§4. Очистные сооружения.

4.1. Свойства воды и требования к ее качеству

Качество воды характеризуется ее физическими, химическими и бактериологическими свойствами (ГОСТ 2874-84 «Вода питьевая»).

К физическим свойствам принадлежат: температура воды, цветность, мутность, запах и привкус. Температура воды открытых источников зависит от местных условий, поры года, скорости движения и других факторов. Она может изменяться в широких границах. Температура воды подземных источников характеризуется постоянностью (обычно 6-6°С).

Цветность воды (8.14) - это ее окраска, которая обуславливает главным образом

8.14. Цветность воды Цветность воды —это физик-химическое свойство, ееприсутствием в воде гуминовых веществ и обозначается в градусах платина-кобальтовой шкалы. Цветность определяют, сравнивая цвета исследуемой воды с эталонной шкалой, котораяимитирует эту окраска.

присутствием в воде гуминовых веществ и обозначается в градусах платина-кобальтовой шкалы. Цветность определяют, сравнивая цвета исследуемой воды с эталонной шкалой, которая имитирует эту окраску. Мутность воды(8.15) определяется содержимым в воде взвешенных веществ и обозначается в мг/л. Она зависит от количества взвесейи степени

8.15. Мутность воды Цветность воды —это физико-химическое свойство, котороеопределяется содержимым в воде взвешенных веществ и обозначается в мг/л. Она зависит от количества взвесей и степени ее дисперсности.

ее дисперсности. Степень загрязнения воды взвешенными веществами иногда можно определить по прозрачности водного столбика. Запахи и привкус естественных источников обусловлены присутствием в воде растворенных газов, разнообразных минеральных солей, а также органических веществ и микроорганизмов. Запах и привкус имеют болотные и торфяные воды, а также воды, которые содержат сероводород. В ряде случаев запах предопределяется присутствием живых или гниющих после отмирания водорослей. Неприятно пахнет вода, в которой есть некоторое количество остаточного хлора после ее хлорирования. Интенсивность запаха, как правило, увеличивается с повышением температуры воды.

Химические свойства воды характеризуются активной реакцией, окислением, наличием плотного осадка, содержимым кальция, магния (жесткостью (8.16)) , железа и др.

8.16. Жесткость воды Жесткость воды —это химическое свойство, котороеопределяется содержимым в воде ионов кальция и магния в карбонатных соединениях (карбонатная жесткость), и вообще во всех соединениях (общая жесткость). Определяется в мг-эквивалентах на литр ( мг-экв/л).

8.17. Активная реакция воды Активная реакция воды —это химическое свойство, котороеопределяется концентрацией ионов водорода, которую определяют по показателю рН. Если рН = 7 - среда нейтральная, при рН < 7 - среда кислая, а при рН > 7 - среда щелочная.

Активная реакция воды(8.17) определяется концентрацией ионов водорода, которую подают через показатель рН. Если рН = 7 - среда нейтральная, при рН < 7 - среда кислая, а при рН > 7 - среда щелочная. Жесткость воды определяется содержимым в ней растворенных солей кальция и магния, которые измеряются в миллиграммах-эквивалентах на 1 л воды ( мг-экв/л). Различают жесткость карбонатную, некарбонатную и общую. Карбонатная (временная) определяет количество бикарбонатных и карбонатных солей кальция. Некарбонатная характеризует наличие в воде некарбонатных солей кальция и магния.

Окисление(8.18) - показатель возможной загрязненности воды источника сточными водами, определяется содержимым в воде органических растворенных веществ. Плотный осадок характеризует содержимое в воде растворенных солей.

8.18. Окисление воды Окисление воды —это химическое свойство,показатель возможной загрязненности воды источника сточными водами, определяется содержимым в воде органических растворенных веществ.

О степени бактериального загрязнения воды узнаютпо количеству бактерий, которые содержатся в 1 см³воды. О степени фекального загрязнения - по присутствию в воде микробов, которые называются кишечной палочкой, « Коли-титр» (8.19) -

8.19. Коли-титр и коли-индекс Коли-титр и коли-индекс —это показатели возможного фекального бактерицидного загрязнения воды. « Коли-титр» —это объем воды, в котором содержится одна кишечная палочка, а « коли-индекс» — это количество этих палочек в 1 л воды.

это объем воды, в котором содержится одна кишечная палочка, а « коли-индекс» (8.19) - это количество этих палочек в 1 л воды.

Ныне действует ГОСТ 2874-84 «Вода питьевая», в котором приведено две группы требований к качеству воды, которую используют для питья. К первой группе относятся требования, обязательного во всех случаях централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Требования второй группы должны быть соблюдены, если в системе водоснабжения есть очистные сооружения.

