1027_DLYaPEChATI

-керамзит – гранулированный пористый материал, получаемый вспучиванием легкоплавких глин при обжиге (выпускается в виде песка – фракции до 5мм и гравия – гранулы размером 5-10 мм);

-дробленые горелые породы определенных месторождений;

-металлические шлаки;

-вулканические шлаки;

-активированный уголь марок АУ-3, АУ-5, АУ-7, БАУ и др.

Фильтры зернистые (с зернистой загрузкой) классифицируются по ряду признаков:

6.По скорости фильтрования: медленные (0,1-0,3 м/ч), скорые (5-12 м/ч) и сверхскоростные (36-100 м/ч) (м3/ч – можно расшифровать как количество м3 воды, проходящее через м2 поверхности фильтра в час).

7.По крупности фильтрующего материала: мелкозернистые, среднезернистые и крупнозернистые.

8.По количеству фильтрующих слоев фильтры бывают однослойные, двухслойные и многослойные.

Толщина фильтрующего слоя песка в таком фильтре 1-1,25 м, величина фракций песка возрастает сверху вниз. Скорость фильтрации воды в медленном фильтре составляет 0,1-0,3 м3/ч, что определяет его небольшую производительность (типовой проект на 800 м3/сут. при качестве исходной воды по содержанию взвешенных веществ не более 50 мг/л, цветности не более 50°).

В большинстве зернистых фильтров поры фильтрующего материала оказываются больше диаметра взвесей, но вода при этом осветляется. Объясняется это процессом "заиливания", когда на поверхности фильтрующего материала и в некоторой глубине его (1-2 см) постепенно создается добавочный фильтрующий слой, имеющий более мелкие поры, чем фильтрующая среда.

111

Этот слой образуется за счет крупных взвесей, оседающих на поверхность собственно фильтра и проникающих в его глубину.

Процесс образования фильтрующего слоя называется созреванием фильтра. Созревание фильтра ведет к образованию такого слоя, который задерживает не только взвешенные вещества, но и микроорганизмы, в этом слое окисляются продукты распада органических веществ (аммиака, азотистой кислоты и др.). Поэтому такой фильтрующий слой называют биологической пленкой, она может образовываться только в медленных фильтрах. Биологическая пленка способствует процессам очистки воды. Фильтр работает без промывки в течение 1-2 месяцев, в конце этого срока его подвергаются радикальной очистке путем замены верхнего слоя песка толщиной 1-2 см. Эффективность работы фильтра достаточно высокая: цветность воды снижается на 50%, мутность - на 100%, количество бактерий кишечной палочки уменьшается на 99,7%.

Скорый фильтр.

Широкое применение в практике очистки питьевой воды также получили скорые фильтры, применяющиеся для конечного осветления воды после коагуляции и отстаивания (Рис. № 6).

1. Песчано-гравийная засыпка; 2. Подача загрязнённой воды на фильтр; 3. Ток воды при фильтрации; 4. Отбор очищенной воды; 5. Подача промывной воды; 6. Ток промывной воды; 7. Сброс промывной воды.

Вода в скором фильтре проходит сверху вниз через фильтрующий и поддерживающий гравийные слои, которые имеют толщину 0,7 и 0,65 м соответственно. Размеры фракций песка увеличиваются сверху вниз. Скорость фильтрации на скорых фильтрах составляет 6-8 м/ч, промывка проводится примерно через 8 часов обратным током воды. Эффективность работы скорых фильтров по снижению бактериального загрязнения по сравнению с

112

медленными значительно ниже. Но при условии применения коагулянтов, эффект осветления получается достаточно высокий даже при увеличении скорости фильтрации до максимальной.

Разнообразие применяемых методов обработки воды позволяет в каждом конкретном случае выбрать наиболее эффективный метод осветления и обесцвечивания воды.

Дезодорация воды – устранение привкусов и запахов воды, вызываемых наличием в воде сероводорода, аммиака, меркаптанов и т.д.

Для устранения запахов, обусловленных наличием в воде самых различных органических веществ, являющихся продуктами жизнедеятельности или распада микроорганизмов, водорослей, используются различные модификации метода хлорирования воды, сорбционное фильтрование, углевание, аэрирование, озонирование, обработку воды перманганатом калия, перекисью водорода и комбинации этих методов.

