Лекция №8. Методы улучшения качества воды при централизованном водоснабжении

Централизованное водоснабжение – это комплекс инженерных сооружений, осуществляющих добычу воды, улучшение ее качества, транспортировку и подачу потребителям.

1. по назначению

— система сельскохозяйственного использования.

2. По способу подачи воды:

Источник по рельефу выше, а населенный пункт – ниже.

3. По характеру использованных природных вод

— подающие воду из поверхностных источников (река)

— основанные из подземных источников

1. Водоприемные сооружения

2. Насосная станция I подъема

3. Сооружения для обработки воды

4. Резервуары для очистки воды

5. Насосная станция II подъема

6. Водонапорная башня

7. Водопроводная сеть

Преимущества централизованного водоснабжения:

1. Населению подается высококачественная вода

2. Вода подается в неограниченных количествах

3. Имеется возможность выбора лучших источников водоснабжения и существует возможность их охраны

Выбор источника централизованного водоснабжения.

Проводится согласно ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения».

Место водозабора выбирают выше по течению, чем населенный пункт, выше места сброса сточных вод, выше устья ближайших притоков.

Выбирают лишь те, для которых возможна организация зон санитарной охраны и соблюдение соответствующего режима в пределах ее поясов.

ГОСТ регламентирует качество воды подземных и поверхностных источников.

Воды выбранного источника доводят на водопроводной станции до показателей, регламентирующихся СанПиН 2.1.4.1074-01 «Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения».

В зависимости от качества воды источников и требуемой степени обработки для доведения ее до показателей СанПиН-01 водные объекты условно делятся на 3 класса. Класс определяет степень обработки воды.

1 класс. Качество воды удовлетворяет требованиям СанПиН-01 (артезианская вода). Обработка воды не требуется.

2 класс. Имеются отклонения по отдельным показателям. Необходимо применить основные методы улучшения качества воды.

3 класс. Имеются значительные отклонения по многим показателям. Вода должна быть обработана основными и специальными методами улучшения качества воды.

Методы улучшения качества воды:

1 Основные методы

2. специальные методы обработки (по кондиционированию ионного состава).

Цель – улучшение органолептических свойств воды (+уменьшение количества микроорганизмов)

2. Коагуляция с отстаиванием

Отстаивание воды производится в отстойниках. Они бывают горизонтальные и вертикальные (глубина 5-6м, неэффективный метод, не >15%, скорость движения воды 1-4 мм/с, нахождение 4-8ч, в маленьких населенных пунктах используются).

Коагуляция с отстаиванием. В воду сначала вводят специальные вещества – коагулянты (сернокислый алюминий, хлорное или сернокислое железо). При их добавлении получается гидрат окиси алюминия:

Хлопья, заряженные «+» притягивают все вещества, содержащие «- » заряд, хлопья увеличиваются и быстрее осаждаются на дно.

Реакция длится 15-20 мин. Далее вода поступает в отстойники. Время отстаивания сокращается до 2-4 ч.

Доза коагулянта устанавливается опытным путем и зависит от:

Для снижения дозы коагулянта и для ускорения коагуляции в воду добавляют флокулянты (полиакриламид, например).

Фильтрация воды осуществляется в специальных сооружениях – фильтрах.

1. Медленный (английский)

Скорость 20-30 см/ч

Особенность: наличие биологической пленки.

Плюсы: плавная фильтрация, близкая к естественной; высокий процент задержки; простота устройства

Минусы: малая производительность

2. Скорый (американский)

Особенность: наличие механической пленки.

3. Фильтр АКХ (академии коммунального хозяйства)

Скорость 12-15 м/ч.

4. Контактный осветитель

Скорость до 5 м/ч

Особенность: осуществляется полная очистка воды (коагуляция, отстаивание и фильтрация)

Цель – уничтожение микробов.

I. Химические методы обеззараживания.

3. Обеззараживание серебром – олигодинамическое действие металлов.

II. Физические методы

1. Ультрафиолетовые лучи.

Принцип: добавление препарата хлора в воду, получается HOCl (хлорноватистая кислота). Она диссоциирует на H + и OCl — (гипохлорид ион)

Вместе HOCl — и OCl — обозначаются как «активный хлор».

