторичного размножения бактерий и вирусов в воде. Кроме того, применение нескольких способов позволяет еще и очистить ее от иных загрязнителей.

 

К химическому обеззараживанию воды относится обработка воды окислителями-коагулянтами: озоном, гипохлорит натрием, хлором и другими. В их числе и ионы тяжелых металлов. Доза реагента определяется расчетными методами, а также пробным обеззараживанием. Очень важно точно рассчитать дозу. Так как малая доза может не просто не подействовать, но еще и обеспечить быстрый рост количества бактерий в растворе. Примером такого эффекта можно считать озон, который в малых количествах убивает часть бактерий, образовывая особые соединения, которые пробуждают ранее спящие бактерии и создает идеальные условия для размножения.

Для того, чтобы обеспечить длительный эффект, дозу реагента рассчитывают, как правило, с избытком, который гарантированно уничтожит микроорганизмы в воде, а в период после обеззараживания воды не даст им размножиться.

Но избыток должен быть ровно такой, чтобы произошло обеззараживание, но при этом люди, потребляющие воду в качестве питья, не отравились, так как большая часть реагентов является довольно токсичной и может образовывать стойкие мутагенные и канцерогенные соединения.

 

Хлорирование имеет свои минусы. Хлор при окислении обладает весьма высокой степенью мутагенности, токсичности, канцерогенности. Даже следующая за этим очистка воды при помощи активированного угля не удаляет полностью образованные в процессе хлорирования хлорфенольные, бромфенольные и иные диоксиноподобные хлорорганические соединения, тригалометаны. Они обладают довольно высокой стойкостью и сильно загрязняют питьевую воду. .

Помимо главной функции (имеется ввиду дезинфекция), хлор помогает следить также за запахом, вкусовыми качествами, предотвращает рост водорослей, поддерживает чистоту фильтров, удаляет марганец, железо, разрушает сероводород, обесцвечивает

Озонирование жидкости позволяет разлагать частицы озона в растворе, образовывая при этом атомарный кислород. Он позволяет разрушить ферментную систему микробной клетки и окислить часть соединений, которые могут придавать воде довольно навязчивый неприятный запах.

Данный способ требует точности расчетов, так как при избытке озона в воде может появиться неприятный запах. Кроме того, чересчур большое количество озона может ускорить процесс коррозии металла. С точки зрения гигиены это самый лучший химический метод, который может обеспечить максимально быстрое и, что крайне важно, безопасное для человека и окружающего мира обеззараживание воды без последующего образования канцерогенных, высокотоксичных соединений не смотря на образование продуктов озонолиза. Но такой способ требует внушительного расхода электроэнергии, эксплуатации сложной аппаратуры, высококвалифицированного обслуживания.  Стоит упомянуть, что он довольно дорогой в применении.

Также в реагентных методах применяют разнообразные соединения тяжелых металлов, йод, бром и т.п. Требуют определенных знаний при применении и точности расчетов. С другой стороны, дезинфекцию питьевой воды с их помощью проводят гораздо эффективнее и качественнее. Обеззараживание при помощи ионов тяжелых металлов зачастую выделяют в отдельный метод — олигодинамическое обеззараживание воды. При тоннажных объемов использования воды.

К другим реагентам можно отнести такой сильный окислитель, как  гипохлорит натрия. Применяют конкретно этот реагент в тех случаях, когда показатели воды довольно нестабильны и часто меняются. Показанием к применению может стать наличие в воде планктона, органических веществ, которые влияют на степень цветности воды. Использование гипохлорида натрия, который получают путем проведения электролиза 2-4% растворов хлорида натрия (это простая поваренная соль) или минерализованных вод, считают одним из наиболее перспективных и безопасных для человека и окружающей среды способов очистки воды. По своему химико-бактерицидному действию гидрохлорид натрия идентичен растворенному хлору, но при этом обладает длительным действием и в большей мере безопасен для здоровья. Также он более безопасен и для окружающей среды.

Из недостатков следует выделить: повышенное потребление реагента из-за низкой степени его конверсии. Остальная часть остается в воде «балластом», повышая солесодержание в растворе. Снижение количества соли после обеззараживания зачастую требует гораздо большего количества затрачиваемой электроэнергии и расхода анодного материала. А это уже намного дороже хлорирования.

Озонирование жидкости позволяет разлагать частицы озона в растворе, образовывая при этом атомарный кислород. Он позволяет разрушить ферментную систему микробной клетки и окислить часть соединений, которые могут придавать воде довольно навязчивый неприятный запах. Данный способ требует точности расчетов, так как при избытке озона в воде может появиться неприятный запах. Кроме того, чересчур большое количество озона может ускорить процесс коррозии металла. С точки зрения гигиены это самый лучший химический метод, который может обеспечить максимально быстрое и, что крайне важно, безопасное для человека и окружающего мира обеззараживание воды без последующего образования канцерогенных, высокотоксичных соединений не смотря на образование продуктов озонолиза. Но такой способ требует внушительного расхода электроэнергии, эксплуатации сложной аппаратуры, высококвалифицированного обслуживания.  Стоит упомянуть, что он довольно дорогой в применении.

Обеззараживание воды с применением ультразвукового оборудования основывается на способности определенных звуковых частот вызывать кавитацию, т.е. образовывать пустоты, которые создают большую разницу в давлении. Подобный диссонанс ведет к разрыву клеточных оболочек и последующей гибели клетки бактерии. Зависит уровень бактерицидного действия от интенсивности колебаний звука. Но данные установки требуют определенного оборудования, квалифицированного обслуживания, также они довольно дорогостоящие.

Последнее время появляются более новые способы очистки и обеззараживания воды: электроимпульсный и электрохимический. Отечественными представителями данной техники являются «Сапфир», «Изумруд», «Аквамарин». Они работают с помощью диафрагменного электрохимического реактора, через который пропускают воду. Реактор разделен металлокерамической мембраной со способностью проводить ультрафильтрафию на анодную и катодную области. Когда в катодные и анодные камеры подают ток, то в них начинают образовываться кислый и щелочной растворы, а далее – электролитическое образование (которое еще называют активным хлором). В подобной среде довольно быстро гибнут почти все вредоносные микроорганизмы, а также происходит разрушение некоторых соединений, которые растворены в воде.

Электроимпульсное воздействие подразумевает под собой электрический заряд в воде, из-за чего возникает определенная степень ударной волны сверхвысокого давления, затем световое излучение и, как результат – образование озона, который, как мы уже узнали ранее, крайне губителен для микроорганизмов и биологических объектов в воде в целом. Такой способ обеззараживания  при правильном обслуживании устройства и проведении всех процедур поможет сделать воду максимально чистой, а благодаря образовавшемуся озону – некоторые элементы-загрязнители будут устранены из обеззараживаемой жидкости.

Такое оборудование требует основательных капиталовложений.

---

1 2