Содержание
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Основными недостатками данной схемы очистки воды является более сложное устройство и эксплуатация осветлителей со взвешенным осадком, чем отстойников, кроме того применение осветлителей ограничивается мутностью и цветностью обрабатываемой воды.
Поэтому такая схема очистки применима при мутности обрабатываемой воды не менее 100 и не более 2500 мг/л и цветности не превышающей 150 о .
Схемы очистки подземных воддля хозяйственно-питьевого водоснабжения в ряде случаев более просты, чем поверхностных вод, так как включают в основном сооружения для обеззараживания воды. При использовании подземных вод с повышенной жесткостью или содержанием железа схемы их обработки включают сооружения для умягчения или обезжелезивания воды.
Комплекс очистных сооружений должен быть запроектирован на расчетный расход, включающий максимальное суточное водопотребление снабжаемого объекта и использование воды на собственные нужды станции.
Смесителипредназначены для ускорения реакции коагуляции. Из различных конструкций смесителей наибольшее применение получил вертикальный вихревой смеситель, который работает следующим образом.
Вода от насосов I-го подъема по трубопроводу подается в нижнюю часть смесителя, сюда же по трубам подаются реагенты (коагулянт, известь)
При прохождении потока воды через смеситель снизу вверх с убывающей скоростью в диффузоре создаются интенсивные вихри, интенсивно перемешивающие реагенты с водой. Продолжительность перемешивания реагентов с обрабатываемой водой составляет 1,5…2 мин.
Сбор и отвод воды из верхней части смесителя производится при помощи периферийного желоба с затопленными отверстиями. Восходящая скорость воды в верхней части смесителя должна быть в пределах 25…28 мм/с.
Схема устройства вертикального вихревого смесителя представлена на рис. 42.
Рис. 42. Схема устройства вертикального вихревого смесителя:
1 — трубопровод подачи воды; 2 и 5 – трубы подачи реагентов; 3 – диффузор; 4 – периферийный желоб.
Отстойники и камеры хлопьеобразования.Для осветления воды применяют вертикальные и горизонтальные отстойники с встроенными в них камерами хлопьеобразования.
Вертикальные отстойники применяют на очистных станциях небольшой производительности (3…5 тыс. м 3 /сут). Отстойники устраивают из железобетона, в плане круглой формы с коническим дном. Схема устройства вертикального отстойника представлена на рис. 43.
Вода из смесителя поступает в центральную трубу отстойника через два тангенциально расположенные сопла. Центральная труба размещается посередине отстойника и является водоворотной камерой хлопьеобразования.
Скорость воды при выходе из сопла составляет 2,5…3 м/с. При такой скорости в центральной трубе образуется спиралеобразный нисходящий поток воды. В результате происходит равномерное перемешивание потока воды и создаются благоприятные условия для образования хлопьев коагулянта.
При выходе из камеры хлопьеобразования вода медленно со скоростью 0,5…0,6 мм/с поднимается вверх через зону осаждения.
Укрупняющиеся в отстойнике хлопья взвеси осаждаются на дно в зону накопления осадка, а осветленная вода с некоторым остатком мелкой взвеси сливается в водосборные желоба и далее отводится на фильтры. Осадок из зоны накопления периодически отводится в водосток.
Рис. 43. Схема устройства вертикального отстойника:
1 — тангенциально расположенные сопла; 2 – центральная труба; 3 – водосборные желоба;
4 – зона осаждения; 5 – зона накопления осадка.
Горизонтальные отстойникиприменяют на очистных станциях производительностью более 30 тыс. м 3 /сут. Отстойники представляют собой прямоугольные в плане резервуары, устраиваемые из железобетона. Схема устройства горизонтального отстойника показана на рис. 44.
В горизонтальном отстойнике с встроенной камерой хлопьеобразования вода из смесителя поступает через дырчатые распределительные трубы в нижнюю часть камеры хлопьеобразования. Затем вода медленно со скоростью не более 3 мм/с поднимается вверх через слой взвешенного осадка, переливается через водослив и, пройдя под перегородку, выходит в зону осаждения отстойника.
Далее вода со скоростью 5…7 мм/с движется почти горизонтально вдоль отстойника и освобождается от взвеси, выпадающей в зону накопления и уплотнения осадка. Осветленная вода сливается в водосборный желоб и отводится на фильтры. Осадок из зоны накопления и уплотнения периодически удаляется в сток через систему дырчатых труб или лотков.
