Содержание остаточного алюминия в очищенной воде
Водоисточник |
Состав очистных сооружений
|
Качество речной воды |
Концентрация остаточного алюминия, мг/л |
|
мутность, мг/л |
цветность, град |
|||
р. Прут (г. Кагул) |
См-КХ-ГО-СФ |
30-50 (1000) |
30-35 |
1,1 |
р. Прут (г. Унгены) |
См-ОВО-СФ |
30-50(1000) |
20-40 |
1,2 |
р.Днестр (г.Кишинев) |
См-КХ-ГО-СФ |
60-600 (1200) |
10-30(50) |
0,6 |
р.Вологда (г.Вологда) |
См-КХ-ГО-СФ |
1,13-2,83 |
22-123 |
0,5-0,9 |
р. Лежа (г. Грязовец) |
См-ОВО-СФ |
1,9-20 |
25-200 |
0,5-1,5 |
р.Лоста (пос.Надеево) |
См-КО |
0,5-38 |
40-210 |
0,2-0,3 |
Примечание: Условные обозначения: См – смеситель; КХ – камера хлопьеобразования; ГО –горизонтальный отстойник; ОВО – осветлитель со взвешенным осадком; СФ – скорый фильтр. В скобках указаны максимальные зафиксированные концентрации за период наблюдений.
Совместная реагентная обработка воды растворами извести, флокулянта и коагулянта позволяет при рН>7,5 снизить после отстаивания мутность речной воды с 100-300 мг/л до 50-100 мг/л при одновременном снижении дозы A12(SO4)3-18H2O в ~ 1,5 раза. Такой технологический прием исключает в фильтрате превышения допустимых концентраций остаточного алюминия.
При наличии в поверхностных водах клостридий, цист патогенных кишечных простейших или колифагов, свидетельствующих о вирусном загрязнении, традиционное обеззараживание воды хлором оказывается недостаточным, а перехлорирование воды требует его последующего дехлорирования.
Конструктивные и технологические особенности морально устаревших элементов и сооружений очистных станций оказывают негативное действие на работу и эффективность водоочистного комплекса в целом.
Применение в технологических схемах скорых фильтров с тяжелой загрузкой связано с необходимостью изменения дренажных систем большого сопротивления, большими энергозатратами на промывку фильтров и необходимостью наличия емкостей для хранения запаса промывной воды и специальных насосов для ее подачи.
2.2. Системный подход к выбору водоочистных технологий
Повышение санитарной надежности водопроводных очистных сооружений в зарубежной и отечественной практике осуществляется в современных условиях путем применения дополнительных методов доочистки воды, таких как озонирование, сорбция, ионный обмен, обратный осмос и др. Оно, как правило, связано со значительными затратами на оборудование, электроэнергию, транспортные перевозки и реагенты.
При аварийных сбросах и эпизодическом появлении в водоисточниках техногенных загрязнений в концентрациях значительно превышающих предельно допустимые применяется дозирование порошковых угольных сорбентов в аванкамеры насосных станций первого подъема, либо в трубопровод непосредственно перед фильтрами с зернистой загрузкой. Для водоисточников, характеризующихся постоянной антропогенной и техногенной нагрузкой, рекомендуется дополнение очистных сооружений несколькими ступенями озонирования в сочетании с сорбционным методом, что не всегда оправдано с технико-экономической точки зрения.
Использование таких приемов хотя и позволят обеспечить получение качественной безвредной питьевой воды, однако, связано с серьезными проблемами:
нерациональное использование порошковых угольных сорбентов (снижение их КПД, большие безвозвратные потери и «экранирование» угля);
применение дорогостоящего оборудования и сорбентов (так, например, стоимость одного м3 гранулированного угля достигает ~ 1,5-2,5 тыс.$);
серьезные трудности, связанные с регенерацией отработанных гранулированных углей в стационарных адсорберах;
Анализ эффективности традиционных водоочистных технологий и причин, препятствующих широкому внедрению дополнительных методов озонирования и сорбции, стратегия выбора, системный подход к обоснованию технологических схем и интенсификации водоочистных процессов при проектировании новых и реконструкции существующих станций очистки воды являются весьма актуальными и требуют пристального внимания специалистов.
Технологии и сооружения подготовки воды питьевого качества в современных условиях должны:
обеспечить повышенную барьерную функцию сооружений от попадания в питьевую воду не только природных, но и примесей антропогенного характера, предусмотренных СанПиН;
предотвратить в процессе водообработки образование токсичных хлорорганических соединений при первичном хлорировании воды, содержащей в большом количестве растворенные органические вещества;
обеспечить гибкость в управлении процессами водоочистки в различные периоды изменения качества воды на разных по назначению и принципу работы сооружениях, входящих в единую технологическую схему станций;
способствовать экономному расходованию электроэнергии, сорбентов, химических реагентов и эффективным режимам работы энергоемкого оборудования (озонаторов, флотаторов, установок ионного обмена и др.) при изменяющейся степени загрязненности исходной воды в разные периоды года;
максимально использовать методы предварительной очистки воды от грубодисперсных примесей и органически растворенных веществ непосредственно в водозаборном узле, сокращая тем самым количество осадков на водопроводных станциях и эксплуатационные затраты на реагентную обработку.
