Водоочистные сооружения: особенности, виды, схемы работы. Подготовка питьевой воды Очистные сооружения питьевой воды

Одна из основных задач предприятия – эффективная очистка воды, полученной из природных поверхностных источников, с целью обеспечения жителей качественной питьевой водой. Классическая технологическая схема , применяемая на московских станциях водоподготовки, позволяет выполнить эту задачу. Однако сохраняющиеся тенденции ухудшения качества воды водоисточников из-за антропогенного воздействия и ужесточение нормативов качества питьевой воды диктуют необходимость повышения степени очистки.

С началом нового тысячелетия в Москве, впервые в России, в дополнение к классической схеме применяются высокоэффективные инновационные технологии подготовки питьевой воды нового поколения. Проектами XXI века являются современные очистные сооружения, на которых классическая технология дополнена процессами озонирования и сорбции на активированном угле. Благодаря озоносорбции вода лучше очищается от химических загрязнений, устраняются неприятные запахи и привкусы, происходит дополнительная дезинфекция.

Применение инновационных технологий исключает влияние сезонных изменений качества природной воды, обеспечивает надежную дезодорацию питьевой воды, ее гарантированную эпидемическую безопасность даже в случаях аварийного загрязнения источника водоснабжения. Всего с использованием новых технологий подготавливается около 50% всей обрабатываемой воды.

Наряду с внедрением новых методов очистки воды совершенствуются процессы обеззараживания. С целью повышения надежности и безопасности производства питьевой воды за счет исключения из обращения жидкого хлора в 2012 году завершен перевод всех станциях водоподготовки на новый реагент – гипохлорит натрия В связи с ужесточением государственного норматива на содержание в питьевой воде хлороформа проведена целенаправленная отработка режимов дезинфекции, в результате чего концентрация хлороформа в московской водопроводной воде по средним данным за 2018 год не превысила 5 – 13 мкг/л при нормативе 60 мкг/л.

Технологические схемы очистки артезианских вод индивидуальны для каждого объекта с учетом особенностей качества воды эксплуатируемых водоносных горизонтов и содержат следующие ступени: обезжелезивание; умягчение; кондиционирование воды на угольных сорбционных фильтрах; удаление примесей тяжелых металлов; обеззараживание гипохлоритом натрия либо с использованием ультрафиолетовых ламп.

На сегодняшний день на территории Троицкого и Новомосковского административных округов города Москвы около половины водозаборных узлов подают воду, прошедшую технологическую обработку.

Поэтапное внедрение новых технологий выполняется в соответствии с Генеральной схемой развития системы водоснабжения, которой предусматривается, что полная реконструкция всех сооружений водоподготовки позволит подавать воду высочайшего качества всем жителям московского мегаполиса.

В связи с ростом объемов водопотребления и недо-статочностью источников подземных вод для целей водо-снабжения используются источники поверхностных вод, забираемых из рек и водоемов.

К качеству питьевой воды предъявляются требования в соответствии с нормами действующего стандарта. Вы-сокие требования предъявляются также и к качеству воды, идущей на технологические цели промышленных предприятий, так как от этого во многом зависит нор-мальное функционирование промышленных агрегатов и оборудования цехов.

Качество воды в источниках водоснабжения часто не соответствует предъявляемым требованиям, поэтому воз-никает задача его улучшения. Улучшение качества при-родной воды для хозяйственно-питьевых нужд и техно-логических целей достигается различными специальными методами ее обработки (очистки). В целях улучше-ния качества питьевой воды и ее очистки в составе современных водопроводов возводятся специальные ком-плексы очистных сооружений , объединяемые в водо-очистные станции .

Сточные воды также требуют очистки с целью устра-нения вредного их воздействия на внешнюю среду (водоемы, почву, подземные воды, воздух) и через нее на людей, животных, рыб, растения. Очистка сточных вод является одним из важнейших мероприятий по ох-ране природы, рек и водоемов от загрязнения. Она про-изводится на специальных комплексах канализационных очистных сооружений . Эти сооружения не только очи-щают воды от загрязнений, но и улавливают полезные вещества для использования их на основном производстве (в промышленности) или для использования как сырья в других производствах.

Необходимая степень очистки отводимых сточных вод, сбрасываемых в водоемы РФ, регламентируется «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» и «Основами водного законодатель-ства РФ».