Требования к качеству воды, которая тратится на производстве, чрезвычайно разнообразные, так как зависит от вида и технологической схемы производства. Устанавливают их в каждом случае технологическим заданием.

4.2 Основные способы очистки воды.

Качество воды из источника водоснабжения и требования к нему потребителю диктует способ и степень очистки воды, а также состав очистных сооружений.

Очистка воды состоит из таких операций:

1) удаление из воды взвешенных в ней веществ (нерастворимых примесей), что способствует снижению ее мутности - осветление (8.20);

2) устранение веществ, которые служат причиной цветности

воды, обесцвечивание(8.21);

3) уничтожение бактерий, которые содержатся в воде (в том

числе и возбудителей болезни) - обеззараживание(8.22).

4) удаление из воды растворенных в ней солей (в частности удаление солей, которые предопределяют жесткость или мягкость), снижение общего солевого состава воды - обессоливание(8.23).

Кроме того, на очистные сооружения могут быть возложенные отдельные специальные задачи - удаление растворенных в воде газов (дегазация), устранение запахов, привкусов и др.

Осветление может осуществляться: отстаиванием воды, фильтрованием ее через взвешенный слой в осветлителях, фильтрованием через слой зернистого фильтрующего материала в фильтрах. Ускорить осаждение взвесейі можно коагулированием (8.24) (реагентная и магнитная коагуляция).

Обеззараживание воды состоит в уничтожении бактерий, которые содержатся в воде. Наиболее распространенные способы обеззараживания - хлорирование (8.25) и бактерицидное облучение (8.26). Иногда применяется специальная обработка воды - обезжелезивание(8.27) и умягчение(8.28), т.е. удаление солей железа и солей, которые служат причиной жесткости воды. Упрочивают состав воды, прибавляя химические реагенты, чтобы предотвратить выпадение из воды солей (главным образом карбоната кальция) и удалению из воды кородирующих реагентов (кислорода и углекислоты).

8.20. Осветление воды Осветление воды —это физико-химический процессудаления из воды взвешенных в ней веществ (нерастворимых примесей), что способствует снижению ее мутности.

8.21. Обесцвечивание воды Обесцвечивание воды —это физико-химический процессустранения веществ, которые служат причиной цветности воды.

8.22. Обеззараживание воды Обеззараживание воды —это химико-биологический процессуничтожения бактерий, которые содержатся в воде .

8.23. Обессоливание воды Обессоливание воды —это химический или физический процесс удаления из воды растворенных в ней солей (в частности удаление солей, которые предопределяют жесткость или мягкость), снижение общего солевого состава воды.

8.24. Коагулирование Коагулирование —это физико-химический процесс ускорения осаживания взвесей с помощью ее принудительного осаждения на специальных веществах-коагулянтах.

8.25. Хлорирование воды Хлорирование воды —это процесс обеззараживания ее соединениями хлора.

8.26. Бактерицидное облучение воды Бактерицидное облучение воды —это процесс обеззараживания ее бактерицидным ультрафиолетовым излучением.

8.27. Обезжилезивание воды Обезжилезивание воды —это удаление из нее растворенного железа.

8.28. Умягчение воды Умягчение воды —это процесс удалениясолей, которые способствуют ее жесткости .

Воды поверхностных источников для хозяйственно-питьевого водоснабжения обычно осветляют и обеззараживают, что не всегда необходимо при водоснабжении промышленных объектов.

Подземные воды обычно не осветляют, и лишь при наличии (или возможности) бактериальных загрязнений - обеззараживают. Морские воды в некоторых случаях нуждаются в опреснении (обессоливании).

Полная физико-химическая и бактериологическая обработка воды происходит по схеме:

Коагулянт

ПАА

Сира СМ КХО ОТСI Ф ОТС II РЧВ НС-II

1

2

3

4

3а

5

6

вода

Хлор I Осадок Хлор II

на иловые

Активированный уголь площадки

KМnO4

Сырая вода поступает в смеситель с реагентами для осветления куда подается раствор коагулянта (1)

ПАА - полиакриламид; предварительно вводится Cl в виде насыщенного раствора или Mn, или активированный уголь при большой цветности или недопустимом вкусе или запахе.

КХО - камера хлопьеобразования, в ней образуются значительные хлопья коагулянта, облепленные взвешенными веществами, которые подаются в отстойник (3) I-И ступени и там при малых скоростях слипаются и осаживаются, мелкие фракции проходя через фильтр (4) задерживаются на песчано-гравийной загрузке и смываются в осадок. При необходимости устраивают еще одну ступень отстаивания (3а). Отстоянная вода поступает в резервуар чистой воды (РЧВ), куда подается вода, насыщенная хлором (повторное хлорирование). Из РЧВ чистая вода через 1 ч контакта с хлором с дозой Cl<0,5 мг/л отправляется потребителю.

