- •1 Состав природных вод.
- •1. Физико-химические основы коагулирования примесей.
- •Строение коллоидной частицы
- •Основные функции водопроводных ос
- •Смесители
- •Механические смесители
- •Камеры хлопьеобразования
- •Камеры хлопьеобразования гидравлического типа
- •Водоворотная камера хлопьеобразования
- •Контактная камера хлопьеобразования стр. 416 Сомов Перегородочная камера хлопьеобразования
- •Вихревая камера хлопьеобразования
- •Механические камеры хлопьеобразования.
- •Аэрофлокулянты – камеры хлопьеобразования барботажного типа
- •Извлечение примесей воды осаждением
- •Теоретические основы процесса осаждения
- •2. Типы отстойников и область их применения.
- •Радиальные отстойники.
- •Отстойники с малой глубиной осаждения
- •Обработка воды в слое взвешенного осадка
- •Теоретические основы работы взвешенного слоя
- •Принципы работы осветлителя.
- •Контактный осветлитель с выносным осадкоуплотнителем.
- •Осветлитель с поддонным осадкоуплотнителем
- •Обработка воды флотацией
- •Фильтрование.
- •Теоретические основы процесса.
- •Теоретические основы очистки воды фильтрованием через зернистые материалы
- •Обработка воды фильтрованием
- •Фильтрующий слой
- •4. Схема скорого открытого фильтра
- •Каркасно-засыпные фильтры
- •Расчёт и проектирование скорых фильтров
- •Промывка скорых фильтров
- •Обеззараживание воды
- •Хлорирование воды
- •Озонирование воды (разлагается при транспорте воды)
- •Обеззараживание воды уф лучами.
- •Устранение запахов, привкусов и токсичных микрозагрязнений воды.
- •Аэрирование воды
- •Обработка воды окислителями.
- •Адсорбционные методы дезодорации воды.
- •5. Удаление из воды сероводорода .
- •Основы умягчения. Классификация методов.
- •Известковый
- •Известково-содовый
- •Содово-едконатриевый
- •Бариевый метод
- •Умягчение воды с применением натрий-катионитовых фильтров
- •Установки для умягчения воды
- •Натрий-катионовые установки для умягчения подземных
- •И поверхностных вод.
- •Технология обесфторивания воды
- •3. Метод катионного обмена.
- •Удаление марганца
- •Технологическая схема подготовки питьевой воды на Юго-Западной водопроводной станции , г. Москва.
1 Состав природных вод.
Природные воды представляют собой сложные системы, содержащие растворенные вещества в виде ионов и молекул, минеральные и органические соединения в форме коллоидов, суспензий и эмульсий. В воде растворены газы, входящие в состав атмосферы, а также вещества, образующиеся в результате жизнедеятельности водных организмов и протекания процессов химического взаимодействия в самой водной среде .
В качестве источников водоснабжения могут быть использованы подземные и поверхностные воды, в безводных районах - атмосферные осадки в виде дождя и снега.
Состав поверхностных вод определяется климатическими и геоморфологическими факторами, почвенно-геологическими условиями; подземных - зависит от условий формирования залежи.
Химический состав природных вод определяется:
Главными ионами - натрий, калий, кальций, магний ,сульфаты, карбонаты, хлориды, гидрокарбонаты (М составляет 1.5 и более г/ л ); Растворенные газы - азот, кислород, углекислый газ, метан, сероводород, аммиак и др.;
Биогенные элементы - соединения фосфора, азота, кремния; Микроэлементы - литий , рубидий, стронций, йод, бром, бор, цезий и др.; Органические вещества (150 мг/л и более );
Состав мехпримесей природных вод определяется наличием глинистых, песчаных, гипсовых, известковых и коллоидных частиц ( кремнекислота, гидроокись железа, гуматы и т.д.). Содержание взвешенных частиц в воде колеблется от нескольких единиц до десятков тысяч мг/л. Подземные воды характеризуются невысоким содержанием органических веществ но значительным уровнем минерализации ( соли жесткости, железо, бор, марганец, бром, фтор), а иногда и растворенных газов.
Кульским предложена классификация примесей воды на 4 группы: Примеси первой группы попадают в водоемы в результате эрозии почв, образуют в воде суспензии и эмульсии, кинетически неустойчивы ,в состоянии покоя выпадают в осадок.
