УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ

Способы улучшения природной воды зависят от ее свойств и требований, которые предъявляются к качеству воды. Они проводятся прежде всего за счет улучшения качества и обеззараживания воды.

Очистка воды направлена на улучшение ее органолептических, физических, несколько меньше химических и еще меньше биологических (наличие микроорганизмов) свойств.

Для очистки воды должны быть оборудованы соответствующие сооружения. Очистка воды включает проведение осветления и обесцвечивания с помощью коагуляции, отстаивания и фильтрации.

Коагулирование – процесс укрупнения мельчайших коллоидных частиц, происходящий под действием сил молекулярного сцепления. В результате коагуляции образуются хлопья. Различают два вида коагуляции: в свободном объеме (в камерах) толщи зернистого материала или в массе взвешенного осадка (контактную). Коагулирование воды при ее осветлении и обесцвечивании осуществляют для интенсификации процессов осаждения и фильтрования. При этом из воды выделяют не только диспергированные примеси, но и вещества, находящиеся в коллоидном состоянии. В качестве коагулянта обычно применяют сернокислый алюминий, а также используют неочищенный глинозем, который содержит 33 %-ный безводный сульфат алюминия. В настоящее время отечественная промышленность стала выпускать очищенный глинозем, содержащий не более 1 % нерастворимых примесей (неочищенный имеет до 23 % примесей). В качестве коагулянта используется также оксихлорид алюминия ([А1₂(ОН)₃]Сl∙6Н₂O) и алюминат натрия (NaAlО₂), при коагулировании которыми рН воды практически не изменяется, что очень важно по технологическим соображениям.

Доза коагулянта может быть различной и зависит от рН воды, наличия бикарбонатов, гуминовых веществ, характера взвеси, мутности, цветности и колеблется от 30 до 200...300 мг на 1 л воды. Коагулянт добавляют в воду в виде порошка или 2...5 %-ного водного раствора.

Для ускорения процесса коагуляции мягкую воду, которая содержит мало бикарбонатов кальция и магния, следует подщелачивать гашеной известью Са(ОН)₂ или содой. Для этого также применяют высокомолекулярные вещества – флокулянты. Так, препарат полиакриламид (ПАА) в дозе 0,5...1,0 мг на 1 л воды ускоряет процесс коагуляции и позволяет экономить коагулянт.

Отстаивание – осветление воды путем осаждения находящихся в ней взвешенных примесей. Когда вода находится в покое или движется с небольшой скоростью, примеси под действием силы тяжести выпадают в осадок (табл. 16).

Таблица 16 Скорость оседания частиц в воде при 10 °С

Для осаждения взвеси отстаиваемую воду пропускают с малой скоростью через специальные отстойники. Скорость движения воды зависит от формы взвешенных частиц, их размеров, плотности, шероховатости частиц и температуры воды.

Отстойники могут быть естественными (озера) и искусственными (горизонтальными, вертикальными и радиальными).

Горизонтальные отстойники представляют собой прямоугольные железобетонные резервуары, в которых вода движется в горизонтальном направлении от одного торца к другому (рис. 12).

Рис. 12. Схема горизонтального отстойника

Вертикальные отстойники представляют собой круглые или квадратные железобетонные резервуары, в которых вода движется снизу вверх. Осаждение взвеси происходит при восходящем потоке воды. Осадок из вертикальных отстойников удаляют, не выключая их из работы (рис. 13).

Рис. 13. Схема вертикального отстойника

Радиальный отстойник – круглый железобетонный неглубокий резервуар. В радиальных отстойниках скорость движения воды изменяется от максимальной юриферии, так как движение воды в них в их центре до минимальной у периферии, так как движение воды в них осуществляется от центра к периферии.

При этом вода проходит через специальные распределительные устройства и движется в радиальном направлении к периферийному сборному желобу, из которого отводится по трубам. Осадок при помощи вращающейся фермы со скребками сгребают к приямку в центре отстойника, откуда его удаляют по трубе для сброса.

Осветление воды проводят в специальных сооружениях – осветлителях различного типа (рис.14).

После коагуляции, отстаивания, осветления в воде могут оставаться мелкие хлопья, не осевшие в отстойниках, и мелкие частицы, взвешенные в воде. Для дальнейшей очистки воды применяют фильтрацию, которую осуществляют в специальных установках-фильтрах через фильтрующий материал (песок).

Рис. 14. Схема устройства контактного осветителя

По скорости фильтрования фильтры делят на медленные (0,1...0,3 м³/ч), скорые (5...12 м³/ч) и сверхскорые (36...100 м³/ч); по давлению, под которым они работают, – на безнапорные (открытые) и напорные; по крупности фильтрующего материала – на мелкозернистые, среднезернистые и крупнозернистые; по количеству фильтрующих слоев – на однослойные, двухслойные и многослойные.

В большинстве случаев фильтрование сочетается с другими методами очистки воды. Обычно через фильтры пропускают воду, прошедшую коагулирование, отстойники или осветлители. Фильтры применяют также для осветления воды при ее реагентном умягчении или при удалении железа. В некоторых случаях фильтры используют для осветления некоагулированной или неотстоянной коагулированной воды.

При местном водоснабжении для обеспечения ферм водой чаще применяют медленные фильтры. Они представляют собой открытые или подземные резервуары из водонепроницаемого материала. На дно резервуара последовательно укладывают булыжник или щебень, крупный гравий и слой крупного песка. Самый верхний слой – из мелкого песка. Толщина подстилающего слоя (булыжник и гравий) составляет 0,6...0,9 м, а фильтрующего слоя (песок) – 0,8...1,2 м. Для стока профильтрованной воды на дне резервуара прокладывают каналы из кирпича или гончарных труб.

