Третий пояс охватывает территорию, окружающую источник, которая оказывает влияние на формирование качества воды в нем. Границы территории третьего пояса определяются исходя из возможности загрязнения источника химическими веществами.

1.8. Водопроводные очистные сооружения

Показатели качества воды. Основным источником цен-

трализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения в большинстве регионов Российской Федерации являются поверхностные воды рек, водохранилищ и озер. Количество загрязнений, попадающее в поверхностные источники водоснабжения разнообразно и зависит от профиля и объема промышленных и сельскохозяйственных предприятий, расположенных в районе водосбора.

Качество подземных вод отличается достаточным разнообразием и зависит от условий питания подземных вод, глубины залегания водоносного пласта, состава водовмещающих пород и т. д.

Показатели качества воды подразделяются на физические, химические, биологические и бактериальные. Для определения качества природных вод производят соответствующие анализы в наиболее характерные для данного источника периоды года.

К физическим показателям относят температуру, прозрачность (или мутность), цветность, запах, привкус.

Температура воды подземных источников характеризуется постоянством и находится в пределах 8…12 о С. Температура воды поверхностных источников меняется по сезонам года и зависит от поступления в них подземных и сточных вод, колеблется в пределах 0,1…30 о С. Температура питьевой воды должна находиться в пределах t = 7…10 о C, при t < 7 о C вода плохо очищается, при t > 10 о C происходит размножение в ней бактерий.

Прозрачность (или мутность) характеризуются наличием в воде взвешенных веществ (частиц песка, глины, ила). Концентрацию взвешенных веществ определяют весовым способом.

Предельно допустимое содержание взвешенных веществ в питьевой воде должно быть не более 1,5 мг/л.

Цветность воды обусловлена присутствием в воде гуминовых веществ. Цветность воды измеряется в градусах платиново-кобальтовой шкалы. Дляпитьевой воды допускаетсяцветностьнеболее20о .

Привкусы и запахи природных вод могут быть естественного и искусственного происхождения. Различают три основных вкуса природной воды: соленый, горький, кислый. Оттенки вкусовых ощущений, складываемых из основных, называют привкусами.

К запахам естественного происхождения относят землистый, рыбный, гнилостный, болотный и др. К запахам искусственного происхожденияотносятхлорный, фенольный, запахнефтепродуктови др.

Интенсивность и характер запахов и привкусов природной воды определяют органолептически, с помощью органов чувств человека по пятибалльной шкале. Питьевая вода может иметь запах и привкус интенсивностью не выше 2 баллов.

К химическим показателям относят: ионный состав, жесткость, щелочность, окисляемость, активная концентрация водородных ионов (рН), сухой остаток (общее солесодержание), а также содержание в воде растворенного кислорода, сульфатов и хлоридов, азотосодержащих соединений, фтора и железа.

Ионный состав, (мг-экв/л) – природные воды содержат различные растворенные соли, представленные катионами Ca+2 , Mg+2 , Na+ , K+ и анионами HCO3 – , SO4 –2 , Cl– . Анализ ионного состава позволяет выявить другие химические показатели.

Жесткость воды, (мг-экв/л) – обусловлена наличием в ней солей кальция и магния. Различают карбонатную и некарбонатную жест-

кость, их сумма определяет общую жесткость воды, Жо = Жк + Жнк . Карбонатная жесткость обусловлена содержанием в воде карбо-

натных и бикарбонатных солей кальция и магния. Некарбонатная жесткость обусловлена кальциевыми и магниевыми солями серной, соляной, кремниевой и азотной кислот.

Вода для хозяйственно-питьевых целей должна иметь общую жесткость не более 7 мг-экв/л.

Щелочность воды, (мг-экв/л) – обусловлена присутствием в природной воде бикарбонатов и солей слабых органических кислот.

Общая щелочность воды определяется суммарным содержанием в ней анионов: НСО3 – , СО3 –2 , ОН– .

Для питьевой воды щелочность не лимитируется. Окисляемость воды (мг/л) – обусловлена присутствием в ней ор-

ганических веществ. Окисляемость определяется количеством кислорода, необходимого для окисления органических веществ, находящихся в 1 л воды. Резкое повышение окисляемости воды (более 40 мг/л) свидетельствует о ее загрязнении бытовыми сточными водами.

Активная концентрация водородных ионов воды является показателем, характеризующим степень ее кислотности или щелочности. Количественно она характеризуется концентрацией водородных ионов. На практике активную реакцию воды выражают водородным показателем рН, являющимся отрицательным десятичным логарифмом концентрации водородных ионов: рН = – lg [Н + ]. Показатель величины рН воды составляет 1…14.

Природные воды по величине рН классифицируются: на кислые рН < 7; нейтральные рН = 7; щелочные рН > 7.

Дляпитьевыхцелей вода считаетсяпригоднойпри рН = 6,5…8,5. Солесодержание воды оценивается по сухому остатку (мг/л): пре-

сные100…1000; соленые3000…10000; сильносоленые10000…50000.

В воде источников хозяйственно-питьевого водоснабжения сухой остаток не должен превышать 1000 мг/л. При большей минерализации воды в организме человека наблюдается отложение солей.

Растворенный кислород – попадает в воду при ее контакте с воздухом. Содержание кислорода в воде зависит от температуры и давления.