4.3. Коагулирование

Коагулирования применяют перед отстаиванием для более скорого осаждения взвешенных и коллоидных частичек. Из воды при этом иногда удаляют и бактерии. Увеличение эксплуатационных затрат при коагулировании оправдывается сокращением времени отстаивания (вследствие этого уменьшается стоимость строительства) и увеличением степени осветления.

При реагентной коагуляции как коагулянт(8.29) применяют сернокислый алюминий — А1₂(SО₄)с, железный купорос — FеSО₄, хлорное железо — FеСl₃.

Коагулирование имеет три этапа: смешивание воды с раствором реагента; реакция реагента с солями воды, которая сопровождается образованием хлопьев; осаждение хлопьев с частичным выпадением взвесей. Ход реакции можно упрощенно изобразить такими уравнениями:

А1₂(SО₄)с + ЗСа (НСО₃)₂- ЗСаSО₄+ 2Аl (ВОН)₃+ 6СО₂,

или А1₂(SО4)₃+ ЗМg (НСО₃)₂ - Змg0₄+ 2А1 (ВОН)₃+ 6СО₂.

Частички коагулянта способны не только слипаться одна с одной, но и прилипать к поверхности зерен фильтрующего материала при фильтровании воды. Это дает возможность во много раз ускорить осветление воды в фильтрах. Процесс коагуляции зависит от дозы реагента, наличия и количества взвешенных веществ в воде, которая поступает на обработку, температуры обрабатываемой воды, органических примесей, т.е. от степени окисления воды, ее щелочности. Количество реагента, которые вводят на 1 л обрабатываемой воды (мг/л), называется дозой коагулянта. Она зависит от мутности и цветности воды, поступающей на обработку. Коагуляция идет удовлетворительно при рН воды от 5,7 до 7,8 — в зависимости от ее жесткости — и при определенной минимальной щелочности. При недостаточной щелочности воды ее приходится подщелачивать, для чего вместе с коагулянтом в воду добавляют

известь, соду или едкий натр. В последнее время для ускорения коагулирования начали применять активный силикат натрия, а также разнообразные органические высокомолекулярные флокулянты (8.30). Применение этих веществ (по данным исследований Академии коммунального хозяйства) одновременно с коагулянтом (до или после его введения) даже в очень малых дозах (1 мг/л) значительно ускоряет образование хлопьев, осадок взвесей и задержание их в осветлителях со взвешенным слоем осадка(8.31) и в фильтрах. На очистных станциях современных водопроводов установки, связанные с коагулированием, обычно имеют сооружения для подготовки и дозированию реагентов (реагентное хозяйство(8.32)), для смешивания.

8.29. Коагулянт Коагулянт —это соль сернокислого алюминияА12(SО4)с, или железа—Fе2(SО4), или же хлорнокислые соли этих металлов, реагенты, предназначенные для процесса коагулирования. Возвратите к тексту

8.30. Флокулянт Флокулянт —этоактивный силикат натрия, а также разнообразные органические высокомолекулярные соединения, реагенты, предназначенные для ускорения процесса коагулирования.

8.31. Осветлитель со взвешенным слоем осадка Осветлитель со взвешенным слоем осадка —это сооружение для осветления воды с помощью пропуска ее через слой так называемого «взвешенного осадка» коагулянта.

8.32. Реагентное хозяйство Реагентное хозяйство - это сооружения для подготовки и дозирования реагентов.

Рис. 8.17. Перегородочный смеситель:

1- место отвода воды: 2 - решетка насосной станции I-го подъема; 3- стена для перелива излишка воды.

осветленной воды с реагентами ( (8.33)), для образования хлопьев (камеры хлопье- образования (8.34)).

8.33. Смеситель Смеситель - это сооружение для смешивания с водой реагентов для ее осветления.

8.34. Камера хлопьеобразования Камера хлопьеобразования - это сооружение для образования крупных хлопьев коагулянта, с развитой поверхностью, електростатически заряженной противоположного заряда взвешенных частиц.

