ЛЕКЦИЯ № 3. МЕТОДЫ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ

Использование природных вод открытых водоемов, а иногда и подземных вод в целях хозяйственно-питьевого водоснабжения практически невозможно без предваритель­ного улучшения свойств воды и ее обеззараживания. Чтобы качество воды соответствовало гигиеническим требованиям, применяют предварительную обработку, в результате которой вода освобождается от взвешенных частиц, запаха, привкуса, микроорганизмов и различных примесей.

Для улучшения качества воды применяются следующие методы: 1) очистка-удаление взвешенных частиц; 2) обез­зараживание-уничтожение микроорганизмов; 3) специаль­ные методы улучшения органолептических свойств воды, умягчение, удаление некоторых химических веществ, фторирование и др.

Очистка воды. Очистка является важным этапом в общем комплексе методов улучшения качества воды, так как улучшает ее физические и органолептические свойства. При этом в процессе удаления из воды взвешенных частиц удаляется и значительная часть микроорганизмов, в результате чего полная очистка воды позволяет легче и экономичнее осуществлять обеззараживание. Очистка осуществляется механическим (отстаивание), физическим (фильтрование) и химическим (коагуляция) методами.

Отстаивание, при котором происходит осветление и частичное обесцвечивание воды, осуществляется в специаль­ных сооружениях - отстойниках. Используются две конструк­ции отстойников: горизонтальные и вертикальные. Принцип их действия состоит в том, то благодаря поступлению через узкое отверстие и замедленному протеканию воды в отстойнике основная масса взвешенных частиц оседает на дно. Процесс отстаивания в отстойниках различной конструкции продолжается в течение 2-8 ч. Однако мель­чайшие частицы, в том числе значительная часть микроорганизмов, не успевает осесть. Поэтому отстаивание нельзя рассматривать как основной метод очистки воды.

Фильтрация - процесс более полного освобождения воды от взвешенных частиц, заключающийся в том, что воду пропускают через фильтрующий мелкопористый материал, чаще всего через песок с определенным размером частиц. Фильтруясь, вода оставляет на поверхности и в глубине фильтрующего материала взвешенные частицы. На водопро­водных станциях фильтрация применяется после коагуля­ции.

В настоящее время начали применяться кварцево-антрацитовые фильтры, значительно увеличивающие скорость фильтрации.

Для предварительной фильтрации воды используются микрофильтры для улавливания зоопланктона - мельчайших водных животных и фитопланктона-мельчайших водных растений. Эти фильтры устанавливают перед местом водо­забора или перед очистными сооружениями.

Коагуляция представляет собой химический метод очистки воды. Преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет освободить воду от загрязнений, находящихся в виде взвешенных частиц, не поддающихся удалению с помощью отстаивания и фильтрации. Сущность коагуляции заключается в добавлении к воде химического вещества-коагулянта, способного реагировать с находящи­мися в ней бикарбонатами. В результате этой реакции образуются крупные, довольно тяжелые хлопья, несущие положительный заряд. Оседая вследствие собственной тяжес­ти, они увлекают за собой находящиеся в воде во взвешенном состоянии частицы загрязнений, заряженные отрицательно, и тем самым способствуют довольно быстрой очистке воды. За счет этого процесса вода становится прозрачной, улучшает­ся показатель цветности.

В качестве коагулянта в настоящее время наиболее ши­роко применяется сульфат алюминия, образующий с бикар­бонатами воды крупные хлопья гидрата окиси алюминия. Для улучшения процесса коагуляции используются высо­комолекулярные флокулянты: щелочной крахмал, флокулянты ионного типа, активизированная кремневая кислота и другие синтетические препараты, производные акриловой кислоты, в частности полиакриламид (ПАА).

Обеззараживание. Уничтожение микроорганизмов являет­ся последним завершающим этапом обработки воды, обеспе­чивающим ее эпидемиологическую безопасность. Для обеззараживания воды применяются химические (реагентные) и физические (безреагентные) методы. В лабораторных условиях для небольших объемов воды может быть использован механический метод.

Химические (реагентные) методы обеззаражи­вания основаны на добавлении к воде различных химических веществ, вызывающих гибель находящихся в воде микро­организмов. Эти методы достаточно эффективны. В каче­стве реагентов могут быть использованы различные силь­ные окислители: хлор и его соединения, озон, йод, перманганат калия, некоторые соли тяжелых металлов, се­ребро.

В санитарной практике наиболее надежным и испытан­ным способом обеззараживания воды является хлорирование. На водопроводных станциях оно производится при помощи газообразного хлора и растворов хлорной извести. Кроме этого, могут использоваться такие соединения хлора, как гипохлорат натрия, гипохлорит кальция, двуокись хлора.

Механизм действия хлора заключается в том, что при добавлении его к воде он гидролизуется, в результате чего происходит образование хлористоводородной и хлорновати­стой кислот:

С1 2 +Н 2 О=НС1+НОС1.

Хлорноватистая кислота в воде диссоциирует на ионы водорода (Н) и гипохлоритные ионы (ОС1), которые наряду с диссоциированными молекулами хлорноватистой кислоты обладают бактерицидным свойством. Комплекс (НОС1 + ОС1) называется свободным активным хлором.

Бактерицидное действие хлора осуществляется главным образом за счет хлорноватистой кислоты, молекулы которой малы, имеют нейтральный заряд и поэтому легко проходят через оболочку бактериальной клетки. Хлорноватистая кислота воздействует на клеточные ферменты, в частности на SH-группы, нарушает обмен веществ микробных клеток и способность микроорганизмов к размножению. В послед­ние годы установлено, что бактерицидный эффект хлора основан на угнетении ферментов-катализаторов, окислитель­но-восстановительных процессов, обеспечивающих энергети­ческий обмен бактериальной клетки.

Обеззараживающее действие хлора зависит от многих факторов, среди которых доминирующими являются биоло­гические особенности микроорганизмов, активность действу­ющих препаратов хлора, состояние водной среды и усло­вия, в которых производится хлорирование.

Процесс хлорирования зависит от стойкости микроорга­низмов. Наиболее устойчивыми являются спорообразующие. Среди неспоровых отношение к хлору различное, например брюшнотифозная палочка менее устойчива, чем палочка паратифа и т. д. Важным является массивность микробного обсеменения: чем она выше, тем больше хлора нужно для обеззараживания воды. Эффективность обеззараживания зависит от активности используемых хлорсодержащих препаратов. Так, газообразный хлор более эффективен, чем хлорная известь.

Большое влияние на процесс хлорирования оказывает состав воды; процесс замедляется при наличии большого количества органических веществ, так как большее коли­чество хлора уходит на их окисление, и при низкой темпе­ратуре воды. Существенным условием хлорирования являет­ся правильный выбор дозы. Чем выше доза хлора и чем продолжительнее его контакт с водой, тем более высоким будет обеззараживающий эффект.

Хлорирование производится после очистки воды и является заключительным этапом ее обработки на водо­проводной станции. Иногда для усиления обеззараживающе­го эффекта и для улучшения коагуляции часть хлора вводят вместе с коагулянтом, а другую часть, как обычно, после фильтрации. Такой метод называется двойным хлорированием.

Различают обычное хлорирование, т. е. хлорирование нормальными дозами хлора, которые устанавливаются каж­дый раз опытным путем, суперхлорирование, т. е. хлори­рование повышенными дозами.

Хлорирование нормальными дозами применяется в обычных условиях на всех водопроводных станциях. При этом большое значение имеет правильный выбор дозы хлора, что обусловливается степень хлорпоглощаемости воды в каждом конкретном случае.

Для достижения полного бактерицидного эффекта определяется оптимальная доза хлора, которая складывается из количества активного хлора, которое необходимо для: а) уничтожения микроорганизмов; б) окисления органиче­ских веществ, а также количества хлора, которое должно остать­ся в воде после ее хлорирования для того, чтобы служить показателем надежности хлорирования. Это количество называется активным остаточным хлором. Его норма 0,3-0,5 мг/л, при свободном хлоре 0,8-1,2 мг/л. Необходи­мость нормирования этих количеств связана с тем, что при наличии остаточного хлора менее 0,3 мг/л его может быть недостаточно для обеззараживания воды, а при дозах выше 0,5 мг/л вода приобретает неприятный специфический запах хлора.

Главными условиями эффективного хлорирования воды являются перемешивание ее с хлором, контакт между обез­зараживанием водой и хлором в течение 30 мин в теплое время года и 60 мин в холодное время.

На крупных водопроводных станциях для обеззаражи­вания воды применяется газообразный хлор. Для этого жидкий хлор, доставляемый на водопроводную станцию в цистернах или баллонах, перед применением переводится в газообразное состояние в специальных установках-хлораторах, с помощью которых обеспечиваются автоматиче­ская подача и дозирование хлора. Наиболее часто хлориро­вание воды производится 1% раствором хлорной извести. Хлорная известь представляет собой продукт взаимо­действия хлора и гидрата окиси кальция в результате реакции:

2Са(ОН) 2 + 2С1 2 = Са(ОС1) 2 + СаС1 2 + 2НА

Суперхлорирование (гиперхлорирование) воды проводит­ся по эпидемиологическим показаниям или в условиях, когда невозможно обеспечить необходимый контакт воды с хлором (в течение 30 мин). Обычно оно применяется в военно-полевых условиях, экспедициях и других случа­ях и производится дозами, в 5-10 раз превышающими хлорпоглощаемость воды, т. е. 10-20 мг/л активного хлора. Время контакта между водой и хлором при этом сокращается до 15-10 мин. Суперхлорирование имеет ряд преимуществ. Основными из них являются значительное сокращение времени хлорирования, упрощение его техники, так как нет необходимости определять остаточный хлор и дозу, и возможность обеззараживания воды без предва­рительного освобождения ее от мути и осветления. Недостатком гиперхлорирования является сильный запах хло­ра, но его можно устранить добавлением к воде тиосульфа­та натрия, активированного угля, сернистого ангидрида и других веществ (дехлорирование).

На водопроводных станциях иногда проводят хлориро­вание с преаммонизацией. Этот метод применяется в тех случаях, когда обеззараживаемая вода содержит фенол или другие вещества, которые придают ей неприятный запах. Для этого в обеззараживаемую воду вначале вводят аммиак или его соли, а затем через 1-2 мин хлор. При этом образуются хлорамины, обладающие сильным бактерицидным свойством.

К химическим методам обеззараживания воды относится озонирование. Озон является нестойким соединением. В воде он разлагается с образованием молекулярного и атомарного кислорода, с чем связана сильная окислительная способность озона. В процессе его разложения образуются свободные радикалы ОН и НО 2 , обладающие выраженными окислительными свойствами. Озон обладает высоким окислительно-восстановительным потенциалом, поэтому его реакция с органическими веществами, находящимися в воде, происходит более полно, чем у хлора. Механизм обеззараживающего действия озона аналогичен действию хлора: являясь сильным окислителем, озон повреждает жизненно важные ферменты микроорганизмов и вызывает их гибель. Имеются предположения, что он действует как протоплазматический яд.

Преимущество озонирования перед хлорированием за­ключается в том, что при этом способе обеззараживания улучшаются вкус и цвет воды, поэтому озон может быть использован одновременно для улучшения ее органолептических свойств. Озонирование не оказывает отрицатель­ного влияния на минеральный состав и рН воды. Избыток озона превращается в кислород, поэтому остаточный озон не опасен для организма и не влияет на органолептические свойства воды. Контроль за озонированием менее сложен, чем за хлорированием, так как озонирование не зависит от таких факторов, как температура, рН воды и т.д. Для обеззараживания воды необходимая доза озона в среднем равна 0,5-6 мг/л при экспозиции 3-5 мин. Озо­нирование производится при помощи специальных аппара­тов - озонаторов.