В артезианских водах растворенного кислорода не встречается,

а в поверхностных водах его концентрация значительна.

В поверхностных водах содержание растворенного кислорода уменьшается при наличии в воде процессов брожения или гниения органических остатков. Резкое снижение содержания растворенного кислорода в воде указывает на ее органическое загрязнение. В природной воде содержание растворенного кислорода должно быть не

менее 4 мг О2 /л.

Сульфаты и хлориды − благодаря своей высокой растворимости содержатся во всех природных водах обычно в виде натриевых, каль-

циевых и магниевых солей: CaSO4 , MgSO4 , CaCI2 , MgCl2 , NaCl.

В питьевой воде содержание сульфатов рекомендуется не выше 500 мг/л, хлоридов – до 350 мг/л.

Азотосодержащие соединения – присутствуют в воде в виде ионов аммония NH4 + , нитритов NO2 – и нитратов NO3 – . Азотосодержащие загрязнения указывают на загрязненность природных вод бытовыми сточными водами и стоками от химических заводов. Отсутствие в воде аммиака и в то же время наличие нитритов и особенно нитратов свидетельствуют о том, что загрязнение водоема произошло давно, и вода

подверглась самоочищению. При высоких концентрациях в воде растворенного кислорода все соединения азота окисляются в ионы NO3 – .

Считается допустимым присутствие нитратов NO3 - в природной воде до 45 мг/л, азота аммонийного NH4 + .

Фтор − в природной воде содержится в количестве до 18 мл/л и более. Однако подавляющее большинство поверхностных источников характеризуется содержанием в воде фтор – иона до 0,5 мг/л.

Фтор является активным в биологическом отношении микроэлементом, количество которого в питьевой воде во избежание кариеса и флюороза, должно быть в пределах 0,7…1,5 мг/л.

Железо – довольно часто встречается в воде подземных источников в основном в виде растворенного бикарбоната двухвалентного железа Fe(HCO3 )2 . В поверхностных водах железо встречается реже и обычно в форме сложных комплексных соединений, коллоидов или тонкодисперсной взвеси. Присутствие железа в природной воде делает ее непригодной для использования в питьевых и производственных целях.

сероводород Н2 S.

Бактериологическими показателями – принято считать общее число бактерий и количество кишечных палочек, содержащихся в 1 мл воды.

Особую важность для санитарной оценки воды имеет определение бактерий группы кишечной палочки. Присутствие кишечной палочки свидетельствует о загрязнении воды фекальными стоками и о возможности попадания в воду болезнетворных бактерий, в частности бактерий брюшного тифа.

Бактериологическими загрязнениями являются бактерии и вирусы из числа патогенных (болезнетворных), живущие и развивающиеся в воде, которые могут вызывать заболевания брюшным тифом,

паратифом, дизентерией, бруцеллезом, инфекционным гепатитом, сибирской язвой, холерой, полиомиелитом.

Существуют два показателя бактериологического загрязнения воды: коли-титр и коли-индекс.

Коли-титр – количество воды в мл, приходящееся на одну кишечную палочку.

Коли-индекс – число кишечных палочек, находящихся в 1 л воды. Для питьевой воды коли-титр должен быть не менее 300 мл, ко- ли-индекс не более 3 кишечных палочек. Общее количество бактерий

в 1 мл воды допускается не более 100.

Принципиальная схема водопроводных очистных сооруже-

ний. Очистные сооружения являются одним из составных элементами систем водоснабжения и тесно связаны с ее другими элементам. Место расположения очистной станции назначают при выборе схемы водоснабжения объекта. Часто очистные сооружения располагают вблизи источника водоснабжения и в незначительном удалении от насосной станции первого подъема.

Традиционные технологии водоподготовки предусматривают обработку воды по классическим двухступенчатой или одноступенчатой схемам, основанным на применении микрофильтрации (в случаях наличия в воде водорослей в количестве более 1000 кл/мл), коагулирования с последующим отстаиванием или осветлением в слое взвешенного осадка, скорого фильтрования или контактного осветления и обеззараживания. Наибольшее распространение в практике водоочистки имеют схемы с самотечным движением воды.

Двухступенчатая схема подготовки воды для хозяйственнопитьевых целей представлена на рис. 1.8.1.

Вода, подаваемая насосной станцией первого подъема, поступает в смеситель, куда вводится раствор коагулянта и где происходит его смешение с водой. Из смесителя вода поступает в камеру хлопьеобразования и последовательно проходит через горизонтальный отстойник и скорый фильтр. Осветленная вода поступает в резервуар чистой воды. В трубу, подающую в резервуар воду, вводится хлор из хлораторной. Необходимый для обеззараживания контакт ее с хлором обеспечивается в резервуаре чистой воды. В некоторых случаях хлор в воду подают дважды: перед смесителем (первичное хлорирование) и после фильтров (вторичное хлорирование). При недостаточной щелочности исходной воды в смеситель одновременно с коагулянтом

подается раствор извести. Для интенсификации процессов коагуляции перед камерой хлопьеобразования или фильтрами вводят флокулянт.

Если исходная вода имеет привкус и запах, перед отстойниками или фильтрами через дозатор вводят активированный уголь.

Реагенты приготавливают в специальных аппаратах, расположенных в помещениях реагентного хозяйства.