Коагулянт вводят в очищаемую воду до поступления ее в отстойник или осветлитель. Если воду необходимо подщелачивать, то реагенты, которые повышают щелочность воды, так же подают в воду доее поступления в отстойник. Прежде чем подавать воду из смесителя в отстойник, ее направляют в специальные камеры, где образовываются большие хлопья коагулянта. Хлопья увеличиваются быстрее при медленном перемешивании воды (при такой скорости движения, которое не причиняет разрушение хлопьев). К реагентному хозяйству относится весь комплекс сооружений для хранения, измельчения коагулянта, транспортировка, растворение и подача его в обрабатываемую воду. К этому относятся и склады коагулянта, которые могут быть устроены по принципу сухого или мокрого хранения; затворные и растворные баки, расходные баки, дозаторы коагулянта.

Равномерное распределение коагулянта в обрабатываемой воде обеспечивается с помощью перегородочных, дырчатых, шайбовых смесителей или насосов. Перегородочный (ершовый) смеситель - это лоток с несколькими вертикальными перегородками, поставленными под углом к направлению движения потока (рис. 8.17). Смешивается коагулянт с водой в результате интенсивных завихрений потока между перегородками. Дырчатый смеситель представляет собой такой же лоток, но с дырчатыми поперечными перегородками. Шайбовые смесители -это вставка с диафрагмой, устанавливаемая на трубопроводе. Смешивание происходит здесь вследствие резкого изменения режима движения воды при движении ее сквозь диафрагму.

Хлопья коагулянта образовываются в процессе медленного смешивания воды с ним в камерах хлопьеобразования (реакции). Чтобы получить довольно большие хлопья, необходимо держать воду в камере реакции 15 -20 мин. В зависимости от способа смешивания различают камеры перегородочные, лопастные (смешивающие) и вихревые. Перегородочная камера — это железобетонный резервуар (рис.. 8.18), разделенный в плане на коридоры, по которым движется вода со скоростью 0, 2-2,3 м/сек. Время пребывания воды в камере, зависящая от ее мутности, регулируется количеством открытых коридоров. Лопастные камеры реакции делают в виде вертикальных или горизонтальных резервуаров с механическими смесителями лопастного типа. Вихревая камера реакции имеет вид конусной емкости (угол конусности — 15-20°) с вершиной, обратной вниз. Вода поступает в конус снизу, а выходит вверху. Принцип работы этой камеры состоит в перемешивании воды при ее движении снизу вверх вследствие значительного уменьшения скорости движения. Время образования хлопьев 5-8 мин. Опыт работы камер вихревого типа показал их большое преимущество перед другими камерами реакции.

Рис.8.18. Перегородчатая камера реакции:

1 - обводный канал; 2 - окно в перегородке для перепускания осадка; 3 - промежуточные выпуски; 4 - выпуск осадка.

4.4. Осветление воды.

Осветляют воду в отстойниках (8.35) и осветлителях .Взвешенные частички выпадают из воды в отстойниках под влиянием силы тяжести.

8.35. Отстойник Отстойник - это преимущественно проточное сооружение, предназначенное для осаждения взвесей под влиянием силы тяжести.

Отстойники - это преимущественно проточные сооружения, т.е. осаждение взвесей в них происходит при беспрерывном движении воды от входа к выходу. Отстойники бывают горизонтальные, вертикальные и радиальные. В горизонтальном отстойнике осветляемая вода поступает через дырчатую перегородку одного торца отстойника, а выходит из противоположного торца (рис.8.19).Взвешенные частички, двигаются вместе с водой, тем не менее направление и скорость их движения отличные от направления и скорости движения воды, так как на взвешенные частички вследствие их большего удельного веса влияет сила тяжести. Глубина отстойника - З-4 м, иногда до 5 м. Обычно отстойник разделяют на ряд параллельно работающих секций. Днище таких отстойников делают с продольным уклоном не менее чем 0,02 к приямку для осадка, расположенного в начале отстойника, и с поперечным уклоном к лотоку, устроенному в днище. Отстойники периодически приходится отключать для очистки их от осадка, который залегает на дне отстойников. При улучшенной конструкции отстойников их очищают в ходе использования механизма, который приводится в движение электродвигателем и загребает осадок к углублению в дне отстойника.

Рис. 8.19. Горизонтальный отстойник.

Оттуда осадок удаляют специально приспособленными для этого насосами или эжекторами или под давлением воды в отстойнике (при открытой заслонке на иловой трубе). Применение горизонтальных отстойников целесообразно на больших очистных станциях.