При химических способах обеззарараживания воды используют также олигодинамические действия солей тяжелых металлов (серебра, меди, золота). Олигодинамическим действием тяжелых металлов называется их способ­ность оказывать бактерицидный эффект в течение длитель­ного срока при крайне малых концентрациях. Механизм действия заключается в том, что положительно заряженные ионы тяжелых металлов вступают в воде во взаимодей­ствие с микроорганизмами, имеющими отрицательный заряд. Происходит электроадсорбция, в результате которой они проникают в глубь микробной клетки, образуя в ней альбуминаты тяжелых металлов (соединения с нуклеиновы­ми кислотами), в результате чего микробная клетка поги­бает. Данный метод обычно применяется для обеззаражи­вания небольших количеств воды.

Перекись водорода давно известна как окислитель. Ее бактерицидное действие связано с выделением кисло­рода при разложении. Метод применения перекиси водоро­да для обеззараживания воды в настоящее время еще полностью не разработан.

Химические, или реагентные, способы обеззараживания воды, основанные на добавлении к ней того или иного химического вещества в определенной дозе, имеют ряд недостатков, которые заключаются главным образом в том, что большинство этих веществ отрицательно влияет на со­став и органолептичеекие свойства воды. Кроме того, бактерицидное действие этих веществ проявляется после определенного периода контакта и не всегда распростра­няется на все формы микроорганизмов. Все это явилось причиной разработки физических методов обеззараживания воды, имеющих ряд преимуществ по сравнению с химиче­скими. Безреагентные методы не оказывают влияния на состав и свойства обеззараживаемой воды, не ухудшают ее органолептических свойств. Они действуют непосредст­венно на структуру микроорганизмов, вследствие чего обла­дают более широким диапазоном бактерицидного действия. Для обеззараживания необходим небольшой период времени.

Наиболее разработанным и изученным в техническом отношении методом является облучение воды бактерицид­ными (ультрафиолетовыми) лампами. Наибольшим бактери­цидным свойством обладают УФ лучи с длиной волны 200-280 нм; максимум бактерицидного действия приходит­ся на длину волны 254-260 нм. Источником излучения слу­жат аргонно-ртутные лампы низкого давления и ртутно-кварцевые лампы. Обеззараживание воды наступает быстро, в течение 1-2 мин. При обеззараживании воды УФ-лучами погибают не только вегетативные формы микробов, но и споровые, а также вирусы, яйца гельминтов, устойчивые к воздейст­вию хлора. Применение бактерицидных ламп не всегда возможно, так как на эффект обеззараживания воды УФ-лучами влияют мутность, цветность воды, содержание в ней солей железа. Поэтому, прежде чем обеззараживать воду таким способом, ее необходимо тщательно очистить.

Из всех имеющихся физических методов обеззаражива­ния воды наиболее надежным является кипячение. В ре­зультате кипячения в течение 3-5 мин погибают все имеющиеся в ней микроорганизмы, а после 30 мин вода становится полностью стерильной. Несмотря на высокий бактерицидный эффект, этот метод не находит широкого применения для обеззараживания больших объемов воды. Недостатком кипячения является ухудшение вкуса воды, наступающего в результате улетучивания газов, и возможность более быстрого развития микроорганизмов в кипяченой воде.

К физическим методам обеззараживания воды относится использование импульсного электрического разряда, ультра­звука и ионизирующего излучения. В настоящее время эти методы широкого практического применения не находят.

Специальные способы улучшения качества воды. Помимо основных методов очистки и обеззараживания воды, в не­которых случаях возникает необходимость производить спе­циальную ее обработку. В основном эта обработка направле­на на улучшение минерального состава воды и ее органолептических свойств.

Дезодорация - удаление посторонних запахов и привкусов. Необходимость проведения такой обработки обу­словливается наличием в воде запахов, связанных с жизне­деятельностью микроорганизмов, грибов, водорослей, продуктов распада и разложения органических веществ. С этой целью применяются такие методы, как озонирование, углевание, хлорирование, обработка воды перманганатом калия, переки­сью водорода, фторирование через сорбционные фильтры, аэрация.

Дегазация воды - удаление из нее растворенных дурно пахнущих газов. Для этого применяется аэрация, т. е. разбрызгивание воды на мелкие капли в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе, в резуль­тате чего происходит выделение газов.

Умягчение воды - полное или частичное удаление из нее катионов кальция и магния. Умягчение проводится специальными реагентами или при помощи ионообменного и термического методов.

Опреснение (обессоливание) воды чаще производит­ся при подготовке ее к промышленному использованию.

Частичное опреснение воды осуществляется для снижения содержания в ней солей до тех величин, при которых воду можно использовать для питья (ниже 1000 мг/л). Опресне­ние достигается дистилляцией воды, которая производится в различных опреснителях (вакуумные, многоступенчатые, гелиотермические), ионитовых установках, а также электро­химическим способом и методом вымораживания.

Обезжелезивание - удаление из воды железа про­изводится аэрацией с последующим отстаиванием, коагулированием, известкованием, катионированием. В настоящее время разработан метод фильтрования воды через песча­ные фильтры. При этом закисное железо задерживается на поверхности зерен песка.

Обесфторивание - освобождение природных вод от избыточного количества фтора. С этой целью применяют метод осаждения, основанный на сорбции фтора осадком гидроокиси алюминия.

При недостатке в воде фтора ее фторируют. В случае загрязнения воды радиоактивными веществами ее подвергают дезактивации, т. е. удалению радиоактивных веществ.

Введение

Литературный обзор

1 Требования к качеству питьевой воды

2 Основные методы улучшения качества воды

2.1 Обесцвечивание и осветление воды

2.1.1 Коагулянты - флокулянты. Применение на станциях водоподготовки

2.1.1.1 Aлюмосодержащие коагулянты

2.1.1.2 Железосодержащие коагулянты

3 Oбеззараживание питьевой воды

3.1 Химический способ обеззараживания

3.1.1 Хлорирование

3.1.2 Обеззараживание диоксидом хлора

3.1.3 Озонирование воды

3.1.4 Обеззараживание воды при помощи тяжелых металлов

3.1.5 Обеззараживание бромом и йодом

3.2 Физический способ обеззараживания

3.2.1 Ультрафиолетовое обеззараживание

3.2.2 Обеззараживание воды ультразвуком

3.2.3 Кипячение

3.2.4 Обеззараживание фильтрацией

Существующие положения

Постановка цели и задачи проекта

Предлагаемые мероприятия по повышению эффективности водоочистных сооружений г. Нижний Тагил

Расчетная часть

1 Расчетная часть существующих очистных сооружений

1.1 Реагентное хозяйство

1.2 Расчет смесителей и камер хлопьеобразования

1.2.1 Расчет вихревого смесителя

1.2.2 Вихревая камеры хлопьеобразования

1.3 Расчет горизонтального отстойника

1.4 Расчет скорых безнапорных фильтров с двухслойной загрузкой

1.5 Расчет хлораторной установки для дозирования жидкого хлора

1.6 Расчет резервуаров чистой воды

2 Расчетная часть предлагаемых очистных сооружений

2.1 Реагентное хозяйство

2.2 Расчет горизонтального отстойника

2.3 Расчет скорых безнапорных фильтров с двухслойной загрузкой

2.4 Расчет озонирующей установки

2.5 Расчет сорбционных угольных фильтров

2.6 Расчет установок для обеззараживания воды бактерицидным излучением

2.7 Обеззараживание NaClO (товарный) и УФ

Заключение

Библиографический список

Введение

Водоподготовка процесс сложный и требует тщательного продумывания. Существует очень много технологий и нюансов, которые прямо или косвенно повлияют на состав водоподготовки, ее мощность. Поэтому разрабатывать технологию, продумывать оборудование, этапы следует очень тщательно. Пресной воды на земле очень малое количество. Большую часть водных ресурсов земли составляет соленая вода. Главный недостаток соленой воды - невозможность использования ее в пищу, для стирки, бытовых нужд, производственных процессов. На сегодняшний день нет природной воды, которую можно было сразу использовать для нужд. Бытовые отходы, всевозможные выбросы в реки и моря, атомные хранилища, все это оказывает влияние на воду.

Водоподготовка питьевой воды очень важна. Вода, которую люди используют в повседневной жизни, должна отвечать высоким стандартам качества, она не должна наносить вред здоровью. Таким образом, питьевая вода - это чистая вода, которая не вредит здоровью человека и пригодна в пищу. Получить сегодня такую воду, затратно, но все же возможно.

Главная цель водоподготовки питьевой воды - очистить воду от грубодисперсных и коллоидных примесей, солей жесткости.

Целью работы является анализ работы существующей Черноисточинской водоочистной станции и предложения вариантов по ее реконструкции.

Произвести укрупненный расчет предложенных водоочистных сооружений.

1 . Литературный обзор

1.1 Требования к качеству питьевой воды

В Российской Федерации качество питьевой воды должно удовлетворять определенным требованиям, установленным СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода" . В Европейском Союзе (ЕС) нормы определяет директива "По качеству питьевой воды, предназначенной для потребления человеком" 98/83/ЕС . Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) устанавливает требования к качеству воды в "Руководстве по контролю качества питьевой воды 1992 г" . Также существуют нормы Агентства по охране окружающей среды США (U.S.EPA) . В нормах присутствуют незначительных отличия по различным показателям, но лишь вода соответствующего химического состава обеспечивает здоровье человека. Присутствие неорганических, органических, биологических загрязнений, а также повышенное содержание нетоксичных солей в количествах, превышающих указанные в представленных требованиях, приводит к развитию различных заболеваний.

Основные требования к питьевой воде заключаются в том, что она должна иметь благоприятные органолептические показатели, быть безвредной по своему химическому составу и безопасной в эпидемиологическом и радиационном отношении. Перед подачей воды в распределительные сети, в точках водозабора, наружной и внутренней водопроводных сетях качество питьевой воды должно соответствовать гигиеническим нормативам, представленных в таблице 1.

Таблица 1 - Требования к качеству питьевой воды

Показатели	Единицы измерения	СанПин 2.1.4.1074-01
Водородный показатель
Общая минерализация (сухой остаток)
Цветность
Мутность ЕМФ	мг/л (по каолину)	2,6 (3,5) 1,5 (2,0)		не более 0,1	не более 0,1
Жесткость общая
Окисляемость перманганатная
Нефтепродукты, суммарно
Фенольный индекс
Щелочность	мгНСО - 3 /л
Фенольный индекс
Алюминий (Аl 3+)
Азот аммонийный
Барий (Ва 2+)
Бериллий (Ве 2+)
Бор (В, суммарно)
Ванадий (V)
Висмут (Bi)
Железо (Fe, суммарно)
Кадмий (Сd, суммарно)
Калий (К +)
Кальций (Ca 2+)
Кобальт (Co)
Кремний (Si)
Магний (Mg 2+)
Марганец (Мn, суммарно)
Медь (Сu, суммарно)
Молибден (Мо, суммарно)
Мышьяк (Аs, суммарно)
Никель (Ni, суммарно)
Нитраты (по NO 3 -)
Нитриты (по NO 2 -)
Ртуть (Нg, суммарно)
Свинец (РЬ,
Селен (Sе, сум.)
Серебро (Ag +)
Сероводород (H 2 S)
Стронций (Sг 2+)
Сульфаты (S0 4 2-)
Хлориды (Сl -)
Хром (Сг 3+)				0,1 (всего)
Хром (Сг 6+)				0,1 (всего)
Цианиды (СN -)
Цинк (Zn 2+)
с.-т. - санитарно-токсикологический; орг. - органолептический

Проанализировав данные таблицы, можно заметить существенные различия по некоторым показателям, таким как жесткость, окисляемости, мутность и т.д.

