Вода на современных водопроводных станциях подвергается многоступенчатой очистке для удаления твердых примесей, волокон, коллоидных взвесей, микроорганизмов, для улучшения органолептических свойств. Максимально качественный результат достигается сочетанием двух технологий: механической фильтрации и химической обработки.
Особенности технологий очистки
Механическая фильтрация . Первый этап водоподготовки позволяет удалить из среды видимые твердые и волокнистые включения: песок, ржавчину и т. д. При механической обработке воду последовательно пропускают через ряд фильтров с уменьшающимся размером ячеек.
Химическая обработка . Технология используется для приведения химического состава и качественных показателей воды к норме. В зависимости от первоначальных характеристик среды обработка может включать несколько этапов: отстаивание, обеззараживание, коагуляцию, умягчение, осветление, аэрацию, деминерализацию, фильтрацию.
Методы химической очистки воды на водопроводных станциях
Отстаивание
На водопроводных станциях устанавливают специальные резервуары с переливным механизмом или устраивают железобетонные отстойники на глубине 4–5 м. Скорость движения воды внутри емкости поддерживается на минимальном уровне, причем верхние слои перетекают быстрее, чем нижние. В таких условиях тяжелые частицы оседают на дно резервуара и удаляются из системы через отводные каналы. В среднем на отстаивание воды уходит 5–8 часов. За это время оседает до 70 % тяжелых примесей.
Обеззараживание
Технология очистки направлена на удаление из воды опасных микроорганизмов. Установки обеззараживания присутствуют во всех без исключения водопроводных системах. Дезинфекция воды может выполняться облучением или добавлением химических реагентов. Несмотря на появление современных технологий, использование обеззаражи.вающих средств на основе хлора является предпочтительным. Причина популярности реагентов заключается в хорошей растворимости хлорсодержащих соединений в воде, способности сохранять активность в подвижной среде, оказывать дезинфицирующее действие на внутренние стенки трубопровода.
Коагуляция
Технология позволяет удалять растворенные примеси, которые не улавливаются фильтрующими сетками. В качестве коагулянтов для воды используют полиоксихлорид или сульфат алюминия, калийно-алюминиевые квасцы. Реагенты вызывают коагуляцию, то есть слипание органических примесей, крупных белковых молекул, планктона, находящегося во взвешенном состоянии. В воде образуются крупные тяжелые хлопья, которые выпадают в осадок, увлекая за собой органические взвеси, некоторые микроорганизмы. Для ускорения реакции на станциях очистки используют флокулянты. Мягкую воду подщелачивают содой или известью для быстрого образования хлопьев.
Умягчение
Содержание соединений кальция и магния (солей жесткости) в воде строго регламентировано. Для удаления примесей используют фильтры с катионными или анионными ионообменными смолами. Когда вода проходит через загрузку, ионы жесткости замещаются водородом или натрием, безопасным для здоровья человека и водопроводной системы. Поглощающая способность смолы восстанавливается обратной промывкой, но емкость уменьшается с каждым разом. Ввиду высокой стоимости материалов такая технология умягчения воды используется в основном на локальных очистных сооружениях.
Осветление
Методику используют для очистки поверхностных вод, загрязненных фульвокислотами, гуминовыми кислотами, органическими примесями. Жидкость из таких источников часто имеет характерный цвет, привкус, зеленовато-коричневый оттенок. На первом этапе воду направляют в смесительную камеру с добавлением химического коагулянта и хлорсодержащего реагента. Хлор разрушает органические включения, а коагулянты выводят их в осадок.
Аэрация
Технология используется для удаления из воды двухвалентного железа, марганца, других окисляющихся примесей. При напорной аэрации жидкость барботируется воздушной смесью. Кислород растворяется в воде, окисляет газы и соли металлов, выводя их из среды в виде осадка или нерастворимых летучих веществ. Аэрационная колонна наполняется жидкостью не полностью. Воздушная подушка над поверхностью воды смягчает гидроудары и увеличивает площадь контакта с воздухом.