В практике строительства возводятся комплексы очистных сооружений двух основных типов - водопро-водные и канализационные . Каждый из указанных типов очистных сооружений имеет свои разновидности, а так-же специфические особенности как по составу и устрой-ству отдельных сооружений, так и по технологическим процессам, происходящим в них.

Метод обра-ботки воды и состав водопроводных очистных сооруже-ний зависят от качества исходной воды, требований, предъявляем их к качеству питьевой воды, и принятой технологической схемы ее очистки.

Технологические процессы очистки воды включают ее осветление , обесцвечивание и обеззараживание . При этом вода коагулируется, отстаивается и фильтруется, а также проходит обработку хлором. Если качество ис-ходной воды позволяет отказаться от некоторых техно-логических процессов ее обработки, соответственно сокращается комплекс сооружений.

Изучение технологических схем очистки питьевой воды показывает, что основными методами осветления и обесцвечивания воды на водопроводных очистных со-оружениях являются отстаивание и фильтрование с предварительном обработкой воды реагентами (коагу-лянтами). Для отстаивания воды используются в основ-ном горизонтальные (реже вертикальные) отстойники или осветлители со взвешенным осадком, а для филь-трования - фильтры с различными видами фильтрую-щей загрузки или контактные осветлители.

В практике водопроводного строительства в нашей стране наибольшее распространение получили водоочист-ные сооружения , запроектированные, но технологической схеме, предусматривающей в качестве основных очист-ных сооружений горизонтальные отстойники и скорые фильтры.

Принятая единая технологическая схема очистки питьевой воды предопределила практически одинаковый состав основных и вспомогательных сооружений. Так, например, во все комплексы водоочистных станций , не-зависимо от их производительности и типа, входят сле-дующие сооружения: реагентное хозяйство со смесите-лем , камеры реакции ( хлопьеобразование ), горизон-тальные отстойники или осветлители , фильтры, резер-вуары для чистой воды , насосная станция II подъема с электроподстанцией, а также объекты подсобно-вспомо-гательного (производственного), административно-технического и культурно-бытового назначения.

. , как и водопровода, - это сложные комплексы инженерных сооружений, взаимо-связанных технологическим процессом очистки сточных вод. На очистных сооружениях сточные воды подвер-гаются механической, химической и биохимической (био-логической) очистке.

В процессе механической очистки из жидкой фазы сточных вод отделяются взвешенные вещества и гру-бые механические примеси путем процеживания, отстаи-вания и фильтрования. В некоторых случаях механиче-ская очистка является окончательной. Но чаще всего она служит лишь подготовкой для дальнейшей, например, биохимической очистки.

В комплекс очистных сооружений, предназначенных для механической очистки бытовых сточных вод , вхо-дят: решетки, предназначенные для задержания круп-ных веществ органического и минерального происхож-дения; песколовки для выделения тяжелых минеральных загрязнений (главным образом леска); отстойники для выделения осаждающихся веществ (в основном органи-ческих); хлораторная установка с контактными резер-вуарами, в которых происходит контакт осветленной сточной воды с хлором в целях уничтожения болезне-творных бактерий. В результате обработки поступаю-щих сточных вод на указанных сооружениях они после их дезинфекции могут быть отведены в водоем.

Схема химической очистки сточных вод отличается от механической введением перед отстойниками смеси-теля и реагентного хозяйства. При этом обрабатываемая сточная вода после решеток и песколовки поступает в смеситель, где к ней добавляется реагент для коагулирования, а затем в отстойник для осветления. Сточная вода из отстойника выпускается либо прямо в водоем, либо сперва на фильтр для дополнительного осветления, а потом в водоем. Сооружения для обработки осадка при химическое очистке такие же. как и при механиче-ской.

Биохимическая очистка сточных вод , в зависимости от местных условий, обычно осуществляется на трех ос-новных схемах сооружений: на полях орошения или по-лях фильтрации, на биофильтрах и в аэротенках. При первой схеме сточная водя, пройдя через решетки, по-ступает в песколовки и затем в отстойники для осветле-ния и дегельминтизации, откуда она направляется на поля орошения или поля фильтрации и затем в водоем. При второй схеме сточная вода сначала проходит через сооружения механической очистки и предварительной аэрации (преаэраторы), далее она поступает на био-фильтры, а затем во вторичный отстойник для выделе-ния из очищенной воды веществ, выносимых ил биофиль-тров. Очистка заканчивается дезинфекцией сточных вод перед спуском в водоем. При третьей схеме предвари-тельная очистка сточной воды производится на решет-ках, песколовках, преаэраторах и в отстойниках. После-дующая их очистка производится в аэротенках, затем во вторичных отстойниках и заканчивается дезинфек-цией, после чего вода сбрасывается в водоем. Выбор типа сооружений для биохимической очистки сточных вод производится в зависимости от ряда факторов, в том числе; требуемой степени очистки сточных вод, раз-мера площади под очистные сооружения (большая пло-щадь требуется для устройства полей орошения и го-раздо меньшая для аэротенков), характера грунтов, рельефа площади и др. Схему очистных сооружений выбирают с учетом экономических показателей - строи-тельной и эксплуатационной стоимости сооружений.

