Виды систем водоснабжения
По характеру использования водных ресурсов различают следующие системы водоснабжения: получают воду из поверхностных (реки, озера, пруды и т. д.) и подземных источников (артезианские, родниковые и т. п.), используют и атмосферную (дождевая, талая).
По способу подачи воды системы водоснабжения могут быть самотечные (источник находится выше потребителей воды), с механической подачей (с помощью насосов) и зонные — вода в некоторые районы подается отдельными насосами.
Одну систему водоснабжения, обслуживающую ряд (группу) объектов, называют централизованной. Последняя характеризуется большой протяженностью водопроводной сети, наличием насосных станций, запасных резервуаров и водонапорных башен. Если каждый пункт в хозяйстве имеет отдельную схему водоснабжения, то ее называют децентрализованной или местной, локальной. Существуют системы водоснабжения, предназначенные для населенных пунктов (городов, поселков, сел), производственных и сельскохозяйственных нужд.
Загрязнение природной воды
Все загрязняющие вещества, поступающие в природные воды, вызывают в них различные качественные изменения, которые могут представлять собой следующее:
·изменение физических свойств воды (нарушение первоначальной прозрачности и цвета, появление неприятных запахов и привкусов и т. п.);
·изменение химического состава воды, в частности появление в ней вредных веществ;
·плавающие вещества на поверхности воды и отложения на дне;
·сокращение в воде количества растворенного кислорода вследствие расхода его на окисление поступающих в водоем органических веществ;
·появление микроорганизмов, в том числе патогенных.
Вредное воздействие на поверхностные и подземные воды оказывают нефть и ее производные. Они не только образуют пленки на поверхности водоемов, но и отложения на дне. Даже незначительное содержание нефти (0,2-0,4 мг/л) сопровождается появлением специфического запаха, не исчезающего после хлорирования и фильтрования воды. Присутствие нефтепродуктов особенно негативно влияет на рыб, вызывая их массовое заболевание и гибель. Содержание нефти в воде свыше 0,1 мг/л придает мясу рыб не устранимые ни при каких технологических обработках привкус и специфический запах.
Большую опасность представляют фенольные соединения, содержащиеся в сточных водах различных предприятий. Обладая сильными антисептическими свойствами, они нарушают биологические процессы в воде, придавая ей резкий, неприятный залах.
В последнее время отмечается загрязнение природных вод синтетическими поверхностно-активными веществами (СПАВ), содержащимися в сточных водах некоторых производств. Влияние СПАВ проявляется в увеличении в воде привкусов и запахов, образовании скоплений пены и ухудшении биохимической способности воды. Уже при небольших концентрациях СПАВ в воде прекращается рост водорослей и другой растительности.
Теплые воды, поступающие в водоисточники от различных энергетических установок, усиливают испарение и увеличивают ее минерализацию. Одновременно в воде накапливаются органические вещества с последующим их разложением. В результате уменьшается количество растворенного кислорода в воде, что отрицательно сказывается на растительности и живых организмах.
Значительный ущерб водоисточникам причиняют молевой сплав леса и древесные отходы в виде опилок, коры. Помимо непосредственного повреждения рыб и их нерестилищ бревнами, сучьями и ветками, вредное влияние на них оказывают выделяющиеся смолы и другие вещества. Медленно разлагаясь в воде, они поглощают кислород и вызывают гибель рыб и их икринок.
Наибольшую опасность для природных вод, здоровья людей, животных и рыб представляют различные радиоактивные отходы. Мелкие организмы, содержащие эти вещества в небольших дозах, поглощаются более крупными, в которых возникают уже опасные концентрации. Поэтому отдельные пресноводные рыбы в несколько тысяч раз радиоактивнее водной среды, в которой они обитают.
В настоящее время все сточные воды с радиоактивностью выше 100 кюри/л сливают в специальные подземные резервуары или закачивают в глубокие подземные бессточные бассейны. Кроме того, имеются и другие, более совершенные методы захоронения радиоактивных отходов, предупреждающие загрязнение природных вод.
Самоочищение воды
Открытые водоемы почти непрерывно подвергаются различным загряз нениям. Однако в крупных водоемах не наблюдается резкого ухудшения качества воды. Это объясняется тем, что вода рек, озер под влиянием различных физико-химических и биологических процессов обладает способностью самоочищаться.
Процесс самоочищения открытых водоемов протекает под влиянием разнообразных факторов, действующих одновременно в различных сочетаниях. К числу таких факторов следует отнести: гидрологические — разбавление и смешивание попавших загрязнений с основной массой воды; механические — осаждение взвешенных частиц; физические — влияние солнечной радиации и температуры; биологические — сложные процессы взаимодействия водных растительных и микроорганизмов с составными частями поступающих стоков; химические — превращение органических веществ в минеральные (минерализация).
