Содержание
Сравнивая данные качества воды природных источников (полученные по результатам анализа) с требованиями потребителей определяют мероприятия для ее обработки.
В практике водоснабжения применяются следующие основные технологические операции для улучшения качества воды:
— осветление – удаление взвешенных веществ;
— обесцвечивание – устранение веществ, придающих воде цвет;
— обеззараживание – уничтожение содержащихся в воде бактерий;
— опреснение – частичное удаление растворенных солей до норм;
— умягчение – удаление солей кальция и магния, обуславливающих жесткость воды;
— обезжелезивание – освобождение воды от растворимых соединений железа;
— обесфторивание – удаление соединений фтора;
— фторирование – добавление в воду фтора;
— дегазация – удаление из воды растворимых газов (H2S, CO2 , O2);
— дезактивация – удаление из воды радиоактивных веществ.
Перед использованием воды в технологических системах потребителей ее необходимо обработать. Основные процессы обработки воды для технического водоснабжения проходят в очистных сооружениях, в задачу которых входит:
1. удаление из воды содержащихся в ней взвешенных (нерастворимых) веществ (осветление воды);
2. устранение веществ, обуславливающих цветность воды (обесцвечивание воды);
3. уничтожение содержащихся в воде бактерий (обеззараживание воды);
4. удаление из воды катионов кальция и магния (умягчение воды).
Осветление воды
Удаление взвешенных механических примесей природных и сточных вод чаще всего осуществляется:
1. путем отстаивания воды в отстойниках;
2. пропуском воды через слой ранее выпавшего осадка в осветлителях;
3. пропуском воды через слой зернистого материала в фильтрах, или же путем комбинированного использования данных устройств.
Отстаивание воды
Отстаивание воды осуществляется в горизонтальных, вертикальных и радиальных отстойниках.
Горизонтальный отстойник представляет собой бассейн прямоугольной формы длиной L, шириной В, глубиной Н.
Вода, подлежащая осветлению, подходит с одного торца бассейна, проходит вдоль зоны осаждения 1 отстойника и отводится у противоположного торца. Ниже глубины Н в отстойнике расположена зона накопления 2, в которой собирается и уплотняется выпавший осадок, причем ее дно имеет уклон, обратный ходу воды, не менее 0,02.
Размеры отстойника следует определять в соответствии с рекомендациями СНиП. Если ширина отстойника значительна, то он разделяется продольными перегородками шириной не более 6м.
В вертикальных отстойниках осветляемая вода движется вертикально – снизу вверх. Вертикальные отстойники применяют при обработке не более 1,0 м3/с воды.
Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический корпус с коническим днищем и центральной цилиндрической трубой. Рекомендуется в вертикальных отстойниках иметь отношение D/H 1,5. Вертикальные отстойники, как правило, используют коагулированную воду.
Радиальные отстойники имеют радиальное направление воды и представляют собой круглый железобетонный резервуар большого диаметра и небольшой глубины — D/H>3,5. При увеличении отношения D/H возрастают горизонтальные составляющие скорости движения воды, причем значение скорости по мере продвижения воды от центра к периферии снижается.
Осветление воды в осветлителях
При повышенных требованиях технологии к качеству воды и наличию в исходной воде большого количества мелкодисперсной взвеси осветление в отстойниках может оказаться недостаточным и потребуется дополнительная стадия очистки.
Фильтрование воды
Важной стадией осветления воды является ее фильтрование. При фильтровании вода проходит через пористую среду, образованную слоем фильтрующего материала. Существует большое разнообразие фильтров, различающихся:
1) видом фильтрующегося материала;
2) скоростью фильтрования;
3) механизмом задержания взвешенных частиц;
4) конструктивным оформлением.
Фильтры по виду фильтрующей среды делятся на:
— зернистые- песок, антрацит, керамзит;
— сетчатые – сетки с ячейками различных размеров;
— каркасные или намывные – диатомитовые;
— с плавающей загрузкой – гранулы вспененного пенополистирола.
По скорости фильтрования различают:
— медленные фильтры ( 0,3 м/ч (открытые);
— скорые =2…15 м/ч (открытые и напорные);
— сверхскорые (25 м/ч (напорные).