От насосов первого

К насосам

Рис. 1.8.1. Схема очистных сооружений по очистке воды для хозяй- ственно-питьевых целей: 1 − смеситель; 2 − реагентное хозяйство; 3 − камера хлопьеобразования; 4 − отстойник; 5 − фильтры; 6 − резервуар чистой воды; 7 − хлораторная

При одноступенчатой схеме очистки воды ее осветление осуществляется на фильтрах или в контактных осветлителях. При очистке маломутных цветных вод применяется одноступенчатая схема.

Рассмотрим более подробно сущность основных процессов водоочистки. Коагулирование примесей называют процесс укрупнения мельчайших коллоидных частиц, происходящих вследствие их взаимного слипания под действием молекулярного притяжения.

Коллоидные частицы, содержащиеся в воде, имеют отрицательные заряды и находятся во взаимном отталкивании, поэтому не оседают. Коагулянт добавленный образует положительно заряженные ионы, что способствует взаимному притяжению противоположно заряженных коллоидов и приводит к образованию укрупненных частиц (хлопьев) в камерах хлопьеобразования.

В качестве коагулянтов применяют сернокислый алюминий, сернокислое закисное железо, полиоксихлорид алюминия.

Процесс коагуляции описывается следующими химическими реакциями

Al2 (SO4 )3 → 2Al3+ + 3SO4 2– .

После введения в воду коагулянта катионы алюминия взаимодействуют с ней

Al3+ + 3H2 O =Al(OH)3 ↓+ 3H+ .

Катионы водорода связываются присутствующими в воде бикарбонатами:

H+ + HCO3 – → CO2 + H2 O.

в воду добавляют соду:

2H+ + CO3 –2 → H2 O + CO2 .

Процесс осветления можно интенсифицировать при помощи высокомолекулярных флокулянтов (праестола, ВПК − 402), которые вводятся в воду после смесителя.

Тщательное перемешивание очищаемой воды с реагентами осуществляется в смесителях различных конструкций. Смешение реагентов с водой должно быть быстрым и осуществляться в течение 1–2 мин. Применяются следующие виды смесителей: дырчатые (рис. 1.8.2), перегородчатые (рис. 1.8.3) и вертикальные (вихревые) смесители.

+β h1

2bл

Рис. 1.8.2. Дырчатый смеситель

Рис. 1.8.3. Перегородчатый смеситель

Смеситель дырчатого типа применяется на станциях обработки воды производительностью до 1000 м3 /ч. Он выполняется в виде железобетонного лотка с вертикальными перегородками, установленными перпендикулярно движению воды и снабженными отверстиями, расположенными в несколько рядов.

Перегородчатый смеситель применяется на водоочистных станциях производительностью не более 500–600 м3 /ч. Смеситель состоит из лотка с тремя поперечными вертикальными перегородками. В первой и третьей перегородках устраивают проходы для воды, размещенные в центральной части перегородок. В средней перегородке предусмотрены два боковых прохода для воды, примыкающих к

стенкам лотка. Благодаря такой конструкции смесителя возникает турбулентность движущегося потока воды, обеспечивающая полное смешение реагента с водой.

На станциях, где вода обрабатывается известковым молоком, применение дырчатых и перегородчатых смесителей не рекомендуется, так как скорость движения воды в этих смесителях не обеспечивает поддержания частиц извести во взвешенном состоянии, что приво-

	дит к их осаждению перед перегородками.
	На водоочистных станциях наи-
	большее применение нашли вертикаль-
	ные смесители (рис. 1.8.4). Смеситель
	этого типа может быть квадратного или
	круглого сечения в плане, с пирами-
	дальной или конической нижней частью.
	В перегородчатых камерах хлопье-
	образования устраивают ряд перегоро-
	док, которые заставляют воду менять							Реагенты
	направление своего движения либо в
	вертикальной, либо в горизонтальной
	плоскости, что и обеспечивает необхо-
	димое перемешивание воды.		Рис. 1.8.4. Вертикальный (вих-
	Для перемешивания воды и обес-
			ревой) смеситель: 1 – подача
		более полной агломерации	исходной воды; 2 – отвод воды
	мелких хлопьев коагулянта в крупные				из смесителя
	служат камеры хлопьеобразования. Их

установка необходима перед горизонтальными и вертикальными отстойниками. При горизонтальных отстойниках следует устраивать следующие типы камер хлопьеобразования: перегородчатые, вихревые, встроенные со слоем взвешенного осадка и лопастные; при вертикальных отстойниках – водоворотные.

Удаление взвешенных веществ из воды (осветление) осуществляется путем отстаивания ее в отстойниках. По направлению движения воды отстойники бывают горизонтальные, радиальные и вертикальные.

Горизонтальный отстойник (рис. 1.8.5) представляет собой прямоугольный в плане железобетонный резервуар. В нижней его части имеется объем для накопления осадка, который удаляется по каналу. Для более эффективного удаления осадка дно отстойника выполняют с уклоном. Обрабатываемая вода поступает через распределительный

лоток (или затопленный водослив). Пройдя через отстойник, вода собирается лотком или перфорированной (дырчатой) трубой. В последнее время применяют отстойники с рассредоточенным сбором осветленной воды, устраивая специальные желоба или перфорированные трубы в верхней их части, что позволяет увеличить производительность отстойников. Горизонтальные отстойники применяют на очистных станциях производительностью более 30 000 м3 /сут.

