Способы улучшения качества воды. Технологические схемы

Кондиционирование воды представляет собой комплекс физических, химических и биологических методов изменения ее первоначального состава. Под кондиционированием воды понимают не только ее очистку от ряда нежелательных и вредных примесей, но и улучшение природных свойств путем обогащения ее недостающими ингредиентами.

Многочисленные способы обработки воды можно классифицировать на следующие основные группы: улучшение органолептических свойств воды (осветление, обесцвечивание, дезодорация и др.); обеспечение эпидемиологической безопасности (хлорирование, озонирование, ультрафиолетовая радиация и др.); улучшение минерального состава (фторирование и обесфторивание, обезжелезивание и деманганация, умягчение или обессоливание и др.).

В процессе очистки и обработки вода подвергается осветлению (освобождение от взвешенных веществ), обесцвечиванию, обеззараживанию (уничтожение находящихся в ней болезнетворных бактерий), умягчению (снижение или почти устранение содержащихся в ней солей жесткости). Кроме того, при использовании воды некоторых источников и для отдельных потребителей требуется удалять все растворенные в ней соли (обессоливание) или только некоторые определенные соли, например соли железа (обезжелезивание), растворенные в ней газы (дегазация), иногда приходится устранять привкусы и запахи, предотвращать коррозионное действие воды на трубы, удалять из воды фтор (обесфторивание) и т.п. Те или иные комбинации указанных процессов применяют в зависимости от категорий потребителей и качества воды в источниках.

Для получения воды питьевого качества при использовании поверхностных источников, как правило, необходимо производить осветление, обесцвечивание и обеззараживание воды. При этом в зависимости от качества исходной воды в некоторых случаях дополнительно необходимо применять и специальные методы водоподготовки — фторирование, обесфторивание, умягчение и др.

Совокупность необходимых технологических процессов и сооружений составляет технологическую схему улучшения качества воды , Применяемые в водоподготовке технологические схемы можно классифицировать:

на реагентные и безреагентные;
по эффекту обработки;
по числу ступеней;
на напорные и безнапорные.

1. Безреагентные и реагентные технологические схемы отличаются размерами водоочистных сооружений и условием их эксплуатации.

При применении реагентов процессы обработки воды протекают интенсивнее и более эффективно. Так, для осаждения основной массы взвешенных веществ в первом случае требуется 2-4 ч, во втором — несколько суток. С использованием реагентов фильтрование осуществляется со скоростью 5-12 м/ч и более, а без реагентов (медленное фильтрование) — 0,1-0,3 м/ч.

При обработке воды с применением реагентов водоочистные сооружения меньше по объему, компактнее, дешевле в строительстве, но сложнее в эксплуатации, чем сооружения безреагентной очистки.

2. По эффекту обработки различают технологические схемы для полной или глубокой очистки воды и для неполной или неглубокой. Например, в первом варианте очищенная вода соответствует требованием питьевой воды; во втором — получается грубо осветленная вода (с мутностью на выходе 5—80 мг/л), которая может использоваться для целей охлаждения производственного оборудования и др.

3. Двухступенчатые реагентные схемы осветления и обесцвечивания воды, подаваемой для хозяйственно-питьевых целей, показаны на рисунках ниже. Здесь процессы осветления и обесцвечивания осуществляются в две ступени: на отстойниках и фильтрах; на осветлителях со слоем взвешенного осадка и фильтрах; во флотаторах и на фильтрах. Схема с контактными осветлителями — одноступенчатая.

4. По характеру движения обрабатываемой воды технологические схемы подразделяются на самотечные (безнапорные) и напорные. На крупных водоочистных комплексах движение обрабатываемой воды по сооружениям осуществляется самотеком. В этом случае следует наиболее рационально использовать рельеф местности для уменьшения заглубления отдельных сооружений, уменьшения объема земляных работ, снижения стоимости фундаментов и т.п. Поэтому взаиморасположение отдельных очистных сооружений технологической схемы, т.е. высотная схема, имеет первостепенное значение.

Безреагентные технологические схемы водоподготовки с медленным (а) и акустическим (б) фильтрами, с гидроциклоном (в)

2 - 0258 — Фотоальбом

1,4 — подача исходной воды и отвод обработанной воды; 2,7 — медленный и акустический фильтры; 3 — резервуар чистой воды; 5 — насос; б — сооружения оборота промывной воды; 8,10 — скорый фильтр I и II ступени; 9 — распределительный бак;11 — гидроциклон

Реагентные технологические схемы водоподготовки с отстойниками (а), осветлителями со слоем взвешенного осадка (б), контактными осветлителями и микрофильтрами (в), флотаторами (г), отстойниками- осветлителями на плаву (д), для обработки воды повышенного антропогенного воздействия (станция Ленгг, Швейцария) (е)