Безвредность питьевой воды по химическому составу определяется ее соответствием нормативам по обобщенным показателям и содержанию вредных химических веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах на территории Российской Федерации, а также веществ антропогенного происхождения, получивших глобальное распространение (см. табл. 1).

Таблица 2 - Содержание вредных химических веществ, поступающих и образующихся в воде в процессе ее обработки в системе водоснабжения

Наименование показателя	Норматив, не более	Показатель вредности	Класс опасности
Хлор остаточный свободный, мг/дм 3	в пределах 0,3-0,5
Хлор остаточный общий, мг/дм 3	в пределах 0,8-9,0
Хлороформ (при хлорировании воды), мг/дм 3
Озон остаточный, мг/дм 3
Полиакриламид, мг/дм 3
Активированная кремнекислота (по Si), мг/дм 3
Полифосфаты (по РО 4 3-), мг/дм 3
Остаточные количества коагулянтов, мг/дм 3

1.2 Основные методы улучшения качества воды

1.2.1 Обесцвечивание и осветление воды

Под осветлением воды понимают удаление взвешенных веществ. Обесцвечивание воды - устранение окрашенных коллоидов или истинно растворенных веществ. Осветление и обесцвечивание воды достигается методами отстаивания, фильтрования через пористые материалы и коагулирования. Очень часто эти методы применятся в комбинации друг с другом, например, отстаивание с фильтрованием или коагулирование с отстаиванием и фильтрованием.

Фильтрование идет за счет задерживания взвешенных частиц снаружи или внутри фильтрующей пористой среды, тогда как осаждение - это процесс выпадения взвешенных частиц в осадок (для этого неосветленную воду задерживают в особых отстойниках).

Взвешенные частицы оседают под воздействием силы тяжести. Достоинство осаждения - отсутствие дополнительных энергетических затрат при осветлении воды, при этом скорость течения процесса прямо пропорционально зависит от размеров частиц. Когда отслеживается уменьшение размера частиц, наблюдается увеличение время осаждения. Эта зависимость действует и при изменении плотности взвешенных частиц. Осаждение рационально использовать для выделения тяжелых, крупных взвесей.

Фильтрование может обеспечить на практике любое качество для осветления воды. Но при данном способе осветления воды нужны дополнительные энергетические затраты, которые служат для уменьшения гидравлического сопротивления пористой среды, что способна накапливать взвешенные частицы и с течением времени увеличивать сопротивление. Для предотвращения этого желательно производить профилактическую чистку пористого материала, которая способна восстанавливать исходные свойства фильтра.

При увеличении в воде концентрации взвешенных веществ повышается и требуемый показатель осветления. Эффект осветления может быть улучшен при эксплуатации химической обработки воды, что требует использования вспомогательных процессов, таких как: флокуляция, коагуляция и химическое осаждение.

Обесцвечивание, наряду с осветлением, является одним из начальных стадий в обработки воды на водоочистных станциях. Этот процесс осуществляется путем отстаивания воды в емкостях со следующей фильтрацией через песчано-угольные фильтры. Для того чтобы быстрее шло осаждения взвешенных частиц, в воду добавляют коагулянты-флокулянты - алюминий серно-кислый или хлорное железо. Для увеличения скорости процессов коагуляции также используют химический препарат полиакриламид (ПАА), который увеличивает коагуляцию взвешенных частиц. После коагуляции, отстаивания и фильтрации вода становится прозрачной и, как правило, бесцветной, а также удаляются яица геогельминтов и 70-90 % микроорганизмов .

.2.1.1 Коагулянты - флокулянты. Применение на станциях водоподготовки

При реагентной очистке воды массово применяют aлюмо- и железосодержащие коагулянты.

1.2.1.1.1 Aлюмосодержащие коагулянты

В вoдoпoдгoтoвке применяют пoследующие алюминий coдержащие коагулянты: сульфaт aлюминия (СА), oкcихлoрид алюминия (ОХА), алюминат натрия и хлорид алюминия (табл. 3).

Таблица 3 - Алюмосодержащие коагулянты

Коагулянт
			Нерастворимых примесей
Сульфат алюминия неочищенный	Al 2 (SO 4)·18H 2 O
Сульфат алюминия очищенный	Al 2 (SO 4)·18H 2 O Al 2 (SO 4)·14H 2 O Al 2 (SO 4)·12H 2 O	>13,5 17- 19 28,5
Оксихлорид алюминия	Al 2 (OH) 5 ·6H 2 O
Алюминат натрия
Полиоксихлорид алюминия	Al n (OH) ь ·Cl 3n-m где n>13

Сульфат алюминия (Al 2 (SO 4) 3 ·18H 2 O) − тeхнически нeочищенное соeдинeниe, которое представляет coбой фрагменты серовато-зеленоватого цвета, получаемые при обработке серной кислотой бoкситoв, глин или нeфeлинoв. Оно должно иметь не меньше 9% Al 2 O 3 , что эквивалентно содержанию 30% чистого сульфата алюминия.

Очищенный СА (ГОСТ 12966-85) получают в форме плит серовато-перламутрового цвета из неочищенного сырья или глинозема путем растворения в серной кислоте. Он должен содержать не меньше 13,5% Al 2 O 3 , что эквивалентно содержанию 45% алюминия сульфата.

В России для oчиcтки воды производят 23-25%-ный рacтвoр сульфата алюминия. При использовании сульфата алюминия отпадает потребность в специально предназначенном оборудовании для растворения коагулянта, а также облегчается и становятся более доступными в цене и погрузочно-разгрузочные работы, и транспортирование.

При бoлее низких тeмпeратурах воздуха при обработке воды с высоким содержанием природных органических соединений применяют oкcихлорид алюминия. ОХА известен под разными наименованиями: пoлиалюминий гидрохлорид, хлоргидроксид алюминия, основной хлорид алюминия и др.

Кaтионный коагулянт ОХА способен oбразовывать сложные соединения с большим количеством веществ, coдержащихся в воде. Как показала практика, применения OXA имеет ряд преимуществ:

– OXA - частично гидролизованная соль - облaдает бoльшой cпоcобностью к полимеризации, что увеличивает хлопьеобразoвание и осаждение скоагулированной cмеси;

– OXA может быть использована в широком диапазоне pH (в cравнении с СА);

– при коагулировании OXA снижение щелочности несущественно.

Это снижает коррозионную активность воды, улучшаeт техническое положение водопроводов городской сети и сохраняет потребительские свойства воды, а также дает возможность полностью отказаться от щелочных агентов, что позволяет сэкономить их на средней водоочистной станции до 20 тонн ежемесячно;

– при высокой вводимой дозе реагента наблюдается низкое остаточное содержание алюминия;

– уменьшение дозы коагулянта в 1,5-2,0 раза (по сравнению с CA);

– сокращение трудоемкости и прочих затрат по содержанию, подготовке и дозированию реагента, позволяет улучшить санитарно-гигиенические условия труда.

Алюминат натрия NaAlO 2 - это твердые фрагменты белого цвета с перламутровым блеском на изломе, которые получают при помощи растворения гидроксида или оксида алюминия в растворе гидроксида алюминия. Сухое товарные изделие содержит 35% Nа 2 O, 55% Al 2 O 3 и до 5% свободной NаOH. Растворимость NaAlO 2 − 370 г/л (при 200 ºС).

Xлoрид алюминия AlCl 3 - белый порошок плотностью 2,47 г/см 3 , с температурой плавления 192,40 ºС. Из водных растворов образуется АlCl 3 ·6H 2 O с плотностью 2,4 г/см 3 . В качестве коагулянта в паводковый период при низких температурах воды применимo иcпoльзование гидроксида алюминия .

1.2.1.1.2 Железосодержащие коагулянты

При водоподготовке используют следующие железосодержащие коагулянты: хлорид железа, сульфаты железа(II) и железа(III), хлорированный железный купорос (табл. 4).

Таблица 4 - Железосодержащие коагулянты

Хлорид железа (FeCl 3 ·6H 2 O) (ГОСТ 11159-86) - это темные кристаллы с металлическим блеском, обладают сильной гигроскопичностью, поэтому перевозят его в герметичных железных контейнерах. Безводное хлорное железо производят хлорированием стальных стружек при температуре 7000 ºС, а также получают как вторичный продукт при изготовлении хлоридов металлов горячим хлорированием руд. Товарный продукт должен содержать не меньше 98% FeCl 3 . Плотность 1,5 г/см 3 .

Сульфат железа(II) (CЖ) FeSO 4 ·7H 2 O (купорос железный по ГOCT 6981-85) - это прозрачные кристаллы зеленовато-голубоватого цвета, которые легко буреют на атмосферном воздухе. Как товарную продукцию CЖ выпускают двух марок (A и Б), который содержит соответственно не менее 53% и 47% FeSO 4 , не более 0,25-1% свободной H 2 SO 4 . Плотность реагента − 1,5 г/см 3 . Этот коагулянт применим при pH > 9-10. Для того, чтобы уменьшить концентрацию растворённого гидроксида железа(II) при низких величинах pH, дополнительно проводят окисление двухвалентного железа до трёхвалентного.

Окисление гидроксида железа(II), который образуется при гидролизе CЖ при pH воды меньше 8, протекает медленно, что приводит к неполному его осаждению и коагулированию. Поэтому перед тем, как в воду добавят CЖ, дополнительно добавляют по отдельности или вместе известь или хлор. В связи с этим, СЖ используют, в основном, в процессе известкового и известково-содового умягчения воды, когда при значение pH 10,2-13,2 удаление магниевой жесткости солями алюминия не применимы.

Сульфат железа(III) Fе 2 (SО 4) 3 ·2H 2 О получают при растворении в серной кислоте оксида железа. Продукт имеет кристаллическую структуру, очень хорошо поглощает воду, хорошо растворим в воде. Плотность его − 1,5 г/см 3 . Применение солей железа(III) в роли коагулянта предпочтительнее по сравнению с сульфатом алюминия. При их использовании лучше протекает процесс коагуляции при низких температурах воды, на реакцию pН среда оказывает незначительное влиянии, увеличивается процесс декантатирования скоагулированных примесей и сокращается время отстаивания. Недостатком использования солей железа(III) как коагулянтов-флокулянтов является потребность точного дозирования, так как его нарушении является причиной проникновения железа в фильтрат. Хлoпья гидроксида железа(III) оседают неодинаково, поэтому в воде некоторое количество мелких хлопьев остается, которое впоследствии поступает на фильтры. Эти неисправности в некоторой мере удаляются при добавлении CA.

Хлорированный железный купорос Fe 2 (SO 4) 3 +FeCl 3 получают напрямую на водоочистных сооружениях при обработке раствора сульфата железа хлором.

Одно из основных положительных качеств солей железа как коагулянтов-флокулянтов - это высокая плотность гидроксида, которая дает возможность получение более плотных и тяжёлых хлопьев, опадающих в осадок с большой скоростью.

Коагуляция сточных вод солями железа не подходит, так как эти воды содержать фенолы, при этом получаются растворимые в воде феноляты железа. Помимо этого, гидроксид железа служит катализатором, который помогает окислению некоторых органических.

