Главная | Обратная связь

Программа по улучшению качества питьевой воды и очистке ее от примесей «Чистая вода». Методы очистки воды

Для улучшения качества питьевой воды правительством была разработана программа «Чистая вода». [10]

В программу были включены экологические проекты, направленные на улучшение состояния питьевой воды в регионе, требующие значительных затрат на их реализацию.

Для улучшения качества воды необходимо минимум три стадии очистки воды с использованием новейших технологий. Для улучшения качества питьевой воды необходимы установки и оборудование, разработанные с учетом экологических особенностей нашего региона. К тому же, при обеззараживании воды, для предотвращения различных заболеваний, производится дезинфекция воды различными реагентами, содержащими активный хлор. С целью перестраховки в воду часто подают гораздо большую дозу хлора, чем положено. Однако переизбыток хлора еще более вреден для здоровья, чем недостаток.

Также 24.11.2008- в Казахстане успешно стартовала программа «Питьевая вода» [9]

Осветление и обесцвечивание воды коагулированием. Классификация взвешенных веществ. Устройства и расчет осветлителейОбработка воды коагулянтами применяется для очистки воды отвзвешенных веществ, снижения цветности, а также для интенсификации осаждения карбоната кальция и гидроокиси магния при реагентом умягчении воды.Наиболее часто обработка коагулянтами производится для очисткиводы открытых водоемов. При этом наряду с освобождением воды от взвесидостигается удаление из воды коллоидных веществ, обусловливающих цветность воды, планктонных организмов, существенно снижается бактериальная загрязненность воды. Нередко при обработке коагулянтом уменьшаются также запахи и привкусы воды.В водах открытых водоемов взвешенные вещества чаще всего представляют собой частицы песка, глины, ила, планктонные организмы, продукты разрушения растений и т. п. [6] Взвешенные частицы, удельный вес которых больше единицы,стремятся осаждаться на дно сосуда. Однако наиболее мелкие частицы суспензий размерами от 3 – 4 до 0,1 мк и коллоидные частицы размерами от 0,1 до 0,001 мк практически не осаждаются, оставаясь в воде во взвешенном состоянии.С приемлемой для техники отстаивания скоростью осаждаются толькочастицы крупнее 30 – 50 мк т.е не мельче илистых частиц. Мелкий ил,глинистые и коллоидные частицы без специальных мер выделить отстаиванием невозможно. Для их осаждения и применяют добавление к воде коагулянтов–веществ, образующих относительно крупные, быстро осаждающиеся хлопья, которые увлекают с собой при осуждении мелкодисперсную взвесь, загрязняющую воду.Скорости осаждения в воде частиц кварца крупности например 10 мк, с удельным весом ? = 2,65 при температуре 15С, равна 0,1 мм/сек.В таблице 3.1 приведена относительная коагулирующая способность катионов и анионов различной валентности. Следует иметь ввиду, что для положительно заряженных коллоидных частиц коагулирующими ионами являются анионы, а для отрицательно заряженных коллоидов – катионы. [11]Таблица 2.Относительная коагулирующая способность электролитов (коагулянтов ).

Электролит (коагулянт )	Коагулирующая способность
	для коллоидов, заряженных.
	положительно	отрицательно
NаСl	1	1
ВаСl2	1	30
Nа2SO4	30	1
Nа3РО4	1000	1
МgSO4	30	30
АlCl3	1	1000
Аl2(SO4 )3	30	1000
FeСl3	1	1000
Fe2(SO4)3	30	1000

В таблице 3. приведена примерная классификация взвешенных веществ по гидравлической крупности.Таблица 3.Гидравлическая крупность взвешенных веществ природных вод.

Взвесь	гидравлическая крупность в мм / сек	приблизительный размер частиц взвеси в мм
песок:		100	1
	средний	50	0,5
	мелкий	7	0,1
	ил	1,7 – 0,5	0,05 – 0,027
	мелкий ил	0,07 – 0,017	0,01 – 0,005
	Глина	0,005	0,0027
	тонкая глина	0,0007 – 0,00017	0,001 – 0,0005 |
	коллоидные частицы	0,000007	0,0001– 0,000001

