Методы очистки воды

Проблема очистки поды охватывает вопросы физических, химических и биологических ее изменений в процессе обработки с целью сделать ее пригодной для питья. При этом речь идет не только об устранении нежелательных и вредных свойств воды (очистка), но и об улучшении ее природных свойств путем обогащения недостающими ингредиентами. Поэтому более правильно рассматривать обработку воды как процесс улучшения ее качества.

Степень и способы улучшения качества воды и состав водоочистных сооружений зависят от свойств природной воды и от требований, которые предъявляются потребителем к качеству воды. Основными методами очистки воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения являются осветление, обесцвечивание и обеззараживание.

Осветление воды, т. е. удаление из нее взвешенных веществ, может быть достигнуто: отстаиванием воды в отстойниках, центрифугированием в гидроциклонах, путем пропуска ее через слой ранее образованного взвешенного осадка в так называемых осветлителях, фильтрованием воды через слой зернистого или порошкообразного фильтрующего материала в фильтрах или фильтрованием через сетки и ткани.

Для достижения требуемого эффекта осветления воды в отстойниках, осветлителях и на фильтровальных аппаратах с зернистой фильтрующей загрузкой примеси воды необходимо подвергнуть коагулированию, т. е. воздействию солей многовалентных металлов. Попутно при этом происходит значительное обесцвечивание воды.

Обесцвечивание воды, т. е. устранение или обесцвечивание различных окрашенных коллоидов или истинно растворенных веществ может быть достигнуто коагулированием, применением различных окислителей (хлор и его производные, озон, перманганат калия) и сорбентов (активный уголь, искусственные смолы).

Обеззараживание воды производят для уничтожения содержащихся в ней болезнетворных бактерий и вирусов. Для этого чаще всего применяют хлорирование воды, но возможны и другие способы — озонирование, бактерицидное облучение и др.

Помимо указанных основных методов очистки воды могут применяться и другие специальные способы для очистки как хозяйственно-питьевой, так и производственной воды.

Основные технологические схемы очистки воды

Сочетание необходимых технологических процессов и сооружений составляет технологическую схему улучшения качества воды. Используемые в практике водоподготовки технологические схемы можно классифицировать по следующим основным признакам: реагентные и безреагентные, по эффекту осветления, по числу технологических процессов и числу ступеней каждого из них, по характеру движения обрабатываемой воды.

Реагентные и безреагентные технологические схемы применяют для подготовки воды как для хозяйственно-питьевых целей, так и для промышленности. Безреагентные технологические схемы существенно различаются по конструкциям и размерам водоочистных сооружений и условиям их эксплуатации.

Процессы обработки воды с применением реагентов протекают (рис. 7.1, а) во много раз быстрее и иногда значительно эффективнее. Так, для осаждения основной массы взвешенных веществ в первом случае необходимо 2…4 ч, а во втором — несколько суток. С использованием реагентов фильтрование осуществляется со скоростью 5…12 м/ч (и более), а без реагентов (медленное фильтрование) — 0,1…0,3 м/ч.

Рис. 7.1. Реагентные технологические схемы улучшения качества воды с отстойниками (а), осветлителями со слоем взвешенного осадка (б), микрофильтрами и контактными осветлителями (в):

1,11 — подача исходной и отвод обработанной воды; 2 — контактная камера; 3 — установка для углевания и фторирования воды; 4 — хлораторная; 5 — баки коагулянта; 6 — вертикальный смеситель; 7 — камера хлопьсобразования; 8 — горизонтальный отстойник со встроенными тонкослойными модулями; 9 — скорый фильтр; 10 — резервуар чистой воды; 12 — осветлитель со слоем взвешенного осадка и его рециркуляцией; 13 — микрофильтр; 14 — контактный осветлитель КО-3.