Бактерицидный эффект связан с угнетением ферментов в бактериальной клетке, катализирующих окислительно-восстановительные процессы, обеспечивающие бактериальную клетку энергией.

1. Бактерицидное действие – 1-2% активного хлора

2. Окисление органических веществ

3. Соединение со взвешенными веществами.

Остаточный хлор – показатель надежности обеззараживания. Он должен содержаться в любой воде в количестве 0,3-0,5мг.

Хлорпоглощаемость и остаточный хлор составляют хлорпотребность. Хлорпотребность это количество (в мг) активного хлора, необходимого для обеззараживания 1 литра воды.

Время: летом 30 мин, зимой — 1 ч.

Способы хлорирования воды:

1. Обычное хлорирование.

По хлорпотребности, определяемой лабораторным путем.

2. Двойное хлорирование.

Доза соответствует хлорпотребности, но делится на 2 части:

Для того, чтобы не было роста колоний на очистительных сооружениях.

3. Перехлорирование (суперхлорирование, гиперхлорирование).

Нет возможности определить хлорпотребность, поэтому изначально вводятся большие дозы.

4. Хлорирование с преаммонизацией.

Сначала вводят аммиак. Обеззараживание ведется хлораминами. Используют для воды, содержащей фенол.

5. Метод верденизации.

Хлорирование малыми дозами, но вода тщательно и постоянно перемешивается. Эффект – через 15 мин.

Плюсы: надежность обеззараживания. Доступный метод. Дешевый метод.

Минусы: изменение органолептических свойств, не погибают яйца гельминтов, споровые формы сибирской язвы, цисты дизентерийной амебы, вирус инфекционного гепатита. В воде происходит вторичное и третичное хлорирование, обладающее канцерогенным и мутагенным свойствами.

Наилучший метод с гигиенических позиций. Может использоваться как самостоятельный метод или после хлорирования.

Быстро протекают и интенсивнее.

— Надежный метод. Погибают вирусы полиомиелита и д.р.

— Быстрота (3-5 мин)

— Улучшение органолептических свойств.

— Мешают соли Fe и Cu.

— Отсутствие долговременного бактерицидного действия.

Способы введения Ag в воду:

1. Добавление солей серебра

2. Фильтрование через посеребряный песок

3. Электролитический метод

Доза серебра = 0,1 -1 мг/л

Продолжительность = 2 ч.

— Вода может долго храниться (хорошо при экспедициях и т.п.)

— Может быть ненадежным, если в воде много органических веществ.

— Широкий спектр бактерицидного действия

— Не изменяет органолептические свойства

— Происходит быстро (1-2 мин)

— Затрудняется очистка при изменении органолептических свойств (например, мутность). Лампы располагают над водой в слой 30 см и прозрачной.

— Возможность повторного заражения воды в водопроводной сети.

— Надежный (вегетативные формы погибают при температуре 80°С за 40 сек., при 30 мин погибают большинство спор).

— Невозможность использования для больших объемов воды

— Ухудшение вкуса воды

— Быстрое развитие микробов в кипяченой воде.

Специальные методы обработки.

1. Фторирование воды и дефторирование воды.

3. Омягчение воды.

4. Опреснение (когда много минеральных солей)

6. Дезодорация. Дезактивация. Дегазация.

Требование к воде: СанПиН – 01.

Зоны санитарной охраны:

1. Зона строгого режима

Место забора воды и водопроводная станция: территории огораживаются и охраняются. Жилые постройки запрещаются. Территория асфальтируется.

2. Зона ограничения

Вверх по течению от места забора: до 60 и > км (в зависимости от самоочищения водоема).

Вниз по течению: несколько сотен метров.

Регламентируется размещение населенных пунктов, промышленных предприятий, устанавливаются места для купания.

В прибрежной полосе 100-200 м от реки не должны использоваться ядохимикаты и навоз.

3. Зона наблюдения

Может охватывать весь бассейн реки.

В этой зоне: санитарно — эпидемический контроль над эпидемиологической обстановкой (заболеваемость населения, домашних и диких животных болезнями, имеющих водный путь передачи).

Улучшение качества воды

Качество питьевой воды — вопрос, который остро стоит на протяжении всей истории человечества. Суть проблемы в том, что и в природных источниках, и в трубах центрального водоснабжения она одинаково прозрачная. Что вовсе не означает отсутствие в составе вредных веществ, вредоносных микроорганизмов.

