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.