Предельно допустимое содержание взвешенных веществ в воде, подаваемой хозяйственно – питьевыми водопроводами, нормировано ГОСТом.Согласно этому ГОСТу содержание взвешенных веществ в питьевой воде должно быть не более 2 мг / л. [4] В последнее время в санитарно – технической литературе наблюдается тенденция к снижению предельно допустимой концентрации взвешенных веществ, так как считается, что это повышает санитарную безопасность воды в отношении вирусных инфекций. Ряд производств химической, нефтяной, текстильной, бумажной, радиотехнической и других видов промышленности предъявляет к воде такие же или даже более высокие требования, чем при водоснабжении населенных мест.Эти требования обычно определяются специалистами – технологами различных производств. В практике очистке воды в качестве коагулянтов применяются преимущественно соли алюминия и железа: сернокислый алюминий Аl2(SO4)3, хлорное железо FеCl3, железный купорос FеSO4, сернокислое трехвалентное железо Fе2(SO4)3.Значение этих коагулянтов заключается в том, что они способны образовывать гидрофобные коллоидные системы, которые при коагуляции дают хлопья, сорбируют и захватывающие при осаждении частицы природных загрязнений воды.При введении в воду сернокислого алюминия происходит его диссоциация.Аl2(SO4)3--- 2Аl³⁺ +3SO4^2-Хлопья Аl(ОН)3, осаждаясь захватывают частицы загрязнений, находящихся в воде. Процесс образования Аl(ОН)3 зависит от рН среды. [5]Таблица 4.Оптимальные значения рН при обработке вод различного состава сернокислым алюминием.

Характеристика воды	Оптимальные значения рН
осветление и обесцвечивание мягких |цветных вод со щелочностью до 1,5 мг – |экв/л и цветностью более 50 град.	5 – 6
осветление и обесцвечивание вод средней жесткости ( 4- 5 мг-экв/л ) сощелочностью 3 – 4 мг- экв/л и цветностью до 40 град	6,5 – 7,5
осветление жестких (6 – 8 мг-экв/л) малоцветных вод с повышенным солесодержанием ( 800 – 1000 мг/л ) и щелочностью более 5 мг- экв/ л.	5-6,5

Большое значение имеют условия растворимости гидроокиси алюминия и основных сульфатов алюминия. Если после отсеивания и фильтрования с очистной станции в водопроводную сеть поступает вода с содержанием алюминия, превышающим растворимость его соединений, которые образуются при данных величинах рН, то это означает, что вода находится в состоянии пересыщения соединениями алюминия и возникает опасность так называемой « отлежки », т.е выделения осадка соединений алюминия в трубах.В качестве коагулянтов, как указано выше, применяют сернокислое закисное железо FеSO₄ 7Н₂О ( железный купорос, хлорное железо FеСl₃ и сернокислую окись железа Fе₂ (SO4 )₃.Оптимальное значение рН для солей железа равно рН = 7,5 – 8. При недостаточной величине рН воды и при недостатке кислорода железо Fе²⁺ может оставаться в воде, выходящей из очистной станции. [8]При использовании в качестве коагулянтов солей железа дозы последних при очистке мутных вод можно принимать на 10 – 20 % меньше, чем сернокислого алюминия (в пересчете на безводные продукты). Выше указывалось, что при недостатке природной щелочности для проведения процесса коагуляции, воду нужно подщелачивать. Доза щелочи для обеспечения коагуляции, воду нужно подщелачивать Таблица 5. Эквивалентные веса активной части реагентов, используемых при очистке воды коагулированием.

Реагент для подщелачивания	Эквивалентный вес в мг / мг - экв	Коагулянт	Эквивалентный вес в мг/мг – экв
СаО	28	Аl2(SO4)3	57
Nа2СО3	53	FеСl3	54,1
NаОН	40	FеSO4	|76