Разновидностью горизонтальных отстойников являются радиальные отстойники, имеющие механизм для сгребания осадка в приямок, располагаемый в центре сооружения. Из приямка осадок откачивается насосами. Конструкция радиальных отстойников сложнее, чем горизонтальных. Применяют их для осветления вод с большим содержанием взвешенных веществ (более 2 г/л) и в системах оборотного водоснабжения.

Вертикальные отстойники (рис. 1.8.6) круглой или квадратной формы в плане имеют коническое или пирамидальное днище для накопления осадка. Эти отстойники применяют при условии предварительного коагулирования воды. Камера хлопьеобразования, в основном водоворотная, располагается в центре сооружения. Осветление воды происходит при восходящем ее движении. Осветленная вода собирается кольцевыми и радиальными лотками. Осадок из вертикальных отстойников выпускают под гидростатическим напором воды без выключения сооружения из работы. Вертикальные отстойники применяют в основном при расходах 3000 м3 /сут.

Осветлители со взвешенным слоем осадка предназначены для предварительного осветления воды перед фильтрованием и только при условии предварительного коагулирования.

Осветлители со взвешенным слоем осадка могут быть разных типов. Одним из наиболее распространенных является осветлитель коридорного типа (рис. 1.8.7), который представляет собой прямоугольный в плане резервуар, разделенный на три секции. Две крайние секции являются рабочими камерами осветлителями, а средняя секция служит осадкоуплотнителем. Осветляемая вода подается у дна осветлителя по дырчатым трубам и равномерно распределяется по площади осветлителя. Затем она проходит через взвешенный слой осадка, осветляется и по дырчатому лотку или трубе, располагаемым на некотором расстоянии над поверхностью взвешенного слоя, отводится на фильтры.

Для глубокого осветления воды применяют фильтры, которые способны улавливать из нее практически все взвеси. Существуют так

же фильтры и для частичной очистки воды. В зависимости от природы и типа фильтрующего материала различают следующие типы фильтров: зернистые (фильтрующий слой − кварцевый песок, антрацит, керамзит, горелые породы, гранодиарит, пенополистирол и др.); сетчатые (фильтрующий слой – сетка с размером ячеек 20–60 мкм); тканевые (фильтрующий слой – хлопчатобумажные, льняные, суконные, стеклянные или капроновые ткани); намывные (фильтрующий слой − древесная мука, диатомит, асбестовая крошка и другие материалы, намываемые в виде тонкого слоя на каркас из пористой керамики, металлической сетки или синтетической ткани).

Рис. 1.8.5. Горизонтальный отстойник: 1 – подача исходной воды; 2 – отвод очищенной воды; 3 – отвод осадка; 4 – распределительные карманы; 5 – распределительные решетки; 6 – зона накопления осадка;

7 – зона отстаивания

Рис. 1.8.6. Вертикальный отстойник: 1 – камера хлопьеобразования; 2 – сегнетово колесо с насадками; 3 – гаситель; 4 – подача исходной воды (из смесителя); 5 – сборный желоб вертикального отстойника; 6 – труба для отвода осадка из вертикального отстойника; 7 – отвод

воды из отстойника

Зернистые фильтры применяют для очистки хозяйственнопитьевой и технической воды от тонкодисперсной взвеси и коллоидов; сетчатые – для задержания грубодисперсных взвешенных и плавающих частичек; тканевые – для очистки маломутных вод на станциях небольшой производительности.

Для очистки воды в коммунальном водоснабжении применяются зернистые фильтры. Важнейшей характеристикой работы фильтров является скорость фильтрования, в зависимости от которой фильтры подразделяют на медленные (0,1–0,2), скорые (5,5–12) и сверхскоро-

Рис. 1.8.7. Коридорный осветлитель со взвешенным осадком с вертикальным осадкоуплотнителем: 1 – коридоры-осветлители; 2 – осадкоуплотнитель; 3 – подача исходной воды; 4 – сборные карманы для отвода осветленной воды; 5 – отвод осадка из осадкоуплотнителя; 6 – отвод осветленной воды из осадкоуплотнителя; 7 – осадкоприемные

окна с козырьками

Наибольшее распространение получили скорые фильтры, на которых осветляется предварительно коагулированная вода (рис. 1.8.8).

Вода, поступающая на скорые фильтры после отстойника или осветлителя, не должна содержать взвешенных веществ более 12–25 мг/л, а послефильтрованиямутностьводынедолжна превышать1,5 мг/л

Контактные осветлители по устройству аналогичны скорым фильтрам и являются их разновидностью. Осветление воды, основанное на явлении контактной коагуляции, происходит при движении ее снизу вверх. Коагулянт вводят в обрабатываемую воду непосредственно перед ее фильтрованием через песчаную загрузку. За короткое время до начала фильтрования образуются лишь мельчайшие хлопья взвесей. Дальнейший процесс коагуляции происходит на зернах загрузки, к которым прилипают ранее образовавшиеся мельчайшие хлопья. Этот процесс, называемый контактной коагуляцией, происходит быстрее, чем обычная коагуляция в объеме, и требует меньшего количества коагулянта. Контактные осветлители промывают путем

Обеззараживание воды. В современных очистных сооружениях обеззараживание воды производится во всех случаях, когда источник водоснабжения ненадежен с санитарной точки зрения. Обеззараживание может быть осуществлено хлорированием, озонированием и бактерицидным облучением.