Для чего нужно улучшать качество воды

Самым доступным источником воды сейчас считается централизованная система водоснабжения. Ее используют в приготовлении горячей еды, напитков, для питья в сыром виде. И многим знакома ситуация, когда из крана бежит вода с неприятным запахом или «странным вкусом». Причина этого проста: забор часто идет из поверхностных источников с очисткой от механических примесей вроде песка и обеззараживанием хлором.

Процедура улучшения воды дает преимущества:

• полное удаление твердых нерастворимых частиц;
• очистка от солей магния, кальция, железа и тяжелых металлов;
• избавление от любых запахов, включая хлор;
• удаление органики, водорослей, патогенных микроорганизмов.

Очистка нужна даже при заборе воды из подземных, артезианских источников. Проблема состоит в том, что трубы изнутри постепенно покрываются ржавчиной, которая сама по себе начинает давать осадок и провоцирует скопление органических примесей, где развивается микрофлора. В результате только очисткой и улучшением уже после набора «из-под крана» удается получать качественную воду.

Методы улучшения качества питьевой воды

К основным способам улучшения воды относят осветление или обесцвечивание (удаление механической взвеси), обеззараживание. Методики применяют разные. Выбор зависит от качества источника, что приходится делать, чтобы получить воду по требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01, иных профильных стандартов.

Применяют методы улучшения воды:

1. Физические — магнитная, электромагнитная, ультразвуковая обработка или ионизирующее облучение;
2. Химические — комплексообразование, окисление, нейтрализация, осаждение;
3. Биологические — биофильтры, окислительные каналы, аэротенки, биологические пруды или поля фильтрации;
4. Физико-химические — обезжелезивание, ионообменная очистка, обратный осмос, сорбция, флотация, электродиализ.

Первый вариант относится к простым способам обработки. Он универсален, но малоэффективен в отношении биологических веществ. То же относится к второй категории современных методов улучшения качества воды. За счет химической обработки вода становится безопасной для организма, только в ней остаются примеси с характерным запахом и привкусом.

Методики биологического свойства нацелены на нейтрализацию органических соединений. Такие меры актуальны для сточных вод (бытовых, промышленных). Комплексный же подход с физико-химической обработкой дает очистку от механических взвесей, растворенных соединений вроде остатков хлорного дезинфектора и микроорганизмов.

Плюсы и минусы физико-химических методов улучшения и обеззараживания воды

Единственный нюанс такого способа улучшения качества воды — нужно оборудование с многоступенчатыми фильтрами, которые шаг за шагом отделяют «носитель» от механических, химических загрязнений, мельчайшей органики.

Обезжелезивание воды (с аэрацией)

В целях улучшения качества воды на начальном этапе воду пропускают через фильтр обезжелезивания и аэрационную колонну. Принцип действия установки основан на природном окислителе — кислороде. При смешивании распыленной водной массы с атмосферным воздухом происходит химическая реакция, в результате которой растворимые соли железа и марганца преобразуются в твердый, пусть и мелкодисперсный осадок. Далее этот осадок удаляется непосредственно на фильтре обезжелезивания с каталитической загрузкой.

Преимущества данного метода для улучшения качества воды:

• подходит для частных домовладений при заборе воды из индивидуальной скважины;
• система работает без затрат на химические реагенты, за счет окружающего воздуха;
• существуют компактное (в коттедж или баню), высокопроизводительное оборудование (для промышленности, предприятий сферы ЖКХ).

Из минусов такой схемы улучшения воды отмечают отсутствие функции обеззараживания. Но это не критично, если берут воду из индивидуальной скважины. При необходимости обработки больших объемов придется мириться с громоздкостью конструкции. Поэтому на промышленных предприятиях под водоочистительное оборудование выделяют отдельное помещение.

Ионообменная очистка воды

Ионный обмен — способ смягчения воды путем удаления солей, придающих жесткость. Относится к современным методам улучшения качества питьевой воды. Методика рассчитана на относительно чистый носитель, без механических примесей. Система работает за счет просачивания через специальный фильтр (ионит). Твердый осадок в оборудовании не появляется, все происходит на уровне химических реакций.