Вертикальные отстойники - это цилиндрические резервуары с коническим или плоским днищем (рис. 8.20). Вода поступает в отстойник сверху через подающую 1 и центральную трубу 2 (камера хлопьеобразования), проходит через зону отстаивания 3 и сливается через край отводного лотока 4, который опоясывает верх отстойника. Осветленная вода отводится трубопроводом 6. Выпадение взвесей начинается в момент резкого изменения направления движения воды при выходе из центральной трубы. Время пребывания воды в отстойнике обычно равняется 2 ч. Осадок из вертикальных отстойников можно выпускать, не опорожняя их - необходимо открыть задвижку на иловой трубе 5 и осадок будет вытекать под напором воды в отстойнике. Коническое днище облегчает сползание осадков. При небольшом содержимом взвесей в очищаемой воде дно вертикального отстойника можно делать почти плоским с незначительным уклоном (0,02) к центру, который уменьшает объем строительных работ. В этом случае осадок удаляют периодическим смыванием. Диаметр вертикальных отстойников - 5-28 м.

Радиальные отстойники применяют на больших очистных станциях производительностью свыше 30-300 тис. м³/сут. при большом содержимом взвешенных веществ в воде, которая поступает на обработку, и, главным образом, в промышленном водоснабжении. Это круглые резервуары диаметром 10-60 м, с глубиной 3-5 м в центре и 1, 5-2,5 м на периферии.

Рис. 8.20. Схема вертикального отстойника:

1 - подающий трубопровод; 2 - камера хлопьеобразования; 3 - зона отстаивания (осаждения); 4 - отводный лоток; 5 - иловая труба для выпуска осадка; 6-отводный трубопровод.

Рис. 8.21. Осветлитель коридорного типа.

Вода поступает в центр отстойника и движется в радиальном направлении к сборному лотка, который располагается по периметру отстойника. Механическое беспрерывное удаление осадка является большим преимуществом радиальных отстойников перед отстойниками других типов.

Осветлители со взвешенным слоем осадка — сооружения нового типа. их применяют для осветления и обесцвечивания коагулированой воды при содержании взвешенных веществ в источнике водоснабжения 100 мг/л и больше и цветности до 150°. Осветление основано на движение воды через слой взвешенного осадка, частички которого оказывают содействие увеличению хлопьев коагулянта, способных задерживать большое количество взвешенных веществ. Осветлители в плане имеют круглую или же прямоугольную форму. Они сравнительно с вертикальными отстойниками имеют большую степень осветления и большую пропускную способность при малых дозах коагулянта.

Прямоугольные в плане осветлители коридорного типа (рис. 8.22) разделенны внутренними перегородками на три отдела. Вода из смесителя поступает в осветлитель через трубу 1 и дырчатые трубы 2 распределяется в рабочей зоне 3 осветлителя. Зависание хлопьев коагулянта достигается подхватыванием вертикальных восходящих скоростей потока воды. Над слоем взвешенного осадка расположена защитная зона 4. Отводят воду через лотки 5. В среднем отделе осветлителя (шламоуплотнители (8.36)).

8.36. Шламоуплотнитель Шламоуплотнитель часть сооружения осветлителя, предназначенная для уплотнения осадка - шлама, который удаляется из воды.

8.37. Шламонакопитель Шламонакопитель - это часть сооружения осветлителя, предназначенная для накопления шлама.

8) труба 6 для удаления избыточной воды. Избыточный осадок, который поступил из рабочей зоны 3 через окна 7 и уплотненный в шламонакопителя(8.37) 8, сбрасывается через трубу 9. Обычно скорость поднятия воды в рабочей зоне - 1-1,2 мм/сек. Осветленная вода удаляется через трубу 10.

4.5. Фильтрование воды.

Фильтрование воды(8.38) заключается в перепускании воды через слой мелкозернистого фильтрующего материала (речного или карьерной песка, измельченного антрацита и др.). Назначение фильтров - удаление всех взвешенных веществ, не задержанных в отстойниках или осветлителях. По скорости фильтрования фильтры разделяют на медленные, быстрые, скорые (применяются для промышленных целей).

Скорость фильтрования - это скорость прохождения воды через фильтрующий материал, измеренная в м/ч.

Фильтры бывают открытые (безнапорные, самотечные) и закрытые (напорные).

По величине фильтрующего материала фильтры сооружаются с нормальной загрузкой и с крупнозернистой, которые применяются для предочистки, как предфильтрация(8.39).

8.38. Фильтрование воды Фильтрование воды - это процесс перепускании воды через слой мелкозернистого фильтрующего материала (речного или карьерной песка, измельченного антрацита и др.) с целью удаления всех взвешенных веществ, не задержанных в отстойниках или осветлителях.

8.39. Предфильтры Предфильтры - это фильтры, предназначенные для первоначальной, грубой очистки естественной воды.

По принципу действия и виду загрузки быстрые фильтры разделяют на фильтры с направлением движения воды сверху вниз (однопоточные) и с одновременным движением сверху вниз и снизу вверх (двухпоточные).