Смешанный алюможелезный коагулянт получают в пропорции 1:1 (по массе) из растворов сульфата алюминия и хлорного железа. Соотношение может меняться, исходя из условий рaботы oчиcтных аппаратов. Предпочтительность использования смешанного коагулянта - это увеличение производительности водоочистки при низких температурах воды и увеличение осадительных свойств хлопьев. Использование смешанного коагулянта дает возможность значительно уменьшить расход реагентов. Смешанный коагулянт можно добавлять как раздельно, так и изначально перемешав растворы. Первый метoд наибoлee предпочтителен при переходе от одной приемлемой пропорции коагулянтов к другой, но при втором способе - наиболее проще исполнять дозирование реагента. Однако затруднения, которые связаны с содержанием и изготовлением коагулянта, а также увеличение концентрации ионов железа в очищенной воде при необратимых изменениях технологического процесса, ограничивают использование смешанного коагулянта.

В некоторых научных трудах отмечают, что при использовании смешанных коагулянтов в некоторых случаях дают больший результат процесса опадения в осадок дисперсной фазы, лучшее качество очистки от загрязняющих веществ и уменьшение расхода реагентов.

При промежуточном отборе коагулянтов-флокулянтов как для лабораторных, так и для промышленных целей, нужно брать во внимание некоторые параметры:

Свойства очищаемой воды: pH; содержание сухого вещества; отношение неорганических и органических веществ и т. п.

Рабочий режим: реальность и условия быстрого смешивания; длительность реакции; время отстаивания и т. п.

Конечные результаты, которые нужны для оценки: твердые частицы; мутность; цвет; ХПК; скорость отстаивания .

1.3 Oбеззараживание питьевой воды

Обеззараживание - это комплекс мероприятий по уничтожению в воде болезнетворных бактерий и вирусов. Обеззараживание вoды по способу действия на микроорганизмы можно разделить на химические (реагентные), физические (бeзреагентные) и кoмбинированные. В первом случае в воду добавляют биологически активные химические соединения (хлор, озон, ионы тяжелых металлов), во втором - физическое воздействие (ультрафиолетовые лучи, ультразвук и т.п.), а в третьем случае применяют воздействия и физические и химические. Перед тем как воду обеззараживают, ее сначала фильтруют и (или) коагулируют. При коагуляции устраняются взвешенные вещества, яйца гельминтов, большая часть бактерий .

.3.1 Химический способ обеззараживания

При этом методе нужно правильно рассчитать дозу реагента, который вводится для обеззараживания, и определить его максимальную длительность с водой. Таким образом достигается стойкий обеззараживающий эффект. Дозу реагента можно определить исходя из расчетных методов или пробного обеззараживания. Чтобы достигнуть необходимый положительный эффект, определяют дозу реагента избыточного (остаточный хлор или озон). Это дает гарантию полного уничтожения микроорганизмов .

.3.1.1 Хлорирование

Самым частым применением в обеззараживании воды является метод хлорирования. Достоинства метода: эффективность большая, простое технологическое оборудование, дешевые реагенты, простота обслуживания.

Основное преимущество хлорирования - это отсутствие повторного роста микрooрганизмов в воде. При этом хлор берется в избытке (0,3-0,5 мг/л остатoчного хлора).

Параллельно обеззараживанию воды идет процесс окисления. В результате окисления органических веществ образуются хлорорганические соединения. Эти соединения токсичны, мутагенны и концерогенны .

.3.1.2 Обеззараживание диоксидом хлора

Преимущества диоксида хлора: антибактериальное и дезодорирующее свойство высокой степени, отсутствие хлорорганических соединений, усовершенствование органолептических свойств воды, решение транспортной проблемы. Недостатки диоксида хлора: дороговизна, сложность в изготовлении и используется на установках небольшой производительности.

Независимо от матрицы воды, которая обрабатывается, свойства диоксида хлора значительно сильнее, чем у простого хлора, что находится в той же концентрации. Он не образует токсичных хлораминов и производных метану. С точки зрения запаха или вкуса, качество того или иного продукта не меняется, а запах и привкус воды исчезают.

Благодаря восстановительному потенциалу кислотности, который является очень высоким, диоксид хлора оказывает очень сильное воздействие на ДНК микробов и вирусов, различных бактерии в сравнении с другими дезинфектантами. Можно также отметить, что потенциал окисления у этого соединение намного выше, чем у хлора, следовательно, при работе с ним, требуется меньшее количество других химических реагентов.

Дезинфекция с действием пролонгирования является отличным преимуществом. Все микробы, устойчивые к хлору, такие как легионеллы, ClO 2 уничтожает сразу полностью. Для борьбы с такими микробами необходимо применять специальные меры, поскольку они достаточно быстро приспосабливаются к различным условиям, которые, в свою очередь, могут быть смертельными для многих других организмов, несмотря на то, что большинство из них максимально устойчивы к дезинфектантам .

1.3.1.3 Озонирование воды

При этом методе озон разлагается в воде с выделением атомарного кислорода. Этот кислород способен разрушать ферментные системы клеток микроорганизмов, и окислять большинство соединений, придающих воде неприятный запах. Количество озона прямо пропорционально степени загрязнения воды. При воздействии озона в течение 8-15 мин его количество составляет 1-6 мг/л, а количество остаточного озона не должно превышать 0,3-0,5 мг/л. При несоблюдении этих норм высокая концентрация озона будет подвергать металл труб разрушению, а воде придавать специфический запах. С точки зрения гигиены этот метод обеззараживания воды является одним из самых лучших способов.

Озонирование нашло применение в централизованном водоснабжении, так как является энергозатратным, применяется сложная аппаратура и требуется высококвалифицированное обслуживание.

Метод обеззараживания воды озоном технически сложен и дорогостоящ. Технологический процесс состоит из:

стадии очистки воздуха;

охлаждения и сушки воздуха;

синтеза озона;

озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой;

отвода и деструкции остаточной озоновоздушной смеси;

вывода этой смеси в атмосферу.

Озон очень токсичное вещество. ПДС в воздухе производственных помещений составляет 0,1 г/м 3 . Помимо этого озоновоздушная смесь взрывоопасна .

.3.1.4 Обеззараживание воды при помощи тяжелых металлов

Преимуществом таких металлов (медь, серебро и др.) является способность оказывать обеззараживающее действие в малых концентрациях, так называемого олигодинамического свойства. Металлы поступают в воду методом электрохимического растворения либо непосредственно самих растворов солей.

Примером катионитов и активных углей, насыщенных серебром, служат С-100 Ag и С-150 Ag фирмы "Purolite". Они не допускают размножения бактерий при остановке воды. Катиониты компании ОАО НИИПМ-КУ-23СМ и КУ-23СП содержат больше серебра, чем предыдущие, и используются в установках маленькой производительности .

.3.1.5 Обеззараживание бромом и йодом

Этот метод широко применялся в начале XX в. Бром и йод обладают большими обеззараживающими свойствами, чем хлор. Однако они требуют более сложную технологию. При использовании в обеззараживании воды йод применяют особые иониты, которые насыщают йодом. Чтобы обеспечить необходимую дозу йода в воде, через иониты пропускают воды, таким образом, постепенно вымывается йод. Этот метод обеззараживания воды можно применять только для малогабаритных установок. Минусом является невозможность постоянного контроля концентрации йода, которая постоянно изменяется .

.3.2 Физический способ обеззараживания

При этом методе нужно привести к единице объема воды нужное количество энергии, которое является произведением интенсивности воздействия на время контакта.

Бактерии группы кишечнoй палочки (БГКП) и бактерии в 1 мл воды определяют зараженность воды микроорганизмами. Главный показатель этой группы - E. coli (показывает бактериальное загрязнение воды). БГКП имеет высокий коэффициент сопротивляемости обеззарaживанию воды. Он находится в воде, которая загрязнена фекалиями. Согласно СанПиН 2.1.4.1074-01: сумма имеющихся бактерий составляет не более 50 при неимении в 100 мл кoлиформных бактерий. Показатель зараженности воды - коли-индекс (присутствие E .coli в 1л. воды).

Действие ультрафиолетового излучения и хлора на вирусы (вируцидный эффект) по коли-индексу имеет разное значение при одинаковом эффекте. При УФИ воздействие сильнее, чем хлором. Для достижения максимального вируцидного эфекта доза озона составляет 0,5-0,8 г/л в течение 12 мин, а при УФИ - 16-40 мДж/см 3 при том же времени .

.3.2.1 Ультрафиолетовое обеззараживание

Это наиболее распространенный метод дезинфекции воды. Действие основано на воздействии УФЛ на клеточный обмен и на ферментные системы клетки микроорганизма. УФ-обеззараживание не меняет органолептических свойств воды, но при этом уничтожает споровые и вегетативные формы бактерий; не образует токсичных продуктов; очень эффективный метод. Недостатком является отсутствие последействия.

По капитальным значениям УФ-обеззараживание занимает среднее значение между хлорированием (больше) и озонированием (меньше). Наряду с хлорированием УФО использует небольшие эксплуатационные расходы. Низкий расход электроэнергии, а замена ламп - не более 10% от цены установки, и УФ-устанoвки для индивидуального водоснабжения наиболее привлекательны.

Загрязнение кварцевых чехлов ламп органическими и минеральными отложениями снижают эффективность работы УФ-установок. Автоматическая система очистки применяется в крупных установках путем циркуляции воды с добавлением пищевых кислот через установку. В других же установках очистка происходит механическим путем .

.3.2.2 Обеззараживание воды ультразвуком

Метод основан на кавитации, т. е. способность образования частот, которые создают большую разность давлений. Это приводит к гибели клетки микроорганизма через разрыв клеточной оболочки. Степень бактерицидности зависит oт интенсивности звуковых колебаний .

.3.2.3 Кипячение

Самый распространенный и надежный метод обеззараживания. При этом методе уничтожаются не только бактерии, вирусы и другие микроорганизмы, но и растворенные в воде газы, а также снижается жесткость воды. Органолептические показатели практически не изменяются.

Часто применяют для обеззараживания воды комплексный метод. Например, сочетание хлорирования с УФО позволяет обеспечить высокую степень очистки. Использование озонирования со щадящим хлорированием обеспечивает отсутствие вторичного биологического загрязнения воды и уменьшает токсичность хлорорганических соединений .

.3.2.4 Обеззараживание фильтрацией

Полностью очистить воду от микроорганизмов можно при помощи фильтров, если размеры пор фильтра меньше, чем размер микроорганизмов .

2. Существующие положения

Источниками хозяйственно-питьевого водоснабжения города Нижний Тагил являются два водохранилища: Верхне-Выйское, находящееся в 6 км от города Нижний Тагил и Черноисточинское, расположенное в черте поселка Черноисточинск (20 км от города).

Таблица 5 - Характеристики качества исходной воды водохранилищ (2012 г.)

	Компонент	Количество, мг/дм 3
	Марганец
	Алюминий
	Жесткость
	Мутность
	Перм. окисляемость
	Нефтепродукты
	Раствор. кислород
	Цветность

С Черноисточинского гидроузла вода подается на Гальяно-Горбуновский массив и в Дзержинский район после прохождения через очистные сооружения, включающие микрофильтры, смеситель, блок фильтров и отстойников, реагентное хозяйство, хлораторную. Подача воды с гидроузлов осуществляется распределительными сетями через насосные станции второго подъема с резервуарами и повысительные насосные станции.

Проектная производительность Черноисточинского гидроузла составляет 140 тыс. м 3 /сут. Фактическая производительность - (средняя за 2006 год) - 106 тыс. м 3 /сут.

Насосная станция I подъема расположена на берегу Черноисточинского водохранилища и предназначена для подачи воды из Черноисточинского водохранилища через очистные сооружения водопровода до насосной станции II-го подъема.

Вода в насосную станцию I-го подъема поступает через ряжевой оголовок по водоводам диаметром 1200 мм. На насосной станции происходит первичная механическая очистка воды от крупных примесей, фитоплактона - вода проходит через вращающуюся сетку типа ТМ-2000.