Так, например, доза перманганата калия для дезодорации составляет 0,1-0,5 мг/л. Сорбционное фильтрование путем пропускания воды через фильтр, загруженный активированным углем, применяют для дезодорации воды как отдельный метод обработки, либо как заключительный этап после обработки воды хлором. При этом требуется 0,05-0,15 м3 активированного угля на 1 м3/час фильтруемой воды.

Вместо сорбционного фильтрования может применяться углевание воды, т.е. введение в воду порошкообразного высокоактивированного угля до, после или одновременно с добавлением коагулянта, а также до или после хлорирования. Во многих случаях лучшим методом дезодорации воды является озонирование. При использовании этого метода для обеззараживания воды одновременно улучшаются ее органолептические свойства.

Метод аэрирования воды является экологически чистым и экономически выгодным способом дезодорации питьевой воды. Но в последнее время данный способ, наряду с использованием химических способов окисления, используется для борьбы с повышенным содержанием железа, марганца и др. металлов. Принцип метода основывается на окислении растворимых двухвалентных форм металлов в труднораствориые трёх- и четырёхвалентные.

МЕТОДЫ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ВОДЫ

Одной из основных задач водоснабжения является создание барьера на пути возможной передачи инфекционных агентов через воду путем ее обеззараживания.

Все методы обеззараживания делятся на два группы: безреагентные и реагентные.

Кбезреагентным методам относят кипячение, воздействие ультразвуком, токами высокой частоты, -лучами, ультрафиолетовыми лучами и др.

Креагентным методам обеззараживания относят хлорирование (нормальными дозами, перехпорирование, двойное хлорирование, хлорирование

спредварительной аммонизацией и т.д.), озонирование, использование ионов

113

серебра и некоторых других химических соединений являющихся сильными окислителями(перманганат калия, перекись водорода и т.д.).

Рассмотри некоторые из указанных способов обеззараживания, получивших наибольшее распространение в практике водоподготовки.

Хлорирование.

Современная технология обеззараживания воды позволяет осуществлять хлорирование воды газообразным хлором или веществами, содержащими активный хлор: хлорной известью, гипохлоритом Са, хлораминами, двуокисью хлора и другими. В последние годы хлорирование воды получило новые перспективы в связи с разработкой электролитического способа производства хлора непосредственно на водопроводных станциях путем прямого электролиза. В результате этого отпали трудности, связанные с транспортировкой и хранением больших количеств жидкого хлора.

Преимуществом хлорирования является его высокая бактерицидность, простота технологии и контроля эффективности обеззараживания, экономичность и наличие пролонгированного механизма действия.

Чистый газообразный хлор применяется для обеззараживания воды на крупных городских водопроводах. На малых водопроводных станциях используются порошкообразные хлорсодержащие препараты.

При растворении хлорной извести и его препаратов в воде образуется хлорноватистая (или гипохлоритная) кислота:

Cl2 + H2O = HCl + HСlO.

Хлорноватистая кислота далее диссоциирует с образованием иона водорода и иона хлорноватистой кислоты: HClO = H+ + ClO-

Таким образом, при хлорировании воды на микроорганизмы могут действовать свободный хлор, хлорноватистая кислота и ее анион, объединяемые в понятие "активный хлор". Так как на свету гипохлоритная кислота может распадаться с выделением атомарного кислорода, обладающего сильным окислительным действием, некоторые авторы включают в это понятие атомарный кислород:

2 HOCl = 2HCl + O2

Механизм действия активного хлора на микробную клетку неясен. Считается, что хлор инактивирует ферменты, в результате чего прекращается окисление углеводов в клетке, что ведет к ее гибели.