Хлорирование воды. Способ хлорирования является наиболее распространенным способом обеззараживания воды. Обычно для хлорирования используют жидкий или газообразный хлор. Хлор обладает высокой дезинфицирующей способностью, относительно стоек и длительное время сохраняет активность. Он легко дозируется и контролируется. Хлор действует на органические вещества, окисляя их, и на бактерии, которые погибают в результате окислений веществ, входящих в состав протоплазмы клеток. Недостатком обеззараживания воды хлором является образование токсичных летучих галогенорганических соединений.

Одним из перспективных способов хлорирования воды является использование гипохлорита натрия (NaClO), получаемого электролизом 2–4 % раствора поваренной соли.

Диоксид хлора (ClO2 ) позволяет уменьшить возможность образования побочных хлорорганических соединений. Бактерицидность диоксида хлора более высокая чем хлора. Особенно эффективен диоксид хлора при обеззараживании воды с высоким содержанием органических веществ и аммонийных солей.

Остаточная концентрация хлора в питьевой воде не должна превышать 0,3–0,5 мг/л

Взаимодействие хлора с водой осуществляется в контактных резервуарах. Продолжительность контакта хлора с водой до поступления ее к потребителям должна быть не менее 0,5 ч.

Бактерицидное облучение . Бактерицидное свойство ультрафиолетовых лучей (УФ) обусловлено действием на клеточный обмен и особенно на ферментные системы бактериальной клетки, кроме того, под действием УФ-излучения происходят фотохимические реакции в структуре молекул ДНК и РНК, приводящими к их необратимым повреждениям. УФ-лучи уничтожают не только вегетативные, но и споровые бактерии, тогда как хлор действует только на вегетативные. К достоинствам УФ-излучения следует отнести отсутствие какого-либо воздействия на химический состав воды.

Для обеззараживания воды таким способом ее пропускают через установку, состоящую из ряда специальных камер, внутри которых размещены ртутно-кварцевые лампы, заключенные в кварцевые кожухи. Ртутно-кварцевые лампы выделяют ультрафиолетовое излучение. Производительность такой установки в зависимости от числа камер составляет 30…150 м3 /ч.

Эксплуатационные расходы на обеззараживание воды облучением и хлорированием примерно одинаковы.

Однако следует отметить, что при бактерицидном облучении воды затруднен контроль эффекта обеззараживания, тогда как при хлорировании этот контроль осуществляется достаточно просто по наличию остаточного хлора в воде. Помимо этого данный способ невозможно использовать для обеззараживания воды с повышенной мутностью и цветностью.

Озонирование воды. Озон применяется с целью глубокой очистки воды и окисления специфических органических загрязнений антропогенного происхождения (фенолов, нефтепродуктов, СПАВ, аминов, и др.). Озон позволяет улучшить протекание процессов коагуляции, сократить дозу хлора и коагулянта, уменьшить концентра-

цию ЛГС, повысить качество питьевой воды по микробиологическими и органическим показателям.

Озон наиболее целесообразно применять совместно с сорбционной очисткой на активных углях. Без озона во многих случаях невозможно получить воду, соответствующую СанПиН. В качестве основных продуктов реакции озона с органическими веществами называют такие соединения, как формальдегид и ацетальдегид, содержание которых нормируется в питьевой воде на уровне 0,05 и 0,25 мг/л соответственно.

Озонирование основано на свойстве озона разлагаться в воде с образованием атомарного кислорода, разрушающего ферментные системы микробных клеток и окисляющего некоторые соединения. Количество озона, необходимое для обеззараживания питьевой воды, зависит от степени загрязнения воды и составляет не более 0,3–0,5 мг/л. Озон токсичен. Предельно допустимое содержание этого газа в воздухе производственных помещений 0,1 г/м3 .

Обеззараживание воды озонированием по санитарным и техническим нормам является наилучшим, но сравнительно дорогим. Установка для озонирования воды представляет собой сложный и дорогой комплекс механизмов и оборудования. Существенным недостатком озонаторной установки является значительное потребление электроэнергии для получения из воздуха очищенного озона и подачи его в обрабатываемую воду.

Озон, являясь сильнейшим окислителем, может применяться не только для обеззараживания воды, но и для ее обесцвечивания, а также для устранения привкусов и запахов.

Доза озона, необходимая для обеззараживания чистой воды, не превышает 1 мг/л, для окисления органических веществ при обесцвечивании воды – 4 мг/л.

Продолжительность контакта обеззараживаемой воды с озоном составляет примерно 5 мин.

Основные методы улучшения качества природной воды и состав сооружений зависят от качества воды в источнике, от назначения водопровода. К основным методам очистки воды относятся:

1. осветление , которое достигается путем отстаивания воды в отстойнике или осветлителях для осаждения взвешенных частиц, находящихся в воде, и фильтрованием воды через фильтрующий материал;

2. обеззараживание (дезинфекция) для уничтожения болезнетворных бактерий;

3. умягчение – уменьшение в воде солей кальция и магния;

4. специальная обработка воды – обессоливание (опреснение), обезжелезивание, стабилизация – применяют, в основном для производственных целей.