Рис. 44. Схема устройства горизонтального отстойника:
1 – дырчатые распределительные трубы; 2 – нижняя часть камеры хлопьеобразования; 3 – водослив; 4 – перегородка; 5 – зона осаждения; 6 – водосборный желоб; 7 — система дырчатых труб; 8 – зона накопления и удаления осадка.
Осветлители со взвешенным осадком применяются в большинстве случаев на водоочистных станциях производительностью до 50 тыс. м 3 /сут. Из различных конструкций осветлителей наибольшее распространение получил коридорный осветлитель с вертикальным осадкоуплотнителем, представленный на рис. 45.
Рис. 45. Схема осветлителя со взвешенным осадком:
1 – дырчатые распределительные трубы; 2 – зона реакции; 3 – зона взвешенного осадка; 4 – зона осветления; 5 – водосборные желоба; 6 – дырчатые трубы; 7 – зона отделения осадка; 8 – шламоотводные окна; 9 – дно зоны накопления; 10 – шламоотводные дырчатые трубы; 11 – задвижка; 12 – водосборный карман; 13 – трубопровод отвода осветленной воды.
Осветлитель с вертикальным осадкоуплотнителем представляет собой прямоугольный в плане железобетонный резервуар, разделенный на три секции. Боковые секции являются рабочими камерами осветлителя, а центральная секция служит осадкоуплотнителем.
Вода из смесителя поступает через дырчатые распределительные трубы в рабочие камеры осветлителя. Пройдя снизу вверх через зону реакции, зону взвешенного осадка и зону осветления, обрабатываемая вода сливается в водосборные желоба и далее в водосборный карман, откуда по трубопроводу отводится на фильтры.
Фильтры.Наиболее часто в условиях железнодорожного водоснабжения для осветления воды применяются открытые (безнапорные) фильтры. Такой фильтр представляет собой прямоугольный железобетонный резервуар с фильтрующей загрузкой, оборудованный дренажно-распределительными и отводными устройствами.
В открытые скорые однослойные фильтры (рис.46)вода поступает по трубопроводу в боковой карман и через лотки равномерно распределяется над поверхностью фильтра. Вода просачиваясь через фильтрующую загрузку, очищается от взвеси и собирается дренажной системой, состоящей из дырчатых труб, в сборный центральный коллектор. Из коллектора вода отводится по трубопроводу в резервуар чистой воды.
В качестве фильтрующей загрузки в фильтрах такого типа чаще всего используется кварцевый песок крупностью 0,5..2 мм с высотой слоя от 0,7 до 2 м. Поддерживающий слой, предназначенный для предотвращения выноса песка из фильтра с водой, выполняется из гравия крупностью 2…32 мм и имеет толщину слоя около 0,35 м.
Скорость фильтрования воды через загрузку составляет 6…10 м/ч, следовательно, с каждого квадратного метра фильтрующей загрузки можно получить от 6 до 10 м 3 очищенной воды в час.
По мере накопления задерживаемой взвеси производительность фильтра снижается. Поэтому необходимо периодически через каждые 8…12 часов производить промывку фильтров.
Промывка фильтров осуществляется обратным током чистой воды с интенсивностью 12…18 л/с на 1 м 2 площади фильтра. Вода от промывного насоса по трубе подается через дренажно-распределительную систему в фильтр и проходит снизу вверх через гравий и песок, вымывая из взрыхленного песка накопленные отложения взвеси. Затем промывная вода сливается в лотки и через боковой карман и трубу отводится в сток.
Для повышения эффекта промывки фильтров применяют предварительную или совместную с промывкой продувку фильтрующей загрузки сжатым воздухом. Сжатый воздух подается от воздуходувки через дырчатую распределительную систему, расположенную под фильтрующей загрузкой.
Рис. 46. Устройство открытого скорого однослойного фильтра:
1 — трубопровод подачи воды; 2 – боковой карман; 3 – распределительные лотки; 4 – фильтрующая загрузка (песок); 5 – поддерживающая загрузка (гравий); 6 – дренажная система; 7 – сборный центральный коллектор; 8 – трубопровод отвода воды; 9 – трубопровод подачи промывной воды; 10 – трубопровод отвода промывной воды.
Двухслойные фильтры.В коммунальных водоочистных установках также применяют двухслойные фильтры, которые используют фильтрующую загрузку, состоящую из песка толщиной 0,5 м и слоя дробленого антрацита толщиной 0,5 м.
Медленные фильтрыпредставляют собой неглубокие резервуары, заполненные загрузкой из песка и гравия. Для распределения воды по площади фильтров над ними устраивают распределительный водослив. На дне фильтра в слое гравия оборудуется дренажная система для сбора и отвода отфильтрованной воды.
