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.

Гигиена как раздел медицины, изучающий связь и взаимодействие организма с окружающей средой, тесно соотносится со всеми дисциплинами, обеспечивающими формирование гигиенического мировоззрения врача: биологией, физиологией, микробиологией, клиническими дисциплинами. Это дает возможность широкого использования методов и данных этих наук в гигиенических исследованиях с целью изучения влияния факторов окружающей среды на организм человека и разработке комплекса профилактических мероприятий. Гигиеническая характеристика факторов среды и данные об их влиянии на здоровье в свою очередь способствуют более обоснованной диагностике заболеваний, патогенетическому лечению.

Лекция 16. Методы улучшения качества воды

1. Методы, применяемые для улучшения качества воды. Очистка

Чтобы качество воды соответствовало гигиеническим требованиям, применяют предварительную обработку. Улучшение свойств воды при централизованном водоснабжении достигают на водопроводных станциях. Для улучшения качества воды применяют следующее:

Очистка – удаление взвешенных частиц;

Обеззараживание – уничтожение микроорганизмов;

Специальные методы улучшения органолептических свойств – умягчение, удаление химических веществ, фторирование и др.

Очистка осуществляется механическим (отстаивание), физическим (фильтрование) и химическим (коагуляция) методами.

Отстаивание, при котором происходит осветление и частичное обесцвечивание воды, осуществляется в специальных сооружениях – отстойниках. Принцип их действия состоит в том, что при поступлении через узкое отверстие и замедленном продвижении воды в отстойнике основная масса взвешенных частиц оседает на дно. Однако мельчайшие частицы и микроорганизмы не успевают осесть.

Фильтрация – пропускание воды через мелкопористый материал, чаще всего через песок с определенным размером частиц. Фильтруясь, вода освобождается от взвешенных частиц.

Коагуляция – химический метод очистки. К воде добавляют коагулянт, реагирующий с находящимися в воде бикарбонатами. В этой реакции образуются крупные, тяжелые хлопья, несущие положительный заряд. Оседая под собственной тяжестью, они увлекают за собой находящиеся во взвешенном состоянии частицы загрязнений, заряженные отрицательно.

В качестве коагулянта применяется сульфат алюминия. Для улучшения коагуляции используются высокомолекулярные флокулянты: щелочной крахмал, активизированная кремниевая кислота и другие синтетические препараты.

2. Обеззараживание. Специальные методы улучшения органолептических свойств

Обеззараживанием уничтожаются микроорганизмы на завершающем этапе обработки воды. Для этого применяют химические и физические методы.

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

Химические способы обеззараживания имеют ряд недостатков, которые заключаются в том, что большинство реагентов отрицательно влияют на состав и органолептические свойства воды.

Безреагентные или физические 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.

Наиболее разработанным и изученным в техническом отношении методом является облучение воды бактерицидными (ультрафиолетовыми) лампами. Источниками излучения служат аргонно-ртутные лампы низкого давления (БУВ) и ртутно-кварцевые (ПРК и РКС).

Из всех физических методов обеззараживание воды наиболее надежным является кипячение, но не находит широкого применения.

К физическим методам обеззараживания относится использование импульсного электрического разряда, ультразвука и ионизирующего излучения.

Практического применения также не находят.

Дезодорация – удаление посторонних запахов и привкусов. С этой целью применяются такие методы, как озонирование, углевание, хлорирование, обработка перманганатом калия, перекисью водорода, фторирование через фильтры, аэрация.

Умягчение воды – удаление из нее катионов кальция и магния. Производится специальными реагентами или при помощи ионообменного и термического методов.

Опреснение воды достигается дистилляцией в опреснителях, а также электрохимическим способом и вымораживанием.

Обезжелезивание производится аэрацией с последующим отстаиванием, коагулированием, известкованием, катионированием, фильтрованием через песчаные фильтры.

Эффективным методом обеззараживания воды в колодце является использование дозирующих хлоросодержащих патронов, которые подвешивают ниже уровня воды.

3. Зоны санитарной охраны водоисточников

Санитарным законодательством предусматривается организация двух зон санитарной охраны водоисточников.

