Совершенствование системы водоснабжения населенных пунктов

2.1.Анализ систем водоподготовки питьевой воды и применение новых технологий.

Метод обработки воды определяется путем сравнивания качества воды в источнике с теми требованиями ,которые предъявляет к её качеству потребитель. Это не соответствие определяет выбор  метода обработки воды и состава сооружений с целью доведения качества воды до требуемого при наименьших капитальных и эксплутационных затратах.

     Основным методом осветления воды является отстаивание , при котором вода движется с замедленной скоростью, вследствии чего происходит выпадение в осадок взвешенных частиц.

   Для ускорения отстаивания применяется дополнительная обработка воды, добавление химических реагентов, так называемых коагулянтов , образующих хлопья , которые укрупняют примиси и увлекают  их в осадок. Такой метод обработки воды называют коагулированием.

      Для удаления более мелких частиц , которые не способны выпадать в осадок, применяется метод фильтрования через слой зернистой загрузки.

     В процессе коагулирования, отстаивания и фильтрования  воды задерживается большая часть бактерий. Но для полного освобождения воды оттболезнетворных бактерий  необходимо обеззараживание или дизенфекция.

   Технологическая схема движения воды, широко распространенная для глубокого осветления воды с применением коагулирования, отстаивания, осветления, и обеззараживания.

    В качестве коагулянта в воду вводят соли алюминия или железа. На водоочистных сооружениях в практике часто используют сернокислый алюминий, а так же железный купорос. Доза коагулянта зависит от активной реакции (pH) воды.

     Для ускорения реакции коагулянт необходимо тщательно смешать с водой, что происходит в смесителе. Смесители бывают перегородочного, дырчатого , мешалочного типа. Процесс смешивания нужно заканчивать до начало образования хлопьев, поэтому время пребывания в смесителе должно быть не более двух минут.

     Вода проходит камеры реакции (хлопьеобразования) при непрерывном перемешивании с такой скоростью, чтоб хлопья, которые обволакивают взвешенные частицы, не начали выпадать в осадок. Следовательно время пребывания в этих камерах тоже ограничено и составляет 20-30мин.

     Механическое осаждение хлопьев со взвешенными частицами происходит в отстойниках за счет уменьшения скорости движения воды под действием силы тяжести, образуя осадок.

   Отстойники, в зависимости от направления движения в них воды, разделяются на вертикальные, горизонтальные и радиальные. Конструктивное решение отстойников связано со скоростью движения воды в них и производительностью. Наименее производительными являются вертикальные отстойники , а наиболее-радиальные.

    Время отстаивания – от двух до 4 часов, скорость движения воды- от 0,5 до 50 м/с.

    Радиальные отстойники всегда круглые, со слабоконическим дном и центральной трубой. Вода из центральной трубы отправляется в радиальном направлении к сборному лотку отстойника.

    Диаметр- от 4 до 60м, глубина-1,5-2,5м у наружной стенки и 3,5-в центре.

Вертикальные отстойники могут быть круглые и квадратные в плане с коническим днищем и центральной трубой, в которую подается осветленная вода из камеры реакции.(рис)

     Горизонтальные отстойники представляют собой резервуары прямоугольного сечения длиною до 30м и глубиною 4-5м.(рис)

    Фильтрование воды осуществляется в фильтрах, с помощью которых осуществляется более глубокое осветление воды и задержание всех взвешенных частиц, которые остаются в фильтрующем материале. В качестве фильтрующего материала  в водопроводных фильтрах используются: речной или карьерный кварцевый песок, мраморная крошка и другие фильтрующие материалы, которые должны иметь достаточную механическую прочность, химическую стойкость и должны быть требуемых размеров и формы, соответствовать нормативной истираемости, измельчаемости и не растворятся в фильтрующей воде.

   Скорость фильтрации-это высота столба воды, проходящей через пористый фильтр в час.

    Производительность(Q) фильтра зависит от скорости фильтрации (V м/ч) и площади фильтра(F,м кв).

                                        Q=VF,м/час.

  Фильтры бывают медленные, скорые и сверхскоростные, которые имеют свои особенности конструкций и условий применения.

    Самым простым в  исполнении и эксплуатации является медленный фильтр,который был построен в Англии в 1829 году Джоном Симпсоном и его назвали англиским фильтром.

    Медленный фильтр представляет собой емкость, в нижней части которой расположено дренажное устройство для отведения профильтрованной воды. На дренажное основание укладывается слой поддерживающего материала – гравия высотой 0,45м различной крупности зерен, затем слой фильтрующего материала- песка высотой 0,85м. На медленные фильтры подают обычно некоагулированную воду на высоту фильтрующего материала.