В процессе фильтрации на поверхности фильтра образуется так называемая биологическая пленка, состоящая из мелких частиц, взвешенных в фильтрующей воде планктона и бактерий. Благодаря этому, на поверхности фильтра задерживается мелкая взвесь, за счет чего значительно повышается полнота фильтрации.

С течением времени биологическая пленка уплотняется и увеличивает сопротивление фильтра. Поэтому периодически проводят очистку медленных фильтров. Для этого один раз в 1,5...2 месяца вручную (скребками) снимают 2...3 см верхнего слоя песка и на некоторое время фильтр выключают из работы, затем после образования новой пленки начинают фильтрат направлять в сборники для чистой воды.

Установлена роль отдельных элементов в водообработке в освобождении воды от вирусов. Большая часть вирусов адсорбирована на частицах, первично взвешенных в воде, на хлопьях, образовавшихся в результате реакции этих частиц с коагулянтом. При осаждении хлопьев в эксперименте удавалось удалить из воды до 99,9 % вирусов; в условиях эксплуатации водопроводных станций этот процент составил 90...95 %. Удаление вирусов из воды происходит параллельно устранению мутности. Следовательно, процессы осветления воды обеспечивают существенное снижение содержания в ней бактерий и вирусов, что позволяет значительно повысить эффективность заключительного обеззараживания.

Таким образом, мутность приобретает значение косвенного показателя степени освобождения воды от вирусов.

После отстаивания, коагуляции и фильтрования вода становится прозрачной, бесцветной, освобождается от яиц гельминтов и на 20...25 % – от содержавшихся в ней микробов. Поэтому питьевую воду, которая представляет опасность как источник инфекции, необходимо обеззаразить.

Обеззараживание воды можно проводить одним из двух способов.

1. Реагеитные способы применения различных окислителей (КМпО₄, озон, хлор), олигодинамией (воздействие ионов благородных металлов).

Самым распространенным способом является хлорирование воды. Сущность данного процесса заключается в том, что хлор отнимает в молекуле воды водород, при этом выделяется кислород, который является сильным окислителем. В водной среде образуется НОС1 (хлорноватистая кислота, которая обладает бактерицидными свойствами).

Озонирование воды. Озон – вещество нестойкое, которое, разлагаясь, превращается в

О₃>О₂>О.

При этом он обладает высоким окислительным потенциалом. Озон повреждает жизненно важные ферменты микроорганизмов, действуя как протоплазматический яд. Озонирование не оказывает отрицательного влияния на минеральный состав воды, а избыток озона превращается в кислород. Получается озон из атмосферного воздуха в результате электрических разрядов. Доза – 1 мг/л.

Ионы благородных металлов оказывают бактерицидное действие на микроорганизмы за счет того, что ионы, заряженные положительно, вступают во взаимодействие с микроорганизмами, заряженными отрицательно. Происходит электроадсорбция и ионы проникают в глубь микробной клетки, образуя альбуминаты.

Хлорирование воды на крупных водопроводных станциях проводят жидким (газообразным) хлором, а на малых – хлорной известью.

Под действием хлора большинство микроорганизмов, находящихся в воде, погибают. Газообразный хлор на станции поступает в специальных стальных баллонах под давлением до 0,8 МПа. Из баллонов хлор подается в хлораторы, в которых осуществляется смешивание его с некоторым количеством воды. Полученная хлорная вода поступает для обработки питьевой воды.

При использовании хлорной извести для обеззараживания воды необходимо учитывать содержание в ней активного хлора (оно должно быть не менее 25 %). Раствор хлорной извести применяют 1...2 %-ной концентрации, время контакта воды и раствора должно составлять не менее 45...60 мин.

Надежность обеззараживания воды достигается и количеством вводимого раствора хлорной извести. Для этого в начале определяют хлорпотребность воды. В большинстве случаев достаточно 1...3 мг хлора на 1 л.

В воде, используемой для поения животных, остаточного свободного хлора должно быть не менее 0,3 мг и не более 0,5 мг на 1 л.

Коли-титр в хлорированной воде должен быть не менее 300. Если хлорирование воды проведено большими дозами хлорной извести, то для уничтожения ее излишков (о чем свидетельствует явный запах хлора) необходимо дехлорировать воду 0,5 %-ным раствором тиосульфата натрия (гипосульфит) или сернокислым натрием.

2. Безреагентные способы (кипячение, ультрафиолетовое облучение, использование ультразвука, электроразрядов).

Кипячение является простым и надежным способом обеззараживани небольших объемов воды, но при этом значительно ухудшается вкус воды и она быстрее портится.

Для обеззараживания воды ультрафиолетовыми бактерицидными лучами используют лампы ДРТ-1000, ДБ-60, РКС-2,5 и установки ОВ-ЗН, ОВ-1П, ОВ-1П-РКС, ОВ-АКХ-1, ОВ-ЗП-РКС, ОВ-ПК-РКС. Для сельскохозяйственного водоснабжения сконструированы установки ОВУ-6П и УОВ-5Н.

В практике хозяйственно-питьевого водоснабжения прибегают к специальным методам обработки воды с целью коррекции ее солевого состава. Наиболее распространены обезжелезивание, фторирование и дефторирование воды (табл. 17). Как правило, указанные методы применяют при использовании подземных источников водоснабжения. Однако обезжелезивание бывает необходимым и для поверхностных водоисточников при питании из болот, а установки для опреснения позволяют использовать морскую воду.

Таблица 17 Способы химической обработки воды

↑