Зона строгого режима включает территорию, на которой располагается место забора, водоподъемные устройства, головные сооружения станции и водопроводящий канал. Эта территория огораживается и строго охраняется.

Зона ограничения включает территорию, предназначенную для охраны от загрязнения источников водоснабжения (источник водоснабжения и бассейн его питания).

Методов улучшения качества воды много, и они позволяют освободить воду от опасных микроорганизмов, взвешенных частиц, гуминовых соединений, от избытка солей, токсических и радиоактивных веществ и дурнопахнущих газов.

Основная цель очистки воды - защита потребителя от патогенных организмов и примесей, которые могут быть опасны для здоровья человека или иметь неприятные свойства (цвет, запах, вкус и т.д.). Методы очистки следует выбирать с учетом качества и характера источника водоснабжения.

Использование подземных межпластовых водоисточников для централизованного водоснабжения имеет целый ряд преимуществ перед использованием поверхностных источников. К важнейшим из них относятся: защищенность воды от внешнего загрязнения, безопасность в эпидемиологическом отношении, постоянство качества и дебита воды. Дебит - это объем воды, поступающий из источника в единицу времени (л/час, м/сутки и т.д.).

Обычно подземные воды не нуждаются в осветлении, обесцвечивании и обеззараживании, Схема водопровода на подземных водах представлена на рисунке.

К числу недостатков использования подземных водоисточников для централизованного водоснабжения относится небольшой дебит воды, а значит применять их можно в местностях со сравнительно небольшой численностью населения (малые и средние города, поселки городского типа и сельские населенные пункты). Более 50 тыс. сельских населенных пунктов имеют централизованное водоснабжение, однако благоустройство сел затруднено в силу рассредоточенности сельских поселений и малой их численности (до 200 человек). Чаще всего здесь используются различные виды колодцев (шахтные, трубчатые).

Место для колодцев выбирают на возвышенности, не менее 20-30 м от возможного источника загрязнения (уборные, выгребные ямы и др.). При рытье колодца желательно дойти до второго водоносного горизонта.

Дно шахты колодца оставляют открытым, а основные стенки укрепляют материалами, обеспечивающими водонепроницаемость, т.е. бетонными кольцами или деревянным срубом без щелей. Стенки колодца должны возвышаться над поверхностью земли не менее чем на 0,8 м. Для устройства глиняного замка, препятствующего попаданию поверхностных вод в колодец, вокруг колодца выкапывают яму глубиной 2 м и шириной 0,7-1 м и наполняют ее хорошо утрамбованной жирной глиной. Поверх глиняного замка делают подсыпку песком, мостят кирпичом или бетоном с уклоном в сторону от колодца для стока поверхностных вод и пролива при ее заборе. Колодец необходимо оборудовать крышкой и пользоваться только общественным ведром. Лучший способ подъема воды - насосы. Кроме шахтных колодцев, для добывания подземных вод применяют разные типы трубчатых колодцев.

: 1 - трубчатый колодец; 2 - насосная станция первого подъема; 3 - резервуар; 4 - насосная станция второго подъема; 5 - водонапорная башня; 6 - водонапорная сеть

.

Преимущество таких колодцев в том, что они могут быть любой глубины, стенки их изготовляются из водонепроницаемых металлических труб, по которым насосом поднимается вода. При расположении меж пластовой воды на глубине больше 6-8 м ее добывают посредством устройства скважин, оборудованных металлическими трубами и насосами, производительность которых достигает 100 мУч и более.

: а - насос; б - слой гравия на дне колодца

Вода открытых водоемов подвержена загрязнениям, поэтому, с эпидемиологической точки зрения, все открытые водоисточники в большей или меньшей степени потенциально опасны. Кроме того, эта вода часто содержит гуминовые соединения, взвешенные вещества из различных химических соединений, поэтому она нуждается в более тщательной очистке и обеззараживании

Схема водопровода на поверхностном водоисточнике приведена на рисунке 1.

Головными сооружениями водопровода, питающегося водой из открытого водоема, являются: сооружения для забора и улучшения качества воды, резервуар для чистой воды, насосное хозяйство и водонапорная башня. От нее отходит водовод и разводящая сеть трубопроводов, изготовленных из стали или имеющих антикоррозийные покрытия.

