Методы очистки воды на водопроводной станции и их гигиеническая характеристика (отстаивание, коагуляция, фильтрация).

Методов улучшения качества воды много, и они позволяют освободить воду от опасных микроорганизмов, взвешенных частиц, гуминовых соединений, придающих воде цвет, от избытка солей (кальция, магния, железа, марганца, фтора и др.). дурнопахнущих газов, токсических и радиоактивных веществ.

Применение различных методов улучшения качества воды позволяет в максимальной мере использовать водные ресурсы местности и обеспечить население доброкачественной водой.

К числу наиболее часто применяемых методов улучшения качества воды на водопроводах относятся: осветление – устранение мутности воды, обесцвечивание – устранение цветности воды, обеззараживание – освобождение воды от патогенных микробов и вирусов.

Осветление и частичное обесцвечивание воды достигаются путем длительного отстоя. Отстаивание основано на том, что в стоячей или медленно текущей воде взвешенные вещества, имеющие большую плотность, чем вода, выпадают и осаждаются на дно. Отстаивание осуществляется: как в самих источниках водоснабжения, так и в водохранилищах. Но естественный отстой протекает медленно, и эффективность обесцвечивания при нем невелика. Поэтому в настоящее время для осветления и обесцвечивания воды часто применяют химическую обработку коагулянтами, ускоряющую осаждение взвешенных частиц.

Процесс осветления и обесцвечивания воды, как правило, завершают фильтрованием воды через слой зернистого материала, например через песок или измельченный антрацит. Применяют два вида фильтрования – медленное и скорое.

Естественное отстаивание воды производят в горизонтальных отстойниках, представляющих собой резервуары глубиной в несколько метров, через которые вода движется непрерывно с очень малой скоростью. Вода пребывает в отстойнике 4-8 часов. За это время осаждаются преимущественно грубодис-

персные взвеси. После отстаивания воду для окончательного осветления пропускают через медленно действующий фильтр (рисунок 6).

Рисунок 6.

Схема песочного фильтра:

а – слой воды; б – песок; г – дренаж.

Он представляет собой кирпичный или бетонный резервуар, на дне которого устраивают дренаж из железобетонных плиток или дренажных труб с отверстиями. Через дренаж профильтрованная вода отводится из фильтра. Поверх дренажа загружают поддерживающий слой толщиной 0,7 м щебня, гальки и гравия постепенно уменьшающейся кверху крупности, не дающей вышележащему песку просыпаться в отверстия дренажа. На поддерживающий слой загружают фильтрующий слой толщиной 1 м с диаметром зерен от 0,25 до 0,5 мм. Когда фильтр загружен, через него медленно, со скоростью 0,1-0,3 м/ч, пропускают очищаемую воду.

Медленно действующие фильтры хорошо очищают воду только после «созревания». Процесс «созревания» состоит в следующем. В результате задержки находящихся в воде взвешенных примесей в верхнем слое песка размер пор настолько уменьшается, что здесь начинают задерживаться даже самые мелкие частицы, личинки и яйца гельминтов и до 99% бактерий.

Одновременно в «созревшем» верхнем слое песка, называемом биологической пленкой, происходят ряд биологических процессов: минерализация органических веществ и гибель задержанных бактерий. Раз в 30-60 дней поверхностный слой загрязненного песка снимают.

Медленно действующие фильтры применяют на малых водопроводах, например для водоснабжения сел, совхозов, где надежность действия при сравнительно простой эксплуатации имеет решающее значение.

Коагулирование, отстаивание и скорое фильтрование воды.

Стремление ускорить осаждение взвешенных частиц, устранить цветность воды и ускорить процесс фильтрования привело к использованию в практике очистки воды коагулирования. Для этого к воде добавляют вещества, называемые коагулянтами: Al2(SO4)3, FeCl3, FeSO4 и др. Реагируя с растворенными в воде электролитами, коагулянты образуют гидроокиси, выпадающие с образованием быстро оседающих хлопьев. Обладая огромной активной поверхностью и положительным электрическим зарядом, гидроокиси абсорбируют даже мельчайшую отрицательно заряженную взвесь микробов и коллоидные гуминовые вещества, которые увлекаются на дно отстойника оседающими хлопьями. После осаждения хлопьев в отстойнике и прохождения воды через фильтр, где задерживается их остаток, получается прозрачный и бесцветный фильтрат. Применение коагулирования позволяет обесцветить воду, сократить срок отстаивания воды до 2-3 ч и применить быстро действующие фильтры.

В качестве коагулянта чаще всего применяют сернокислый алюминий. В воде он вступает в реакцию с двууглекислыми солями кальция, образуя гидроокись алюминия плохо растворимую в воде и выпадающую в виде хлопьев. Коагулянт применяют в дозах от 30 до 200 мг на 1л воды. Доза коагулянта, необходимая для обработки, зависит от цветности, мутности, рН воды и многих других условий, отчего ее подбирают опытным путем. В последние годы применяют высокомолекулярные вещества – флоккулянты, в ничтожных дозах облегчающие и ускоряющие коагуляцию. Например, полиакриламид (ПАА) в дозе 0,5-2 мг на 1 л воды значительно ускоряет коагуляцию и экономит коагулянт.

В качестве флоккулянта применяют также активированную кремнекислоту. Технология коагулирования и дальнейшей обработки воды состоит в следующем. 5% раствор коагулянта посредством специального дозирующего устройства в необходимом количестве подается в смеситель, где происходит быстрое перемешивание его с водой. Отсюда вода поступает в камеру реакции, где в течение 10-20 мин. завершается процесс хлопьеобразования, и далее в резервуар-отстойник, где оседают хлопья. Размеры отстойника рассчитаны на 2-3-часовое отстаивание воды.

После коагуляции и отстаивания вода подается на скорые фильтры (рисунок 7), в которых фильтрующий слой песка с величиной зерен от 0,5 до 1 мм составляет 0,8 м. Скорость фильтрации воды 5-8 м/ч; она автоматически регулируется.

Рисунок 7. Схема обработки воды на скоростных фильтрах:

1 – смеситель воды с раствором коагулянта; 2 – камера реакции;

3 – горизонтальный отстойник; 4 – скорый песочный фильтр

Вскоре после начала работы в верхнем слое песка образуется фильтрующая пленка, состоящая из не успевших осесть в отстойнике хлопьев коагулянта и приставших к ним частиц. Это улучшает процесс задержки взвешенных примесей и микробов. Спустя 8-12 ч работы пленка уплотняется, скорость фильтрации падает, работу фильтра приостанавливают и для удаления пленки промывают его в течение 10-15 мин. током чистой воды, направляемой снизу вверх.

После коагуляции, отстаивания и фильтрования вода становится прозрачной, обесцвечивается, освобождается от яиц гельминтов и от 70-98% содержащихся в ней микробов. В последние годы в практику водоснабжения внедряются различные модификации скорых фильтров (например, двухслойные), а также контактные осветлители. Контактные осветлители выполняют функцию смесителя, камеры реакции и фильтра, делая излишним отстойник. Они эффективны при очистке воды с мутностью, не превышающей 150 мг/л.