Примеси второй группы представляют собой коллоидные частицы, ПАВы, вирусы, которые по своим размерам близки к коллоидным частицам. Примеси третьей группы - это молекулярно растворимые вещества. Примеси четвертой группы - это вещества, находящиеся в воде в ионном виде.
Различают показатели качества воды : физические, химические, биологические, бактериологические.
Физические показатели качества воды Температура
Подземные источники - температура воды находится в пределах 8-12 град.
Поверхностные источники - температура воды зависит от времени года, от поступления в них подземных вод, сбросов охлаждающей воды, изменяется от 0.1 до 30 градусов, оптимальная температура воды для х/п водоснабжения 7-11 градусов.
Прозрачность, мутность и взвешенные вещества.
Характеризуют наличие в воде суспензированных частиц песка, глины, ила, планктона, водорослей. Мутность не должна превышать 1.5 мг/л.
Цветность воды
Обусловлена присутствием в воде гумусовых и дубильных веществ, белковых соединений, органических кислот и их солей , соединений железа и марганца, цветением водоема. Цветность воды измеряется в градусах платино-кобальтовой шкалы, для питьевой воды не должна превышать 20 градусов.
Привкусы и запахи .
Могут быть естественного и искусственного происхождения, различают 4 вкуса ( соленый, горький, сладкий, кислый ). Интенсивность и характер запахов и привкусов воды определяют органолептически по пятибальной шкале, допустимое значение привкусов и запахов определяется ГОСТом 2874- 42, при 20 градусах вкус и запах не должны превышать 2 баллов.
Сухой остаток.
Характеризует содержание в воде примесей в основном неорганического происхождения, прокаленный остаток показывает присутствие только неорганики. Согласно ГОСТ 17.3.03- 77 сухой остаток в воде природного источника не должен превышать 1 г/ л.
Величина сухого остатка нормируется в производстве кино- и фотопленки, производствах органического синтеза, для питательной воды паровых котлов и т. д.
ИОННАЯ СИЛА РАСТВОРА. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ.
Важнейшая физико-химическая характеристика солевого состава обрабатываемой воды и методов обработки.
ПОКАЗАТЕЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДОРОДНЫХ ИОНОВ.
В природных водах величина рН определяется количеством растворенного углекислого газа, гидролизом солей щелочных и щелочноземельных металлов, присутствием гуминовых кислот или промышленных отходов. Величина рН поверхностных вод находится в пределах 6,5 - 8,5 и определяется углекислотным равновесием.
ОКИСЛЯЕМОСТЬ ВОДЫ
Перманганатная окисляемость - количество кислорода , необходимое для окисления органических и легко окисляющихся неорганических соединений. Бихроматная окисляемость - количество кислорода, необходимое для окисления всех видов загрязнений в кислой среде в присутствии бихромата калия.
Биологическое потребление кислорода - количество кислорода необходимое для жизнедеятельности микроорганизмов, участвующих в окислении загрязняющих веществ.
Химические показатели качества воды
Активная реакция среды - является показателем кислотности или щелочности воды. По показателю рН природная вода подразделяется на кислую рН = 1 - 3; слабокислая рН = 4 - 6 ; нейтральная рН =7; слабощелочная рН =8-10; щелочная рН =11 — 14; Природная вода как правило имеет рН = 6.5 -8.5 , что соответствует требованиям ГОСТа на питьевую воду.
Перманганатная окисляемость воды - показывает количество кислорода необходимое для окисления легко окисляемых органических примесей в присутствии сильного окислителя ( перманганата калия ). Артезианские воды , ПО = 2 мг О / л ; грунтовые воды , ПО = 5 - 8 мг О / л; реки, ПО = 40 - 60 мл О / л; болотные воды , ПО = 400 мг О / л.
Азотсодержащие вещества ( аммоний, нитриты, нитраты ) образуются в воде в результате разложения ( окисления ) белковых соединений под действием микроорганизмов . Повышенное содержание нитратов в воде приводит к нарушению окислительной способности крови.
ПДК = 45 мг \ л.
Хлориды и сульфаты.
Присутствуют во всех природных водах, являются причиной агрессивности воды по отношению к бетону( образование сульфата и хлорида кальция, растворимость которых в воде значительно выше , чем карбонатов ).
Присутствие в воде ионов хлора и сульфат- ионов приводит к нарушению функции желудочно - кишечного тракта.
Щелочность воды.