Итак, первый этап очистки воды открытого водоисточника - это осветление и обесцвечивание. В природе это достигается путем длительного отстаивания. Но естественный отстой протекает медленно и эффективность обесцвечивания при этом невелика. Поэтому на водопроводных станциях часто применяют химическую обработку коагулянтами, ускоряющую осаждение взвешенных частиц. Процесс осветления и обесцвечивания, как правило, завершают фильтрованием воды через слой зернистого материала (например, песок или измельченный антрацит). Применяют два вида фильтрования - медленное и скорое.

Медленное фильтрование воды проводят через специальные фильтры, представляющие собой кирпичный или бетонный резервуар, на дне которого устраивают дренаж из железобетонных плиток или дренажных труб с отверстиями. Через дренаж профильтрованная воды отводится из фильтра. Поверх дренажа загружают поддерживающий слой щебня, гальки и гравия по крупности, постепенно уменьшающейся кверху, что не дает возможности мелким частицам просыпаться в отверстия дренажа. Толщина поддерживающего слоя - 0,7 м. На поддерживающий слой загружают фильтрующий слой (1 м) с диаметром зерен 0,25-0,5 мм. Медленный фильтр хорошо очищает воду только после созревания, которое состоит в следующем: в верхнем слое песка происходят биологические процессы - размножение микроорганизмов, гидробионтов, жгутиковых, затем их гибель, минерализация органических веществ и образование биологической пленки с очень мелкими порами, способными задерживать даже самые мелкие частицы, яйца гельминтов и до 99% бактерий. Скорость фильтрации составляет 0,1-0,3 м/ч.

Рис. 1.

: 1 - водоем; 2 - заборные трубы и береговой колодец; 3 - насосная станция первого подъема; 4 - очистные сооружения; 5 - резервуары чистой воды; 6 - насосная станция второго подъема; 7 - трубопровод; 8 - водонапорная башня; 9 - разводящая сеть; 10 - места потребления воды.

Медленнодействующие фильтры применяют на малых водопроводах для водоснабжения сел и поселков городского типа. Раз в 30-60 дней поверхностный слой загрязненного песка снимают вместе с биологической пленкой.

Стремление ускорить осаждение взвешенных частиц, устранить цветность воды и ускорить процесс фильтрования привело к проведению предварительного коагулирования воды. Для этого к воде добавляют коагулянты, т.е. вещества, образующие гидроокиси с быстро оседающими хлопьями. В качестве коагулянтов применяют сернокислый алюминий - Al2(SO4)3; хлорное железо - FeSl3, сернокислое железо - FeSO4 и др. Хлопья коагулянта обладают огромной активной поверхностью и положительным электрическим зарядом, что позволяет им адсорбировать даже мельчайшую отрицательно заряженную взвесь микроорганизмов и коллоидных гуминовых веществ, которые увлекаются на дно отстойника оседающими хлопьями. Условия эффективности коагуляции - наличие бикарбонатов. На 1 г коагулянта добавляют 0,35 г Са(ОН)2. Размеры отстойников (горизонтальных или вертикальных) рассчитаны на 2-3-часовое отстаивание воды.

После коагуляции и отстаивания вода подается на скорые фильтры с толщиной фильтрующего слоя песка 0,8 м и диаметром песчинок 0,5-1 мм. Скорость фильтрации воды составляет 5-12 м/час. Эффективность очистки воды: от микроорганизмов - на 70-98% и от яиц гельминтов - на 100%. Вода становится прозрачной и бесцветной.

Очистку фильтра проводят путем подачи воды в обратном направлении со скоростью, в 5-6 раз превышающей скорость фильтрования в течение 10-15 мин.

С целью интенсификации работы описанных сооружений используют процесс коагуляции в зернистой загрузке скорых фильтров (контактная коагуляция). Такие сооружения называют контактными осветелителями. Их применение не требует строительства камер хлопьеобразования и отстойников, что позволяет уменьшить объем сооружений в 4-5 раз. Контактный фильтр имеет трехслойную загрузку. Верхний слой - керамзит, полимерная крошка и др. (размер частиц -- 2,3-3,3 мм).