2 - 0259 — Фотоальбом

1,12 — подача исходной и отвод обработанной воды; 2 — контактная камера; 3,4,5,9,24 — установки соответственно углевания, хлорирования, коагулирования, фторирования и известкования; 6,25 — вертикальный и механический смесители; 7— вихревая камера хлопьеобразования; 8 — горизонтальный отстойник со встроенными тонкослойными модулями; 10,26 — скорый и биологический фильтры; 11 — резервуар чистой воды; 13 — осветлитель со взвешенным осадком с рециркуляторами осадка; 14 — микрофильтр (барабанное сито); 15 — контактный осветлитель; 16 — насос;17 — напорный бак; 18 — компрессор; 19 — флотатор; 20 — перегородчатая камера хлопьеобразования; 21 — песколовка; 22 — резервуар-усреднитель; 23 — водозабор- осветлитель с тонкослойными модулями; 27 — сорбционный фильтр с ГАУ

При напорной схеме очистные сооружения можно расположить на одной отметке. При использовании таких схем резервуары чистой воды и насосные станции II подъема при обосновании могут не устраиваться, тогда обработанная вода под напором насосов I подъема подается потребителю.

Применение напорных технологических схем сопряжено со значительной металлоемкостью используемых водоочистных сооружений.

Технологическую схему очистки воды выбирают в зависимости от качества воды в источнике водоснабжения, назначения водопровода, производительности станции и местных условий, а также на основании данных технологических исследований и эксплуатации сооружений, работающих в аналогичных условиях. Ориентировочный выбор технологической схемы дои осветления и обесцвечивания воды до питьевой кондиции может быть осуществлен согласно таблице.

Так, для обработки небольших расходов цветной и мутной воды вместо горизонтальных отстойников следует использовать вертикальные, а вместо обычных гидравлических смесителей — сопла Вентури или шайбовые смесители. При очистке маломутных цветных вод обычно применяется одноступенчатая схема с фильтрами или контактными осветлителями без камер хлопьеобразования и отстойников.

Выбор водоочистных сооружений и оптимального состава реагентов производится на основании данных химического и технологического анализов обрабатываемой воды. Некоторые решения могут быть приняты априорно на основании опыта эксплуатации водоочистных комплексов в аналогичных условиях.

Использование солей железа в качестве коагулянтов предпочтительнее при длительном весеннем паводке, сопровождающемся значительным снижением температуры обрабатываемой воды. Применение активированной кремнекислоты в качестве флокулянта рекомендуется при обработке цветных вод, а для мутных — используется полиакриламид, К-4 и др.

Вертикальные смесители рекомендуется предусматривать в схемах с осветлителями со слоем взвешенного осадка и контактными осветлителями, так как помимо смешения они обеспечивают и воздухоотделение.

При осветлении высокомутных вод для I ступени осветления могут быть рекомендованы тонкослойные и радиальные отстойники, гидро- и мультициклоны, акустические фильтры и др. Для извлечения из воды планктона или крупных плавающих примесей используют флотаторы, микрофильтры или барабанные сетки. В прямоточных реагентных схемах со скорыми фильтрами рекомендуется использовать контактные фильтры. Для вод повышенного антропогенного воздействия могут быть применены озонирование, биореакторы, сорбционные угольные фильтры, биосорберы, биофильтры.

Выбор сооружений станции очистки воды, предназначенной для хозяйственно-питьевых целей (рекомендации СНиП 2.04.02-84*)

Основные сооружения	Мутность исходной воды, мг/л	Цветность исходной воды, град	Производительность станции, м³/сут
Обработка воды с применением коагулянтов и флокулянтов
1. Скорые фильтры (одноступенчатое фильтрование): напорные	До 30	До 50	До 5000
открытые	До 20	Тоже	До 50 000
2. Вертикальные отстойники — скорые фильтры	До 1500	До 120	До 5000
3. Горизонтальные отстойники — скорые фильтры	Тоже	Тоже	Свыше 30 000
4. Контактные префильтры — скорые фильтры (двухступенчатое фильтрование)	До 300	До 120	Любая
5. Осветлители со взвешенным осадком — скорые фильтры	Не менее 50 до 1500	»	Свыше 5000
6. Две ступени отстойников — скорые фильтры	Более!500	»	Любая
7. Контактные осветлители	До 120	»	Тоже
8. Горизонтальные отстойники и осветлители со взвешенным осадком для частичного осветления воды	До 1500	»	»
9. Крупнозернистые фильтры для частичного осветления воды	До 120	»	»
10. Радиальные отстойники для предварительного осветления высокомуг- ныхвод	Свыше 1500	»	»
11. Трубчатый отстойник и напорный фильтр заводского изготовителя (типа «Струя»)	До 1000	»	До 800
Обработка воды без применения коагулянтов и флокулянтов
12. Крупнозернистые фильтры для частичного осветления воды	До 150	До 120	Любая
13. Радиальные отстойники для частичного осветления воды	Более 1500	Тоже	Тоже
14. Медленные фильтры с механической или гидравлической регенерацией песка	До 1500	До 50	»

← Состав природных вод. Методы и схемы их кондиционирования

Коагулирование примесей воды →