В машинном зале насосной станции установлены 4 насоса.

После насосной станции I-го подъема вода поступает по двум водоводам диаметром 1000 мм на микрофильтры. Микрофильтры предназначены для удаления планктонов из воды.

После микрофильтров вода самотеком поступает в смеситель вихревого типа. В смесителе происходит смешивание воды с хлором (первичное хлорирование) и с коагулянтом (оксихлорид алюминия).

После смесителя вода поступает в общий коллектор и распределяется на пять отстойников. В отстойниках происходит образование и отстаивание крупных взвесей с помощью коагулянта и оседание их на дно.

После отстойников вода поступает на 5 скорых фильтров. Фильтры с двухслойной загрузкой. Фильтры ежедневно промываются водой из промывного бака, который заполняется готовой питьевой водой после насосной станции II-го подъема.

После фильтров вода подвергается вторичному хлорированию. Промывная вода отводится в шламонакопитель, который расположен за санитарной зоной 1-го пояса.

Таблица 6 - Справка о качестве питьевой воды за июль 2015 года Черноисточинской распределительной сети

	Показатель	Единицы измерения	Результат исследований
	Цветность
	Мутность
	Жесткость общая
	Остаточный общий хлор
	Общие колиформные бактерии	КОЕ в 100 мл
	Термотолерантные колиформные бактерии	КОЕ в 100 мл

3. Постановка цели и задачи проекта

Анализ литературы и существующего положения водоподготовки питьевой воды в городе Нижний Тагил показали, что присутствуют превышения по таким показателям как мутность, перманганатная окисляемость, растворенный кислород, цветность, содержание железа, марганца, алюминия.

На основании измерений были сформулированы следующие цель и задачи проекта.

Целью проекта является анализ работы существующей Черноисточинской водоочистной станции и предложения вариантов по ее реконструкции.

В рамках поставленной цели были решены следующие задачи.

Произвести укрупненный расчет существующих водоочистных сооружений.

2. Предложить мероприятия по улучшению работы водоочистных сооружений и разработать схему реконструкции водоподготовки.

Произвести укрупненный расчет предложенных водоочистных сооружений.

4. Предлагаемые мероприятия по повышению эффективности водоочистных сооружений г. Нижний Тагил

1) Замена флокулянта ПАА на Praestol 650.

Praestol 650 - высокомолекулярный водорастворимый полимер. Активно используется для ускорения водоочистительных процессов, уплотнения осадков и их дальнейшего обезвоживания. Используемые в качестве электролитов химические реагенты снижают электрический потенциал молекул воды, вследствие чего частицы начинают объединяться друг с другом. Далее флокулянт выступает в роли полимера, который объединяет частицы в хлопья - "флоккулы". Благодаря действию Praestol 650, микрохлопья объединяются в макрохлопья, скорость осаждения которых в несколько сотен раз выше обычных частиц. Таким образом, комплексное воздействие флокулянта Praestol 650 способствует интенсификации осаждении твердых частиц. Данный химический реагент активно используется во всех водоочистительных процессах.

) Установка камерно-лучевого распределителя

Предназначен для эффективного смешения обрабатываемой воды с растворами реагентов (в нашем случае гипохлорита натрия), за исключением известкового молока. Эффективность действия камерно-лучевого распределителя обеспечивается за счет поступления части исходной воды через циркуляционный патрубок внутрь камеры, разбавления этой водой раствора реагента, поступающего внутрь камеры через реагентопровод (предварительное смешение), увеличения первоначального расхода жидкого реагента, способствующего его рассредоточению в потоке, равномерного распределения разбавленного раствора по сечению потока. Поступление в камеру исходной воды через циркуляционный патрубок происходит под действием скоростного напора, имеющего наибольшую величину в ядре потока.

) Оборудование камер хлопьеобразования тонкослойными модулями (увеличение эффективности очистки на 25 %). Для интенсификации работы сооружений, в которых процессы хлопьеобразования осуществляются в слое взвешенного осадка, могут использоваться тонкослойные камеры хлопьеобразования. По сравнению с традиционной флокуляцией в объеме взвешенный слой, образованный в замкнутом пространстве тонкослойных элементов, характеризуется более высокой концентрацией твердой фазы и устойчивостью к изменениям качества исходной воды и нагрузки на сооружения.

4) Отказаться от первичного хлорирования и заменить на озоносорбцию (озон и активированный уголь). Озонирование и сорбционную очистку воды следует применять в случаях, когда водоисточник имеет постоянный уровень загрязнения антропогенными веществами или высокое содержание органических веществ природного происхождения, характеризуемых показателями: цветность, перманганатная окисляемость и др. Озонирование воды и последующая сорбционная очистка на фильтрах с активным углем в сочетании с существующей традиционной технологией водоподготовки обеспечивают глубокую очистку воды от органических загрязнений и позволяют получить питьевую воду высокого качества, безопасную для здоровья населения. Учитывая неоднозначный характер действия озона и особенности применения порошкообразных и зернистых активных углей, в каждом случае необходимо проведение специальных технологических исследований (или изысканий), которые покажут целесообразность и эффективность использования данных технологий. Кроме того, в ходе таких исследований будут определены расчетно-конструктивные параметры методов (оптимальные дозы озона в характерные периоды года, коэффициент использования озона, время контакта озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой, тип сорбента, скорость фильтрования, время до реактивации угольной загрузки и режим реактивации с определением его аппаратурного оформления), а также другие технологические и технико-экономические вопросы применения озона и активных углей на водоочистных станциях.

) Водовоздушная промывка фильтра. Водовоздушная промывка обладает более сильным действием, чем водяная, и это дает возможность получить высокий эффект отмывки загрузки при небольших расходах промывной воды, в том числе и таких, при которых взвешивания загрузки в восходящем потоке не происходит. Эта особенность водовоздушной промывки позволяет: примерно в 2 раза сократить интенсивность подачи и общий расход промывной воды; соответственно снизить мощность промывных насосов и объемы сооружений для запаса промывной воды, уменьшить размеры трубопроводов для ее подачи и отвода; уменьшить объемы сооружений по обработке сбросных промывных вод и содержащихся в них осадков.

) Замена хлорирования на совместное использование гипохлорита натрия и ультрафиолета. На заключительном этапе обеззараживания воды УФ-излучение необходимо применять в сочетании с другими хлорреагентами для обеспечения пролонгированного бактерицидного эффекта в разводящих водопроводных сетях. Обеззараживание воды ультрафиолетовыми лучами и гипохлоритом натрия на водопроводных станциях является весьма эффективным и перспективным в связи с созданием в последние годы новых экономичных установок УФ-обеззараживания с улучшенным качеством источников излучения и конструкций реакторов.

На рисунке 1 представлена предлагаемая схема водоочистной станции г. Нижний Тагил.

Рис. 1 Предлагаемая схема водоочистной станции г. Нижний Тагил

5. Расчетная часть

.1 расчетная часть существующих очистных сооружений

.1.1 Реагентное хозяйство

1) Расчет дозы реагентов

;

где Д щ - количество щелочи, добавляемой для подщелачивания воды, мг/л;

е - эквивалентный вес коагулянта (безводного) в мг-экв/л, равный для Al 2 (SO 4) 3 57, FeCl 3 54, Fe 2 (SO 4) 3 67;

Д к - максимальная доза безводного сернокислого алюминия в мг\л;

Щ - минимальная щелочность воды в мг-экв/л, (для природных вод обычно равная карбонатной жесткости);

К - количество щелочи в мг/л, необходимое для подщелачивания воды на 1 мг-экв/л и равное для извести 28 мг/л, для едкого натра 30-40 мг/л, для соды 53 мг/л;

Ц - цветность обрабатываемой воды в градусах платино-кобальтовой шкалы.

Д к = ;

= ;

Так как ˂ 0, следовательно, дополнительного подщелачивания воды не требуется.

Определим необходимые дозы ПАА и ПОХА

Расчетная доза ПАА Д ПАА = 0,5 мг/л (табл. 17) ;

) Расчет суточных расходов реагентов

1) Расчет суточного расхода ПОХА

Готовим раствор 25 % концентрации

2) Расчет суточного расхода ПАА

Готовим раствор 8 % концентрации

Готовим раствор 1 % концентрации

) Склад реагентов

Площадь склада для коагулянта

.1.2 Расчет смесителей и камер хлопьеобразования

.1.2.1 Расчет вихревого смесителя

Вертикальный смеситель применяется на водоочистных станциях средней и большой производительности при условии, что на один смеситель будет приходиться расход воды не свыше 1200-1500 м 3 /ч. Таким образом, на рассматриваемой станции нужно установить 5 смесителей.

Часовой расход воды с учетом собственных нужд очистной станции

Часовой расход воды на 1 смеситель

Секундный расход воды на один смеситель

Площадь горизонтального сечения в верхней части смесителя

где - скорость восходящего движения воды, равная 90-100 м/ч.

Если принять верхнюю часть смесителя в квадратном плане, то сторона ее будет иметь размер

Трубопровод, подающий обрабатываемую воду в нижнюю часть смесителя с входной скоростью должен иметь внутренний диаметр 350 мм. Тогда при расходе воды входная скорость

Так как внешний диаметр подводящего трубопровода равен D=377 мм (ГОСТ 10704 - 63), то размер в плане нижней части смесителя в месте примыкания этого трубопровода должен быть 0,3770,377 м, а площадь нижней части усеченной пирамиды составит .

Принимаем величину центрального угла α=40º. Тогда высота нижней (пирамидальной) части смесителя

Объем пирамидальной части смесителя

Полный объем смесителя

где t - продолжительность смешения реагента с массой воды, равная 1,5 мин (менее 2 мин).

Объем верхней части смесителя

Высота верхней части смесителя

Полная высота смесителя

Сбор воды производится в верхней части смесителя периферийным лотком через затопленные отверстия. Скорость движения воды в лотке

Вода, протекающая по лоткам в направлении бокового кармана, разделяется на два параллельных потока. Поэтому расчетный расход каждого потока будет:

Площадь живого сечения сборного лотка

При ширине лотка расчетная высота слоя воды в лотке

Уклон дна лотка принят .

Площадь всех затопленных отверстий в стенках сборного лотка

где - скорость движения воды через отверстие лотка, равная 1 м/сек.

Отверстия приняты диаметром =80 мм, т.е. площадью =0,00503 .

Общее потребное количество отверстий

Эти отверстия размещаются по боковой поверхности лотка на глубине =110 мм от верхней кромки лотка до оси отверстия.

Внутренний диаметр лотка

Шаг оси отверстий

Расстояние между отверстиями

.1.2.2 Вихревая камеры хлопьеобразования

Расчетное количество воды Q сут = 140 тыс. м 3 /сутки.

Объем камеры хлопьеобразования

Число камер хлопьеобразования N=5.

Производительность одной камеры

где - время пребывания воды в камере, равное 8 мин.

При скорости восходящего движения воды в верхней части камеры площадь поперечного сечения верхней части камеры и ее диаметр равны

При скорости входа диаметр нижней части камеры и площадь ее поперечного сечения равны:

Принимаем диаметр нижней части камеры . Скорость входа воды в камеру составит .

Высота конической части камеры хлопьеобразования при угле конусности

Объем конической части камеры

Объем цилиндрической надставки над конусом

5.1.3 Расчет горизонтального отстойника

Начальное и конечное (на выходе из отстойника) содержание взвеси соответственно 340 и 9,5 мг/л.

Принимаем u 0 = 0,5 мм/сек (по табл.27) и тогда, задаваясь отношением L/H = 15, по табл. 26 находим: α = 1,5 и υ ср = Ku 0 = 100,5 = 5 мм/сек.