Средний слой - антрацит, керамзит (размер частиц - 1,25-2,3 мм).

Нижний слой - кварцевый песок (размер частиц - 0,8-1,2 мм). Над поверхностью загрузки укрепляют систему перфорированных труб для введения раствора коагулянта. Скорость фильтрации до 20 м/час.

При любой схеме заключительным этапом обработки воды на водопроводе из поверхностного источника должно быть обеззараживание.

При организации централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения небольших населенных пунктов и отдельных объектов (дома отдыха, пансионаты, пионерские лагеря) в случае использования в качестве источника водоснабжения поверхностных водоемов необходимы сооружения небольшой производительности. Этим требованиям отвечают компактные установки заводского изготовления "Струя" производительностью от 25 до 800 м/сутки.

В установке используют трубчатый отстойник и фильтр с зернистой загрузкой. Напорная конструкция всех элементов установки обеспечивает подачу исходной воды насосами первого подъема через отстойник и фильтр непосредственно в водонапорную башню, а затем потребителю. Основное количество загрязнений оседает в трубчатом отстойнике. Песчаный фильтр обеспечивает окончательное извлечение из воды взвешенных и коллоидных примесей.

Хлор для обеззараживания может вводиться либо перед отстойником, либо сразу в фильтрованную воду. Промывку установки проводят 1-2 раза в сутки в течение 5-10 мин обратным потоком воды. Продолжительность обработки воды не превышает 40-60 мин, тогда как на водопроводной станции этот процесс составляет от 3 до 6 ч.

Эффективность очистки и обеззараживания воды на установке "Струя" достигает 99,9%.

Обеззараживание воды может быть проведено химическими и физическими (безреагентными) методами.

К химическим методам обеззараживания воды относят хлорирование и озонирование. Задача обеззараживания - уничтожение патогенных микроорганизмов, т.е. обеспечение эпидемической безопасности воды.

Россия была одной из первых стран, в которой хлорирование воды стало применяться на водопроводах. Произошло это в 1910 г. Однако на первом этапе хлорирование воды проводили только при вспышках водных эпидемий.

В настоящее время хлорирование воды является одним из наиболее широко распространенных профилактических мероприятий, сыгравших огромную роль в предупреждении водных эпидемий. Этому способствует доступность метода, его дешевизна и надежность обеззараживания, а также многовариантность, т.е. возможность обеззараживать воду на водопроводных станциях, передвижных установках, в колодце (при его загрязнении и ненадежности), на полевом стане, в бочке, ведре и во фляге.

Принцип хлорирования основан на обработке воды хлором или химическими соединениями, содержащими хлор в активной форме, обладающей окислительным и бактерицидным действием.

Химизм происходящих процессов состоит в том, что при добавлении хлора к воде происходит его гидролиз:

Т.е. образуются соляная и хлорноватистая кислота. Во всех гипотезах, объясняющих механизм бактерицидного действия хлора, хлорноватистой кислоте отводят центральное место. Небольшие размеры молекулы и электрическая нейтральность позволяют хлорноватистой кислоте быстро пройти через оболочку бактериальной клетки и воздействовать на клеточные ферменты (БН-группы;), важные для обмена веществ и процессов размножения клетки. Это подтверждено при электронной микроскопии: выявлено повреждение оболочки клетки, нарушение ее проницаемости и уменьшение объема клетки.

На крупных водопроводах для хлорирования применяют газообразный хлор, поступающий в стальных баллонах или цистернах в сжиженном виде. Используют, как правило, метод нормального хлорирования, т.е. метод хлорирования по хлорпотребности.

Имеет важное значение выбор дозы, обеспечивающий надежное обеззараживание. При обеззараживании воды хлор не только способствует гибели микроорганизмов, но и взаимодействует с органическими веществами воды и некоторыми солями. Все эти формы связывания хлора объединяются в понятие "хлорпоглощаемость воды".

В соответствии с СанПиН 2.1.4.559-96 "Питьевая вода..." доза хлора должна быть такой, чтобы после обеззараживания в воде содержалось 0,3-0,5 мг/л свободного остаточного хлора. Этот метод, не ухудшая вкуса воды и не являясь вредным для здоровья, свидетельствует о надежности обеззараживания.