Действующие в РФ нормативы на источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения и качество питьевой воды, а также рекомендации, нормы и правила проектирования систем водоснабжения не позволяют в условиях повышенной антропогенной нагрузки на водоисточники проектировщикам и эксплуатационному персоналу водоочистных станций (комплексов) в достаточной мере принимать правильные решения по выбору и интенсификации технологии водоподготовки.
Отмеченные выше аспекты явились предпосылками для разработки авторами системного подхода к выбору водоочистных технологий. Такой подход состоит в комплексном анализе и использовании:
- гидрохимической и санитарно-гигиенической информации о динамике многолетнего изменения качества природных вод в конкретном створе водотока и результатов ее статистической обработки с целью определения перечня основных загрязняющих ингредиентов, их максимально-расчетных концентраций, фазово-дисперсного состояния примесей и продолжительности их присутствия в контрольном створе водозабора за анализируемый период;
новых классов и подклассов природных вод по качественному составу, предложенных для выбора технологий водоподготовки с учетом антропогенной нагрузки на них, фазово-дисперсного состояния примесей и временного фактора присутствия в заданном интервале концентраций;
впервые разработанных классификаторов технологий очистки природных вод, позволяющих для заданного качества очищаемой воды получить набор нескольких альтернативных технологических схем водоочистки, реализующих как традиционные, так и усовершенствованные процессы и сооружения;
современных методов технико-экономического сравнения и оценки экологической эффективности технологий для определения наиболее выгодной из них, в том числе в условиях рыночной экономики;
впервые разработанных и апробированных структурных и математических моделей оптимизации выбранной технологии водоочистного комплекса в целом с последующим решением задач, связанных с управлением его работой;
разработанных систем автоматического управления оптимальными режимами эксплуатации водоочистных комплексов.
Практическое решение поставленной комплексной научно-технической задачи базируется на предложенной методологии обоснования надежной и экономичной технологии водоподготовки. Алгоритм такого обоснования представлен на рис. 1.
Интенсификация отдельных процессов и технологической схемы очистки воды в современных условиях должна осуществляться в следующих направлениях:
- более широким применением методов биологической и механической предочистки воды (в том числе в руслах водотоков), позволяющих снизить начальные концентрации загрязнений и гидравлическую нагрузку на основные очистные сооружения;
изменением режима хлорирования, позволяющим сократить дозы и время контакта хлора с неочищенной водой, заменой хлорирования воды на первичное озонирование или ультрофиолетовое облучение;
Рис. 1. Алгоритм обоснования и оптимизации водоочистной технологии:
П - приведенные затраты; ЧДД - чистый дисконтированный доход;
ВНД - внутренняя норма доходности; Xiф, Xia - концентрации сооветственно фоновых и антропогенных i-ых ингредиентов
применением комплексной обработки воды различными окислителями (озон, перманганат калия, пероксид водорода) при наличии в воде особо токсичных веществ;
применением более эффективных коагулянтов и флокулянтов для конкретного состава исходной воды;
применением смесителей мгновенного действия, лопастных и контактных камер хлопьеобразования, и камер с псевдовжиженным мелкозернистым слоем;
повышением эффективности процессов отстаивания и осветления воды путем использования тонкослойных модулей, рециркуляторов слоя взвешенного осадка;
использованием инертных фильтрующих загрузок с плотностью больше и меньше плотности воды, с более развитой поверхностью зерен; применением двух- и трехслойных загрузок большей грязеемкости двухпоточного фильтрования;
усовершенствованием режимов промывки загрузок и конструкций сборно-распределительных систем фильтровальных сооружений;
дополнением реагентной технологии очистки озонированием, осуществляемым в одну или две ступени и сорбционной доочисткой воды с использованием гранулированных (ГАУ) или порошковых (ПАУ) активированных углей, вводимых в зону глубокого осветления воды;
внедрением фильтровальных сооружений комбинированного типа с зернистыми и гранулированными загрузками с плотностью больше и меньше плотности воды, волокнисто-гранулированными и осветлительно-сорбционными загрузками. Такие сооружения позволяют добиться эффективной очистки воды за счет регулирования межпорового пространства, увеличения продолжительности фильтроцикла, уменьшения темпов роста потерь напора при одновременном снижении эксплуатационных затрат на промывку фильтрующих загрузок, их доставку к станциям назначения и планово-профилактические работы.