Если доза М получается величиной отрицательной, то это означает, что естественная щелочность воды достаточна то, по соображениям сохранения резерва щелочности, подщелачивания воды не требуется. Тем не менее, добавление некоторого количества щелочного реагента в некоторых случаях может оказаться полезным для создания оптимальной величины рН и обеспечения благоприятных условий коагуляции. [7] 1.2 Принципы процесса осветления воды в сооружениях. В практике проектирования и эксплуатации очистных сооружений до последнего времени существовало большое разнообразие в конструкциях осветлителей и методах их расчета. Такое положение явилось следствием экспериментальных поисков наилучшей конструкции при недостаточной разработке теоретических основ технологии осветления воды во взвешенном осадке. [2]Обобщение накопленного опыта использования осветлителей в конечном счете позволило установить необходимость выполнения следующих трех основных требований.1) Создание оптимальных условий для формирования взвешенного фильтра и удержания избыточной взвеси. Выполнение этого требования возможно, если обесцвечивание обеспечивает надежность работы установки для малых и средних станций; оно обычно оказывается решающим и при определении общего числа фильтров для полного развития станции, так как размеры фильтров на обоих этапах строительства должны быть одинаковыми.Надежность работы установки обеспечивается не только определенным минимумом параллельно работающих фильтров, но и созданием условий для качественного функционирования таких ответственных элементов скорых фильтров, как распределительная, сборная системы и т.п.Поэтому максимальная площадь отдельных фильтров обычно не превышает 100 – 120 м², а фильтры площадью более 30 – 40 м² выполняются с центральным каналом (шириной 0,7 – 0,8 м), разделяющим фильтр на две равные части.Высотное решение фильтров. Высота фильтра Нф складывается из высот слоев загрузки, слоя воды над загрузкой и высоты бортов. Высота поддерживающего слоя (Lгр), размещаемого на дне фильтра и состоящего из слоев гравия или щебня, определяется суммой высот его слоев из зерен различной крупности, а именно ( считая сверху ) : слоя зерен крупностью 2 – 4 мм – 50 мм ; слоев 4 – 8 мм и 8 – 16 мм по 100 мм ; слоя с крупностью зерен 16 – 32 мм – высотой на 100 мм выше отверстий распределительной системы, но не ниже верха распределительных труб.Высота фильтрующего слоя ( Lо) принимается по таблице 4.2 или на основании расчетов фильтрующей загрузки.Слой воды над загрузкой фильтра принимается из условиятпредупреждения воздушного засорения фильтра ; обычно его высота Lв > 2 м.Высота бортов при стабильном расчетном горизонте воды ( как правило, когда число фильтров N > 6 ) должна быть равна Нб = 0,3 –0,5м. При работе фильтров с постоянной скоростью фильтрованиявысота бортов увеличивается для периодического приема части поступающей на станцию воды во время промывки одного из фильтров.Расчет параметров и числа фильтров для проектируемой водоочистной станции:а) необходимая площадь фильтровРасчетная производительность фильтров определяем по формуле 4.3Q_ф = 24* 70 * 6 = 10 080 м3 / сут [10] 1.3 Физико-химические методы обеззараживания воды Тепловой способКипячение воды в течение 12-20 мин убивает все неспорообразующие микроорганизмы. Для уничтожения спор применяют нагрев воды до 1200С под давлением или дробную стерилизацию воды – ее кипятят в течение 15 мин, охлаждают до 350С, выдерживают при этой температуре 2ч для прорастания спор и снова нагревают до кипения.Действие ультрафиолетового излучения. Вода, длительное время находящаяся на солнечном свету, освобождается от патогенных микроорганизмов. Облучение воды ультрафиолетовыми лучами хорошо обеззараживает воду, свободную от взвешенных и коллоидных примесей.Действие ионизирующего излучения. По литературным данным, облучение воды рентгеновскими лучами, ?- и ?- излучателями обеззараживает воду. Эти методы обеззараживания воды пока не нашли практического применения.Действие ультразвуковых колебаний убивает большинство микроорганизмов. Интенсивность ультразвукового излучения должна быть не менее 2 вт/см2 при продолжительности озвучивания не менее 5 мин. [10]Обеззараживание воды фильтрованием Большинство патогенных микроорганизмов (за исключением вирусов) имеет размер более 1-2 мк. Поэтому фильтрованием воды через фильтры с размерами пор менее 1 мк можно освободить ее от микроорганизмов. Метод этот пригоден только для обеззараживания подземных или хорошо осветленных вод с содержанием взвешенных веществ менее 2 мг/л, так как при большем содержании взвеси последняя быстро закупоривает поры фильтра, что приводит к резкому снижению его пропускной способности.В качестве обеззараживающих используют так называемые ультрафильтры из микропористой керамики или фарфора (фильтры Беркефельда, Шамберлена и др.), фильтры с асбестоцеллюлозными фильтрующими пластинами (фильтры Зейца), мембранные ультрафильтры и др.Ниже рассматриваются методы обеззараживания, получившие наибольшее распространение в практике очистки воды. [10]Обеззараживание воды озономЭто наиболее эффективный метод обеззараживания воды. Однако он весьма дорог.