Количество активного хлора в миллиграммах, необходимое для обеззараживания 1 л воды, называют хлорпотребностью.

Кроме правильного выбора дозы хлора, необходимым условием эффективного обеззараживания является хорошее перемешивание воды и достаточное время контакта воды с хлором: летом не менее 30 минут, зимой не менее 1 часа.

Модификации хлорирования: двойное хлорирование, хлорирование с аммонизацией, перехлорирование и др.

Двойное хлорирование предусматривает подачу хлора на водопроводные станции дважды: первый раз перед отстойниками, а второй - как обычно, после фильтров. Это улучшает коагуляцию и обесцвечивание воды, подавляет рост микрофлоры в очистных сооружениях, увеличивает надежность обеззараживания.

Хлорирование с аммонизацией предусматривает введение в обеззараживаемую воду раствора аммиака, а через 0,5-2 минуты - хлора. При этом в воде образуются хлорамины - монохлорамины (NH2Cl) и дихлорамины (NHCl2), которые также обладают бактерицидным действием. Этот метод применяется для обеззараживания воды, содержащей фенолы, с целью предупреждения образования хлорфенолов. Даже в ничтожных концентрациях хлорфенолы придают воде аптечный запах и привкус. Хлорамины же, обладая более слабым окислительным потенциалом, не образуют с фенолами хлорфенолов. Скорость обеззараживания воды хлораминами меньше, чем при использовании хлора, поэтому продолжительность дезинфекций воды должна быть не меньше 2 ч, а остаточный хлор равен 0,8-1,2 мг/л.

Перехлорирование предусматривает добавление к воде заведомо больших доз хлора (10-20 мг/л и более). Это позволяет сократить время контакта воды с хлором до 15-20 мин и получить надежное обеззараживание от всех видов микроорганизмов: бактерий, вирусов, риккетсий Бернета, цист, дизентерийной амебы, туберкулеза и даже спор сибирской язвы. По завершении процесса обеззараживания в воде остается большой избыток хлора и возникает необходимость дехлорирования. С этой целью в воду добавляют гипосульфит натрия или фильтруют воду через слой активированного угля.

Перехлорирование применяется преимущественно в экспедициях и военных условиях.

К недостаткам метода хлорирования следует отнести:

А) сложность транспортировки и хранения жидкого хлора и его токсичность;

Б) продолжительное время контакта воды с хлором и сложность подбора дозы при хлорировании нормальными дозами;

В) образование в воде хлорорганических соединений и диоксинов, небезразличных для организма;

Г) изменение органолептических свойств воды.

И, тем не менее, высокая эффективность делает метод хлорирования самым распространенным в практике обеззараживания воды.

В поисках безреагентных методов или реагентов, не изменяющих химического состава воды, обратили внимание на озон. Впервые эксперименты с определением бактерицидных свойств озона были проведены во Франции в 1886 г. Первая в мире производственная озонаторная установка была построена в 1911 г. в Петербурге.

В настоящее время метод озонирования воды является одним из самых перспективных и уже находит применение во многих странах мира - Франции, США т.д. У нас озонируют воду в Москве, Ярославле, Челябинске, на Украине (Киев, Днепропетровск, Запорожье и др.).

Озон (О3) - газ бледно-фиолетового цвета с характерным запахом. Молекула озона легко отщепляет атом кислорода. При разложении озона в воде в качестве промежуточных продуктов образуются короткоживущие свободные радикалы НО2 и ОН. Атомарный кислород и свободные радикалы, являясь сильными окислителями, обусловливают бактерицидные свойства озона.

Наряду с бактерицидным действием озона в процессе обработки воды происходит обесцвечивание и устранение привкусов и запахов.

Озон получают непосредственно на водопроводных станциях путем тихого электрического разряда в воздухе. Установка для озонирования воды объединяет блоки кондиционирования воздуха, получения озона и смешения его с обеззараживаемой водой. Косвенным показателем эффективности озонирования является остаточный озон на уровне 0,1-0,3 мг/л после камеры смешения.