Хлорная известь представляет собой серовато-белый порошок, обладающий специфическим запахом хлора и получаемый путем насыщения гашеной извести газообразным хлором:

2Ca(OH)2 + 2Cl2 = [Ca(OCl)2•СaCl2•2H2O]

Гашеная известь вместе с другими примесями представляет труднорастворимую часть. При взаимодействии с водой активная часть хлорной извести гидролизуется по уравнению:

2Сa(OCl)2 + 2H2O = 2Ca++ + 2Cl-+2OH-+2ClO-+2H+

Хлорная известь является нестойким веществом. При хранении ее в тепле или на свету, при доступе влаги, воздуха и углекислоты она разлагается, теряя основное действующее начало - хлор. Потери хлора, в зависимости от

114

условий хранения, колеблются от 0,5 до 3% в месяц. Свеже выпущенная заводская хлорная известь содержит до 35% активного хлора. Для целей хлорирования воды разрешается использовать хлорную известь с активностью не ниже 20%.

К числу более концентрированных хлорсодержащих препаратов относится двутретиосновная соль гипохлорита кальция (ДТСГК), которая имеет содержание активного хлора до 60% и обладает хорошей растворимостью в воде. Однако, как и хлорная известь, ДТСГК является нестойким веществом

иразрушается в процессе хранения.

Впоследние годы испытываются установки для получения гипохлорита натрия путем электролиза растворов хлористого натрия.

Эффективность обеззараживания воды хлором определяется:

концентрацией хлора, т.е. правильным выбором его дозы;

достаточным временем действия хлора в воде, т.е. временем контакта;

физико-химическими свойствами воды;

степенью обсеменения воды микроорганизмами и их видами.

Чем выше концентрация в воде хлора и длительнее время контакта, тем выше бактерицидный эффект.

Активный хлор расходуется в воде на окисление не только микроорганизмов, но и растворенных и взвешенных веществ. В связи с этим для правильного выбора дозы хлора необходимо определить хлорпотребность воды.

Хлорпотребность воды зависит от химического состава и физических свойств воды. Если для обработки чистой прозрачной воды требуется незначительное количество хлора (до 1 мг/л), то мутная, содержащая значительное количество органических веществ и микробов вода нуждается в большей дозировке (до 5 мг/л) активного хлора.

Показателем достаточности дозы хлора принято считать так называемый остаточный хлор. Фактически это тот избыток хлора, который остался после связывания в воде органических и неорганических веществ, определяющих хлорпоглощаемость за контактный период.

Наряду со свободными формами хлора (Cl2, HClO, ClO-), в воде может находиться связанный хлор монохлорамина (NH2Cl), дихлорамина (NHCl2), трихлорамина (NCl3) и соединений органических хлораминов. Бактерицидное действие их во много раз меньше, чем свободного, но действуют они более длительно. Это обстоятельство используется в практике коммунального водоснабжения для обеспечения обеззараживающего эффекта на значительном удалении от станции водоочистки. Для этого применяют хлорирование с преаммонизацией, т.е. до введения хлора в воду добавляют гидрат аммония (NH4OH) в соотношении 1 часть последнего на 3-4 весовые части активного хлора. Такой способ полезен для условий длительного хранения воды.

Содержание свободного остаточного хлора должно находиться в пределах 0,3-0,5 мг/л, в этом случае вода оказывается надежно обеззараженной.

Взаимодействие хлора с водой проходит в несколько стадий (рис. № 7).

115

Рисунок 7.

Стадии взаимодействия хлора с водой.

1.Стадия образования хлорорганических соединений и хлорамина.

2.Точка «перелома».

3.Стадия роста остаточного свободного хлора

На рисунке видно, что малые дозы хлора полностью связываются органическим веществом воды. При увеличении дозы в воде содержание хлора возрастает за счет его остаточной связанной с аминами фракции. При дальнейшем увеличении дозы количество остаточного хлора падает до определенной точки, называемой точкой “перелома” на кривой остаточного хлора. Это падение объясняется потреблением хлораминов и других хлорорганических соединений органическим веществом воды и образованием комплексных соединений, в которых хлор не проявляет активности. При последующем увеличении дозы хлора после точки “перелома” вновь начинается рост остаточного хлора, однако этот хлор уже не связан с хлораминами и носит название свободного остаточного хлора.