Обусловлена суммой содержащихся в воде гидроксильных ионов и анионов слабых кислот, определяет стабильность воды. Различают бикарбонатную , карбонатную и гидратную щелочность воды.
Жесткость воды.
Обусловлена присутствием в воде ионов кальция и магния. Различают карбонатную , некарбонатную и общую жесткость воды. Присутствие в воде ионов кальция способствует укреплению костной ткани и выводу из организма ионов кадмия, избыток которых приводит к нарушению работы сердечно- сосудистой системы.
Повышенная жесткость приводит к сложностям при эксплуатации систем водообеспечения как промышленных предприятий, так и водоводов х/ п назначения ( накипь, осадки на поверхности труб ).
Железо и марганец.
Железо присутствует в воде в виде двух- и трехвалентных ионов , органических и неорганических коллоидов, комплексных соединений в форме тонкодисперсной взвеси, сульфида и гидроксида железа. Использование для питьевых целей воды с повышенным содержанием железа вызывает болезнь печени ( гемосидерит ), избыток марганца придает воде окраску и вяжущий привкус , употребление воды с повышенным содержанием марганца приводит к заболеваниям костной системы.
Повышенные концентрации железа и марганца в воде промпредприятий способствуют развитию в ней железистых и марганцевых бактерий, продукты жизнедеятельности которых вызывают уменьшение сечения водопроводной аппаратуры ( трудно растворимые осадки ).
Содержание железа и марганца строго нормируется для воды, используемой в текстильной, пищевой промышленности и в органическом синтезе.
Соединения кремния встречаются в природных водах в форме органических и минеральных солей от десятых долей до нескольких мг в 1 л. Содержание кремния в питьевой воде не нормируется.
Соединения фосфора встречаются в виде суспендированных частиц минерального и органического происхождения, ионов ортофосфорной кислоты, растворенные формы фосфора в природной воде способствуют активному развитию флоры водоема - зарастанию, загниванию. В питьевой воде концентрация ионов фтора не нормируется.
Фтор. Является активным микроэлементом , влияющим на обмен веществ и формирование костной ткани человека , недостаток фтора в воде приводит к активному развитию кариеса , избыток - к флюорозу, поэтому содержание фтора в воде должно находиться в пределах 0.7 - 1.5 мг / л.
Бор. В концентрациях превышающих ПДК ухудшает обмен веществ, вызывает заболевания печени и желудочно-кишечного тракта. ПДК - 0.5 мг / л.
Бром. Повышенное содержание брома в питьевой воде снижает реакцию нервных окончаний на раздражение, отрицательно сказывается на функции печени и почек, способствует вымыванию калия из организма и увеличению азота в мочевине. ПДК =0.2 мг /л.
Йод. Биологический микроэлемент , недостаток вызывает развитие болезни Дауна, снижению иммунитета, нарушению функции щитовидной железы ( гипофукнкция), избыток - гиперфункция щитовидной железы.
ПДК = 10 мг/л.
Растворенные в воде газы.
Углекислый газ. В зависимости от рН углекислота присутствует в воде в разных формах ( растворенный газ, гидрокарбонат-ион, карбонат-ион ). В зависимости от формы угольной кислоты в воде она может быть агрессивна по отношению к бетону, металлу или склонна к выделению карбоната кальция.
Сероводород . Продукт распада органических соединений и растворения минеральных солей. В поверхностных водах присутствует в придонных слоях в незначительных количествах, в подземных- его содержание может достигать нескольких десятков мл / л. Наличие сероводорода в воде придает ей неприятный запах, вызывает коррозионное растрескивание труб, может вызывать активное развитие серобактерий, способствуещего зарастанию трубопроводов. В зависимости от рН воды сероводород может быть в трех формах: рН = 6,5 сероводородная кислота; рН = 6.5 - 12.5 гидросульфид-ион, рН= 12.5 - 14 сульфид - ион.
Кислород. В артезианских водах кислород отсутствует, в поверхностных его концентрация зависит от парциального давления в воздухе и температуры воды. Насыщение воды кислородом придает ей свежий вкус.
Азот. В природные воды поступает из воздуха. Ионы аммонийного азота, нитраты и нитриты образуются в воде в результате разложения органических соединений под действием микроорганизмов. Метан. Присутствует в болотных водах концентрация достигает 30 мг/ л.
Гидробионты.
