Методы улучшения качества воды

Методы улучшения  качества воды

Основными способами улучшения  качества воды поверхностных водоисточников являются осветление, обесцвечивание и обеззараживание.

Осветление  воды — это удаление из нее взвешенных веществ.

Обесцвечивание — устранение окрашенных коллоидов или истинно растворенных веществ.

Обеззараживание — обезвреживание содержащихся в воде источника патогенных бактерий и вирусов.

Для осветления и обесцвечивания применяют следующие способы:

• естественное отстаивание и фильтрация на медленных фильтрах;
• коагуляция, отстаивание и фильтрация на быстрых фильтрах;
• коагуляция и фильтрация в контактных осветлителях.

В современных условиях большое  значение имеет предварительное  удаление из воды зоопланктона (мельчайших животных организмов) и фитопланктона (мельчайших растительных организмов). Для этого используют микрофильтры и барабанные сетки, через которые  производится процеживание воды.

Для осветления и обесцвечивания в комплекс сооружений по очистке  воды входят: отстойники, смесители, камеры реакции, фильтры и т.д.

Отстойники (горизонтальные, вертикальные) — сооружения, предназначенные для осаждения под силой тяжести в основном крупных по размеру и массе частиц, находящихся в воде во взвешенном состоянии.

Схема горизонтального  отстойника

Недостатком естественного  осаждения взвеси в отстойниках  является длительность этого процесса, при котором не обеспечивается осаждение  основной части мелкой взвеси и всех коллоидных частиц. С целью ускорения  и повышения эффективности выпадения взвешенных веществ и удаления коллоидных веществ в отстойниках перед отстаиванием производится коагуляция воды.

Схема вертикального  отстойника:

1 - подача воды; 
2 - отвод воды; 
3 - сброс осадка; 
4 - камера хлопьеобразования; 
5 - кольцевой сборный лоток; 
6 - отражательный конус.

Коагуляцией называется процесс укрупнения, агрегации коллоидных и тонкодиспергированных примесей воды, происходящий вследствие взаимного слипания под действием сил молекулярного притяжения. Процесс коагуляции завершается образованием видимых невооруженным глазом агрегатов — хлопьев. Различают коагуляцию в свободном объеме (в камерах хлопьеобразования) и контактную коагуляцию, протекающую в толще зернистой загрузки или в массе взвешенного осадка.

Коагуляция происходит под  влиянием химических реагентов —  коагулянтов, к которым относятся  соли алюминия (алюминия сульфат, алюминия оксихлорид) и железа (железа сульфат, железа хлорид). Для ускорения процесса коагуляции применяют вещества флоккулянты двух типов: анионного (полиакриламид, К-4, К-6, активизированная кремниевая кислота) и катионного (ВА-2 и др.).

Перемешивание воды с раствором  коагулянта происходит в смесителях, а реакция коагуляции — в свободном  объеме в камерах реакции.

Специалистами установлено, что эффект осветления воды, то есть увеличение ее прозрачности в результате выпадения взвеси в осадок, резко  возрастает при ее прохождении через  слой ранее образовавшегося осадка. Водоочистные сооружения, работающие по этому принципу, получили название осветлителей со слоем взвешенного  осадка (пресипитаторов). При этом производится одновременно процесс коагуляции и отстаивания. К сооружениям этого типа можно отнести: отстойник осветлитель, осветлитель коридорного типа с рециркуляцией осадка, АзНИИВП-2 с тонкослойными модулями и напорный осветлитель с выносным осадкоуплотнителем.

Для осветления воды, содержащей грубодисперсные примеси, могут  применяться центрифуги и гидроциклоны. Их действие основано на использовании  центробежных сил, которые в сотни  и тысячи раз выше силы тяжести, за счет чего увеличивается скорость осаждения  частиц. Режим движения жидкости —  турбулентный. При этом в аппарате частицы взвеси центробежной силой  переносятся к периферии. Гидроциклоны бывают открытыми (одно- и многоярусные) и напорными (обычные и мультициклоны).

Фильтрация — это следующий после коагуляции и отстаивания процесс для освобождения воды от взвешенных веществ, оставшихся после первых этапов очистки. Сущность фильтрации заключается в пропуске воды через мелкопористый материал (с зернистой загрузкой), на поверхности, в верхнем слое или в толще которого задерживаются взвешенные частицы.

Для фильтрации применяется  фильтр, который представляет собой  устройство для разделения неоднородных систем, содержащих твердую и жидкую фазы.

Фильтры классифицируют:

• по скорости фильтрации — медленные (0,1-0,3 м/ч) и скорые (5-10 м/ч);
• по направлению фильтрующего потока — одно- и двухпоточные;
• по числу фильтрующих слоев — одно- и двухслойные;
• по гидравлическим условиям работы — ненапорные и напорные;
• по составу фильтрующей основы — зернистые (песчаные, антрацитовые и др.), сетчатые (микрофильтры, микросита), каркасные или намывные;
• по величине фильтрующего материала — мелкозернистые (0,2-0,4 мм), среднезернистые (0,4-0,8 мм) и крупнозернистые (0,8-1,5 мм).