По характеру механизма задержания взвеси различают:
1. Фильтрование через фильтрующую пленку, образованную частицами взвеси, оседающими на поверхности загрузки. Этот механизм характерен для медленных фильтров, в которых вначале задерживаются только частицы, имеющие размеры больше размеров пор фильтрующего материала. По мере задержания частиц размеры пор в слое осадка уменьшаются, и он задерживает все более мелкую взвесь.
В этих фильтрах в процессе работы качество осветленной воды (фильтрата) постоянно улучшается, но одновременно растет гидравлическое сопротивление фильтрующей пленки и необходимая высота столба воды над фильтрующим слоем. Для восстановления начального гидравлического сопротивления через 1-2 месяца работы фильтрующая пленка вместе с верхним слоем фильтрующего материала толщиной 1-2 см снимается.
Для медленных фильтров не требуется коагуляция воды, но из-за небольшой скорости фильтрования фильтры имеют большие размеры и в настоящее время на промышленных предприятиях используются мало.
2. Фильтрование без образования фильтрующей пленки. В этом случае задержание частиц, загрязняющих воду, происходит в толще слоя фильтрующего материала. Там они прилипают к зернам материала и удерживаются на них.
Этот механизм характерен для скорых и сверхскорых фильтров.
В процессе работы фильтров оседающие или прилипающие частицы сокращают размеры пор фильтрующего материала. Следовательно, увеличивается скорость движения воды через поры, что приводит к увеличению потерь напора в фильтрующем слое. Потери напора могут возрастать до тех пор, пока через определенный промежуток времени они не превысят величину максимального (обычно 3 м) располагаемого напора перед фильтром, после чего фильтр должен очищаться.
Кроме того, из-за увеличения скорости движение воды в порах начинается частичный вынос ранее осевших частиц взвеси, и качество фильтрата осветленной воды ухудшается. Через определенный промежуток времени работы фильтров качество осветленной воды становится ниже требуемых по нормам, и фильтр также должен очищаться.
1. Николадзе Г.И., Сомов М.А. Водоснабжение: Учеб. Для вузов. – М.: Стройиздат, 1995. 688 с.: ил.
2. https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0ahUKEwiBoMqj7pjQAhVB1iwKHdIOAWkQFggbMAA&url=http%3A%2F%2Faquasorbent.ru%2FArticles%2FPro_Info%2FArsenov-Vodosnabjenie.doc&usg=AFQjCNFBlHEccJanpVeXPBcZkFy7itU_vA&bvm=bv.137904068,d.bGg – статья ктн доцента ПТЭ Арсенова Владимира Георгиевича. «Водоснабжение производственных предприятий».
3. http://ros-pipe.ru/tekh_info/tekhnicheskie-stati/vodoprovodnye-sistemy-i-oborudovanie/normy-vodopotrebleniya-i-opredelenie-raschetnykh-r/ — Статья «Нормы водопотребления и определение расчетных расходов».
4. http://mwsys.ru/prom_predpriatia.html — Статья «Расход воды на промышленных предприятиях».
[1]— http://soyuzproekt.ru/ntd/878.htm — СНиП 2.04.01 — 85
1. Общие положения
2. Качество и температура воды в системах водоснабжения
3. Определение расчетных расходов воды в системах водоснабжения и канализации и теплоты на нужды горячего водоснабжения
4. Системы водопровода холодной воды
5. Системы водопровода горячей воды
6. Системы противопожарного водопровода
7. Расчет водопроводной сети холодной воды
8. Расчет водопроводной сети горячей воды
9. Сети внутреннего водопровода
10. Трубопроводы и арматура
11. Устройства для измерения количества и расхода воды
12. Насосные установки
13. Запасные и регулирующие емкости
14. Дополнительные требования к системам внутреннего водопровода зданий (сооружений), строящихся в особых природных и климатических условиях
15. Системы канализации
16. Санитарно-технические приборы и приемники сточных вод
17. Сети внутренней канализации
18. Расчет канализационных сетей
19. Местные установки для очистки и перекачки сточных вод
20. Внутренние водостоки
21. Дополнительные требования к системам внутренней канализации и водостоков зданий и сооружений в особых природных и климатических условиях
[2] http://www.kemetcom.ru/gost9314.htm — ВОДА ДЛЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА И СХЕМЫ ПРОМЫВОК. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ.