Площадь всех отстойников в плане

F общ = = 4860 м 2 .

Глубину зоны осаждения в соответствии с высотной схемой станции принимаем H = 2,6 м (рекомендуется H = 2,53.5 м). Расчетное количество одновременно действующих отстойников N = 5.

Тогда ширина отстойника

B = = 24 м.

Внутри каждого отстойника устанавливают две продольные вертикальные перегородки, образующие три параллельных коридора шириной по 8 м каждый.

Длина отстойника

L = = = 40,5 м.

При этом отношении L:H = 40,5:2,6 15, т.е. отвечает данным табл.26 .

В начале и конце отстойника устанавливают поперечные водораспределительные дырчатые перегородки.

Рабочая площадь такой распределительной перегородки в каждом коридоре отстойника шириной b к = 8 м.

f раб = b к (H-0,3) = 8(2,6-0,3) = 18,4 м 2 .

Расчетный расход воды для каждого из 40 коридоров

q к = Q час:40 = 5833:40 = 145 м 3 /ч, или 0,04 м 3 /сек.

Необходимая площадь отверстий в распределительных перегородках:

а) в начале отстойника

Ʃ = : = 0,04:0,3 = 0,13 м 2

(где - скорость движения воды в отверстиях перегородки, равная 0,3 м/сек)

б) в конце отстойника

Ʃ = : = 0,04:0,5 = 0,08 м 2

(где - скорость воды в отверстиях концевой перегородки, равная 0,5 м/сек)

Принимаем в передней перегородке отверстия d 1 = 0,05 м площадью = 0,00196 м 2 каждое, тогда количество отверстий в передней перегородке = 0,13:0,00196 66. В концевой перегородке отверстия приняты диаметром d 2 = 0,04 м и площадью = 0,00126 м 2 каждое, тогда количество отверстий = 0,08:0,00126 63.

Принимаем по 63 отверстия в каждой перегородке, размещая их в семь рядов по горизонтали и в девять рядов по вертикали. Расстояния между осями отверстий: по вертикали 2,3:7 0,3 м и по горизонтали 3:9 0,33 м.

Удаление осадка без прекращения действия горизонтального отстойника

Примем, что сброс осадка производится один раз в течение трех суток с продолжительностью 10 мин без выключения отстойника из действия.

Количество осадка, удаляемого из каждого отстойника за одну чистку, по формуле 40

где - средняя концентрация взвешенных частиц в воде, поступающей в отстойник за период между чистками, в г/м 3 ;

Количество взвеси в воде, выходящей из отстойника, в мг/л (допускается 8-12 мг/л);

Число отстойников.

Процент воды, расходуемой при периодическом сбросе осадка формуле 41

Коэффициент разбавления осадка, принимаемый равным при периодическом удалении осадка с опорожнением отстойника 1,3 и при непрерывном удалении осадка 1,5.

.1.4 Расчет скорых безнапорных фильтров с двухслойной загрузкой

1) Определение размеров фильтра

Суммарная площадь фильтров с двухслойной загрузкой при (по формуле 77)

где - продолжительность работы станции в течении суток в ч;

Расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме эксплуатации, равная 6 м/ч;

Количество промывок каждого фильтра за сутки, равное 2;

Интенсивность промывки, равная 12,5 л/секм 2 ;

Продолжительность промывки, равная 0,1 ч;

Время простоя фильтра в связи с промывкой, равная 0,33 ч.

Количество фильтров N =5.

Площадь одного фильтра

Размер фильтра в плане 14,6214,62 м.

Скорость фильтрования воды при форсированном режиме

где - количество фильтров, находящихся в ремонте ().

2) Подбор состава загрузки фильтра

В соответствии с данными табл. 32 и 33 скорые двухслойные фильтры загружаются (считая сверху вниз):

а) антрацитом с крупностью зерен 0,8-1,8 мм и толщиной слоя 0,4 м;

б) кварцевым песком с крупностью зерен 0,5-1,2 мм и толщиной слоя 0,6 м;

в) гравием с крупностью зерен 2-32 мм и толщиной слоя 0,6 м.

Общая высота воды над поверхностью загрузки фильтра принимается

) Расчет распределительной системы фильтра

Расход промывной воды, поступающей в распределительную систему, при интенсивной промывке

Диаметр коллектора распределительной системы принят исходя из скорости движения промывной воды что соответствует рекомендуемой скорости 1 - 1,2 м/сек.

При размере фильтра в плане 14,6214,62 м длина отверстия

где = 630 мм - наружный диаметр коллектора (по ГОСТ 10704-63).

Количество ответвлений на каждом фильтре при шаге оси ответвлений составит

Ответвления размещает по 56 шт. с каждой стороны коллектора.

Диаметр стальных труб принимаем (ГОСТ 3262-62), тогда скорость входа промывной воды в ответвлении при расходе будет .

В нижней части ответвлений под углом 60º к вертикали предусматриваются отверстия диаметром 10-14 мм. Принимаем отверстия δ =14 мм площадью каждое Отношение площади всех отверстий на ответвление распределительной системы к площади фильтра принимаем 0,25-0,3 %. Тогда

Общее количество отверстий в распределительной системе каждого фильтра

В каждом фильтре имеется по 112 ответвлений. Тогда количество отверстий на каждом ответвлении 410:1124 шт. Шаг оси отверстий

4) Расчет устройств для сбора и отвода воды при промывке фильтра

При расходе промывной воды на один фильтр и количестве желобов расход воды, приходящийся на один желоб, составит

0,926 м 3 /сек.

Расстояние между осями желобов

Ширину желоба с треугольным основанием определяем по формуле 86 . При высоте прямоугольной части желоба величины .

Коэффициент К для желоба с треугольным основанием равен 2,1. Следовательно,

Высота желоба составляет 0,5 м, а с учетом толщины стенки полная его высота будет 0,5+0,08=0,58 м; скорость движения воды в желобе . По данным табл. 40 размеры желоба будут: .

Высота кромки желоба над поверхностью загрузки по формуле 63

где - высота фильтрующего слоя в м,

Относительное расширение фильтрующей загрузки в % (табл.37) .

Расход воды на промывку фильтра по формуле 88

На промывку фильтра расход воды составит

В общем, на промывку всех фильтров ушло

Осадок в фильтре 12 мг/л = 12 г/м 3

Масса осадка в исходной воде

Масса осадка в воде после фильтра

Уловлено взвешенных частиц

Концентрация взвешенных веществ

.1.5 Расчет хлораторной установки для дозирования жидкого хлора

Хлор вводится в воду в два этапа.

Расчетный часовой расход хлора для хлорирования воды:

Предварительного при = 5 мг/л

: 24 = : 24 = 29,2 кг/ч;

вторичного при = 2 мг/л

: 24 = : 24 = 11,7 кг/ч.

Общий расход хлора равен 40,9 кг/ч, или 981,6 кг/сутки.

Оптимальные дозы хлора назначают по данным опытной эксплуатации путем пробного хлорирования очищаемой воды.

Производительность хлораторной 981,6 кг/сутки ˃ 250 кг/сутки, поэтому помещение разделено глухой стеной на две части (собственно хлораторную и аппаратную) с самостоятельными запасными выходами наружу из каждой. водоподготовка обеззараживание коагулянт хлор

В аппаратной кроме хлораторов устанавливаются три вакуумных хлоратора производительностью до 10 г/ч с газовым измерителем. Два хлоратора являются рабочими, а один служит резервным.

В аппаратной кроме хлораторов устанавливаются три промежуточных хлорных баллона.

Производительность рассматриваемой установки по хлору составляет 40,9 кг/ч. Это вызывает необходимость иметь большое количество расходных и хлорных баллонов, а именно:

n бал = Q хл: S бал = 40,9:0,5 = 81 шт.,

где S бал = 0,50,7 кг/ч - съем хлора с одного баллона без искусственного подогрева при температуре воздуха в помещении 18 ºС.

Для уменьшения количества расходных баллонов в хлораторной устанавливаются стальные бочки-испарители диаметром D = 0,746 м и длиной l = 1,6 м. Съем хлора с 1 м 2 боковой поверхности бочек составляет S хл = 3 кг/ч. Боковая поверхность бочки при принятых выше размерах составит 3,65 м 2 .

Таким образом, съем хлора с одной бочки будет

q б = F б S хл = 3,65∙3 = 10,95 кг/ч.

Для обеспечения подачи хлора в количестве 40,9 кг/ч нужно иметь 40,9:10,95 3 бочки-испарителя. Чтобы пополнить расход хлора из бочки, его переливают из стандартных баллонов емкостью 55 л, создавая разрежение в бочках путем отсоса хлор-газа эжектором. Это мероприятие позволяет увеличить съем хлора до 5 кг/ч с одного баллона и, следовательно, сократить количество одновременно действующих расходных баллонов до 40,9:5 8 шт.

Всего за сутки потребуется баллонов с жидким хлором 981,6:55 17 шт.

Количество баллонов на данном складе должно быть 3∙17 = 51 шт. Склад не должен иметь непосредственного сообщения с хлораторной.

Месячная потребность в хлоре

n бал = 535 баллонов стандартного типа.

.1.6 Расчет резервуаров чистой воды

Объем резервуаров чистой воды определяется по формуле:

где - регулирующая емкость, м³;

Неприкосновенный противопожарный запас воды, м³;

Запас воды на промывку скорых фильтров и другие собственные нужды очистной станции, м³.

Регулирующая емкость резервуаров определяем (в % от суточного расхода воды) путем совмещения графиков работы насосной станции 1-го подъема и насосной станции 2-го подъема. В данной работе - это площадь графика между линиями поступления воды в резервуары со стороны очистных сооружений в количестве около 4,17 % от суточного расхода и откачки ее из резервуаров насосной станцией 2-го подъема (5 % от суточного) в течение 16 часов (от 5 до 21 часов). Переводя эту площадь из процентов в м 3 , получаем:

здесь 4,17 % - количество воды, поступающее в резервуары со стороны очистных сооружений;

% - количество откаченной из резервуара воды;

Время, в течение которого происходит откачка, ч.

Неприкосновенный противопожарный запас воды определяется по формуле:

где - часовой расход воды на тушение пожаров, равный ;

Часовой расход воды, поступающей в резервуары со стороны очистных сооружений, равный

Возьмем N=10 резервуаров - общая площадь фильтров, равная 120 м 2 ;

Согласно п. 9.21, а также учитывая регулирующий, пожарный, контактный и аварийный запасы воды, на станции водоподготовки по факту установлены четыре прямоугольных резервуара марки РЕ-100М-60 (№ типового проекта 901-4-62,83) с объемом 6000 м 3 .

Для обеспечения в резервуаре контакта хлора с водой необходимо обеспечить пребывание воды в резервуаре не менее 30 мин. Контактный объем резервуаров составит:

где - время контакта хлора с водой, равное 30 мин;

Этот объем значительно меньше объема резервуара, следовательно, нужный контакт воды и хлора обеспечивается.

.2 Расчетная часть предлагаемых очистных сооружений

.2.1 Реагентное хозяйство

1) Расчет доз реагентов

В связи с использованием водовоздушной промывки расход промывных вод уменьшится в 2,5 раза

.2.4 Расчет озонирующей установки

1) Компоновка и расчет блока озонатора

Расход озонируемой воды Q сут =140000 м 3 /сут или Q час =5833 м 3 /ч. Дозы озона: максимальная q макс =5 г/м 3 и средняя годовая q ср =2,6 г/м 3 .

Максимальный расчетный расход озона:

Или 29,2 кг/ч

Продолжительность контакта воды с озоном t=6 минут.