Фильтр с зернистой  загрузкой представляет собой железобетонный резервуар, заполненный фильтрующим  материалом обычно в два слоя. В  качестве фильтрующего материала используют кварцевый песок, антрацитовую крошку, керамзит (дробленый и недробленый), некоторые вулканические шлаки, пенополистирол и другие.

Специалистами обнаружено, что в результате фильтрации воды через угольный фильтр, по сравнению  с песчаным фильтром, более значительно  снижаются в профильтрованной воде цветность, мутность и микробная  загрязненность (ОМО). Одновременно увеличивается  продолжительность цикла работы фильтра (фильтроцикла) без ухудшения качества фильтрата, снижается расход воды на промывку фильтра и увеличивается безремонтный срок его эксплуатации.

Для того, чтобы фильтрующий материал не уносился вместе с фильтруемой водой, используют поддерживающий слои, который состоит из слоев гравия или щебня разных размеров, увеличивающихся сверху вниз постепенно. Ниже фильтрующего и поддерживающего слоев находится дренажное пространство, предназначенное для приема профильтрованной воды.

Существует два принципиально  отличающихся друг от друга метода фильтрации воды.

Пленочная фильтрация предполагает образование биологической пленки из ранее задержанных примесей в  верхнем слое фильтрующей загрузки. В начале, вследствие механического  осаждения частиц взвеси и их прилипания к поверхности загрузочного материала (например песка), уменьшается размер пор. Затем на поверхности песка развиваются водоросли, бактерии и другие живые организмы, дающие начало илистому, состоящему из минеральных и органических веществ осадку (биологическая пленка). Пленка достигает толщины 0,5-1 мм и более. Она играет решающую роль в работе медленных фильтров, задерживает мельчайшие взвеси, 95-99 % бактерий, обеспечивает снижение на 20-45 % окисляемое™ и на 20 % цветности. Очистка медленных фильтров производится путем удаления 2-3 см верхнего наиболее загрязненного слоя загрузки.

Объемная фильтрация осуществляется на скорых фильтрах и представляет собой физико-химический процесс, при  котором механические примеси воды проникают в толщу фильтрующей  загрузки и адсорбируются на поверхности  ее частиц и хлопьев коагулянта. В результате уменьшения размеров пор  возрастает сопротивление загрузки при фильтровании и потеря напора. В процессе объемной фильтрации задерживается  около 95 % бактерий. Скорые фильтры, пропуская  большее количество воды, быстро засоряются и чаще требуют очистки. Очистка  их производится обратным током чистой профильтрованной воды, подаваемой в  дренажное пространство со значительной скоростью.

Существует большое количество моделей скорых фильтров. В их числе  скорые фильтры с двухслойной  загрузкой, с двухсторонней фильтрацией  — двухпоточный (АКХ), контактный осветлитель и другие.

Скорые фильтры:

а — двухслойный  фильтр; 
б — двухпоточный фильтр АКХ; 
в — контактный осветлитель.

Для очистки вод с незначительной мутностью и высоким содержанием  органических соединений, которые плохо  поддаются обработке в отстойниках  и осветлителях, эффективным методом  очистки является флотация.

Флотация — это процесс, сущность которого заключается в том, что коллоидные и дисперсные примеси соединяются с пузырьками воздуха, тонко диспергированного в воде. Комплексы, которые образуются при этом, всплывают и образуют пену на поверхности флотационного устройства (флотатора).

Снижение поверхностного натяжения на границе вода-воздух приводит к повышению эффективности  очистки воды методом флотации. Для  этого в воду добавляют поверхностно-активные вещества (флотореагенты).

С целью очистки маломутных (до 40 мг/л) и малоцветных (до 30°) вод можно осуществлять фильтрование через слой специального фильтрующего порошка, предварительно намытого на фильтрующую основу. В качестве фильтрующих порошков применяют диатомит, целлюлозу, асбест, бентонит, древесную муку, опилки и т.д. При фильтрации через намывные фильтры снижается содержание органических веществ примерно в 2 раза, обеспечивается удаление бактерий, масел, железа и марганца. Намывные фильтры работают, как правило, по напорной схеме. Наружная поверхность фильтрующих элементов является основой, на которую перед началом работы фильтра наносят слой фильтрующего порошка.

В случае организации централизованной подачи питьевой воды и небольшие  объекты (поселки, пансионаты,  дома отдыха и т.д.) при использовании в качестве источника водоснабжения поверхностных водоемов для очистки воды могут применяться компактные сооружения небольшой производительности, например компактные установки заводского изготовления «Струя» производительностью от 25 до 800 м3/сут. В их состав входят: трубчатый  отстойник, фильтр с зернистой загрузкой, оборудование для приготовления и дозирования реагентов и бак для промывной воды.

Водосточная установка  «Струя»

На современных станциях очистки воды в случае использования  реагентных технологических схем ввод химических реагентов в обрабатываемую воду осуществляется системами автоматического дозирования. Они включают емкости реагентов, дозирующие насосы с микропроцессорными регуляторами и впрыскивающие клапаны.

Система автоматического  дозирования химических реагентов  на станции очистки воды. Фирма "ProMinent" (Германия)

     

 а                                                      б

Дозируюший насос химических реагентов с микропроцессорным регулятором и впрыскивающим клапаном:

а - общий вид; 
б - блок системы в сборе. Фирма "ProMinent" (Германия)