Схема сооружений для подготовки питьевой воды с применением отстойника и фильтра показана на рис. 1.8.

Очистка природной воды для питьевых целей состоит из следующих мероприятий: коагулирование, осветление, фильтрование, обеззараживание с помощью хлорирования.

Коагулирование используетсядля ускорения процесса осаждения взвешенных веществ. Для этого в воду добавляют химические реагенты, так называемые коагулянты, которые вступают в реакцию с находящимися в воде солями, способствуя осаждению взвешенных и коллоидных частиц. Раствор коагулянта готовится и дозируется на установках, называемых реагентным хозяйством. Коагулирование является весьма сложным процессом. В основном коагулянты укрупняют взвешенные вещества путем их слипания. В качестве коагулянта в воду вводят соли алюминия или железа. Чаще используют сернокислый алюминий Al2(SO4)3, железный купорос FeSO4, хлорное железо FeCl3. Их количество зависит от рН воды (активная реакция воды рН определяется концентрацией водородных ионов: рН=7 среда нейтральная, рН>7-кислая, рН<7-щелочная). Доза коагулянта зависит от мутности и цветности воды и определяется согласно СНиП РК 04.01.02.–2001 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения». Для коагулирования используют мокрый способ дозирования реагентов. Коагулянт вводят в воду уже растворенный. Для этого имеется растворный бак, два расходных бака, где готовится раствор определенной концентрации путем добавления воды. Готовый раствор коагулянта подается в дозировочный бачок, имеющий поплавковый клапан, поддерживающий постоянный уровень воды. Затем из него раствор подается в смесители.

Рис. 1.8. Схемы станций водоподготовки: с камерой образования хлопьев, отстойниками и фильтрами (А); с осветлителем со взвешенным осадком и фильтрами (Б)

1 – насос первого подъема; 2 – реагентный цех; 3 – смеситель; 4 – камерахлопьеобразования; 5 – отстойник; 6 – фильтр; 7 – трубопровод для входа хлора; 8 – резервуар очищенной воды; 9 – насос второго подъема; 10 – осветлитель со взвешенным осадком

Для ускорения процесса коагулирования вводят флокулянты: полиакриламид, кремнекислоту. Наиболее распространены следующие конструкциисмесителей: перегородчатые, дырчатые и вихревые. Процесс смешивания должен проходить до образования хлопьев, поэтому пребывание воды в смесителе не более 2 минут. Смеситель перегородчатый – лоток с перегородками под углом 45°. Вода несколько раз меняет свое направление, образуя интенсивные завихрения, и способствует перемешиванию коагулянта. Дырчатые смесители – в поперечных перегородках имеются отверстия, вода, проходя через них, также образует завихрения, способствуя перемешиванию коагулянта. Вихревые смесители – вертикальные смесители, где перемешивание происходит за счет турбулизации вертикального потока.

Из смесителя вода поступает в камеру хлопьеобразования (камера реакций). Здесь она находится 10 – 40 минут для получения крупных хлопьев. Скорость движения в камере такая, что не происходит выпадение хлопьев и их разрушение.

Различают камеры хлопьеобразования: водоворотные, перегородчатые, лопастные, вихревые в зависимости от способа перемешивания. Перегородчатые – железобетонный резервуар разделяется перегородками (продольными) на коридоры. Вода проходит по ним со скоростью 0,2 – 0,3 м/с. Число коридоров зависит от мутности воды. Лопастные – с вертикальным или горизонтальным расположением вала мешалок. Вихревые – резервуар в виде гидроциклона (конические, расширяющиеся кверху). Вода поступает снизу и движется с уменьшающейся скоростью от 0,7 м/с до 4 – 5 мм/с, при этом периферийные слои воды втягиваются в основной, создается вихревое движение, что способствует хорошему перемешиванию и хлопьеобразованию. Из камеры хлопьеобразования вода поступает в отстойник или осветлители для осветления.

Осветление – это процесс выделения из воды взвешенных веществ при ее движении с малыми скоростями через специальные сооружения: отстойники, осветлители. Осаждение частиц происходит под действием силы тяжести, т.к. удельный вес частиц больше удельного веса воды. Источники водоснабжения имеют различное содержание взвешенных частиц, т.е. имеют разную мутность, следовательно, продолжительность осветления будет разной.

Различают отстойники горизонтальные, вертикальные и радиальные.

Горизонтальные отстойники используются при производительности станции более 30000 м 3 /сут., представляют собой прямоугольный резервуар с обратным уклоном дна для удаления скопившегося осадка путем обратной промывки. Подача воды осуществляется с торца. Относительно равномерное движение достигается устройством дырчатых перегородок, водосливов, сборных карманов, желобов. Отстойник может быть двухсекционным, при ширине секции не более 6 м. Время отстаивания – 4 часа.