Фильтрующая загрузка выполняется из кварцевого песка с размером зерен 0,3…1 мм и толщиной слоя 800…1200 мм. Скорость фильтрования воды через загрузку находится в пределах 0,2…0,4 м/ч.
Периодически 1…2 раза в месяц верхний загрязненный слой песка толщиной 15…20 мм снимают лопатами и выбрасывают. После 10…15 чисток фильтр догружают промытым песком.
Медленные фильтры обычно используют без предварительной коагуляции воды.
В настоящее время используют конструкции медленных фильтров, работающих без удаления песка, с механическим рыхлением загрузки и гидросмывом загрязнения. Такие конструкции применяются для осветления мутных вод с количеством взвешенных веществ до 700 мг/л, цветностью до 50 о при производительности очистных станций до 30000 м 3 /сут.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9496 — 
| 7460 — 
или читать все.
Перед тем как попасть в городские водопроводные сети и в краны потребителей, вода проходит тщательную предварительную очистку. Для приведения ее в состояние питьевой устанавливаются станции водоподготовки, которые позволяют убрать все вредные примеси, мусор, небезопасные для здоровья химические элементы. Однако даже самые высокотехнологичные установки не являются гарантией чистоты, поэтому нередко используются дополнительные домашние фильтры.
Особенности устройства и виды
Большинство городских жителей не удовлетворено качеством воды, которая подается через водные магистрали в краны. Причем в разных регионах химический состав жидкости и наличие в ней примесей различаются. Кто-то отмечает повышенную жесткость, кто-то — белый осадок из-за мела, а иногда чувствуется хорошо уловимый запах плесени или других непонятных веществ. Решением проблемы в большинстве случаев становится монтаж накопительных или проточных фильтров.
На самом деле перед тем как попасть к непосредственным потребителям, жителям населенных пунктов, на промышленные и другие объекты, вода проходит тщательную очистку. Процедура, в ходе которой она приводится в соответствие с санитарными нормами, называется водоподготовка. Питьевая вода на станции подается их природных водоемов, хранилищ, каналов. Процесс ее обработки зависит от дальнейшего использования: питье, бытовое использование, полив или технические нужды.
В отдельных населенных пунктах или регионах функционируют муниципальные станции химводоочистки. Это крупные объекты стационарного типа либо мобильные комплексы, представленные контейнерными, модульными и блочными системами.
Конструктивное устройство каждой установки зависит от того, от чего необходимо очистить воду. По методу фильтрации различают следующие виды станций:
- химические — предполагают обработку реагентами (хлор или озон), чтобы нейтрализовать все неорганические примеси (таким способом удаляются сульфаты, цианистые вещества, железо, нитраты, марганец);
- механические (физические) — пропускают потоки через фильтрующие системы мембранного или сетчатого типа для удержания и отсеивания посторонних частичек (бактерии, взвеси, соли тяжелых металлов);
- биологические — предусматривают введение в жидкость специальных микроорганизмов, которые уничтожают вредную и опасную органику (способ актуален для обеззараживания сточных вод);
- физико-химические — применяются на промышленных объектах и крупных станциях подготовки воды;
- ультрафиолетовые — предназначены для уничтожения патогенной микрофлоры и бактерий.
Все системы классифицируются также на бытовые и промышленные, различаются по производительности и принципу работы. На многих городских объектах устанавливаются по несколько фильтрующих систем, выполняющих разные функции одновременно.
Принцип действия
По пути из водоема в квартиру потоки воды проходят несколько этапов очистки. Однако не стоит при этом быть уверенным в том, что она становится идеально чистой и безопасной. В летнюю жару количество вредных бактерий и микроорганизмов существенно увеличивается. Именно из-за употребления воды из-под крана отмечается всплеск кишечных заболеваний и отравлений. В морозную погоду количество патогенной микрофлоры значительно сокращается, но нельзя списывать со счетов человеческий фактор и халатность сотрудников водоочистительных предприятий, изношенность оборудования и другие проблемы.
Стандартная процедура на станции водоочистки происходит в несколько этапов:
- механическая обработка — сначала из жидкости нужно убрать твердые, нерастворимые частички, примеси в виде ила, песка, травы и водорослей, а также мусора и остатков жизнедеятельности человека;
- аэрация — процесс растворения содержащихся газов, окисления железа (осуществляется аэрационной колонной и специальным компрессором);
- обезжелезивание — наиболее сложный и длительный этап, где используется дренажно-распределительное устройство с блоком автоматического управления (в корпус засыпается зернистый материал, на котором и окисляется железо сначала из двухвалентного в трехвалентное, а после — выпадает в осадок);
- смягчение — удаление из воды солей магний и кальция, которые делают ее жесткой (используется регенерирующий раствор соли и ионообменные смолы).
