5 Принципиальные основы технологии подготовки питьевой воды

Способы и методы улучшения качества воды и состав водоочист­ных сооружений питьевого водопровода зависят от вида источника, а также от состава и свойств воды.

Для предварительной очистки воды от планктона и крупных при­месей используют микрофильтры и барабанные сита. Эти сооруже­ния применяют при продолжительности цветения водоема не менее 1 мес и среднемесячном содержании планктона более 1000 клеток в 1 см³ воды.

Основной частью микрофильтров и барабанных сит является мно­гогранный барабан с фильтрующими элементами — прямоуголь­ными рамами, на которые между двумя поддерживающими сетка­ми натянута фильтрующая сетка с ячейками 0,04x0,04 мм для мик­рофильтров и 0,5x0,5 мм для барабанных сеток.

Осветление заключается в освобождении воды от взвешенных веществ, определяющих мутность воды. Взвешенные в воде вещества разли­чаются по плотности и размерам составляющих их частиц, от кото­рых зависит скорость их выпадения в осадок.

Традиционными методами осветления воды, ме­ханическим отстаиванием и фильтрацией, удается задержать взве­шенные частицы более 0,001 мм. Для удаления из воды коллои­дов необходимо предварительное разрушение их структуры методом коагуляции.

Коагуляцией называется процесс укрупнения, агрегации коллоид­ных и тонкодисперсных примесей воды вследствие их взаимного сли­пания под действием сил молекулярного притяжения.

Коагуляция примесей воды позволяет ускорить осветление и обес­цвечивание. Коагуляция происходит под влиянием химических реа­гентов — коагулянтов, которые либо нарушают агрегативную устой­чивость примесей воды, либо образуют коллоиды, сорбирующие при­меси воды. В качестве коагулянтов чаще всего используют соли алюминия или железа.

В практике водоподготовки известны два вида коагуляции — коа­гуляция в толще зернистой загрузки фильтра (контактная коагуля­ция) и коагуляция, происходящая в камерах хлопьеобразования (ко­агуляция в свободном объеме).

Механизм контактной коагуляции — нарушение агрегативной ус­тойчивости коллоидных примесей воды в результате устранения или снижения до очень малых значений заряда мицеллы.

Ли­шенные устойчивости коллоидные частицы, проходя с потоком воды через фильтр (контактный осветлитель), адсорбируются на поверх­ности частиц зернистой загрузки фильтра под влиянием сил межмо­лекулярного взаимодействия. Это приводит к осветлению и обесцве­чиванию воды.

Механизм коагуляции в свободном объеме имеет иной характер.Для коагуляции в воду добавляют коагулянты, например, сульфат натрия (глинозем) - А1 г(804)з. Он вступает в реакцию с гидро карбоната ми Са и М§ с образованием гид-роксида алюминия, который выпа:1ает в осадок соединившись с частичка ми примесей и частично бактериями с образованием хлопьев. Подбирают оптимальную дозу коагулянта, так как его количество зависит от химического состава воды, количества взвешенных примесей и тд.

Для ускорения коагуляции и интенсификации работы очистных сооружений применяют так называемые флоккулянты — высокомо­лекулярные синтетические соединения. Различают флоккулянты ани­онного (полиакриламид, К-4, К-6, активированная кремниевая кис­лота) и катионного (например, ВА-2) типа.

Первым этапом осветления водопроводной воды, прошедшей или не прошедшей коагуляцию, являетсд осаждение взвешенных веществ в отстойниках. В отстойнике движение воды замедлено при увели­чении сечения потока. Осаждением удается удалить из воды грубо-дисперсные примеси (частицы размером до 0,01 мм). В зависимости от направления движения воды различают горизонтальные и верти­кальные отстойники.

Горизонтальный отстойник представляет собой прямо­угольный, вытянутый в направлении движения воды резервуар, снаб­женный приспособлениями для сообщения воде ламинарного тече­ния. Дно горизонтального отстойника имеет наклон в сторону вход­ной части, где находится приямок для сбора осадка.

Вертикальный отстойник — резервуар конической или пирамидальной формы. В центре резервуара помещается металличес­кая труба, в верхнюю часть которой поступает осветляемая вода. Пройдя ее сверху вниз, осветляемая вода поступает в зону осаждения, которую проходит по всему ее сечению снизу вверх с небольшой скоростью. Осветленная вода переливается через борт отстойника в круговой желоб. Осадок, накапливающийся в нижней части отстойника, пе­риодически удаляют без выключения отстойника из работы.

Фильтры разделяют по ско­рости фильтрования на медленные (0,1—0,3 м/ч) и скорые (5—10 м/ч), по направлению фильтрующего потока — на одно- и двухпоточные, по числу фильтрующих слоев — на одно- и двухслойные. Фильтр с зернистой загрузкой представляет собой железобетонный резервуар, заполненный фильтрующим материалом в два слоя (поддер­жи ваюши и и фильтрующий). Пленочное фильтрование предполагает образование пленки из ранее задержанных примесей воды в верхнем слое фильтру­ющей загрузки. Вследствие механического осаждения частиц взвеси и их прилипания к поверхности зерен загрузки уменьшается размер пор. Затем на поверхности песка развиваются водоросли, бактерии и пр., дающие начало илистому осадку, состоящему из минеральных и органических веществ (биологическая пленка). Биологическая пленка играет решающую роль в работе так назы­ваемых медленных фильтров. Постеленное утолщение пленки вызывает сопротивление фильтрованию - так называемую потерю напора, что требует перио­дической чистки медленного фильтра (снятие с его поверхности плен­ки и верхнего слоя песка). Объемное фильтрование, осуществляемое на скорых фильтрах, является физико-химическим процессом. При объемном фильтрова­нии механические примеси проникают в толщу фильтрующей загрузки и адсорбируются под действием сил молекулярного притяжения на поверхности ее зерен и ранее прилипших частиц. Чем больше скорость фильтрования и чем крупнее зерна загрузки, тем глубже проникают в ее толщу загрязнения и тем равномернее они распределяются. Для нормальной работы фильтра важно, чтобы скорость фильтро­вания была постоянной в течение всего фильтроцикла, т.е. не умень­шалась по мере загрязнения фильтра. В фильтрах с двухслойной загрузкой над слоем пес­ка 0,4-0,5 м насыпают слой дробленого антрацита или керамзита. Принцип работы двухпоточных фильтров АКХ за­ключается в том, что основная масса воды (70%) фильтруется снизу вверх, а меньшая часть (30%), как и в обычных фильтрах, - сверху вниз.