Планктон- обитатели водоемов в толще воды;
Бентос - обитатели на дне водоема ;
Нейсон - организмы, населяющие поверхностную пленку воды;
Пагон - организмы, пребывающие зимой в толще льда в состоянии
анабиоза.
Гидрофлора. Определяется макро- и микрофитами. Макрофиты -высшая водная растительность, микрофиты - водоросли ( зеленые, сине-зеленые, эвгленовые, диатомовые).
Патогенные кишечные простейшие. Бактерии и вирусы.
Определяют безопасность воды в паразитарном отношении.
Использование воды для хозяйственно- питьевых и промышленных целей определяет ее качество, поэтому после выбора источника водоснабжения необходимо выбрать технологию подготовки воды, которая обеспечит подачу воды потребителю требуемого качества. Требования к качеству воды для хозяйственно- питьевых целей определяется ГОСТ 2874-82, качество воды для промпредприятий определяется технологическим процессом. САНПИН "Вода питьевая" 2.1.4.1074-04
МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ВОДОПОДГОТОВКИ
Кондиционирование воды представляет собой комплекс физических,
физико-химических и биологических методов обработки воды
способствующих улучшению ее качества.
Все разнообразные функции, возлагаемые на очистные сооружения, могут
быть сведены к следующим:
Осветление - удаление взвешенных веществ, снижение мутности воды;
Обесцвечивание - устранение растворенных веществ, придающих воде
окраску;
Обеззараживание - уничтожение содержащихся в воде бактерий; Обессоливание - удаление растворенных солей; Умягчение - удаление ионов жесткости;
Дегазация - удаление растворенных газов;
Дезодорация - удаление привкусов и запахов;
Стабилизация - обработка воды, предупреждающая коррозионную
активность воды и вероятность карбонатных отложений на оборудовании.
Обогащение воды - насыщение воды ионами, содержание которых ниже
кондиционных концентраций. Решение всех поставленных задач перед проектированием очистных сооружений достигается правильным выбором технологической схемы
Классификация технологических схем. Реагентные и безреагентные.
Обработка воды с применением реагентов требует значительных эксплуатационных затрат (реагенты, оборудование, электроэнергия ) затраты на строительство ниже ( земляные работы , размеры отстойников, территория под строительство ), чем в безреагентных схемах. Эффективность очистки при использовании реагентов повышается , продолжительность обработки сокращается.
Схемы с глубокой и неполной обработки воды.
Технологические схемы для глубокой очистки воды используют для подготовки воды хозяйственно- питьевого и промышленного водоснабжения. Схемы неполной обработки используют для подготовки технической воды.
Одно- и многоступенчатые схемы.
Если одна или несколько операций очистки повторяются многократно, схема называется многоступенчатой. Число технологических процессов и ступеней определяется требованиями к качеству воды.
Самотечные и напорные.
В самотечных системах водоочистных сооружений вода протекает под действием силы тяжести. В напорных системах вода течет по водоочистным сооружениям закрытого типа под давлением, создаваемым насосами. Состав и технологическую схему работы самотечных систем представляют в виде высотной схемы в профиле основных сооружений водоочистной станции.
ВЫСОТНАЯ СХЕМА
Высотную схему начинают составлять с наиболее низко расположенного сооружения - резервуара чистой воды. При определении отметок уровней воды в элементах сооружений водоочистной станции за начальную принимают отметку поверхности земли площадки водоочистной станции, отметку наивысшего уровня воды в резервуаре чистой воды обычно назначают на 0,5 м выше отметки поверхности земли.
Для предварительного построения высотной схемы можно принять потери напора : контактная камера - 0.3- 0.5м; устройство ввода реагентов 0.1-0.3м;в микрофильтрах и барабанных сетках 0.4-0.6 м; в гидравлическом смесителе - 0.5- 0.6м ; в механическом смесителе 0.1-0.2 м; и т. д .( стр.643). Отметки уровней воды в каждом сооружении определяют путем последовательного суммирования потерь напора в предыдущих сооружениях.
Определение потерь напора в коммуникациях выполняют расчетным путем, исходя из скорости течения воды в трубах, их длины и местных сопротивлений .
При проектировании очистных сооружений и привязке их, необходимо учитывать рельеф местности, глубину залегания грунтовых вод, максимальный уровень воды в водоеме в период паводка, возможность самотечного отвода сточных вод и осадка с очистных сооружений.