Большое распространения в практике очистки воды приобрели быстрые фильтры (со скоростью фильтрования 6-10 м/ч и более). В такой фильтр (рис.8.22) вода поступает из отстойника или осветлителя трубопроводом 1 в водоотводный лоток 2, а из него на фильтрующий материал с помощью распределительных желобов 7. Вода проходит фильтрующий и поддерживающий ее гравийный слой, расположенный на дырчатом днище 3, а дальше проходит дренаж 4 и трубопроводом 6 отводится в резервуары чистой воды. Труба 5 нужна для опорожнения фильтра при ремонте. В меру загрязнения фильтрующего материала скорость фильтрования падает. Она зависит также от типа загрузки и крупности фильтрующего материала.

Рис. 8.23. Однопоточный открытый быстрый фильтр: а - при фильтровании; б - при промывке.

Промывка фильтра для восстановления фильтрующей способности материала заключается в подаче на фильтр снизу вверх большого количества воды. Эта вода захватывает отфильтрованные вещества, которые смываются с поверхности песка вследствие взаимного трения частичек. Загрязненная вода поднимается к уровню желобов и удаляется через них в водосток, сливаясь по трубе 8. Быстрые фильтры промывают 1-1 разы на сутки, в зависимости от качества исходной воды. Интенсивность промывки — не меньше 12-15 л/сек на 1 м²площади фильтра, продолжительность — 5-7 мин. Фильтрующий слой состоит из отсеянного кварцевого речного песка 9 с крупностью зерен 0, 5-5,8 мм при толщине слоя 0, 7-7 м. Поддерживающий гравийный слой 10 состоит из гравия размером от 2-12 до16—32 мм и имеет высоту до 0,4-5 м. Дренаж обеспечивает равномерный отвод фильтрованной воды, а также равномерное распределение воды промывки фильтра. По величине гидравлической нагрузки, которая играет большую роль в равномерном распределении воды, дренажи разделяют на две группы: большой и малой нагрузки. Дренажи большой нагрузки бывают трубчатые и колпачковые. Наиболее распространенные - трубчатые, которые представляют собой систему дырчатых чугунных или стальных труб, укладываемые параллельно на расстоянии 0, 15-0,3 м одна от одной в нижних слоях гравия и присоединяются к коллектору (труба большого диаметра), расположенных посреди днища фильтра параллельно к его длинной стороне.

Рис. 8.24. Фильтр АКХ:

1 - желоба; 2 - воздушная трубка; 3 -щелевой дренаж; 4 - люк; 5 - труба для промывной воды; 6 - труба для осветленной воды; 7 - канал чистой воды; 8- трубы распределительной системы.

Щелевые колпачки дренажа дают возможность отказаться от поддерживающих слоев гравия, вследствие чего уменьшается высота и, а так же стоимость фильтра.

Фильтры двопоточные - АКХ (рис.8.24) имеют производительность в 1,5 раза большую, чем открытые скорые фильтры. Основная масса воды проходит сквозь тело фильтра снизу вверх. Часть воды, которая поступает желобами, фильтруется сверху вниз. Профильтрованная вода отводится трубчатым дренажем из щелевых асбестоцементных или винипластовых труб.

Измельченный антрацит имеет большую способность задерживать загрязнения воды, в отличие от кварцевого песка. Антрацит применяют в двухслойных фильтрах. В последнее время используют двухслойные фильтры, загруженные сверху слоем 0, 4-0,5 м измельченного антрацита крупностью 0, 8-1,8 мм, а внизу - на высоту 0, 4-0,5 м - кварцевым песком. Производительность такого фильтра в 1, 5-2 разы больше, чем обычного при одинаковой их площади. Учитывая сопоставимую сложность оборудования фильтров АКХ, двухслойные фильтры, которые появились позднее чем фильтры АКХ, стали их серьезным конкурентом по производительности. Медленные фильтры имеют скорость фильтрования 0, 1-0,2 м/ч без коагулирования. 1-е применяют для очистки небольших количеств воды, преимущественно в сельском хозяйстве.

Сверхскоростные фильтры (напорные системы Г.М. Никифорова) разделяют на два типа: камерные и батарейные. Сверхскоростные фильтры требуют больших капитальных затрат и расхода металла, а также высокой квалификации обслуживающего персонала. Тем не менее большая пропускная способность и малые размеры площадей, которые они занимают (а это важно для промышленных предприятий), предопределяют их большое распространение.

