Обработка воды из поверхностных источников

Так как ресурсы воды хорошего качества из подземных источников ограничены, возникает необходимость привлечения все большего количества воды из поверхностных источников: рек, озер и водохранилищ. Для обработки воды из поверхностных источников необходим значительно более широкий диапазон методов (см. рис. 62), так как они содержат другие многочисленные загрязняющие вещества, часть из которых просто нежелательна, в то время как другие опасны для здоровья. Этими загрязняющими веществами могут быть: мусор, водоросли, планктон, органика, вещества, придающие воде неприятные вкус и запах, соединения тяжелых металлов, бактерии и другие патогенные микроорганизмы.

Мусор удаляется грубыми и тонкими решетками, перемещающимися ленточными решетками или вращающимися барабанными решетками. На этой стадии удаляются также присутствующие в сырой воде водоросли и планктон.

Удаление коллоидных, взвешенных и растворенных загрязняющих веществ осуществляется в несколько этапов. Процесс очистки воды в этих сооружениях обычно включает в себя:

химическую флоккуляцию с помощью первичных флоккулянтов (соединения железа или алюминия), отделение твердых взвешенных частиц, например воздушной флотацией, фильтрацию песком осадочных продуктов флоккуляции. Довольно часто проводятся предварительная и сопутствующая дезинфекции, а также дополнительная фильтрация воды через активированный уголь с заключительной фильтрацией песком.

• 1 — Забор сырой воды.
• 2 — Камера химического перемешивания.
• 3 — Реакционная камера.
• 4 — Камера флоккуляции.
• 5 — Распределительная камера.
• 6 — Блок наклонных пластин.
• 7 — Зона уплотнения отстоя.
• 8 — Зона сепарации.
• 9 — Канал выпуска чистой воды.
• 10 — Насос обратной перекачки отстоя.
• 11 — Излишний осадок.

Флоккуляция. Взвешенные частицы могут быть удалены из воды путем агломерации в частицы с размерами, достаточными для осаждения под действием силы тяжести. После ввода коагуляторов отталкивающие электрокинетические заряды частиц нейтрализуются, они прилипают друг к другу, и формируется медленно оседающий флоккулированный осадок из небольших по размеру частиц. Если жидкую массу теперь мягко перемешать, контакт между частицами усилится, и они начнут расти в размерах. Этот эффект, называемый флоккуляцией (flocculation — образование хлопьев), значительно ускоряется, если проводится при заранее сформированном флоккулированном осадке, так как сформировавшиеся новые частицы наращиваются на уже осажденные, тем самым рост происходит значительно быстрее.

Фильтрация. Заключительная фильтрация (см. рис. 64) в большинстве случаев выполняется с помощью песочных фильтров в бетонных сооружениях, но иногда используются напорные фильтры, размещенные в стальных или бетонных резервуарах.

Предварительная и попутная дезинфекция с целью разрушения вредных организмов, регулирования вкуса и запаха иногда выполняется совместно с озонированием. Очень часто для предотвращения повторного размножения организмов в обработанной воде водопроводной системы используется последующее хлорирование.

Фильтрация — это наиболее важный этап при очистке любой воды. Однако после некоторого времени работы каждый фильтр должен быть очищен от накопившихся в слое загрязняющих веществ. Это делается с помощью операции обратной промывки. Существенный фактор в успехе обратной промывки — это конструкция основания фильтра. Она должна обеспечивать равномерное распределение по всему поперечному сечению фильтрующего слоя продувочного воздуха и воды, вводимой для обратной промывки.

АВТОНОМНАЯ ВОДОПОДГОТОВКА Как бы хорошо мы не очистили воду на фильтровальной станции, пройдя путь по системе водопровода до потребителя, она неизбежно загрязнится вновь, особенно в водопроводных системах нашей области, а пожалуй, и всей России.

Вопрос о наилучшем способе обработки водопроводной воды широко дискутируется. Рынок бытовых устройств обработки воды развивается в мире вот уже на протяжении более сорока лет. За последнее десятилетие в развитых странах спрос и интерес потребителей к бытовым устройствам обработки воды с целью улучшения ее вкуса и увеличения полезных свойств, возрос. На сегодняшний день эта отрасль является одной из наиболее быстро развивающихся в Америке, Европе и Японии.

В основе работы бытовых фильтров лежит несколько технологий. На сегодняшний день самым передовым в подготовке питьевой воды является метод обратного осмоса. Именно этот метод используется на фабриках по производству и розливу питьевой воды в бутылки.

