10.2. Водопроводные очистные сооружения

Методы обработки воды устанавливают в зависимости от качества воды в источнике водоснабжения, назначения водопровода, производительности станции и местных условий, а также на основании данных технологических исследований и эксплуатации сооружений, работающих в аналогичных условиях.

Основными процессами при очистке и обработке воды являются: осветление, т.е. освобождение воды от взвешенных веществ; обесцвечивание; уничтожение находящихся в воде болезнетворных бактерий (обеззараживание); умягчение, т.е. снижение (или почти полное устранение) содержания в воде солей жесткости. Кроме того, при использовании воды некоторых источников или для отдельных потребителей (промышленных предприятий) требуется удалять из воды все растворенные в ней соли (обессоливание) или только некоторые определенные соли, например, соли железа (обезжелезивание), растворенные в ней газы (дегазация), иногда приходится устранять привкусы и запахи, предотвращать коррозионное действие волы на трубы (стабилизация воды), удалять из воды фтор (обесфторивание) и т.п.

Для получения воды питьевого качества при использовании поверхностных источников, как правило, необходимо производить осветление, обесцвечивание и обеззараживание воды. При этом в зависимости от качества исходной воды необходимо в некоторых случаях дополнительно применять и специальные виды водоподготовки — фторирование, обесфторивание, умягчение и т. п.

Наиболее распространенная технологическая схемы осветления и обесцвечивания воды приведены на рис.6.

Рис.6. Схема водопроводных очистных сооружений

Из водоисточника вода поступает на водопроводную станцию. Здесь она подвергается очистке различными методами. Она хлорируется, подвергается обработке коагулянтом. Затем отстаивается. Фильтруется. Подается в резервуары чистой воды.

Водоводы первого подъема – это трубы (стальные, чугунные, железобетонные, асбестоцементные или пластмассовые), проложенные в земле, по которым вода под напором, развиваемым насосной станцией первого подъема, подается на очистные сооружения. Скорость движения воды в них более 1 м/сек. Количество водоводов зависит от максимального количества подаваемой воды, учитывая возможную остановку водоводов или их участков для обслуживания и ремонта.

В зависимости от расстояния от водоисточника до очистных сооружений и выбранного места водозабора длина водоводов первого подъема может достигать нескольких десятков (а то и больше) километров.

В состав сооружений по очистке воды входят: смесители; камера реакции или камера хлопьеобразования; отстойники (или осветлители со слоем взвешенного осадка); скорые фильтры; резервуары чистой воды, а также реагентное хозяйство.

В процессе обработки воды на очистной станции могут применяться следующие реагенты: хлор, коагулянты, флокулянты и др.

Хлор – это активный химический элемент, галоген, газ с резким запахом. Его применяют для обеззараживания воды. Растворимый в воде, он окисляет и уничтожает клетки микроорганизмов, всевозможные бактерии, зоопланктон и вирусы. На очистных сооружениях водопроводов хлор в воду обычно вводится дважды: перед смесителями – для обеспечения надлежащего санитарного состояния сооружений и перед резервуарами чистой воды – для её дезинфекции перед подачей потребителям.

Коагулянт – это химическое вещество, которое, будучи растворенным в воде, образует хлопья, притягивающие к себе из воды находящиеся там мелкие частицы взвеси. В результате в воде образуются крупные и тяжелые хлопья, которые опускаются на дно в отстойниках при медленном движении по ним воды – выпадают в осадок.

Флокулянты – это неорганические или органические вещества сложного состава, также способствующие процессу извлечения из воды взвеси. Применяются или совместно с коагулянтами, для ускорения процесса хлопьеобразования, или отдельно.

Смесители предназначены для обеспечения быстрого и полного смешения осветляемой воды с реагентами, вводимыми в нее до поступления в смеситель. Достигается это созданием сильнозавихренного движения воды. Существуют различные конструкции смесителей: вихревые, перегородчатые, диафрагмовые, механические. Продолжительность пребывания воды в смесителях обычно не превышает двух минут.

Камера реакции или камера хлопьеобразования предназначена для обеспечения образования хлопьев коагулянта и их укрупнения. Процесс хлопьеобразования, начинающийся после смешения воды с реагентами, протекает относительно медленно и для получения достаточно крупных хлопьев требуется 10-30 минут. Скорость движения воды при перемешивании в камерах должна быть достаточной для предотвращения выпадения хлопьев коагулянта в пределах камеры, но не настолько большой, чтобы вызвать разбивание образовавшихся хлопьев. Перед камерой хлопьеобразования в воду может вводиться флокулянт. Различают следующие конструкции камер хлопьеобразования: перегородчатые, вихревые, водоворотные, зашламленные, лопастные (механические).

Отстойники – сооружения, в которых происходит выпадение в осадок уже укрупненной скоагулированной взвеси. Скорость движения воды здесь настолько замедляется, что образовавшиеся хлопья выпадают в осадок под собственной силой тяжести. Вода отстаивается в течение нескольких часов. Таким образом, в отстойниках происходит основной процесс осветления воды. Но после отстойников в воде еще остается небольшое количество взвешенных частиц. В настоящее время применяются отстойники трех типов, различаемые по направлению движения воды в них: горизонтальные, вертикальные и радиальные.

Скорые фильтры – сооружения, заключающие очистку воды. Фильтрованием называется процесс прохождения осветляемой воды через слой фильтрующего материала. Фильтрующий материал представляет собой пористую среду с весьма малыми порами. В скорых фильтрах в качестве основного фильтрующего материала применяют песок. Фильтр представляет собой резервуар, в нижней части которого расположено дренажное устройство той или иной конструкции (дырчатые трубы, щелевые трубы, пористый бетон) для отвода профильтрованной воды. На дренаж укладывают слой поддерживающего материала (гравия) и затем слой собственно фильтрующего материала. В обычных скорых фильтрах вода подается сверху и отводится снизу окончательно осветленная, через дренажное устройство. При фильтровании воды без образования поверхностной пленки (что характерно для скорых фильтров) задержание части, загрязняющих воду, происходит в толще слоя фильтрующей песчаной загрузки, где эти частицы извлекаются из воды и удерживаются на зернах песка. Со временем фильтрующая загрузка загрязняется, её необходимо периодически (1-2 раза в сутки) промывать. Промывка осуществляется обратным током воды – снизу вверх.

Контактный резервуар предназначен для контакта вводимого хлора и аммиака с водой.

Резервуары чистой воды устраиваются, как правило, между очистными сооружениями и насосной станцией второго подъема и предназначены для накапливания чистой воды, а также для обеспечения необходимого времени контакта воды с хлором перед подачей её потребителям. Объем резервуаров определяется как сумма регулирующей емкости (рассчитываемой при сопоставлении графиков работы насосных станций второго и первого подъемов), емкости для хранения противопожарного запаса, а также емкости, содержащей запас воды, необходимой для собственных нужд очистных сооружений (промывка фильтров, приготовление растворов реагентов и пр.). Процесс хлорирования воды после фильтров – называется вторичным хлорированием. Накопление воды в резервуарах происходит в ночное время, а потребление, соответственно, в дневное и вечернее время.