Вертикальные отстойники – при производительности станции очистки до 3000 м 3 /сут. В центре отстойника имеется труба, куда подается вода. Отстойник круглый или квадратный в плане с коническим дном (a=50-70°). По трубе вода опускается вниз отстойника, а затем поднимается вверх с малой скоростью в рабочую часть отстойника, где через водослив собирается в круговом лотке. Скорость восходящего потока 0,5 – 0,75 мм/с, т.е. она должна быть меньше скорости осаждения взвешенных частиц. При этом диаметр отстойника не более 10 м, отношение диаметра отстойника к высоте осаждения равна 1,5. Число отстойников не менее 2-х. Иногда отстойник совмещают с камерой хлопьеобразования, которая располагается вместо центральной трубы. В этом случае вода поступает из сопла по касательной со скоростью 2 – 3 м/с, создавая условия для хлопьеобразования. Для гашения вращательного движения в нижней части отстойника устраивают решетки. Время отстаивания в вертикальных отстойниках – 2 часа.

Радиальные отстойники – это круглые резервуары с малоконическим дном, применяются в промышленном водоснабжении, при высоком содержании взвешенных частиц при производительности более 40000 м 3 /сут.

Вода подается в центр, а затем движется в радиальном направлении к сборному лотку по периферии отстойника, из которого отводится по трубе. Осветление также происходит за счет создания малых скоростей движения. Отстойники имеют небольшую глубину 3 – 5 м в центре, 1,5 – 3 м на периферии, диаметр 20 – 60 м. Осадок удаляют механизированным способом, скребками, не прекращая работу отстойника.

Осветлители. Процесс осветления в них происходит интенсивнее, т.к. вода после коагулирования проходит через слой взвешенного осадка, который поддерживается в таком состоянии током воды (рис. 1.9).

Частицы взвешенного осадка способствуют большему укрупнению хлопьев коагулянта. Крупные хлопья могут задержать больше взвешенных частиц в осветляемой воде. Такой принцип положен в основу работы осветлителей с взвешенным осадком. Осветлители при равных объемах с отстойниками имеют большую производительность, требуют меньше коагулянта. Для удаления воздуха, который может взмучивать взвешенный осадок, вода предварительно направляется в воздухоотделитель. В осветлитель коридорного типа осветляемая вода подается по трубе снизу и распределяется дырчатыми трубами в боковых отсеках (коридорах) в нижней части.

Скорость восходящего потока в рабочей части должна быть 1-1,2 мм/с, чтобы хлопья коагулянта находились во взвешенном состоянии. При прохождении через слой взвешенного осадка взвешенные частицы задерживаются, высота взвешенного осадка 2 – 2,5 м. Степень осветления выше, чем в отстойнике. Выше рабочей части находится защитная зона, где взвешенного осадка нет. Затем осветленная вода попадает в сборный лоток, из которого по трубопроводу подается на фильтр. Высота рабочей части (зоны осветления) – 1,5-2 м.

Фильтрование воды. После осветления вода фильтруется, для этого используют фильтры, имеющие слой фильтрующего мелкозернистого материала, в котором при прохождении воды задерживаются частицы мелкой взвеси. Фильтрующий материал – кварцевый песок, гравий, дробленый антрацит. Фильтры бывают скорые, сверхскоростные, медленные: скорые – работают с коагулированием; медленные – без коагулирования; сверхскоростные – с коагулированием и без.

Различают фильтры напорные (сверхскоростные), безнапорные (скорые и медленные). В напорных фильтрах вода через слой фильтра проходит под напором, создаваемым насосами. В безнапорных – под напором, созданным разностью отметок воды в фильтре и на выходе из него.

Рис. 1.9. Осветлитель со взвешенным осадком коридорного типа

1 – рабочая камера; 2 – осадкоуплотнитель; 3 – окна прикрытые козырьками; 4 – трубопроводы для подачи осветляемой воды; 5 – трубопроводы для выпуска осадка; 6 – трубопроводы для отбора воды из осадкоуплотнителя; 7 – задвижка; 8 – желоба; 9 – сборный лоток

В открытых (безнапорных) скорых фильтрах вода подается с торца в карман и проходит сверху вниз через слой фильтра и поддерживающий слой гравия, затем через дырчатое дно поступает в дренаж, оттуда по трубопроводу в резервуар чистой воды. Промывка фильтра проходит обратным током через отводящий трубопровод снизу вверх, вода собирается в промывных желобах, затем отводится в канализацию. Толщина фильтровой загрузки зависит от крупности песка и принимается 0,7 – 2 м. Расчетная скорость фильтрования – 5,5-10 м/ч. Время промывания – 5-8 минут. Назначение дренажа – равномерное отведение профильтрованной воды. Сейчас используют двухслойные фильтры, загружают вначале (сверху вниз) дробленый антрацит (400 – 500 мм), затем песок (600 – 700 мм), поддерживающий гравийный слой (650 мм). Последний слой служит для предотвращения вымывания фильтровой загрузки.

Кроме однопоточного фильтра (о котором уже сказано), используют двухпоточные, в которых подача воды осуществляется двумя потоками: сверху и снизу, отвод профильтрованной воды по одной трубе. Скорость фильтрования – 12 м/час. Производительность двухпоточного фильтра в 2 раза больше однопоточного.

Обеззараживание воды. При отстаивании и фильтровании задерживается большая часть бактерий до 95 %. Оставшиеся бактерии уничтожаются в результате обеззараживания.

Обеззараживание воды достигается следующими способами:

1. Хлорирование проводят жидким хлором и хлорной известью. Эффект хлорирования достигается при интенсивности перемешивания хлора с водой в трубопроводе или в специальном резервуаре в течение 30 минут. На 1 л фильтрованной воды вводят 2-3 мг хлора, а на 1л нефильтрованной воды – 6 мг хлора. Вода, поступающая к потребителю, должна содержать 0,3 – 0,5 мг хлора на 1 л, так называемый остаточный хлор. Обычно используют двойное хлорирование: до и после фильтрования.

