В зависимости от качества исходной воды основным технологическим процессом может быть только фильтрование воды или отстаивание с последующим фильтрованием. О возможности безреагентного предварительного осаждения грубой извести было сказано выше.
Для осуществления основных технологических процессов могут быть использованы вертикальные или горизонтальные отстойники, осветлители со взвешенным осадком, а для фильтрования – контактные осветлители или фильтры с различными видами фильтрующих загрузок. Чтобы обеспечить качественное проведение основных технологических процессов, используют смесители, камеры хлопьеобразования, входные камеры с грубыми ситами, микрофильтры.
Для химической обработки воды коагулянты, известь, соду, хлор или его соединения, а для интенсификации основных процессов – кислоты, неорганические и органические флокулянты.
Дезинфекция воды может быть достигнута введением хлора или его производных, бактерицидным облучением, озонированием.
При проектировании технологической схемы решается важнейшая задача: выбор оптимального состава основных и вспомогательных сооружений. Ее сложность заключается в том, что получение воды питьевого качества может быть достигнуто при различном составе элементов очистной станции.
В настоящее время рекомендуется применять следующие технологические схемы для получения питьевой воды на городских водопроводах.
Схема 1. Одноступенчатая обработка воды. Основные устройства для осветления и обесцвечивания – контактные осветлители. Сооружения, обеспечивающие эффективное проведение основного технологического процесса: входные камеры с грубыми сетками, смеситель, реагентное хозяйство для заготовки растворов коагулянта, устройства для осуществления двойного хлорирования ( или озонирования ) воды.
Схема пригодна для станций любой производительности при условии, что содержание взвешенных в воде после ее химической обработки не превышает 150 мг / л, а цветность – 150 град платиново – кобальтовой шкалы.
При наличии в исходной воде планктона в схему перед смесителем могут быть введены микрофильтры.
Схема2 Двухступенчатая обработка воды. Основные сооружения, в которых последовательно осуществляются процессы осаждения взвеси и фильтрования – горизонтальные отстойники и скорые фильтры. Устройства для обеспечения основных технологических процессов: смесители, камеры хлопьеобразования, установки для заготовки растворов коагулянтов, извести, для производства двойного хлорирования ( или озонирования ) воды.
Схема экономически целесообразна для станции с расчетной производительностью более 50 000 м3 / сутки и может быть применена в диапазоне от 30 до 50 тыс. м3 / сутки. В последнем случае на выбор между горизонтальными отстойниками и осветлителями, как правило, решающее влияние оказывают местные условия строительства и эксплуатации сооружений (климатические условия, рельеф площадки строительства, глубин залегания грунтовых вод, наличие квалифицированных кадров в периоды строительства и эксплуатации, снабжение станции реагентами и пр. ).
Содержание взвешенных веществ и цветность воды, поступающей на обработку, ограничиваются возможностями накопления осадка в горизонтальных отстойниках. Если будет установлено, что накопление осадка за расчётный период приведет к нарушению нормального режима работы отстойника (к чрезмерному повышению горизонтальной скорости ), то необходимо предусмотреть предварительное безреагентное осаждение крупной взвеси в устройствах типа ковшей или в специальных открытых водоемах, заполняемых в периоды наибольшей мутности воды.
При механизированном удалении осадка из отстойников необходимость в предварительном отстаивании воды, как правило, отпадает, так как период накопления осадка может быть сокращен до 1 суток.
Для дополнительного улучшения и интенсификации работы основных сооружений могут применяться микрофильтры (при значительном содержании планктона ), обработка воды флокулянтами и подкисление (для создания оптимальных условий снятия цветности коагулированием ).
Схема 3 Двухступенчатая обработка воды. Для удержания и осаждения взвеси и фильтровании в схеме применены осветлители со взвешенным осадком и скорые фильтры. Для вспомогательных процессов используются смесители, воздухоотделители, устройства для заготовки растворов коагулянта, извести, производства двойного хлорирования или озонирования.
Экономическая целесообразность схемы проявляется на очистных станциях производительностью от 2000 до 30 000 м3 / сутки.
В отношении свойств воды, поступающей на обработку, применение схемы ограничивается содержанием взвешенных веществ (после введения реагентов ) от 100 до 2500 мг / л и цветность до 150 град. Дополнительными ограничениями являются круглосуточная работа станции, постоянная подача воды ( изменение расхода в ту или другую сторону не должно превышать в течение часа 15 % ) и повышенная стабильность температуры воды, поступающей на осветлители ( увеличение температуры воды в течение часа более чем на 1 не допускается).
Эффект обработки воды в случае необходимости может быть повышен применением микрофильтров (при наличии в воде планктона) и введением флокулянтов.