Преимущества озона перед хлором при обеззараживании воды состоит в том, что озон не образует в воде токсических соединений (хлорорганических соединений, диоксинов, хлорфенолов и др.), улучшает органолептические показатели воды и обеспечивает бактерицидный эффект при меньшем времени контакта (до 10 мин). Он более эффективен по отношению к патогенным простейшим - дизентерийной амебе, лямблиям и др.

Широкое внедрение озонирования в практику обеззараживания воды сдерживается высокой энергоемкостью процесса получения озона и несовершенством аппаратуры.

Олигодинамическое действие серебра в течение длительного времени рассматривалось как средство для обеззараживания преимущественно индивидуальных запасов воды. Серебро обладает выраженным бактериостатическим действием. Даже при введении в воду незначительного количества ионов микроорганизмы прекращают размножение, хотя остаются живыми и даже способными вызвать заболевание. Концентрации серебра, способные вызвать гибель большинства микроорганизмов, при длительном употреблении воды токсичны для человека. Поэтому серебро в основном применяется для консервирования воды при длительном хранении ее в плавании, космонавтике и т.д.

Для обеззараживания индивидуальных запасов воды применяются таблетированные формы, содержащие хлор.

Аквасепт - таблетки, содержащие 4 мг активного хлора мононатриевой соли дихлори-зоциануровой кислоты. Растворяется в воде в течение 2-3 мин, подкисляет воду и тем самым улучшает процесс обеззараживания.

Пантоцид - препарат из группы органических хлораминов, растворимость - 15-30 мин., выделяет 3 мг активного хлора.

К физическим методам относятся кипячение, облучение ультрафиолетовыми лучами, воздействие ультразвуковыми волнами, токами высокой частоты, гамма-лучами и др.

Преимущество физических методов обеззараживания перед химическими состоит в том, что они не изменяют химического состава воды, не ухудшают ее органолептических свойств. Но из-за их высокой стоимости и необходимости тщательной предварительной подготовки воды в водопроводных конструкциях применяется только ультрафиолетовое облучение, а при местном водоснабжении - кипячение.

Ультрафиолетовые лучи обладают бактерицидным действием. Это было установлено еще в конце прошлого века А.Н. Маклановым. Максимально эффективен участок УФ-части оптического спектра в диапазоне волн от 200 до 275 нм. Максимум бактерицидного действия приходится на лучи с длиной волны 260 нм. Механизм бактерицидного действия УФ-облучения в настоящее время объясняют разрывом связей в энзимных системах бактериальной клетки, вызывающим нарушение микроструктуры и метаболизма клетки, приводящим к ее гибели. Динамика отмирания микрофлоры зависит от дозы и исходного содержания микроорганизмов. На эффективность обеззараживания оказывают влияние степень мутности, цветности воды и ее солевой состав. Необходимой предпосылкой для надежного обеззараживания воды УФ-лучами является ее предварительное осветление и обесцвечивание.

Преимущества ультрафиолетового облучения в том, что УФ-лучи не изменяют органолептических свойств воды и обладают более широким спектром антимикробного действия: уничтожают вирусы, споры бацилл и яйца гельминтов.

Ультразвук применяют для обеззараживания бытовых сточных вод, т.к. он эффективен в отношении всех видов микроорганизмов, в том числе и спор бацилл. Его эффективность не зависит от мутности и его применение не приводит к пенообразованию, которое часто имеет место при обеззараживании бытовых стоков.

Гамма-излучение очень эффективный метод. Эффект мгновенный. Уничтожение всех видов микроорганизмов, однако в практике водопроводов пока не находит применения.

Кипячение является простым и надежным методом. Вегетативные микроорганизмы погибают при нагревании до 80°С уже через 20-40 с, поэтому в момент закипания вода уже фактически обеззаражена. А при 3-5-минутном кипячении есть полная гарантия безопасности, даже при сильном загрязнении. При кипячении разрушается ботулинический токсин и при 30-минутном кипячении погибают споры бацилл.

Тару, в которой хранится кипяченая вода, необходимо мыть ежедневно и ежедневно менять воду, так как в кипяченой воде происходит интенсивное размножение микроорганизмов.