[3]http://ohranatruda.ru/ot_biblio/normativ/data_normativ/8/8351/— ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством».
[4]http://docs.cntd.ru/document/gost-2761-84— ГОСТ 2761-84«Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Правила выбора и оценки качества».
Последнее изменение этой страницы: 2016-12-15; Нарушение авторского права страницы
17) Методы обработки природной воды
К наиболее распространенным методам очистки воды относятся осветление и обеззараживание.
Осветление может осуществляется отстаиванием воды в отстойниках, пропуском ее через взвешенный слой осадка в осветлителях и фильтрованием через зернистую загрузку в фильтрах. Для улучшения процесса отстаивания применяют коагулирование, т.е. вводят в воду химические реагенты (коагулянты), ко-ые, взаимодействуя с мельчайшими коллоидными частицами, находящимися в воде, образуют агрегаты слипшихся частиц в виде хлопьев, быстро выпадающих в осадок. Приготовление и дозирование реагента осуществляют на установках, входящих в состав так называемого реагентного хозяйства. Раствор коагулянта тщательно перемешивается с обрабатываемой водой в смесители. Из смесителя вода направляется в камеру хлопьеобразования, а затем поступает в отстойник, где происходит ее осветление, т. е. выпадение хлопьев с адсорбированными на них взвешенными частицами. Если применяются осветлители со взвешенным осадком, то камера хлопьеобразования не устраивается.
Обеззараживание воды осуществляется с целью уничтожения бактерий, главным образом патогенных. Наиболее распространенными способами являются хлорирование, озонирование и бактерицидное облучение.
Иногда применяется специальная обработка воды:
— умягчение воды. Различают методы реагентного, катионного, а так же комбинированного умягчения.
Из методов реагентного умягчения наиболее распространен известково-содовый, при ко-ом в воду добавляют известь для снятия карбонатной жесткости и кальцинированную соду для удаления некарбонатной жидкости.
Метод катионного умягчения основывается на способности катионитов обменивать катионы натрия или водорода на катионы солей жесткости, содержащихся в воде.
— обезжелезивание воды. Содержание железа в питьевой воде не должно превышать 0,3 мг/л.
Установка обезжелезивания методом аэрации состоит из аэрационного устройства, контактного резервуара и фильтра.
Установка для реагентного обезжелезивания воды состоит из устройств для растворения и дозирования реагента, аэратора-смесителя, осветлителя и фильтра.
Обезжелезивание катионированием производят на катионированных фильтрах, загруженных сульфоуглем.
— стабилизация воды заключается в придании ей свойств, при ко-ых она теряет способность вызвать коррозию и откладывать соли, препятствуя биологическому обрастанию. Для стабилизации воды применяют: подкисление воды заключается в добавке в нее соляной или серной кислоты. При рекарбонизации в воду вводят углекислоту для стабилизации содержащихся в ней карбонатов. При фосфотировании в воду добавляют фосфаты, препятствующие образованию отложений в трубопроводах.
— обессоливание воды заключается в удалении из нее растворенных солей.
Методы осветления и
Коагуляция
Реагентные
Хлорирование
Безреагентные
Действие УФО
Дегазация
Действие γ -лучей
Если внести эти вещества в воду, заряд коллоидных частичек нейтрализуется, они соединяются (агломерируются) и достаточно крупные хлопья выпадают в осадок. Хлопья адсорбируют коллоидные и мелкие взвешенные частицы, и опускаясь вниз, механически захватывают взвешенные частицы. В процессе коагуляции происходит быстрое осветление воды, повышается ее прозрачность, одновременно снижается цветность и частично удаляются микроорганизмы.
Отстаивание воды производят после коагуляции, для того чтобы осели крупные взвешенные частицы. Отстойники это резервуары, где вода из узкого русла трубы выливается в широкий резервуар и замедляет свое течение. В результате этого взвешенные частицы под действием силы тяжести осаждаются на дно отстойников. Скорость оседания взвешенных частиц зависит от температуры воды и прежде всего от размеров и формы.
