7.2. Основные процессы очистки природной воды
При использовании поверхностных вод в качестве источника водоснабжения процесс их очистки включает три этапа: осветление, обесцвечивание, обеззараживание [ 1, 2 ].
При водоснабжении из подземных источников бывает необходимо производить умягчение, обезжелезивание и обеззараживание воды.
Осветления и обесцвечивания не требуется, так как подземные воды обычно не содержат взвешенных и коллоидных веществ.
Осветление и обесцвечивание воды. Для удаления из воды взвешенных и коллоидных (гуминовых) веществ используют два основных технологических процесса: отстаивание и фильтрование.
При отстаивании воды в отстойниках взвешенные вещества осаждаются на дно отстойника и периодически удаляются в сток.
Осаждение взвешенных веществ в отстойниках происходит под действием силы тяжести. Скорость осаждения взвеси в основном зависит от размеров и плотности осаждающихся частиц.
Для осаждения тонкодисперсной взвеси в отстойниках требуется длительное время. Поэтому процесс отстаивания в основном используется для выделения из воды наиболее крупных, тяжелых и быстро осаждающих фракций взвеси, а мелкие частицы, не выпавшие в осадок в отстойниках, удаляются из воды при ее последующем фильтровании.
При фильтровании воды через загрузку частицы взвеси задерживаются на ее поверхности и в порах.
В качестве фильтрующей загрузки чаще используется песок или другая пористая загрузка Процесс фильтрования применяется для окончательного осветления и обесцвечивания воды до требуемой степени.
Для ускорения процесса отстаивания и повышения эффекта осветления
и обесцвечивания воды используют специальную обработку воды – коагулирование.
Сущность коагулирования состоит в том, что в обрабатываемую воду добавляют химические реагенты – коагулянты, которые вызывают процесс укрупнения взвешенных и коллоидных частиц вследствие их взаимного слипания, что приводит к ускорению выпадения их в осадок.
В качестве коагулянтов чаще всего применяют сернокислый алюминий Аl2 (SO4)3 и хлорное железо FeCl3. Дозы коагулянта принимают в зависимости от мутности и цветности воды в пределах 25…130 мг/л.
На водоочистных станциях находят применение и другие химические реагенты, например, активированный силикат натрия Na2SiO3, алюминат натрия NaAlO2 , полиакриламид ППА.
Добавление этих химических реагентов в воду даже в весьма малых дозах значительно ускоряет процесс коагуляции и повышает эффект действия коагулянтов.
7.3. Обеззараживание воды
Для предотвращения возможности распространения инфекционных заболеваний водопроводную воду следует подвергать обеззараживанию. Существует несколько способов обеззараживания воды [ 1 ]:
хлорирование;
бактерицидное облучение;
озонирование.
Хлорирование воды. Способ хлорирования является наиболее распространенным способом обеззараживания воды. Обычно для хлорирования используют жидкий или газообразный хлор. Одним из перспективных способов хлорирования воды является использование гипохлорита натрия (NaClO), получаемого электролизом раствора поваренной соли.
При введении в воду хлора происходит окисление веществ, входящих в состав протоплазмы клеток бактерий, в результате чего патогенные бактерии гибнут.
Эффект действия хлора зависит от его дозы и продолжительности контакта с обрабатываемой водой. При хлорировании воды хлор расходуется не только на окисление микроорганизмов, но и на реакции с органическими и неорганическими примесями, содержащимися в воде. Суммарный расход хлора на окисление микроорганизмов, органических и неорганических примесей характеризует хлорпоглощаемость воды.
Доза вводимого хлора всегда больше хлорпоглощаемости, так как содержание остаточного хлора в водопроводной воде в ближайшей точке к насосной станции второго подъема должно составлять 0,3…0,5 мг/л.
В зависимости от качества воды в источнике применяют:
однократное (простое) хлорирование воды из чистых водоемов;
двойное хлорирование воды из цветных водоемов, с повышенным содержанием органических веществ и бактерий;
перехлорирование воды из сильно загрязненных водоемов.
Взаимодействие хлора с водой осуществляется в контактных резервуарах. Продолжительность контакта хлора с водой до поступления ее к потребителям должно быть не менее 0,5 часа.
В условиях железнодорожного водоснабжения в большинстве случаев для хлорирования воды применяют отстоянный раствор хлорной извести.
В зависимости от вида используемого хлора для его дозирования используют хлораторы или газодозаторы различных конструкций.
Хлор является отравляющим газом, поэтому необходимо предусмотреть меры, обеспечивающие безопасность обслуживающего персонала.
Бактерицидное облучение. 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.
На рис. 39 представлена схема устройства напорной обеззараживающей установки.
Рис. 39. Схема устройства напорной обеззараживающей установки:
1 – камера; 2 – ртутно-кварцевая лампа; 3 – кварцевый цилиндрический корпус; 4 – радиально расположенные перегородки.
Этот способ обеззараживания воды имеет ряд преимуществ перед хлорированием. Главным его достоинством является простота и безопасность обслуживания обеззараживающей установки. Кроме того, ультрафиолетовые лучи оказывают быстрое бактерицидное действие, поэтому не требуется выдерживать воду в контактных резервуарах, как при хлорировании, а сразу подавать ее потребителям.
Природные вкусовые качества воды при бактерицидном облучении не изменяются. Облучением уничтожаются вегетативные и спорообразующие бактерии в воде, тогда как хлор действует только на вегетативные.
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. 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 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.