По своему составу вода может быть разной. Ведь на пути к нашему дому она встречает множество преград. Есть разные методы улучшения качества воды, общая цель которых – избавиться от опасных бактерий, гуминовых соединений, избыточного количества соли, токсических веществ и т.п.

Вода – главный составляющий компонент человеческого организма. В энергоинформационном обмене она является одним из самых важных звеньев. Учёные доказали, что благодаря особой сетчатой структуре воды, которая создаётся водородными связями, выполняется приём, аккумуляция и передача информации.

Старение организма и объём воды в нём связаны между собой напрямую. Поэтому воду нужно употреблять каждый день, следя за тем, чтобы она была высокого качества.

Вода – мощный природный растворитель, поэтому, встречая на своём пути разные породы, она быстро обогащается ими. Однако не все элементы, оказавшиеся в составе воды, полезны для человека. Одни из них негативно влияют на процессы, происходящие в организме человека, другие могут стать причиной различных заболеваний. С целью защиты потребителей от вредных и опасных примесей проводятся меры по улучшению качества питьевой воды.

Способы улучшения

Существуют основные методы улучшения качества питьевой воды и специальные. Первые заключаются в осветлении, обеззараживании и обесцвечивании, вторые предполагают проведение процедур по обесфториванию, обезжелезиванию и обессоливанию.

При обесцвечивании и осветлении из воды устраняются окрашенные коллоиды и взвешенные частицы. Цель процедуры обеззараживания – устранить бактерии, инфекции и вирусы. Специальные методы – минерализация и фторирование – предполагают введение в состав воды нужных для организма веществ.

Характер загрязнений обуславливают использование следующих методов очистки:

1. Механический – заключается в удалении примесей при помощи сит, фильтров и решеток грубых примесей.
2. Физический – предполагает кипячение, УФ и облучение при помощи γ-лучей.
3. Химический, при котором в сточные воды добавляются реагенты, которые провоцируют образование осадков. Сегодня основным методом обеззараживания питьевой воды является хлорирование. Водопроводная вода, согласно СанПиН, должна содержать концентрацию остаточного хлора в размере 0,3-0,5 мг/л.
4. Для биологической очистки требуются специальные поля орошения или фильтрации. Формируется сеть каналов, которые наполняются сточными водами. После очистки воздухом, солнечным светом и микроорганизмами они просачиваются в почву, образуя на поверхности перегной.

Для биологической очистки, которая может проводиться и в искусственных условиях, существуют специальные сооружения – биофильтры и аэротенки. Биофильтр – это кирпичное или бетонное сооружение, внутри которого находится пористый материал – гравий, шлак либо щебень. На них наносят микроорганизмы, очищающие воду в результате своей жизнедеятельности.

В аэротенках при помощи поступающего воздуха происходит перемещение активного ила в сточных водах. Для отделения бактериальной плёнки от очищенной воды предназначены вторичные отстойники. Уничтожение в бытовых водах патогенных микроорганизмов осуществляется при помощи обеззараживания хлором.

Чтобы оценить качество воды, нужно определить количество вредных веществ, оказавшихся там после обработки (хлор, алюминий, полиакриламид и т.д), и антропогенных веществ (нитраты, медь, нефтепродукты, марганец, фенолы и т.п). Также следует учитывать органолептические и радиационные показатели.

Как улучшить качество воды в домашних условиях

Чтобы повысить качество водопроводной воды в домашних условиях, требуется дополнительная очистка, для которой используются бытовые фильтры. На сегодняшний день производители предлагают их в огромном количестве.

Одними из самых популярных являются фильтры, работа которых основана на обратном осмосе.

Их активно используют не только дома, но и на предприятиях общественного питания, в больницах, санаториях, на производственных предприятиях.

В системе фильтрации предусмотрена автопромывка, которую нужно включить до начала фильтрации. Посредством полиамидной мембраны, через которую проходит вода, происходит её освобождение от загрязнений – очистка осуществляется на молекулярном уровне. Подобные установки являются эргономичными и компактными, а качество фильтрованной воды очень высокое.

Очистка Воды: Видео