В зависимости от направления течения воды отстойники подразделяют на горизонтальные (обычные и радиальные) и вертикальные.
Рис. 2. Схема горизонтального отстойника
Зависимость скорости оседания частиц от их размеров приведена в таблице
Время оседания частиц на
Фильтрация воды необходима для освобождения ее от взвешенных частичек, которые не были удалены на первых этапах обработки воды (при коагуляции и отстаивании). За время нахождения воды в отстойниках (2-6 часов) успевают осесть только достаточно крупные взвешенные вещества. Во время фильтрации вода частично освобождается и от микроорганизмов. Фильтруют воду путем пропускания ее через пористый материал, который задерживает взвешенные частицы. В качестве фильтрующего материала чаще всего используется крупнозернисный (речной) песок, отмытый от примесей.
Рис. 3. Схема работы песчано-гравийного фильтра. а) – слой воды; б) – песок; в) – гравий; г) дренаж
Фильтрация осуществляется на специальных сооружениях – фильтрах. Различают медленные и скорые фильтры. Очистка на фильтрах значительно затрудняется, если предварительно не производится обработка воды, во время которой удаляется планктон (мелкие животные и растительные организмы). Предварительная обработка воды производится на микрофильтрах.
Вышеперечисленные методы обработки воды полностью не освобождают воду от микроорганизмов. Чтобы вода отвечала требования по микробиологическим показателям, необходимо производить обеззараживание.
Наиболее распространенным методом обеззараживания воды является хлорирование. Для хлорирования используются как газообразный хлор, так и его соединения (хлорная известь, гипохлориты, хлорамин, оксид хлора).
Хлор – газ, который имеет резкий специфический запах, раздражающий слизистую оболочку. Это соединение относится к отравляющим веществам, поэтому газообразный хлор используется только на больших фильтровальных станциях, где он сохраняется в стальных баллонах. На небольших водопроводах и при местном водоснабжении часто используется хлорная известь.
Обеззараживающий эффект хлора заключается в непосредственном действии на цитоплазму (сильный окислитель вызывает денатурацию), действие на обменные процессы (инактивация дегидрогеназ).
Хлорная известь является продуктом взаимодействия хлора и гашенной извести. Это белый порошок, который легко растворяется в воде с образованием хлорноватистой кислоты (НОСl). Гипохлоритный ион (ОСl — ) обеспечивает бактерицидный эффект. Свежая хлорная известь содержит около 36% активного хлора. Под действием влаги, углекислоты, тепла, света данное соединение разрушается и переходит в хлорид кальция.
При хлорировании воды необходимо обеспечить дозу хлора, которая должна обеспечить обеззараживание воды. Доза хлора складывается из хлорпоглощаемости и остаточного хлора. Хлорпоглощаемость – это количество мг хлора, которые тратятся на окисление органических и легкоокисляемых неорганических веществ, содержащихся в воде. Чтобы под действием хлора погибли микроорганизмы, необходимо вносить такое его количество, которое покроет хлорпоглощаемость и образует определенное остаточное количество. По остаточному хлору судят об эффективности хлорирования.
Если содержание остаточного хлора больше 0,5 мг/л, то вода становится непригодной для питьевых целей, потому что приобретает специфический запах и привкус. Поэтому, обеззараживая воду, подают такое количество (дозу) хлора, чтобы после обработки вода содержала 0,3-0,5 мг/дм 3 остаточного хлора.
Таким образом, доза хлора будет достаточной, если после 30 минут обеззараживания в воде останется 0,3-0,5 мг/дм 3 остаточного свободного хлора и после 60 минут контакта останется 0,8-1,2 мг/дм 3 связанного (хлораминного) хлора.
Хлорирование питьевой воды достаточно безопасное для здоровья людей. Экспериментально доказано, что хлор прежде всего поглощается слизистой полости рта. Если вода содержит значительные количества остаточного хлора, то он частично попадает в желудок, где при взаимодействии с желудочным содержимым сразу переходит в неактивную форму. Установлено, что употребление воды с содержанием 2,5 мг/дм 3 остаточного хлора, не вызывает ни какой патологии.