К преимуществам улучшения качества воды с помощью ионного обмена относят:

• не требуется механическая фильтрация от нерастворимых частиц солей магния, кальция;
• функции фильтров восстанавливаются промыванием в растворе поваренной соли;
• вода приобретает хорошие органолептические свойства (вкус, мягкость).

Недостаток такого улучшения показателей воды — необходимость утилизации отработанных фильтров и невысокая скорость обработки воды. Первое незаметно при маленьких объемах потребления, а второе компенсируется добавками с каталитическими свойствами.

Обратный осмос — специальный метод улучшения качества воды

Метод обратного осмоса подходит как для смягчения воды, так и ее очистки от коллоидных масс, бактерий и вирусов. В оборудовании такого типа установлена полупроницаемая мембрана, которая под воздействием гидростатического давления пропускает чистый носитель. Этот способ позволяет превращать морскую воду в пресную. Хотя на практике его используют и для обработки сточных и промышленных жидких отходов.

Преимущества данного способа улучшения и обеззараживания воды:

• универсальность технологии, сфера применения зависит лишь от мощности установки;
• высокая степень обессоливания (до 98%) при низких затратах энергии;
• доступная цена бытовых моделей очистительного оборудования.

Минус — вода на выходе больше похожа на дистиллированную (нет вообще вкуса). Промышленные установки дорогие, требуют затрат на очистку фильтров. Компенсирует недостаток высокая степень улучшения воды.

Обеззараживание воды

Методика основана на комбинации применения химических реагентов вроде хлора, озона, ценных металлов (например, золота) и физического воздействия — ультрафиолетовым, ультразвуковым облучением, термической, электроимпульсной обработкой.

• комплекс дает безопасную для использования воду независимо от качества источника;
• свободный выбор химических реагентов, способа физического обеззараживания;
• простота бытового применения с сохранением эффективности улучшения.

Недостаток метода улучшения и обеззараживания воды заключается в необходимости дополнительной очистки от механических частиц вроде песка, нерастворимых солей металлов. Технология больше рассчитана на избавление воды от активной органики, включая микроорганизмы.

Сорбция (угольные фильтры)

Сорбционные методы по улучшению качества питьевой воды основаны на избирательном поглощении загрязнений поверхностью или внутренним объемом сорбента. Чаще всего в его качестве используют угольные фильтры. При очистке эффективно удаляются поверхностно-активные вещества, пестициды, гербициды и фенолы.

Преимущества такого способа для улучшения качества воды:

• широкий выбор сорбентов от активированного угля до силикагеля, алюмогеля, цеолита;
• высокая степень очистки от разнообразных примесей, и природных, и искусственных;
• возможность регенерации большинства сорбирующих веществ.

Минус технологии улучшения воды с помощью сорбционных фильтров — маленькая скорость обработки, сложность конструкции фильтров проточного типа, если нужна высокая производительность.

Улучшение качества воды методом флотации

Методика флотации чаще используется при очистке сточных вод. Она рассчитана на то, что более крупные частицы всегда стремятся осесть на дно, а те, что легче носителя, плавают на поверхности. Последние за счет наполнения емкости пузырьками воздуха скапливаются в виде пенки, в которой содержится концентрат шлама.

Преимущества флотационного метода улучшения свойств воды:

• доступна очистка от маслянистых веществ, продуктов нефтепереработки, смол, полимерных материалов, донного ила;
• возможен непрерывный процесс со стабильным качеством результата;
• простая регулировка степени очистки в зависимости от гидрофобности мусора.

К минусам флотации для улучшения воды относят: не удаляются гидрофильные загрязнения, их придется убирать дополнительным фильтром механической очистки. Но это не всегда и требуется, например, если достаточно убрать из носителя полимерные примеси.

Электродиализ (электродеионизация)

Комплексная технология, где сочетаются мембранный и электрический процессы. Ее, как и ионный метод, используют для обессоливания воды. Благодаря ионоселективным мембранам на «другую сторону» проходит чистый дистиллят.

Преимущества электродиализа, как метода улучшения качества воды:

• в оборудовании отсутствуют движущиеся детали, что повышает срок эксплуатации в разы;
• минимальные потери носителя, растворы солей в установках прогоняются повторно вплоть до нужного качества;
• результат получается независимо от изначальной загрязненности воды.

Недостаток такой системы для улучшения воды один: узкая направленность методики, востребованность лишь для химической промышленности.