Напорный фильтр - это герметически закрытый стальной резервуар с фильтрующей загрузкой, который работает при давлении воды до 59 н/см². Напорные фильтры применяют преимущественно в промышленном водоснабжении. Иногда после этих фильтров напор бывает еще достаточным для подачи воды в напорный бак или в разводную сеть. В таких случаях отпадает потребность в насосной станции второго подъема. Напорные фильтры разделяют на горизонтальные и вертикальные. При напорном фильтровании предотстаивание воды не обязательно. Недостаток этих фильтров - в сложности контроля и неудобности их для обзора.

4.6. Обеззараживание воды.

Обработка воды с целью уничтожения бактерий называется дезинфекцией, или обеззараживанием. Обеззараживание может быть достигнуто хлорированиям, действием ультрафиолетовых лучей, ультразвука, озонированием(8.40) и обработкой ионами тяжелых металлов.

8.40. Озонирование Озонирование — это процесс обеззараживания воды с помощью перепуска через камеру образования озона -О3, иона, очень сильного бактерицидного действия. Химическая реакция нуждается в высокочастотных электрических микротоков большого напряжения.

На временных и малых установках допускается дезинфекция воды хлорной известью. Хлорная (белильная) известь изготовливается на заводах, путем соединения газообразного хлора с гашеной известью. Техническая хлорная известь содержит 25-30% активного хлора.

Хлор - это газ желто-зеленого цвета, в 2,5 раза тяжелее воздуха. При температуре —34° С хлор переходит в жидкое состояние. Показателем достаточности употребленной дозы хлора служит наличие в воде так называемого остаточного хлора после очистных сооружений. Количество остаточного хлора в воде должно быть не менее чем 0,3 и не более чем 0,5 мг/л. Для осветленной речной воды или воды подземных источников доза хлора может быть ориентировочно до 0,5 мг/л.

Введенный в очищаемую воду хлор должен хорошо смешаться с ней, и до того, как вода будет подана потребителю, ей необходимо на протяжении не менее чем 30 мин. контактировать с хлором. При хлорировании уже осветленной воды хлор вводится обычно перед поступлением ее в резервуар чистой воды, где и обеспечивается нужное для контакта время.

Газообразный хлор поступает на станцию в металлических баллонах или бочках. Хлор из баллонов подается в воду через специальные устройства - «хлораторы» или (газодозатори(8.37)) где он дозируется и смешивается с некоторым количеством воды.

8.41. Газодозатор Газодозатор - это прибор, предназначенный для подачи нужного количества газа (для хлора «хлоратором»).

Ныне применяются вакуумные хлораторы, в которых с помощью редукционного клапана давление газа снижается до 12 н/см².

Для сокращения времени реакции и повышения степени надежности обеззараживающего действия хлора иногда применяют перехлорирование, т.е. обработку воды дозами хлора, которые превышают естественную потребность в нем. Избыточные количества хлора (сверхнормативные) или малое время контакта хлора с водой могут послужить причиной неприятного запаха хлора в воде. Для устранения этого запаха воду дехлорируют(8.38) (удаляют из нее хлор) аэрированием или введением в нее веществ, которые нейтрализуют хлор.

8.42. Дехлорирование Дехлорирование - это процесс устранения из воды избыточной концентрации хлора.

Хлораторные помещения должны быть изолированы от других помещений очистной станции. Для его вентиляции устанавливают вентилятор, который обеспечивает не менее чем 12-кратный обмен воздуха с удалением его возле пола, так как хлорный газ имеет удельный вес больший, чем воздух.

Воду можно обеззаразить, если подвергнуть ее бактерицидному облучению, т.е. действию ультрафиолетовых лучей, которые имеют бактерицидные свойства (убивают бактерии). Как источник излучения используют артонно-ртутные лампы низкого давления и ртутно-кварцевые лампы высокого давления. Большим преимуществом обеззараживания воды с помощью бактерицидного облучения есть то, что при нем не изменяются вкусовое и химическое свойства воды: бактерицидные лучи действуют во много раз быстрее, чем хлор, и потому обеззараженную воду можно сразу же подавать потребителям. А недостаток бактерицидного облучения в том, что оно не может быть применено для мутной воды, а также для воды, которая содержит железо.

Особенностью озонирования являются обесцвечивание воды и устранение запаха и привкуса, который происходит одновременно с обеззараживанием. Озон, это один из сильнейших окислителей, уничтожает бактерии, споры и вирусы (в частности вирусы полиомиелита), а также растворенные и взвешенные в воде органические вещества. Озон О₃, необходимый для озонирования, получают из атмосферного воздуха в специальных аппаратах (озонаторах), влияя на него «тихим» электрическим разрядом. Продолжительность контакта обеззараживаемой воды с озоном- 5-10 мин. Доза озона составляет около 1 мг/л, если предполагается лишь обеззараживание воды, а если также и обесцвечиваеся - до 4 мг/л. Недостаток озонирования - большая затрата электроэнергии, которая удорожает очистку воды.