Схема современной озонаторной установки с глубоким осушением воздуха, охлаждением, вымораживанием и поглощением оставшейся влаги абсорбентами показана на рис. 5.1. Воздух забирается через жалюзийную решетку и проходит через кассетныйтвоздушный фильтр 1. Очищенный от пыли воздух сжимается компрессором 2 и направляется во второй кассетный фильтр 3, в котором очищается от мельчайших капелек масла, попадающих в воздух в компрессоре. По выходе из фильтра часть воздуха направляется в смеситель 4 фильтрованной станции для интенсификации смешивания озона с водой; остальной воздух идет на осушку. [3]Первый этап осушки воздуха происходит в оросительном холодильнике 5 вследствие конденсации влаги. Компримированный воздух из компрессора имеет температуру 40-500С. при его расширении и охлаждении в оросительном холодильнике выделяется часть влаги. Вода, орошающая трубки холодильника, по которым движется воздух, отводит выделившееся тепло.Охлажденный воздух поступает в кожухотрубный холодильник 6, в котором воздух поступает по трубам, охлаждаемым кипящим фреоном. Последний поступает от специальной установки 7. Влага из воздуха осаждается в виде инея на поверхности труб и удаляется при остановке и отогревании холодильников. Затем воздух пропускается через абсорбер 8, где остатки влаги сорбируются силикагелем или активной окисью алюминия. Для предотвращения нагрева за счет тепла, выделяющегося при сорбции воды, сорбент в абсорберах охлаждается водой, протекающей по змеевику, который расположен в слое сорбента.Регенерацию сорбента осуществляют продувкой его горячим воздухом (200- 2600С), подаваемым от электрокалорифера 9.Обеспыливание осушенного воздуха после адсорберов достигается с помощью тканевых фильтров 10, его окончательное охлаждение – в оросительных холодильниках 11. Осушенный и охлажденный воздух поступает в озонаторы 12, где часть кислорода воздуха под влиянием тихого электрического разряда превращается в озон. Из озонаторов смесь воздуха с озоном поступает в смеситель 4 для смешивания с обрабатываемой водой.Расход электроэнергии на получение 1 кг озона из кислорода хорошо осушенного воздуха колеблется для озонаторов различных типов в пределах от 13 до 29 квт ч, а при работе ни неосушенном воздухе – от 43 до 57 квт ч. [6]Обеззараживание воды с помощью бактерицидного излучения.Специфичность биологического действия различных по длине волны участков спектра лучистой энергии была установлена А.М. Маклаковым в 1889г. Дальнейшими исследованиями было показано, что высокой бактерицидностью обладает излучение с длиной волны от 2200 до 2800 А0. Этот участок ультрафиолетового спектра называется бактерицидным. Наиболее бактерицидно излучение с длинной волны около 2600 А0; излучение с длинами волн 2000 и 3100 А0 обладает бактерицидностью, уже в 100 раз меньшей.Отечественной промышленностью выпускаются ртутно-кварцевые бактерицидные лампы высокого давления (типа ПРК и РКС) и бактерицидные аргоно-ртутные лампы низкого давления (типа БУВ), которые используются для обеззараживания воды в практике водоснабжения. Обеззараживание воды бактерицидным излучением может производиться только тогда, когда подлежащая обеззараживанию вода обладает малой цветностью и не содержит коллоидных и взвешенных веществ, поглощающих и рассеивающих ультрафиолетовые лучи.В установках лоткового типа бактерицидные лампы располагаются над поверхностью воды, протекающей тонким слоем по дну лотка; в установках с погруженными лампами обеззараживаемая вода обтекает бактерицидную лампу, находящуюся в потоке воды .Расчет установок для обеззараживания воды бактерицидным излучением сводится к определению числа ламп, которые необходимы для создания потока бактерицидного излучения, достаточного для обеззараживания данной воды.Требуемое количество ламп (камер) п в установке определяют по формулеп = Fб/Fл,где Fб – необходимый для обеззараживания бактерицидный поток в вт;Fл – расчетный бактерицидный поток, создаваемый одной бактерицидной лампой после 4000-5000 ч работы, в вт.Необходимый для обеззараживания воды бактерицидный поток Fб вычисляют по формуле.Fб = QaRlg( Р/Ро ) / 1563,4 NnNоздесь Q – расчетный расход воды в м3/ч ;a – коэффициент поглощения облучаемой воды в см –1, равный : для бесцветных подземных вод, получаемых из глубоких подземных горизонтов, 0,1 см –1 ; для родниковой, грунтовой, подрусловой и инфильтрационной воды 0,15 см –1 ; для обработанной воды поверхностных источников водоснабжения 0,2 – 0,3 см –1 ;R – Коэффициент сопротивляемости облучаемых бактерий в мк вт сек / см2,принимаемый равным 2500 ;Ро – коли индекс воды в единицах на 1 л до облучения;Р – то же, после облучения, принимаемый согласно ГОСТ 2874 – 54 не более 3;Nп – коэффициент использования бактерицидного потока, принимаемый в зависимости от типа установки ( для установок ОВ – АКХ – 1 можно принимать около 0,9 ) ;Nо – коэффициент использования бактерицидного облучения, принимаемый равным 0,9.Расход электроэнергии на обеззараживание 1 м3 воды колеблется от 10 в том числе для чистых артезианских вод до 120 вт ч для речных вод после их очистки на обычной фильтровальной станции.[6]