     Скорые фильтры появились в 1885 году в США, где широко применяются и в настоящее время. Скорость фильтрации у них в 50 и более раз выше, загрязняемость загрузки происходит быстрее, промывка ее осуществляется обратным током воды. 

     Воду предназначенную для хозяйственно – питьевых целей, необходимо обеззараживать. Имеются следущие способы обеззараживания:

- химические-хлорирование,иодирование;

-электрорхимические-озонирование, обработка ионами серебра;

-физические-кипячение, обработка ультрофиолетовыми лучами,воздействие ультрофиолетом.

   В водопроводной практике хлорирование является наиболее распространенным методом обеззараживания воды. Применяют хлорную известь или жидкий хлор. Хлор вступает с реакцию с водой и образует хлорноватистую и соляную кислоту.

Хлорноватистая кислота- нестойкое соединение ,оно распадается на кислород и соляную кислоту.

Кислород окисляет имеющиеся в воде органические вещества и умерщвляют бактерии. Доза хлора – 0,5-1,2 мл/л. Контролем за качество дизинфекции является остаточный хлор-0,1-0,2мл/л.

   Однако хлорирование обладает целым рядом недостатков ,его таксичность требует особых мер предосторожности при транспортировании, хранении, дозировании, контроле за качеством дозатора , а в некоторых случаях дохлорирования.

     Дешевые и надежные инертные электроды открыли перспективу широко применять такие электрохимические методы, как озонирование. Озонирование имеет высокий бактерицидный эффект по отношению к другим методам, более надежно в работе как стационарных, так и   и обычных системах.

      Для наглядности процесса и применяемых в нем систем водоподготовки питьевой воды проиллюстрируем на схемах некоторые этапы:

          В процессе очистки вода должна пройти ряд очистных сооружений, в которых осуществляются принятые методы очистки.

Наиболее распространенные технологические схемы очистки речной воды для хозяйственно-питьевых целей.

1.    
Глубокое осветление, обесцвечивание и обеззараживание воды путем коагулирования и последовательного осветления воды в отстойниках и на фильтрах. Природная вода насосами 1 подъема 1 подается в смеситель 3, куда одновременно подаются реагенты, приготовленные в реагентном цехе 2. После смешения с реагентами вода поступает в камеру хлопьеобразования 4, где происходит процесс агломерации взвешенных  (мутность) и коллоидальных (цветность) частиц в крупные хлопья. Затем вода поступает в отстойники 5, в которых движется с малой скоростью (2-10 мм/с). При этом основная масса образовавшихся хлопьев отделяется от обрабатываемой воды и выпадает в осадок. Из отстойников воду подают на фильтры 6 для глубокого осветления путем пропуска ее через толщу песчаной загрузки. В процессе очистки в толще фильтров накапливаются загрязнения. Для их удаления фильтры
выключают из работы и промывают.

Осветленную воду обеззараживают и собирают в резервуарах чистой воды 7, где обеззараживание завершается в результате контакта с дезинфекторами (хлором, озоном).

Вода, подаваемая в сеть, не должна содержать озона, так как он вызывает коррозию труб и оборудования. Поэтому воду, обработанную озоном, выдерживают в резервуарах до завершения расходования озона.

2.    

На рисунке 4 также показана схема глубокого осветления, обесцвечивания и обеззараживания воды.

Отличие от ранее описанной схемы состоит в том, что в ней отстойники заменены осветлителями, при применении которых отпадает необходимость в устройстве камеры хлопьеобразования. Процесс коагуляции взвесей и осветления воды происходит во взвешенном слое осадка.

3.     Технологическая схема, представленная на рисунке 5, имеет лишь одно сооружение для осветления воды – контактные осветлители (песчаные фильтры с движением воды снизу вверх).

В них коагуляция взвесей и осветление воды происходит одновременно. Укрупнение частиц в хлопья происходит не в свободном объеме, а на поверхности зерен фильтрующего материала под действием сил прилипания (контактная коагуляция). Общий объем очистных сооружений по этой схеме значительно меньше, чем по предыдущим. Эту схему можно применять при малом содержании в воде взвешенных веществ – до 150-200 мг/л.

По рассмотренным технологическим схемам обесцвечивание воды происходит в результате сорбции коллоидных гумусовых веществ, обусловливающих цветность воды.