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

хлорированием,
озонированием
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 (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.

Вода на современных водопроводных станциях подвергается многоступенчатой очистке для удаления твердых примесей, волокон, коллоидных взвесей, микроорганизмов, для улучшения органолептических свойств. Максимально качественный результат достигается сочетанием двух технологий: механической фильтрации и химической обработки.

Особенности технологий очистки

Механическая фильтрация . Первый этап водоподготовки позволяет удалить из среды видимые твердые и волокнистые включения: песок, ржавчину и т. д. При механической обработке воду последовательно пропускают через ряд фильтров с уменьшающимся размером ячеек.

Химическая обработка . Технология используется для приведения химического состава и качественных показателей воды к норме. В зависимости от первоначальных характеристик среды обработка может включать несколько этапов: отстаивание, обеззараживание, коагуляцию, умягчение, осветление, аэрацию, деминерализацию, фильтрацию.

Методы химической очистки воды на водопроводных станциях

Отстаивание

На водопроводных станциях устанавливают специальные резервуары с переливным механизмом или устраивают железобетонные отстойники на глубине 4–5 м. Скорость движения воды внутри емкости поддерживается на минимальном уровне, причем верхние слои перетекают быстрее, чем нижние. В таких условиях тяжелые частицы оседают на дно резервуара и удаляются из системы через отводные каналы. В среднем на отстаивание воды уходит 5–8 часов. За это время оседает до 70 % тяжелых примесей.

Обеззараживание

Технология очистки направлена на удаление из воды опасных микроорганизмов. Установки обеззараживания присутствуют во всех без исключения водопроводных системах. Дезинфекция воды может выполняться облучением или добавлением химических реагентов. Несмотря на появление современных технологий, использование обеззаражи.вающих средств на основе хлора является предпочтительным. Причина популярности реагентов заключается в хорошей растворимости хлорсодержащих соединений в воде, способности сохранять активность в подвижной среде, оказывать дезинфицирующее действие на внутренние стенки трубопровода.

Коагуляция

Технология позволяет удалять растворенные примеси, которые не улавливаются фильтрующими сетками. В качестве коагулянтов для воды используют полиоксихлорид или сульфат алюминия, калийно-алюминиевые квасцы. Реагенты вызывают коагуляцию, то есть слипание органических примесей, крупных белковых молекул, планктона, находящегося во взвешенном состоянии. В воде образуются крупные тяжелые хлопья, которые выпадают в осадок, увлекая за собой органические взвеси, некоторые микроорганизмы. Для ускорения реакции на станциях очистки используют флокулянты. Мягкую воду подщелачивают содой или известью для быстрого образования хлопьев.

Умягчение

Содержание соединений кальция и магния (солей жесткости) в воде строго регламентировано. Для удаления примесей используют фильтры с катионными или анионными ионообменными смолами. Когда вода проходит через загрузку, ионы жесткости замещаются водородом или натрием, безопасным для здоровья человека и водопроводной системы. Поглощающая способность смолы восстанавливается обратной промывкой, но емкость уменьшается с каждым разом. Ввиду высокой стоимости материалов такая технология умягчения воды используется в основном на локальных очистных сооружениях.

Осветление

Методику используют для очистки поверхностных вод, загрязненных фульвокислотами, гуминовыми кислотами, органическими примесями. Жидкость из таких источников часто имеет характерный цвет, привкус, зеленовато-коричневый оттенок. На первом этапе воду направляют в смесительную камеру с добавлением химического коагулянта и хлорсодержащего реагента. Хлор разрушает органические включения, а коагулянты выводят их в осадок.

Аэрация

Технология используется для удаления из воды двухвалентного железа, марганца, других окисляющихся примесей. При напорной аэрации жидкость барботируется воздушной смесью. Кислород растворяется в воде, окисляет газы и соли металлов, выводя их из среды в виде осадка или нерастворимых летучих веществ. Аэрационная колонна наполняется жидкостью не полностью. Воздушная подушка над поверхностью воды смягчает гидроудары и увеличивает площадь контакта с воздухом.