При обработке воды с применением реагентов водоочистные сооружения значительно меньше по объему, компактнее и дешевле в строительстве, но сложнее в эксплуатации, чем сооружения безреагентной схемы. Поэтому безреагентные технологические схемы (с гидроциклонами, намывными и медленными фильтрами), как правило, применяют для водоснабжения небольших водопотребителей при цветности исходной воды до 50° платино-кобальтовой шкалы.

Безреагентные схемы (рис. 7.2) широко применяют для грубого осветления воды при водоснабжении некоторых промышленных объектов. Иногда для этих целей применяют одно отстаивание или одно фильтрование на скорых грубозернистых фильтрах либо процеживание через сетки.

Рис. 7.2. Безреагснтные технологические схемы улучшения качества воды с гидроциклом (а), акустическим (б) и медленным (в) фильтрами:

1,5 — подача исходной воды и отвод отработанной воды; 2 — гидроциклон; 3,4 — скорые фильтры I и II ступени; 6 — акустический фильтр; 7 — промежуточная емкость; 8 — двухпоточный двухслойный фильтр II ступени; 9 — медленный фильтр; 10 — резервуар чистой воды; 11 — насос; 12 — обработка осадка По эффекту осветления различают технологические схемы для полного или глубокого осветления воды и для неполного осветления. В первом варианте очищенная вода соответствует требованиям питьевой воды ГОСТ 2874–82 «Вода питьевая» и СанПиН 4630−88. Во втором варианте содержание взвеси в очищенной воде во много раз больше — до 50…100 мг/л.

Технологические схемы для глубокого осветления воды применяют как для хозяйственно-питьевых, так и для многих промышленных водопроводов, где к качеству технической воды предъявляют высокие требования. Схемы для неполного осветления воды обычно используют для подготовки технической воды, например для охлаждения.

По числу технологических процессов и числу ступеней каждого из них технологические схемы подразделяют на одно-, двухи многопроцессные. Усовершенствованная технологическая схема, показанная на рис. 7.1, б, является двухпроцессной. Здесь два основных технологических процесса: обработка воды в слое взвешенного осадка (т.е. контактная коагуляция с осаждением) и фильтрование. Оба процесса осуществляются последовательно, а фильтрование — двукратно (в две ступени).

В том случае, когда один из основных технологических процессов осуществляется дважды или большее число раз, технологическая схема называется двух-, трехили многоступенчатой. Например, в однопроцессной двухступенчатой технологической схеме с контактными осветлителями (рис. 7.1, в) основной технологический процесс — фильтрование — осуществляется дважды.

Очевидно, что число технологических процессов и количество ступеней каждого процесса диктуются требованиями к качеству воды, предъявляемыми потребителем, и зависят от степени загрязненности исходной воды. Так, для грубого осветления можно ограничиться одним процессом осаждения или только фильтрованием. При обработке высокомутных вод для хозяйственно-питьевых целей прибегают к осаждению в две ступени с последующим фильтрованием в одну ступень и т. п.

По характеру движения обрабатываемой воды технологические схемы подразделяют на самотечные (безнапорные) и напорные. На городских и крупных промышленных водопроводных станциях движение исходной воды от сооружения к сооружению осуществляется самотеком. При этом отметка зеркала воды в каждом последующем сооружении ниже отметки в предыдущем. Разность отметок определяет напор, требуемый для преодоления гидравлических сопротивлений внутри сооружения и в коммуникациях от одного сооружения к другому.

При напорной технологической схеме движение обрабатываемой воды от сооружения к сооружению происходит под давлением выше атмосферного, поэтому отдельные сооружения могут быть расположены по одной отметке. Уместно отметить, что при использовании напорных технологических схем резервуары чистой воды и насосную станцию II подъема можно и не устраивать. Очищенная вода под напором насосов I подъема передается непосредственно в сеть потребителя. При безнапорном движении воды по очистным сооружениям необходимы две насосные станции и резервуары чистой воды (см. рис. 7.1).

Выбор той или иной технологической схемы улучшения качества воды диктуется не только качеством воды источника и требованиями потребителя, но и количеством потребляемой воды.