Обеззараживание воды ионами тяжелых металлов основывается на сильном бактерицидном действии ионов тяжелых металлов (серебра, меди) при очень малой их концентрации в обеззараживаемой воде. Обезвредить воду можно также фильтрованием воды сквозь осеребренный песок. Большая поверхность взаимодействия серебра с водой оказывает содействие быстрому переходу ионов серебра в раствор.

Ныне известно о положительном бактерицидном действии ультразвука .

4.7. Умягчение воды.

Питьевая вода для котельных установок, а также для водоснабжения промышленных предприятий в большинстве случаев нуждается в умягчении жесткости, т.е. умягчение воды. Умягчить ее можно реагентной обработкой, катионированием, термической и термохимической обработкой, обработкой ультразвуком, электромагнитами и комбинированием названных методов.

При реагентном (известково-содовом) способе известь устраняет соли карбонатной жесткости, а сода способствует выпадению солей постоянной жесткости. К умягченной воде добавляют насыщенный раствор гашеной извести или 3- 5-процентный раствор известкового молока. Часть извести нейтрализует свободную углекислоту, растворенную в воде, образовывая мел. Часть извести действует на двууглекислые соли кальция, забирая полусвязанную углекислоту, образовывая затем мел, который выпадает в осадок. Для удаления солей постоянной жесткости служит кальцинированная сода. В результате обменной реакции с солями постоянной жесткости (сернокислым, хлористым или азотнокислым кальцием и магнием) кальций и магний переходят в углекислые соединения и выпадают в осадок. В воде остаются соли натрия. Итак, происходит замена солей постоянной жесткости на соли натрия. Реагентным методом практически удается уменьшить жесткость до 1-2 мг-экв/л.

Для глубокого умягчения принимают вспомогательные меры. Так, при подогреве обрабатываемой воды приблизительно до 90° остаточная жесткость может быть доведена до 0, 2-2,4 мг-экв/л. Без подогрева обработка воды ведется большими, избыточными дозами извести с последующим удалением этих излишков продувкой воды углекислотой. Такой процесс называется декарбонизацией(8.43).

8.43. Декарбонизация Декарбонизация - это процесс умягчения воды без подогрева, обработкой большими, избыточными дозами извести с последующим удалением этих излишков продувкой воды углекислотой.

Неполное умягчение воды при известково-содовом способе, громоздкость установок и необходимость тщательного дозирования реагентов из-за непостоянство состава умягчаемой воды есть недостатками этого метода обработки воды.

Усовершенствованным и технологически обоснованным является метод ионообмен-Н- и Nа-(8.44) способ умягчения воды, которая основана на реакции замещения катионов кальция и магния на катионы натрия и водорода при фильтровании воды через катионитовую загрузку.

8.44. Ионообмен-Н- и Nа Ионообмен-Н- и Nа - это процесс умягчения воды, основаный на реакции замещения катионов кальция и магния на катионы натрия и водорода при фильтровании воды через катионитовую загрузку.

Различают Н- и Na-Катионирование. Как комплексные соединения, применяемые для катионирования, могут быть использован сульфатный уголь; катиониты КУ-1, КУ-2, КБ-4. При катионитовом умягчении воды различают параллельное, последовательное и комбинированное катионирование на фильтрах Н- и Na-Катионитов. Например, при параллельном катионировании часть воды фильтруется через Н-Катионитовые фильтры, а остальная - через Nа-Катионитовые, далее обе части воды смешиваются. Такие схемы умягчения воды обусловливаются увеличением кислотности воды при Н-Катионировании и необходимостью пощелачивать воду для ее восстановления (для чего и применяют Nа-Катионирование). Со временем умягчительная способность катионитового фильтра уменьшается и его необходимо восстанавливать (регенерировать). Регенерируют фильтр, пропуская через него 5- 8-процентный раствор хлористого натрия (кухонной соли). Умягчение катионитами экономически целесообразно только для жесткости воды до 10 мг-экв/л, при этом общая жесткость воды снижается почти до нуля.

В тех случаях, когда умягчаемая вода имеет высокую карбонатную жесткость, целесообразно применить комбинированный способ умягчения воды известью и катионитом. При этом сначала с помощью извести снижают карбонатную жесткость воды, потом пропускают воду через катионитовый водоумягчитель, который окончательно снимает как карбонатную, так и постоянную жесткость.