Завершающим этапом является пропуск через угольные фильтры. Они позволяют улучшить цвет и запах воды, делают вкус более приятным.
Обязательной процедурой на любой станции водоподготовки является обеззараживание — уничтожение бактериологических загрязнителей. В качестве реагентов применяются хлор или ультрафиолетовые стерилизующие установки. Однако в первом случае требуется дополнительная процедура по избавлению от остатков хлора, которые крайне опасны для здоровья.
Ультрафиолетовые лучи считаются более безопасными. Они способны проникать в каждую клетку микроорганизмов, разрушать их и полностью уничтожать. Таким образом, достигается максимальный обеззараживающий эффект. В большинстве городов все же предпочтение отдается промывке внутригородских сетей хлором. Об этом свидетельствует периодически появляющийся характерный запах в течение нескольких дней с периодичностью 2 раза в год.
Техническое оснащение городских сетей
Стационарные станции представляют собой огромные площадки с многочисленными узлами и механизмами. Современное оборудование функционирует полностью в автоматическом режиме, поэтому присутствие человека в рабочем процессе сведено к минимуму. Стандартная комплектация устройств включает:
- основной резервуар для приема жидкости — сюда она поступает через коммунальные каналы для первоначального накопления и грубой первоначальной очистки;
- насосы — агрегаты, обеспечивающие дальнейшее перемещение воды на рабочие подстанции;
- смесители — интегрированные в систему вихревые установки, которые отвечают за равномерное распределение добавляемых коагулянтов по всей массе (скорость в пределах 1,2 м/с);
- фильтры — специальные приспособления в виде сорбционных мембран;
- обеззараживающий узел — современные системы, на 95% изменяющие качественный состав.
Существует несколько разновидностей станций. Наиболее примитивные представляют собой конструкции блочного типа с замкнутыми системами, которые функционируют по принципу насосного оборудования.
Самые современные установки — это комплексные, модульные, многоступенчатые сооружения, которые включают и обеззараживание, и фильтрацию, и другие стадии, и оснащены распределительными каналами выводы. Важной особенностью таких систем является возможность их интеграции в крупные индустриальные объекты, а также изменение набора модулей и комплектующих.
Еще одна разновидность — специализированные, узконаправленные станции, которые выполняют только уничтожение бактерий, грибков, водорослей.
При выборе оборудования необходимо ориентироваться на разные критерии. Например, в домашних условиях достаточными являются установки с пропускной способностью 2−3 м3/час. Для промышленных объектов этот показатель должен рассчитываться из суточной потребности и составлять до 1 тыс. м3/час. Оптимальным давлением считается диапазон от 6 до 10 бар для крупных гидрологических узлов, для бытовых нужд — определяется индивидуально.
Необходимость применения
После использования водопроводной воды, которая прошла очистку в городских стационарных сооружениях, нередко наблюдается налет, например, в чайнике, на раковинах или в стиральной машине. Это легкий известковый налет, который необходимо регулярно чистить, чтобы он не превратился в известковый камень. Употреблять воду такого качества опасно для здоровья, так как рано или поздно это приводит к образованию камней в почках. Страдает от такого состава жидкости и бытовая техника. Стиральные и посудомоечные машины быстро выходят из строя, когда на нагревательных элементах регулярно образуется накипь.
Это далеко не все проблемы, которые возникают в результате использования воды низкого качества в бытовых условиях. Поэтому возникают дополнительные расходы, связанные с установкой очистительных мини-станций в своем доме или в квартире.
Одна из сфер применения установок водоподготовки — предприятия по производству пива. Здесь к жидкости предъявляются очень строгие требования, она является основным сырьем. Для получения 1 литра хмельного напитка потребуется 20 литров воды. Именно от ее качества зависит вкус готового продукта, его стойкость, мягкость, а также процесс брожения.
В составе не должно присутствовать излишков солей магния и кальция, иначе это придаст соленоватость и нехарактерную кислинку. Не допускается также использование щелочной воды. На пивзаводах работают высокотехнологичные станции водоподготовки, которые позволяют добиться высокого качества продукции.
Отдельными местами, где производится предварительная обработка, являются отстойники. Они представляют собой железобетонные сооружения проточного типа, которые очень медленно пропускают воду. Это называется очисткой в ламинарном режиме, загрязнения просто выпадают в осадок, а затем потоки направляются на дальнейшую очистку.