Схема 4. Двухступенчатая обработка воды на вертикальных отстойниках и скорых фильтрах. Прочие устройства те же, что и в схеме 2. Область применения ограничена производительностью до 3000 м3 / сутки, но может быть расширена до 30 000 м3 / сутки, когда применение осветлителей со взвешенным не может обеспечить стабильного эффекта осветления. Содержание взвешенных веществ и цветность не ограничиваются
Типы сооружений, включаемых в выбранную технологическую схему очистной станции, определяются особенностями их устройства и эксплуатации, условиями компактной и рациональной компоновки, возможностями размещения этих сооружений в соответствии с принятой общей высотной схемой станции и другими факторами, связанными со строительством и эксплуатацией. Эти вопросы рассматриваются в последующих главах.
Г Л А В А 3
Методы и сооружения осветления и обесцвечивания поверхностных вод.
3.1 Осветление и обесцвечивание воды коагулированием. Классификация взвешенных веществ. Устройства и расчет осветлителей.
Обработка воды коагулянтами применяется для очистки воды от взвешенных веществ, снижения цветности, а также для интенсификации осаждения карбоната кальция и гидроокиси магния при реагентом умягчении воды.
Наиболее часто обработка коагулянтами производится для очистки воды открытых водоемов. При этом наряду с освобождением воды от взвеси достигается удаление из воды коллоидных веществ, обусловливающих цветность воды, планктонных организмов, существенно снижается бактериальная загрязненность воды.
Нередко при обработке коагулянтом уменьшаются также запахи и привкусы воды.
В водах открытых водоемов взвешенные вещества чаще всего представляют собой частицы песка, глины, ила, планктонные организмы, продукты разрушения растений и т. п.
Взвешенные частицы, удельный вес которых больше единицы, стремятся осаждаться на дно сосуда. Однако наиболее мелкие частицы суспензий размерами от 3 – 4 до 0,1 мк и коллоидные частицы размерами от 0,1 до 0,001 мк практически не осаждаются, оставаясь в воде во взвешенном состоянии.
С приемлемой для техники отстаивания скоростью осаждаются только частицы крупнее 30 – 50 мк т.е не мельче илистых частиц. Мелкий ил, глинистые и коллоидные частицы без специальных мер выделить отстаиванием невозможно. Для их осаждения и применяют добавление к воде коагулянтов – веществ, образующих относительно крупные, быстро осаждающиеся хлопья, которые увлекают с собой при осуждении мелкодисперсную взвесь, загрязняющую воду.
Скорости осаждения в воде частиц кварца крупности например 10 мк, с удельным весом γ = 2,65 при температуре 15С, равна 0,1 мм/сек.
В таблице 3.1 приведена относительная коагулирующая способность катионов и анионов различной валентности. Следует иметь ввиду, что для положительно заряженных коллоидных частиц коагулирующими ионами являются анионы, а для отрицательно заряженных коллоидов – катионы.
Таблица 3.1
Относительная коагулирующая способность электролитов (коагулянтов ).
| Электролит(коагулянт ) | Относительная коагулирующая способность для коллоидов, заряженных. | |
| положительно | отрицательно | |
| NаСl | 1 | 1 |
| ВаСl2 | 1 | 30 |
| Nа2SO4 | 30 | 1 |
| Nа3РО4 | 1000 | 1 |
| МgSO4 | 30 | 30 |
| АlCl3 | 1 | 1000 |
| Аl2(SO4 )3 | 30 | 1000 |
| FeСl3 | 1 | 1000 |
| Fe2(SO4)3 | 30 | 1000 |
В таблице 3.2 приведена примерная классификация взвешенных веществ по гидравлической крупности.
Гидравлическая крупность взвешенных веществ природных вод.
Таблица 3.2
| Взвесь | гидравлическая крупность в мм / сек | приблизительный размер частиц взвеси в мм |
| песок: | ||
| крупный | 100 | 1 |
| средний | 50 | 0,5 |
| мелкий | 7 | 0,1 |
| Ил | 1,7 – 0,5 | 0,05 – 0,027 |
| мелкий ил | 0,07 – 0,017 | 0,01 – 0,005 |
| Глина | 0,005 | 0,0027 |
| тонкая глина | 0,0007 – 0,00017 | 0,001 – 0,0005 |
| коллоидные частицы | 0,000007 | 0,0001 – 0,000001 |
Предельно допустимое содержание взвешенных веществ в воде, подаваемой хозяйственно – питьевыми водопроводами, нормировано ГОСТом. Согласно этому ГОСТу содержание взвешенных веществ в питьевой воде должно быть не более 2 мг / л.
В последнее время в санитарно – технической литературе наблюдается тенденция к снижению предельно допустимой концентрации взвешенных веществ, так как считается, что это повышает санитарную безопасность воды в отношении вирусных инфекций.