Дозируют хлор в специальных хлораторах, которые бывают напорные и вакуумные. Напорные хлораторы имеют недостаток: жидкий хлор находится под давлением выше атмосферного, поэтому возможны утечки газа, который ядовит; вакуумные – не имеют этого недостатка. Хлор доставляется в сжиженном виде в баллонах, из него хлор переливают в промежуточный, где он переходит в газообразное состояние. Газ поступает в хлоратор, где растворяется в водопроводной воде, образуя хлорную воду, которая затем вводится в трубопровод, транспортирующий воду, предназначенную для хлорирования. При повышении дозы хлора в воде остается неприятный запах, такую воду надо дехлорировать.

2. Озонирование – это обеззараживание воды озоном (окисление бактерии атомарным кислородом, получаемым при расщеплении озона). Озон устраняет цветность, запахи и привкусы воды. Для обеззараживания 1л подземных источников необходимо 0,75 – 1 мг озона, 1 л фильтрованной воды поверхностных источников – 1-3 мг озона.

3. Ультрафиолетовое облучение производят с помощью ультрафиолетовых лучей. Этот способ используют для обеззараживания подземных источников с небольшими расходами и фильтрованной воды поверхностных источников. В качестве источников излучения служат ртутно-кварцевые лампы высокого и низкого давления. Различают напорные установки, которые устанавливают в напорных трубопроводах, безнапорные – на горизонтальных трубопроводах и в специальных каналах. Эффект обеззараживания зависит от продолжительности и интенсивности излучения. Этот метод не применяется для вод высокой мутности.

Водопроводная сеть

Водопроводные сети разделяются на магистральные и распределительные. Магистральные – транспортируют транзитные массы воды к объектам потребления, распределительные – подводят воду из магистралей к отдельным зданиям.

При трассировке водопроводных сетей следует учитывать планировку объекта водоснабжения, размещение потребителей, рельеф местности.

Рис. 1.10. Схемы водопроводных сетей

а – разветвленная (тупиковая); б – кольцевая

По очертанию в плане водопроводные сети различают: тупиковые и кольцевые.

Тупиковые сети используют для тех объектов водоснабжения, которые допускают перерыв в подаче воды (рис. 1.10, а). Кольцевые сети более надежны в работе, т.к. в случае аварии на одной из линий потребители будут снабжаться водой по другой линии (рис. 1.10, б). Противопожарные водопроводные сети обязательно должны быть кольцевыми.

Для наружного водопровода используют чугунные, стальные, железобетонные, асбестоцементные, полиэтиленовые трубы.

Чугунные трубы с антикоррозийным покрытием долговечны и применяются широко. Недостаток – плохое сопротивление динамическим нагрузкам. Чугунные трубы – раструбные, диаметром 50 – 1200 мм при длине 2 – 7 м. От коррозии трубы асфальтируют изнутри и снаружи. Заделку стыков выполняют просмоленной прядью при помощи конопатки, затем стык заделывают асбестоцементом с уплотнением при помощи молотка и чеканки.

Стальные трубы диаметром 200 – 1400 мм применяют при укладке водоводов и распределительных сетей при давлении больше 10 атм. Стальные трубы соединяют при помощи сварки. Водогазопроводные – на муфтах с резьбой. Снаружи покрываются стальные трубы битумной мастикой или крафт-бумагой в 1 – 3 слоя. По способу изготовления трубы различают: прямошовные сварные трубы диаметром 400 – 1400 мм, длиной 5 – 6 м; бесшовные (горячекатаные) диаметром 200 – 800 мм.

Асбестоцементные трубы выпускают диаметром 50 – 500 мм, длиной 3 – 4 м. Преимущество – диэлектричность (не подвергаются действию блуждающих электрических токов). Недостаток: подвергаются механическим воздействиям, связанным с динамическими нагрузками. Поэтому нужно соблюдать осторожность при транспортировке. Соединение – муфтовое с резиновыми кольцами.

Железобетонные трубы диаметром 500 – 1600 мм используются в качестве водоводов, соединение – пальцевое.

Полиэтиленовые трубы стойки против коррозии, прочны, долговечны, оказывают меньшее гидравлическое сопротивление. Недостаток – большой коэффициент линейного расширения. При выборе материала труб следует учитывать условия проектирования, климатические данные. На водопроводных сетях для нормальной эксплуатации устанавливают арматуру: запорно-регулирующую (задвижки, вентили), водоразборную (колонки, краны, гидранты), предохранительную (обратные клапаны, воздушные вантузы). В местах установки фасонных частей и арматуры устраивают смотровые колодцы. Водопроводные колодцы на сетях устраивают из сборного железобетона.

Расчет водопроводной сети заключается в установлении диаметра труб, достаточном для пропуска расчетных расходов, и определении потерь напора в них. Глубина заложения водопроводных труб зависит от глубины промерзания грунта, материала труб. Глубина заложения труб (до низа трубы) должна быть на 0,5 м ниже расчетной глубины промерзания грунта в данном климатическом регионе.

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.

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:

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

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.