Принят озонатор трубчатой конструкции производительностью G оз =1500 г/ч. Для того, чтобы выработать озон в количестве 29,2 кг/ч, озонирующая установка должна быть оборудована 29200/1500≈19 рабочими озонаторами. Кроме того, необходим один резервный озонатор такой же производительности (1,5 кг/ч).

Активная мощность разряда озонатора U является функцией напряжения и частоты тока и может быть определена по формуле:

Площадь поперечного сечения кольцевого разрядного промежутка находится по формуле:

Скорость прохода сухого воздуха через кольцевой разрядный промежуток в целях наибольшей экономии расхода электроэнергии рекомендуется в пределах =0,15÷0,2 м/сек.

Тогда расход сухого воздуха через одну трубку озонатора:

Поскольку заданная производительность одного озонатора G оз =1,5 кг/ч, то при коэффициенте весовой концентрации озона К оз =20 г/м 3 количество сухого воздуха, необходимого для электросинтеза, составляет:

Следовательно, количество стеклянных диэлектрических трубок в одном озонаторе должно быть

n тр =Q в /q в =75/0,5=150 шт.

Стеклянные трубки длиной по 1,6 м размещены концентрично в 75 стальных трубках, проходящих через весь цилиндрический корпус озонатора с обоих его концов. Тогда длина корпуса озонатора будет l =3,6 м.

Производительность каждой трубки по озону:

Энергетический выход озона:

Суммарная площадь поперечных сечений 75 трубок d 1 =0,092 м составляет ∑f тр =75×0,785×0,092 2 ≈0,5 м 2 .

Площадь поперечного сечения цилиндрического корпуса озонатора должна быть больше на 35 %, т.е.

F к =1,35∑f тр =1,35×0,5=0,675 м 2 .

Следовательно, внутренний диаметр корпуса озонатора будет:

Необходимо иметь в виду, что 85-90 % электроэнергии, потребляемой для производства озона, затрачивается на тепловыделение. В связи с этим надо обеспечить охлаждение электродов озонатора. Расход воды для охлаждения составляет 35 л/ч на одну трубку или суммарно Q охл =150×35=5250 л/ч или 1,46 л/сек.

Средняя скорость движения охлаждающей воды составит:

Или 8,3 мм/сек

Температура охлаждающей воды t=10 °C.

Для электросинтеза озона нужно подавать 75 м 3 /ч сухого воздуха на один озонатор принятой производительности. Кроме того, надо учесть расход воздуха на регенерацию адсорберов, составляющий 360 м 3 /ч для серийно выпускаемой установки АГ-50.

Общий расход охлаждаемого воздуха:

V о.в =2×75+360=510 м 3 /ч или 8,5 м 3 /мин.

Для подачи воздуха принимаем водокольцевые воздуходувки ВК-12 производительностью 10 м 3 /мин. Тогда необходимо установить одну рабочую воздуходувку и одну резервную с электродвигателями А-82-6 мощностью 40 кВт каждая.

На всасывающем трубопроводе каждой воздуходувки устанавливают висциновый фильтр производительностью до 50 м 3 /мин, что удовлетворяет расчетным условиям.

2) Расчет контактной камеры для смешения озоно-воздушной смеси с водой.

Необходимая площадь поперечного сечения контактной камеры в плане:

где - расход озонируемой воды в м 3 /ч;

Т - продолжительность контакта озона с водой; принимается в пределах 5-10 мин;

n - количество контактных камер;

H - глубина слоя воды в контактной камере в м; принимается обычно 4,5-5 м.

Размер камеры принят

Для равномерного распыления озонированного воздуха у дна контактной камеры размещают перфорированные трубы. Принимаем керамические пористые трубы.

Каркасом служит труба из нержавеющей стали (наружный диаметр 57 мм) с отверстиями диаметром 4-6 мм. На нее надевается фильтросная труба - керамический блок длиной l =500 мм, внутренним диаметром 64 мм и наружным 92 мм.

Активная поверхность блока, т. е. площадь всех пор размером по 100 мк на керамической трубе, занимает 25 % внутренней поверхности трубы, тогда

f п =0,25D в l =0,25×3,14×0,064×0,5=0,0251 м 2 .

Количество озонированного воздуха составляет q оз.в ≈150 м 3 /ч или 0,042 м 3 /сек. Площадь поперечного сечения магистральной (каркасной) распределительной трубы с внутренним диаметром d=49 мм равна: f тр =0,00188 м 2 =18,8 см 2 .

Принимаем вкаждойконтактной камере по четыре магистральных распределительных трубы, уложенных на взаимных расстояниях (между осями) по 0,9 м. Каждая труба состоит из восьми керамических блоков. При таком размещении труб принимаем размеры контактной камеры в плане 3,7×5,4 м.

Расход озонированного воздуха, приходящегося на живое сечение каждой из четырех труб в двух камерах, будет:

q тр =≈0,01 м 3 /сек,

а скорость движения воздуха в трубопроводе равна:

≈5,56 м/сек.

высота слоя активного угля - 1-2,5 м;

время контакта обрабатываемой воды с углем - 6-15 мин;

интенсивность промывки - 10 л/(с×м 2) (для углей АГМ и АГОВ) и 14-15 л/(с×м 2) (для углей марок АГ-3 и ДАУ);

промывку угольной загрузки производить не реже одного раза в 2-3 суток. Продолжительность промывки 7-10 минут.

При эксплуатации угольных фильтров ежегодные потери угля составляют до 10 %. Поэтому на станции необходимо иметь запас угля для догрузки фильтров. Распределительная система угольных фильтров - безгравийная (из щелеванных полиэтиленовых труб, колпачковый или полимербетонный дренаж).

) Определение размеров фильтра

Общую площадь фильтров определим по формуле:

Количество фильтров:

Шт. + 1 запасной.

Определим площадь одного фильтра:

Коэффициент сопротивляемости облучаемых бактерий, принимаемый равным 2500 мквт

Предложенный вариант реконструкции водоочистной станции:

· оборудование камер хлопьеобразования тонкослойными модулями;

· замена первичного хлорирования на озоносорбцию;

· применение водовоздушной промывки фильтров 4

· замена хлорирования на совместное использование гипохлорита натрия и ультрафиолета;

· замена флокулянта ПАА на Praestol 650.

Реконструкция позволит снизить концетрации загрязняющих веществ до следующих значений:

· перманганатная окисляемость - 0,5 мг/л;

· растворенный кислород - 8 мг/л;

· цветности - 7-8 град;

· марганца - 0,1 мг/л;

· алюминия - 0,5 мг/л.

Библиографический список

СанПиН 2.1.4.1074-01. Издания. Питьевая вода и водоснабжение населен-ных мест. - М.: Изд-во стандартов, 2012. - 84 с.

Руководство по контролю качества питьевой воды, 1992.

Нормы Агентства по охране окружающей среды США

Елизарова, Т.В. Гигиена питьевой воды: уч. пособие / Т.В. Елизарова, А.А. Михайлова. - Чита: ЧГМА, 2014. - 63 с.

Камалиева, А.Р. Комплексная оценка качества алюмо- и железосодержащих реагентов для очистки воды/ А.Р. Камалиева, И.Д. Сорокина, А.Ф. Дресвянников // Вода: химия и экология. - 2015. - № 2. - С. 78-84.

Сошников, Е.В. Обеззараживание природных вод: уч. пособие / Е.В. Сошников, Г.П. Чайковский. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2004. - 111 с.

Драгинский, В.Л. Предложения по повышению эффективности очистки воды при подготовке водоочистных станций к выполнению требований СанПиН "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества"/ В.Л. Драгинский, В.М. Корабельников, Л.П. Алексеева. - М.:Стандарт, 2008. - 20 с.

Беликов, С.Е. Водоподготовка: справочник / С.Е. Беликов. - М: Изд-во Аква-Терм, 2007. - 240 с.

Кожинов, В.Ф. Очистка питьевой и технической воды: учебное пособие / В.Ф. Кожинов. - Минск: Изд-во "Высшая школа А", 2007. - 300 с.

СП 31.13330.2012. Издания. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. - М.: Изд-во стандартов, 2012. - 128 с.

Несколько проблем могут способствовать обесцвечиванию или забавному вкусу вашей водопроводной воды. Большинство из этих причин связаны с тем, что происходит в вашей собственности или в вашем городе. К счастью, вы можете принять меры по улучшению качества питьевой воды, где бы вы ни жили.

На городской воде

Городские водопроводные дома могут быть немного более уверены, что проблемы с водой возникают в вашей собственности. Однако существуют некоторые исключения, такие как Флинт, штат Мичиган, где в муниципальной системе было обнаружено загрязнение свинцом.

Начните с оценки ваших труб. В дополнение к заметным изменениям цвета и вкуса, изменения давления воды также могут быть признаком проблем. Коррозия может привести к частичной закупорке труб. Вы также можете проверить внешний вид ваших труб, ища утечки.

Обратите внимание, что ремонт или замену труб часто лучше оставить профессионалу, если вы не опытный DIYer.

На колодезной воде

Первый шаг к улучшению колодезной воды — проверить ее на наличие загрязнений. Если вода чистая, вам следует изучить другие проблемы, такие как утечки. Если вы обнаружите химический дисбаланс, есть водные процедуры, которые могут иметь значение.

Проверьте насос и корпус скважины на наличие трещин или утечек. Это может привести к выходу из строя уплотнений и загрязнению воды грязью и отложениями. Найм профессионала может гарантировать, что вы исправите ошибки.

Системы фильтрации воды

Если вы находитесь в городе или хорошо, система фильтрации воды может удалить загрязнения и улучшить вкус. В зависимости от того, какое решение вы выберете, стоимость может варьироваться от 15 до 20 долларов за очиститель крана или до тысяч за систему для всего дома. Более 2000 опрошенных домовладельцев вложили в свою систему фильтрации в среднем 1700 долларов.

По результатам домашней проверки, качество Вашей водопроводной воды можно улучшить.

Питьевая вода, подающаяся в городскую квартиру, уже прошла стадию очистки и обеззараживания на станции водоподготовки.

В водопроводной воде могут присутствовать примеси и загрязнения, которые либо не удаляются на водопроводных очистных сооружениях полностью, либо появляются в воде уже на пути к потребителю.

Многие вещества, загрязняющие воду, способствуют образованию мутных взвесей, вызывают неприятный запах, характерный привкус, а также могут окрашивать воду в тот или иной цвет.

Однако, наличие некоторых примесей может никак не отразиться на внешнем виде водопроводной воды.

Простые способы, которые помогут сделать водопроводную воду чище и безопаснее .

• Прежде чем использовать водопроводную воду, слейте ее в течение нескольких минут, т. к. в трубах она быстро застаивается.
• Дайте воде отстояться в открытом сосуде, чтобы улетучился остаточный хлор.
• Затем профильтруйте воду через любой фильтр. Даже простейшие накопительного типа, лучше, чем ничего. Фильтрование позволит удалить из воды взвесь и часть микроорганизмов.

Вы обнаружили в воде мутность.

Мутная вода - это результат присутствия в воде взвешенных и коллоидных примесей, либо повышенное содержание воздуха в воде.

Взвешенные и коллоидные частицы - это очень мелкие частицы: соединения алюминия и железа, кремния, продукты жизнедеятельности и распада растений и животных.

Для очистки воды от этих загрязняющих компонентов рекомендуется использовать комбинацию механических фильтров (с инертной загрузкой) и угольных фильтров с загрузкой из активированного угля.

Вы обнаружили в воде цвет.

Цветность может быть обусловлена растворёнными и взвешенными частицами минерального и органического происхождения.

Желтый оттенок воды – присутствие гумусовых веществ (гуминовых и фульвокислот), или повышенное содержание железа.