Безнапорная аэрация требует более простого оборудования и проводится в специальных душевальных установках. Внутри камеры вода распыляется через эжекторы для увеличения площади контакта с воздухом. При высоком содержании железа аэрационные комплексы могут дополняться озонирующим оборудованием или фильтрующими кассетами.

Деминерализация

Технология используется для подготовки воды в промышленных водопроводных системах. Деминерализация выводит избыточное железо, кальций, натрий, медь, марганец и другие катионы и анионы из среды, увеличивая срок службы технологических трубопроводов и оборудования. Для очистки воды используют технологию обратного осмоса, электродиализа, дистилляции или деионизации.

Фильтрация

Воду фильтруют пропусканием через угольные фильтры, или углеванием. Сорбент поглощает до 95 % примесей, как химических, так и биологических. До недавнего времени для фильтрации воды на водопроводных станциях использовались прессованные картриджи, но их регенерация является достаточно дорогостоящим процессом. Современные комплексы включают порошкообразную или гранулированную угольную загрузку, которую просто высыпают в емкость. При перемешивании с водой уголь активно удаляет примеси, не изменяя своего агрегатного состояния. Технология более дешевая, но такая же эффективная, как блочные фильтры. Угольная загрузка выводит из воды тяжелые металлы, органику, поверхностно-активные вещества. Технология может применяться на очистных сооружениях любого типа.

Воду какого качества получает потребитель

Вода становится питьевой только после прохождения полного комплекса очистных мероприятий. Затем она поступает в городские коммуникации для доставки потребителю.

Необходимо учесть, что даже при полном соответствии параметров воды на очистных сооружениях санитарно-гигиеническим нормам в точках водоразбора ее качество может быть значительно ниже. Причина в старых, проржавевших коммуникациях. Вода загрязняется при прохождении по трубопроводу. Поэтому установка дополнительных фильтров в квартирах , частных домах и на предприятиях остается актуальным вопросом. Грамотно подобранное оборудование гарантирует соответствие воды нормативным требованиям и даже делает ее полезной для здоровья.

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.

Очистные сооружения сточных вод: требования к системам очистки, виды очистных сооружений

Всегда рекомендована первичная механическая очистка, затем биологическая обработка, доочистка и дезинфекция стоков.

Для проведения механической очистки применяются стержни, решетки, песколовки, усреднители, отстойники, септики, гидроциклоны, центрифуги, флотационные установки, дегазаторы.
Илосос – специальное приспособление для очистки воды активным илом. Другие составляющие системы биоочистки – биокоагуляторы, илососы, аэротенки, фильтры, вторичные отстойники, илоотделители, поля фильтрации, биологические пруды.
В рамках доочистки используется нейтрализация, фильтрация стоков.
Дезинфекция, обеззараживание производятся хлором, электролизом.

Что подразумевается под сточными водами?

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.

Показатели степени очистки

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:

нерастворимые, в них образуются крупные взвеси, одна частица не может быть больше 0.1 мм в диаметре;
суспензии, эмульсии, пены, размеры частичек которых могут составлять от 0.1 мкм до 0.1 мм;
коллоиды – размеры частиц в диапазоне 1 нм-0.1 мкм;
растворимые с молекулярно-дисперсными частицами, размеры которых составляют не более 1 нм.

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:

минеральные – 42%;
органические – 58%;
взвеси – 20%;
коллоидные примеси – 10%;
растворяемые вещества – 50%.

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.

Принцип действия систем очистки, правила их установки и обслуживания. Требования к системам очистки

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.

Принцип работы комплекса очистки сточных вод (общая характеристика водоочистных сооружений)

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.

Важно: виды сточных вод

Чтобы правильно выбрать систему очистки, обязательно учитывайте тип сточных вод. Доступные варианты:

Хозяйственно-фекальные или бытовые – они удаляются из туалетов, ванных комнат, кухонь, бань, столовых, больниц.
Промышленные, производственные, задействуемые в ходе выполнения разнообразных технологических процессов вроде промывания сырья, продукции, охлаждения оборудования, откачанные при добыче полезных ископаемых.
Атмосферные сточные воды, включая дождевые, талые, те, которые остались после полива улиц, зеленых посадок. Основные загрязняющие вещества – минеральные.