С учетом знания процесса взаимодействия хлора с водой выбирается метод хлорирования:

1. Хлорирование воды нормальными дозами, т.е. исходя из хлорпотребности воды. Этот способ является наиболее распространенным в практике коммунального водоснабжения. Сущность его заключается, как указывалось выше, в выборе такой дозы активного хлора, которая после 30минутного контакта летом и 2-часового зимой обеспечивает наличие в воде 0,3-0,5 мг/л свободного или 0,8-1,2 мг/л связанного остаточного хлора. При таком способе хлорирования вода может употребляться без последующего

дехлорирования.

Методика выбора нормальных доз хлора в практике получила название

"трехстаканной пробы".

Втри стакана наливают по 200 мл воды, подлежащей хлорированию и

вних вносятся различные дозы хлора. При этом выбирают стакан, в котором содержание остаточного хлора после 30-минутного контакта с водой оказы-

116

вается равным нормативу (0,3-0,5 мг/л), и для хлорирования всего объема воды берут дозу хлора соответственно выбранному стакану.

При отсутствии возможности опытного определения хлорпотребности дозу хлора принимают для обеззараживания поверхностных вод 2 - 3 мг/л, для подземных 0,7 - 1,0 мг/л.

2. Хлорирование большими (избыточными) дозами, или перехло-

рирование воды. Этот способ используется в военно-полевых условиях. В воду вносится повышенное количество активного хлора, значительно превышающее ее хлорпоглощаемость. Дозу активного хлора выбирают в зависимости от физических свойств воды (мутности, цветности), эпидемической обстановки и т.д. Дозы могут находиться в пределах от 5 до 30 мг/л. При перехлорировании время контакта хлора с водой можно уменьшить до 20 минут.

Избыток хлора, оставшийся по окончании процесса обеззараживания и мешающий употреблению этой воды для питья, устраняется введением в воду определенного количества гипосульфита (тиосульфата) натрия или фильтрацией воды через активированный уголь. Расчет показал, что на 1 мг хлора требуется 3,5 мг гипосульфита натрия.

Хлорирование жидким хлором является наиболее широко применяемым методом обеззараживания воды на средних и крупных водоочистных станциях.

Ввиду малой растворимости жидкого хлора поступающий реагент предварительно испаряется. Затем хлор-газ растворяют в малом количестве воды, получаемую хлорную воду перемешивают с обрабатываемой водой. Дозировка хлора происходит в фазе газообразного вещества, соответствующие газодозаторы называются хлораторами (рис. № 8).

Рисунок 8. Схема установки для хлорирования воды газообразным хлором.

117

Хлорирование воды прямым электролизом.

Для электролитического изготовления бактерицидного хлора можно использовать хлоридные ионы, имеющиеся в самой природной воде. Метод называется прямым электролизом, разработана соответствующая установка “Поток”. Применение установки возможно при содержании в воде хлоридов не менее 20 мг/л н общей жесткости не более 7 мг-экв/л. В случае недостаточного содержания в воде хлоридов, возможно их увеличение за счёт внесения NaCl.

Установка “Поток” состоит из вертикального электролизера, который на фланцах присоединяется к трубопроводу обрабатываемой воды. Движение воды – снизу вверх. Кроме того имеется блок питания и замкнутая система кислоты (3%-ный раствор НС1), предназначенная для смыва с электродов карбонатной пленки. В систему входят бак и кислотостойкий насос. Размеры электролизера 940х815х1590 мм, давление в рабочей камере – не более 0,5 МПа, номинальная мощность 7,6 кВт-ч, производительность 15...150 м3/ч.

Озонирование воды.

Озон (О3) – более сильный окислитель, чем диоксид хлора или свободный хлор. В природе озон образуется из кислорода в верхних слоях атмосферы под действием солнечной радиации. Растворимость Оз в воде при 0°С и атмосферном давлении составляет 1,09 г/л и быстро снижается с повышением температуры – при 60°С она практически равняется нулю. Синтетическим путем озон получают при коронном (тихом) разряде, который образуется в узком слое воздуха между электродами высокого напряжения (5-29 кВ) при атмосферном давлении. Соответствующие аппараты называются генераторами озона или озонаторами. На практике применяют озонаторы двух типов с пластинчатыми электродами и цилиндрические озонаторы с трубчатыми электродами.