При выборе сооружений для осветления и обесцвечивания воды рекомендуется руководствоваться данными.

В соответствии с моими исходными данными: мутность – 200 мг/л; цветность – 90 град;  по приложению выбираем  для обработки воды с применением коагулянтов и флокулянтов Осветлители  со взвешенным осадком – Скорые фильтры

Как правило, на очистных станциях применяют не менее двух сооружений каждого типа. Этим обеспечивается непрерывность работы очистных станций при авариях и эксплуатационных отключениях сооружений.

Взаимное высотное расположение сооружений предусматривают с таким расчетом, чтобы движение воды от сооружения к сооружению было самотечным. Разность отметок уровней воды в расположенных рядом сооружениях должна быть равна потерям напора при движении воды между сооружениями по трубопроводам и лоткам, а также в самих сооружениях.

Общие потери напора по технологической схеме обычно составляют 3,5-6 м.

4.    
Глубокое осветление, обесцвечивание и обеззараживание воды путем коагулирования и последовательного осветления воды в отстойниках и на фильтрах. Природная вода насосами 1 подъема 1 подается в смеситель 3, куда одновременно подаются реагенты, приготовленные в реагентном цехе 2. После смешения с реагентами вода поступает в камеру хлопьеобразования 4, где происходит процесс агломерации взвешенных  (мутность) и коллоидальных (цветность) частиц в крупные хлопья. Затем вода поступает в отстойники 5, в которых движется с малой скоростью (2-10 мм/с). При этом основная масса образовавшихся хлопьев отделяется от обрабатываемой воды и выпадает в осадок. Из отстойников воду подают на фильтры 6 для глубокого осветления путем пропуска ее через толщу песчаной загрузки. В процессе очистки в толще фильтров накапливаются загрязнения. Для их удаления фильтры
выключают из работы и промывают.

Осветленную воду обеззараживают и собирают в резервуарах чистой воды 7, где обеззараживание завершается в результате контакта с дезинфекторами (хлором, озоном).

Вода, подаваемая в сеть, не должна содержать озона, так как он вызывает коррозию труб и оборудования. Поэтому воду, обработанную озоном, выдерживают в резервуарах до завершения расходования озона.

5.    

На рисунке 4 также показана схема глубокого осветления, обесцвечивания и обеззараживания воды.

Отличие от ранее описанной схемы состоит в том, что в ней отстойники заменены осветлителями, при применении которых отпадает необходимость в устройстве камеры хлопьеобразования. Процесс коагуляции взвесей и осветления воды происходит во взвешенном слое осадка.

6.     Технологическая схема, представленная на рисунке 5, имеет лишь одно сооружение для осветления воды – контактные осветлители (песчаные фильтры с движением воды снизу вверх).

В них коагуляция взвесей и осветление воды происходит одновременно. Укрупнение частиц в хлопья происходит не в свободном объеме, а на поверхности зерен фильтрующего материала под действием сил прилипания (контактная коагуляция). Общий объем очистных сооружений по этой схеме значительно меньше, чем по предыдущим. Эту схему можно применять при малом содержании в воде взвешенных веществ – до 150-200 мг/л.

По рассмотренным технологическим схемам обесцвечивание воды происходит в результате сорбции коллоидных гумусовых веществ, обусловливающих цветность воды.

При выборе сооружений для осветления и обесцвечивания воды рекомендуется руководствоваться данными.

В соответствии с моими исходными данными: мутность – 200 мг/л; цветность – 90 град;  по приложению выбираем  для обработки воды с применением коагулянтов и флокулянтов Осветлители  со взвешенным осадком – Скорые фильтры

Как правило, на очистных станциях применяют не менее двух сооружений каждого типа. Этим обеспечивается непрерывность работы очистных станций при авариях и эксплуатационных отключениях сооружений.

Взаимное высотное расположение сооружений предусматривают с таким расчетом, чтобы движение воды от сооружения к сооружению было самотечным. Разность отметок уровней воды в расположенных рядом сооружениях должна быть равна потерям напора при движении воды между сооружениями по трубопроводам и лоткам, а также в самих сооружениях.

Общие потери напора по технологической схеме обычно составляют 3,5-6 м.

      Как показывают последние технические публикации и материалы всемирных водных конгрессов, в различных странах происходит взаимное проникновение технологий и материалов в процессы очистки питьевой и сточной воды. Современные технологии очистки воды – это многократное повторение вышеназванных этапов. Например, до и после отстаивания вода может быть обеззаражена, затем профильтрована, вновь обеззаражена и т. п.