Серый оттенок воды - повышенное содержание марганца, железа

Красновато-бурый осадок - присутствие в воде окисленного железа.

Для очистки воды от этих загрязняющих компонентов рекомендуется использовать предварительную очистку на механическом фильтре и далее - фильтр с угольной загрузкой или систему на основе обратного осмоса.

Вы обнаружили в воде запах .

Запах рыбный или затхлый - присутствие в воде хлорорганических соединений.

Запах сероводорода (запах тухлых яиц) - попадание сточных вод в систему водоснабжения или жизнедеятельность бактерий, образующих сероводород из сульфатов.

Хлорный запах - повышенное содержание в воде остаточного хлора.

Запах нефтепродуктов - попадание нефтепродуктов в систему водоснабжения.

Химический запах, запах фенола - загрязнение воды промышленными стоками, в частности, стоками предприятий органической химии.

Для очистки воды от этих загрязняющих компонентов рекомендуется использовать фильтр с угольной загрузкой или систему на основе обратного осмоса.

Вы обнаружили в воде привкус .

Привкус солоноватый - высокое содержание солей натрия и магния

Для очистки воды от этих загрязняющих компонентов рекомендуется использовать систему на основе обратного осмоса.

Привкус металлический - повышенное содержание железа.

Привкус, обусловленный органическими загрязнениями.

Щелочной привкус – высокая щелочность воды, повышенная жесткость, высокое содержание растворённых веществ.

Вы обнаружили накипь в чайнике.

Накипь свидетельствует о наличии в воде излишков солей кальция и магния.

Нитраты в воде

Источник нитратов в воде – удобрения и сточные воды, попадающие в поверхностные и подземные водоёмы. Высокое содержание нитратов в воде опасно для человека и, особенно, для детей. Известно, что в организме часть нитратов превращается в более токсичное вещество – нитриты.

Следует отметить, что универсального фильтра, который чистит от всего: от хлора, от железа, от органики, от металлов, от бактерий и …не существует.

Для каждого вида загрязнений используется определенный тип фильтра. Поэтому, оптимальная очистная установка должна состоять из правильно подобранного набора узлов, каждый из которых удаляет определённый вид загрязнений.

В любом случае, системы очистных установок, состоящие из нескольких последовательно работающих фильтров с различной загрузкой, обеспечивают более качественную очистку воды, чем фильтр с однотипной загрузкой.

Для очистки питьевой воды, как правило, используется набор фильтров с различными загрузками либо мембранами, соответствующими типу загрязнений, которые необходимо удалить из воды. Часто система очистки включает в себя обеззараживание воды.

Ниже приведены основные компоненты установок для очистки питьевой воды, чтобы помочь Вам выбрать подходящую конструкцию.

Механические фильтры удаляют из воды взвешенные вещества.

В качестве загрузки используются пористые материалы (чаще всего керамические).

Угольные фильтры изготавливают на основе активированного угля, который является хорошим адсорбентом.

Угольный фильтр очищает воду от остаточного хлора, растворенных газов, органических соединений, включая токсины, запаха и улучшает вкусовые качества воды.

Фильтры для обезжелезивания удаляют железо и марганец. Для их изготовления используют специальные полимеры, ускоряющие окисления металла. Полученный, в результате реакции, осадок задерживается фильтрующей системой.

Фильтры с ионообменной загрузкой. В зависимости от типа ионообменной загрузки, эти фильтры удаляют различные ионы из воды, в том числе, эффективны для снижения жёсткости и удаления нитратов из воды.

Установки для очистки воды на основе обратного осмоса

Система обратного осмоса включает специальную мембрану, через которую пропускается питьевая вода. Мембраны задерживают 95 - 99,5% всех примесей.

Необходимо помнить, что из воды удаляется и большинство полезных веществ, необходимых для жизнедеятельности организма. Такая вода нарушает работу организма. Прежде всего, это относится к крепости костей, которая зависит от количества кальция в крови.

Недостаток в воде микроэлементов, отражается на работе печени, почек, нервной и иммунной систем. Поэтому, в очищенную обратным осмосом воду, следует добавлять необходимые организму соли и микроэлементы.

Установки для обеззараживания воды на основе ультрафиолетового излучения.

Ультрафиолетовое излучение инактивирует болезнетворные микроорганизмы. Эти установки обязательны в загородных домах и в сельской местности. В городских квартирах такие системы используют, в случае неэффективного обеззараживания водопроводной воды на центральных очистных сооружения.

Технические требования и правила эксплуатации установки для очистки питьевой воды .

• система должна обеспечивать эффективную очистку воды.
• для изготовления компонентов установки (корпус, трубы, загрузка…) должны использоваться нетоксичные материалы.
• извлеченные из воды, в процессе очистки, примеси не должны повторно загрязнять очищенную воду.
• обязательна своевременная промывка и замена фильтрующих элементов и бактерицидных ламп.

Обратите внимание, что оптимальный выбор системы очистки (тип фильтров, загрузки, способ обеззараживания и прочее) может быть произведен только на основе результатов лабораторного химического анализа Вашей питьевой воды.

Какие показатели желательно проверить в вашей воде :

Водородный показатель (pH), общая минерализация, органические вещества (окисляемость перманганатная, либо общий органический углерод), нефтепродукты, нитраты, нитриты, цианиды, фториды, жёсткость, тяжёлые металлы, общие колиформные бактерии, цисты лямблий, пестициды, галогенорганические соединения.

Кроме того, после выбора и установки системы очистки, отдайте пробы очищенной воды в лабораторию на химический анализ, чтобы убедиться в эффективности очистки.

Если эта статья на нашем сайте , была для вас полезна, то предлагаем вам книгу с Рецептами живого, оздоравливающего питания. Веганские и сыроедческие рецепты . А так же предлагаем вам подборку самых лучших материалов нашего сайта по мнению наших читателей. Подборку - ТОП лучших статей об здоровом образе жизнии здоровом питании вы можете найти там, где вам максимально удобно

Методы обработки воды, с помощью которых достигается доведение качества воды источников водоснабжения до требований СанПиН 2.1.4.2496-09 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения», зависят от качества исходной воды водоисточников и подразделяются на основные и специальные. Основными способами являются: осветление, обесцвечивание, обеззараживание.

Под осветлением и обесцвечиванием понимается устранение из воды взвешенных веществ и окрашенных коллоидов (в основном гумусовых веществ). Путем обеззараживания устраняют содержащиеся в воде водоисточника инфекционные агенты - бактерии, вирусы и др.

В тех случаях, когда применение только основных способов недостаточно, используют специальные методы очистки (обезжелезива- ние, обесфторивание, обессоливание и др.), а также введение некоторых необходимых для организма человека веществ - фторирование, минерализация обессоленных и маломинерализованных вод.

Для удаления химических веществ наиболее эффективен метод сорбционной очистки на активных углях, который также значительно улучшает органолептические свойства воды.

Методы обеззараживания воды подразделяются:

• ? на химические (реагентные), к которым относятся хлорирование, озонирование, использование олигодинамического действия серебра;
• ? физические (безреагентные): кипячение, ультрафиолетовое облучение, облучение гамма-лучами и др.

Основным методом для обеззараживания воды на водопроводных станциях в силу технико-экономических причин является хлорирование. Однако все большее внедрение получает метод озонирования, его применение, в том числе в комбинации с хлорированием, имеет преимущества для улучшения качества воды.

При введении хлорсодержащего реагента в воду основное его количество - более 95% расходуется на окисление органических и легко- окисляющихся неорганических веществ, содержащихся в воде. На соединение с протоплазмой бактериальных клеток расходуется всего 2-3% общего количества хлора. Количество хлора, которое при хлорировании 1 л воды расходуется на окисление органических, легкоокис- ляющихся неорганических веществ и обеззараживание бактерий в течение 30 мин, называется хлорпоглощаемостью воды. По окончании процесса связывания хлора содержащимися в воде веществами и бактериями в воде начинает появляться остаточный активный хлор , что является свидетельством завершения процесса хлорирования.

Присутствие в воде, подаваемой в водопроводную сеть, остаточного активного хлора в концентрациях 0,3-0,5 мг/л является гарантией эффективности обеззараживания воды, необходимо для предотвращения вторичного загрязнения в разводящей сети и служит косвенным показателем безопасности воды в эпидемическом отношении.

Общее количество хлора для удовлетворения хлорпоглощаемо- сти воды и обеспечения необходимого количества (0,3-0,5 мг/л свободного активного хлора при нормальном хлорировании и 0,8-1,2 мг/л связанного активного хлора при хлорировании с аммонизацией) остаточного хлора называется хлорпотребностью воды.

В практике водоподготовки используется несколько способов хлорирования воды:

• ? хлорирование нормальными дозами (по хлорпотребности);
• ? хлорирование с преаммонизацией и др.;
• ? гиперхлорирование (доза хлора заведомо превышает хлорпот- ребность).

Процесс обеззараживания обычно является последней ступенью схем обработки воды на водопроводных станциях, однако в ряде случаев при значительном загрязнении исходных вод применяется двойное хлорирование - до и после осветления и обесцвечивания. Для снижения дозы хлора при заключительном хлорировании весьма перспективно комбинирование хлорирования с озонированием.

Хлорирование с преаммонизацией. При этом способе в воду помимо хлора вводится также аммиак, в результате чего происходит образование хлораминов. Этот метод употребляется для улучшения процесса хлорирования:

• ? при транспортировке воды по трубопроводам на большие расстояния (так как остаточный связанный - хлораминный - хлор обеспечивает более длительный бактерицидный эффект, чем свободный);
• ? содержании в исходной воде фенолов, которые при взаимодействии с свободным хлором образуют хлорфенольные соединения, придающие воде резкий аптечный запах.

Хлорирование с преаммонизацией приводит к образованию хлораминов, которые из-за более низкого окислительно-восстановительного потенциала в реакцию с фенолами не вступают, поэтому посторонние запахи и не возникают. Однако из-за более слабого действия хлораминного хлора остаточное количество его в воде должно быть выше, чем свободного, и составлять не менее 0,8-1,2 мг/л.

Озонирование является эффективным реагентным способом обеззараживания воды. Являясь сильным окислителем, озон повреждает жизненно важные ферменты микроорганизмов и вызывает их гибель. При этом способе улучшаются вкус и цветность воды. Озонирование не оказывает отрицательного влияния на минеральный состав и pH воды. Избыток озона превращается в кислород, поэтому остаточный озон не опасен для организма человека. Озонирование производится при помощи специальных аппаратов - озонаторов. Контроль за процессом озонирования менее сложен, так как эффект не зависит от температуры и pH воды.

С декабря 2007 г. в Санкт-Петербурге реализована комплексная технология обеззараживания питьевой воды с использованием ультрафиолетового излучения, сочетающая высокий эффект обеззараживания и безопасность для здоровья населения. Подсчитанный Институтом медико-биологических проблем и оценки риска здоровью экономический эффект и предотвращенный ущерб здоровью населения в результате этого составил 742 млн руб.

В связи с тем, что только 1-2% (до 5 л в сутки) человек расходует на питьевые нужды, предполагается разработка и внедрение двух гигиенических нормативов водопроводной и питьевой воды - «Вода безопасная для населения» и «Вода повышенного качества, полезная для взрослого человека, физиологически полноценная».

Первый норматив обеспечит гарантированную безопасность воды в централизованных системах водоснабжения. Второй норматив установит конкретные требования к «абсолютно здоровой воде» во всем ее многообразии полезного воздействия на организм человека. Существует ряд вариантов обеспечения потребителей водой повышенного качества: производство расфасованной воды; устройство локальных автономных систем доочистки и коррекции качества воды.