В процессе самоочищения в воде отмирают сапрофиты и патогенные микроорганизмы в результате обеднения воды питательными веществами, бактерицидного действия ультрафиолетовых лучей, проникающих в толщу воды более чем на 1 м, влияния бактериофагов и антибиотических веществ, выделяемых сапрофитами, неблагоприятных температурных условий, антагонистического воздействия водных организмов и других факторов. Более интенсивно эти процессы протекают в теплое время года, а также в проточных водоемах, реках.
Существенное влияние на процессы самоочищения воды оказывает сапрофитная микрофлора и водные организмы. Некоторые представители микрофлоры обладают антагонистическими свойствами к патогенным микроорганизмам, вызывая их гибель.
Простейшие водные организмы, а также зоопланктон (рачки, коловратки и др.), пропуская воду через свой кишечник, уничтожают огромное количество бактерий. Бактериофаги, попавшие в водоем, также оказывают отрицательное воздействие на болезнетворные организмы.
Один из важных процессов самоочищения воды — минерализация органических веществ, т. е. их разложение, окисление. Хорошая аэрация воды (обогащение ее кислородом) обеспечивает активизацию окислительных, биологических и других процессов, способствует самоочищению. Скорость последней зависит от многих условий: количества загрязнений, поступивших в водоем, его глубины и скорости течения воды; температуры, содержания растворенного кислорода, состава микрофауны и флоры воды и т. д. Однако следует иметь в виду, что водоем обладает определенной способностью к самоочищению от загрязнений, но она не безгранична.
Самоочищение подземных вод происходит благодаря фильтрации через почву и за счет процессов минерализации, в результате вода полностью освобождается от органических загрязнений и микроорганизмов.
Очистка и обеззараживание воды
Очистка воды проводится на соответствующих сооружениях и направлена на улучшение ее органолёптических, физических, несколько меньше — химических и еще меньше — биологических (наличие микроорганизмов) свойств. Очистка воды включает ее осветление и обесцвечивание с помощью коагуляции, отстаивания и фильтрации.
Коагулирование — процесс укрупнения мельчайших коллоидных и взвешенных частиц, образования хлопьев. Различают два типа коагуляции: в свободном объеме (в камерах) толщи зернистого материала или в массе взвешенного осадка (контактно). При осветлении и обесцвечивании воды коагулирование осуществляют для интенсификации процессов осаждения и фильтрования. При этом из воды выделяются не только диспергированные примеси, но и вещества, находящиеся в коллоидном состоянии.
Из коагулянтов обычно применяют сернокислый алюминий. Доза его может быть различной в зависимости от рН воды, содержания бикарбонатов, гуминовых веществ, характера взвеси, мутности, цветности и колеблется от 30 до 200-300 мг на 1 л воды. Коагулянт добавляют в воду в виде порошка или 2-5% -го водного раствора.
Для ускорения процесса коагуляции мягкую воду, которая содержит мало бикарбонатов кальция, следует подщелачивать гашеной известью Са(ОН)2 или содой. Для этого также применяют высокомолекулярные вещества — флокулянты. Так, процесс коагуляции ускоряется после введения полиакриламида (ПАА) в дозе 0,5-1 мг на 1 л воды.
Отстаивание — осветление воды путем осаждения взвешенных примесей. Для этого воду пропускают с малой скоростью через специальные отстойники. Они могут быть естественными (озера) и искусственными (горизонтальными, вертикальными и радиальными).
Горизонтальные отстойники — прямоугольные железобетонные резервуары, в которых вода движется от одного торца к другому. Вертикальные отстойники — круглые или квадратные железобетонные резервуары, вода в них движется снизу вверх, взвеси осаждаются при восходящем потоке воды.
Радиальные отстойники — круглые железобетонные неглубокие резервуары, скорость движения воды в них изменяется от максимального значения в центре до минимального у периферии. При этом вода проходит через специальные распределительные устройства, движется в радиальном направлении к периферийному сборному желобу и отводится по трубам. Осадок удаляется при помощи вращающейся фермы со скребками, которые сгребают осадок к приямку в центре отстойника, откуда он удаляется по трубе.
Осветляют воду в специальных сооружениях — осветлителях различного типа. После коагуляции, отстаивания и осветления в воде могут оставаться мелкие хлопья, не осевшие в отстойниках, и мелкие взвешенные частицы. Для дальнейшей очистки воду фильтруют в специальных установках — фильтрах.