Различают следующие виды хлорирования воды: обычное, двойное, суперхлорирование и хлорирование с преаммонизацией. При обычном хлорировании хлор вносится однократно после осветления и обесцвечивания воды (перед резервуаром чистой воды) в дозе обеспечивающей остаточный хлор на уровне 0,3-0,5 мг/дм 3 .
Двойное хлорирование используется в случае, когда бактериальное обсеменение воды значительное и с целью предотвращения разрастания планктона на фильтрах. В этом случае общие затраты хлора не
увеличиваются. Хлор вносится в большей концентрации перед коагуляцией и в небольших дозах после фильтрации, обеспечивая остаточной хлор на уровне 0,3-0,5 мг/дм 3 .
Суперхлорирование (гиперхлорирование) воды производится в случаях значительного бактериального загрязнения, в полевых условиях, при невозможности обеспечить 30 — минутный контакт хлора с водой. Вода обрабатывается большими дозами 10-20 мг/дм 3 и более. Избыток остаточного хлора удаляют методом аэрации, химическими методами: связывания тиосульфатом, диоксидом серы, фильтрацией через активированный уголь. Удаление избыточного остаточного хлора называется дехлорированием.
Хлорирование с преаммонизацией заключается в ведении в воду вначале аммиака, а через несколько секунд хлора. В этом случае в воде образуется связанный (хлораминный) хлор. В сравнении с хлором хлорамин дольше сохраняет в воде обеззараживающие свойства и препятствует появлению неприятных запахов в воде, которая содержит фенол. При соединении фенола со свободным хлором образуются хлорфенолы, запах (аптечный) которых значительно более выражен чем у исходных веществ. Хлорамин не образует хлорфенолов, но окислительные свойства его меньше, поэтому необходимо увеличивать дозу остаточного связанного хлора и время его контакта с водой для обеспечения обеззараживающего эффекта в полном объеме
Специальные методы обработки воды.
В том случае если с помощью основных методов отработки воды не удается достигнуть необходимого качества питьевой воды, применяются особые методы обработки, получившие название специальных. Классификация их приведена в таблице 8.
Дезодорация – устранение запаха воды, достигается аэрированием, обработкой окислителями, фильтрацией через слой активированного угля.
Обезжелезивание – удаление избыточного содержания солей железа, осуществляется на специальных сооружениях – градирнях (в них воды разбрызгивается). При этом Fe +2 окисляется, переходит в малорастворимую форму Fe +3 и в дальнейшем задерживается в отстойниках или на фильтрах.
Умягчение – метод удаления солей жесткости. Наиболее старый метод
– известково-содовый. Современные методы опреснения основаны на применении ионообменных смол. Иониты могут быть естественного и искусственного происхождения. Использование катионитных смол позволяет удалить катионы, фильтруя воду через аниониты удаляют анионы.
Опреснение – метод удаления избытка солей. Известно много методов опреснения: дистилляция, химические (реагентные, ионный обмен), использование полупроницаемых мембран (гиперфильтрация), электродиализ.
Дезактивация – методы, позволяющие удалять из воды радиоактивные изотопы. Коагуляция, отстаивание и фильтрация снижает содержание радиоактивных веществ на 70-80%. С целью более глубокой дезактивации используют фильтрацию через ионообменные смолы.
Дефторирование. В случае необходимости удаления фтора ее фильтруют через активированную гидроокись алюминия. Иногда имеется возможность уменьшения фтора в воде до оптимальных величин за счет разведения водой из другого водоисточнника, в которой содержится минимальное количество фтора.
Фторирование воды производится с целью профилактики кариеса. При низком содержании F в воде строго дозируются растворы фторсодержащих реактивов (фторид или кремнийфторид натрия и др.).
Дегазация – методы направленные на удаление разнообразных токсических веществ (в том числе и боевых отравляющих веществ). В зависимости от природы отравляющего вещества могут применятся самые разнообразные методы: сорбционные, ионообменные, с добавлением химических реагентов (например удаление избытка хлора при добавлении тиосульфата) и др.