Установка для озонирования воды приведена на рис. № 9.

Рисунок 9.

118

Озонирование воздуха происходит в пространстве между промежуточными электродами и заземленным элетродом озонатора, при подачи высоковольтных импульсов напряжения от генератора питания на высоковольтный электрод.

По трубопроводу из скважины исходная вода подается на вход озонатора. Вход воды в озонаторе соединен с полостью цилиндрического заземленного электрода с форсункой на выходе. Через форсунку вода поступает в водовоздушный эжекторный насос, который прокачивает воздух из атмосферы через разрядную камеру, где генерируется озон. Озоновоздушная смесь из пространства между промежуточными электродами и заземленным электродом поступает в камеру смешения водовоздушного эжектроного насоса, где происходит смешение озоновоздушной смеси с водой, после чего вода сбрасывается в бак-отделитель Б1. В баке-отделителе Б1 озоновоздушная смесь растворяется в воде, а нерастворенная выходит в верхнюю часть бака над зеркалом воды. Из бака Б1 вода через трубопроводы самосливом или с помощью насоса поступает в накопительный бак, на фильтры, исходя из технологической схемы обработки воды.

Озон является универсальным реагентом, поскольку может быть использован для обеззараживания, обесцвечивания, дезодорации воды, для удаления железа и марганца. Озон разрушает соединения, не подчиняющиеся воздействию хлора (фенолы). Озон не придает воде запаха и привкуса

Главный недостаток озона – кратковременность действия, отсутствие остаточного озона. При этом он обладает сильными коррозионными свойствами, токсичен. Допустимое содержание О3 в воздухе помещений 0,0001 мг/л.

Таким образом О3, первоначально использованный вместо хлора для обеззараживания воды и подаваемый в воду в конце технологической схемы, все чаще используется как вещество для очистки воды.

Втаком случае озон подается в воду до основных очистных сооружений, причем обеззараживание выполняется либо только хлором, либо воду хлорируют после обеззараживания озоном для образования в воде требуемого остаточного хлора.

Эффективность озонирования зависит от количества и свойств загрязняющих воду веществ, от дозы О3, температуры и рН воды, от применяемого метода диспергирования озоновоздушной смеси в воду.

Доза озона и оптимальная схема озонирования определяются на основе предварительных технологических исследований. При отсутствии соответствующих данных СНиП рекомендует для озонирования подземных вод принимать дозу О3 0.75-1.0 мг/л, для озонирования профильтрованных вод – 1-2 мг/л.

Вмировой практике наибольшую известность и распространение получили французские озонаторы фирмы “Трейлигаз”.

Обеззараживание воды в бактерицидных установках.

Ультрафиолетовые лучи длиной волн 220-280 нм действуют на бактерии губительно, причем максимум бактерицидного действия соответствует

119

длине волн 260 нм. Данное обстоятельство используется в бактерицидных установках, предназначенных для обеззараживания в основном подземных вод (рис. № 10).

Рисунок 10.

Источником ультрафиолетовых лучей является ртутно-аргонная или ртутно-кварцевая лампа, устанавливаемая в кварцевом чехле в центре металлического корпуса. Чехол защищает лампу от контакта с водой, но свободно пропускает ультрафиолетовые лучи.

Обеззараживание происходит во время протекания воды в пространстве между корпусом и чехлом при непосредственном воздействии ультрафиолетовых лучей на микробов. Поэтому наличие в воде взвешенных веществ, поглощающих световое излучение, снижает эффективность обеззараживания. Необходима также постоянная чистка наружной поверхности кварцевого чехла от осаждающегося осадка. Для этого имеются продольные щетки, которые приводятся во вращение турбиной.

Ультрафиолетовое излучение действует мгновенно, поэтому контактные бассейны не нужны. В то же время излучение не придает воде остаточных бактерицидных свойств, а также запаха или привкусов. Бактерицидная установка не нуждается в реагентах, она компактна, управление ее работой можно легко автоматизировать.

ВСНГ серийно выпускаются бактерицидные установки ОВ-1П, ОВ-50

иОВ-150. Установки состоят из камеры облучения, пускового устройства и

120