Специальные методы подготовки питьевой воды. Обезжелезивание. Железо часто содержится в природных водах. В подземных водах оно находится в виде растворов закиси, сульфи­дов, карбонатов и бикарбонатов, реже комплексных железоорганических соединений. Обезжелезивание подземных вод наиболее часто проводят безреагентными, аэрационными методами. В основе безреагентных мето­дов лежит предварительная аэрация воды с целью удаления свобод­ной углекислоты и сероводорода, повышения рН, обогащения кис­лородом воздуха. В результате окисления железа кислородом воздуха образуется гидроксид железа, который удаляется из воды осаждени­ем или фильтрованием. Фторирование. Фторирование воды было предложено как эф­фективное средство снижения заболеваемости кариесом зубов. При решении этого вопроса исходят из уровня заболеваемости кариесом в районе, обслуживаемом во­допроводом, и из требований СанПиН «Питьевая вода» о предель­ной концентрации фтора в зависимости от климатического района. Наибольшее распространение в нашей стране получили фторид натрия, кремнефтористая кислота. Для дефторирования питьевой воды предложено много методов, которые можно разделить на реагентные (методы осаждения) и филь­трационные. Реагентные методы основаны на сорбции фтора све-жеосажденными гидроксидами алюминия или магния.

Опреснение - это удаление из воды избытка минеральных солей. Опреснению подвергают морскую воду, высокоминерализованные подземные воды'. Методика:

1. Метод дистилляции (перегонки). Воду испаряют, а пар затем конденсируют. При этом образуется дистиллированная вода, которую затем разбавляют исходной, так как дистиллированная вода вообще не содержит минеральных солей и не пригодна для питья.

2. Метод ионного обмена. Осуществляется с помощью ионообмен-ников. Сначала воду пропускают через фильтр, загруженный катионитом, затем - анионитом. При этом минеральные соли (ионы) поглощаются.

3. Метод электродиализа. Суть метода заключается в том, что катионы и анионы минеральных солей, содержащихся в воде перемещаются к погружаемым в воду электродам под действием электрического поля .

4. Метод замораживания. Основан па том, что при замораживании сначала замерзает пресная вода, превращаясь в лед, а соленая вода остается внизу.(подо льдом). Используют естественный холод и холодильные установки,

Хлорирование воды как метод ее обеззараживания. Различные виды хлорирования.

После очистки воды она не может использоваться, так как, имея нормальные органолептические и физико-химические свойства, не является безопасной, поскольку содержит множество бактерий, вирусов, простейших,

Ддя тою, чтобы уничтожить подавляющую часть микроорганизмов в воде проводят ее обеззараживание.

Существует несколько способов обеззараживания. Наиболее распространенным вследствие простоты и дешевизны является хлорирование воды. Хлорирование воды как .метод ее обеззараживания.

Для хлорирования применяют газообразный хлор (в баллонах), хлорную известь, гипохлоршп кальция, хлорамин. Бактерицидный эффект хлора и его соединений состоит из двух компонентов:

1. Бактерицидное действие самого хлора

2. Бактерицидное действие атомарного кислорода (О), который образуется при распаде хлорноватистой кислоты, образующейся при взаимодействии хлора с кодой.

Эффективность хлорирования зависит от

1. Активности применяемых веществ. Наибольшей активностью обладает хлор. Слабее действует хлорная известь, причем ее эффективность зависит от содержания в ней активного хлора (25-35 %). Другие соединения слабее хлорной извести.

2. Качества (чистоты) хлорируемой воды. Взвешенные в воде частицы препятствуют бактерицидному действию хлора, хлор тратится на окисление органических веществ воды. Чем чище вода, тем ниже хлорпоглощаемость воды (см. ниже), тем эффективнее хлорирование.

3. Дозы хлора и времени его действия. От дозы хлора (и величины хлорпоглощаемости) зависит количество остаточного хлора (см. ниже), который и обеспечивает бактерицидное действие.

4. Свойств самих микробов и др.

На водопроводной станции воду обычно хлорируют, используя газообразный хлор. Баллоны присоединяют к хлораторам, которые подают хлор в воду. Па водопроводной станции обычно осуществляется нормальное постхлорирование (см. ниже "Виды хлорирования")

Недостатки хлорирования как метода обеззараживания воды;

1. Хлор изменяет органолептические свойства воды (запах, вкус, прозрачность)

2. Имеются хлоррезистентные микробы (например, спорообразую-шис)

Виды хлорирования.

Существует несколько видов (способов) хлорирования,

L По месту ввода хлора в схеме обработки воды.

1. Постхлорирование - хлорирование производится после всех этапов обработки (очистки) воды. Наиболее распространено.

2. Двойное хлорирование - хлорирование производится как до, так и после очистки воды.