Суть этого метода заключается в том, что вода под напором в водопроводной сети подается на специальную мембрану, представляющую собой спираль. Мембрана пропускает сквозь свои микропоры только молекулы, по размерам сравнимые с молекулами воды. Молекулы примесей, которые, как правило, значительно крупнее молекул воды, смываются водяным потоком в дренаж. Итак, метод обратного осмоса имеет следующие существенные отличия:

очистка на молекулярном уровне, позволяющая эффективно удалять все нежелательные примеси (до 97% удаления), в том числе растворенные соли тяжелых металлов, чего невозможно добиться другими методами;

разделение очищаемой воды на два потока: «грязной» воды и подготовленной для питья;

несмотря на то, что эффективность очистки этим методом близка к дистилляции, очищенная вода остается, в отличие от дистиллированной, насыщенной кислородом, сохраняя свою свежесть.

Помимо мембраны, любая бытовая система имеет еще как минимум две ступени очистки:

предварительный осадочный фильтр позволяет удалить все взвеси и механические примеси, придающие воде мутность;

окончательный угольный фильтр представляет собой гранулированный активированный уголь (в последнее время в развитых странах для его получения применяют жженую скорлупу кокосового ореха, такой уголь по сравнению с березовым, применяемым в отечественных фильтрах, имеет в 3—4 раза выше способность удалять нежелательные примеси, в том числе радионуклиды).

В основе работы некоторых отечественных фильтров лежит технология подачи воды через трековую мембрану (лавсановая пленка толщиной 10 или 20 микрон с диаметром пор 0,2 или 0,4 микрона с плотностью пор до 3000 миллионов отверстий на 1 см2). Для обеспечения работоспособности фильтра требуется только две емкости: одна для очищаемой воды, вторая — для получения чистой.

В силу того, что питьевая вода в нашем регионе имеет очень низкое качество, необходимы многоуровневые системы, включающие в себя: грубую очистку от железа, марганца, хлора, неприятного запаха и мутности с помощью картриджной Системы; тонкую очистку от всех примесей системами обратного осмоса и бактериологическую очистку ультрафиолетовыми стерилизаторами.

Конструктивное исполнение бытовых фильтров может быть самое различное: от портативных вариантов исполнения, легко умещающихся в дамскую сумочку или кейс, до стационарных систем, требующих специальной установки на кухонную мойку и имеющих свой отдельный кран. Производительность таких «мини-фабрик от 5 до 90 литров в сутки для бытовых и от 0,76 до 27 м .для полупромышленных систем доочистки питьевой воды.

В некоторых системах используется 3—4-х ступенчатые процессы фильтрации (см. рис. 66), объединенные в один узел, производящий качественную питьевую воду. При этом используется различные среды, позволяющие достаточно эффективно удалять различные загрязнения: соединения хлора, свинца, органику и т. д.

Практикум

Говоря об экологических проблемах, мне бы хотелось показать нерациональное использование природных ресурсов на примере такой задачи:

Предположим, что в городе 1 млн. квартир и из-за неисправности водопроводных кранов за 20 секунд вытекает в среднем 10 капель горячей (60 0С) воды. Рассчитайте, какой объём метана (25 0С, 1 атм.) напрасно сжигается на городских тепловых станциях за год. Условия расчета:

объём капли 0,2 мл воду нагревают от 10 до 60 0С теплота сгорания метана 880 Дж/моль на нагрев воды идет 86% выделившегося тепла удельная теплоемкость воды 4,2 Дж/г * 0С Решение:

Рассчитаем объемную скорость воды, вытекающей из одного крана V/t=2мл:20с=0,1 мл/с;

Тогда во всём городе за 1 с вытекает 0,1×106 мл/с;

Объём воды, вытекающей за год (3,15×107 с) V (воды)= (0,1×106мл/с) х (3,15×107с) = 3,15×1012мл;

Масса этой воды m (воды)=3,15×1012 г; ((воды)=1 г/мл);

Количество теплоты Q, необходимое для нагревания воды от 10 до 60 0С рассчитаем по формуле: Q=C*m (воды)*(60 0С — 10 0С), где С — удельная теплоемкость воды;

Q=6,6×1014 Дж;

на нагревание воды идёт 86% теплоты, выделяющейся при сгорании метана Q`, следовательно, Q`=(Q*100%)/86%=7,7×1014 Дж;

Количество метана, необходимое для получения этой теплоты вычислим по формуле:

=Q`/gm, где gmмолярная теплота сгорания метана; =8,75×1011 моль;

Объём метана найдем по формуле V=Vm*=1,96×1013 л;

Ответ: за год в таком городе сжигается 1,96×1010 м3 газа.