Безнапорная аэрация требует более простого оборудования и проводится в специальных душевальных установках. Внутри камеры вода распыляется через эжекторы для увеличения площади контакта с воздухом. При высоком содержании железа аэрационные комплексы могут дополняться озонирующим оборудованием или фильтрующими кассетами.
Деминерализация
Технология используется для подготовки воды в промышленных водопроводных системах. Деминерализация выводит избыточное железо, кальций, натрий, медь, марганец и другие катионы и анионы из среды, увеличивая срок службы технологических трубопроводов и оборудования. Для очистки воды используют технологию обратного осмоса, электродиализа, дистилляции или деионизации.
Фильтрация
Воду фильтруют пропусканием через угольные фильтры, или углеванием. Сорбент поглощает до 95 % примесей, как химических, так и биологических. До недавнего времени для фильтрации воды на водопроводных станциях использовались прессованные картриджи, но их регенерация является достаточно дорогостоящим процессом. Современные комплексы включают порошкообразную или гранулированную угольную загрузку, которую просто высыпают в емкость. При перемешивании с водой уголь активно удаляет примеси, не изменяя своего агрегатного состояния. Технология более дешевая, но такая же эффективная, как блочные фильтры. Угольная загрузка выводит из воды тяжелые металлы, органику, поверхностно-активные вещества. Технология может применяться на очистных сооружениях любого типа.
Воду какого качества получает потребитель
Вода становится питьевой только после прохождения полного комплекса очистных мероприятий. Затем она поступает в городские коммуникации для доставки потребителю.
Необходимо учесть, что даже при полном соответствии параметров воды на очистных сооружениях санитарно-гигиеническим нормам в точках водоразбора ее качество может быть значительно ниже. Причина в старых, проржавевших коммуникациях. Вода загрязняется при прохождении по трубопроводу. Поэтому установка дополнительных фильтров в квартирах , частных домах и на предприятиях остается актуальным вопросом. Грамотно подобранное оборудование гарантирует соответствие воды нормативным требованиям и даже делает ее полезной для здоровья.
– это комплекс специальных сооружений, предназначенный для очистки сточных вод от содержащихся в них загрязнений. Очищенная вода либо используется в дальнейшем, либо сбрасывается в природные водоёмы (Большая советская энциклопедия).
Каждый населенный пункт нуждается в эффективных очистных сооружениях. От работы этих комплексов зависит, какая вода будет попадать в окружающую среду и как это в дальнейшем отразится на экосистеме. Если жидкие отходы не очищать вообще, то погибнут не только растения и животные, но и будет отравлена почва, а вредные бактерии могут попасть в организм человека и вызвать тяжелые последствия.
Каждое предприятие, имеющее токсичные жидкие отходы, обязано заниматься системой очистных сооружений. Таким образом, это отразится на состоянии природы, и улучшит условия жизни человека. Если очистные комплексы будут эффективно работать, то сточные воды станут безвредными при попадании в грунт и водоемы. Размеры очистных сооружений (далее – О.С.) и сложность очистки сильно зависят от загрязнённости сточных вод и их объёмов. Более подробно о этапах очистки сточных вод и видах О.С. читайте далее.
Этапы очистки сточных вод
Наиболее показательным в плане наличия этапов очистки воды являются городские или локальные О.С., рассчитанные на крупные населённые пункты. Именно хозяйственно-бытовые стоки наиболее сложны в очистке, так как содержат разнородные загрязнители.
Для сооружений по очистке воды из канализации характерно то, что они выстраиваются в определенной последовательности. Такой комплекс называется линией очистных сооружений. Схема начинается с механической очистки. Здесь чаще всего используются решетки и песколовки. Это начальный этап всего процесса обработки воды.
Это могут быть остатки бумаги, тряпки, вата, пакеты и другой мусор. После решеток в работу вступают песколовки. Они необходимы для того, чтобы задерживать песок, в том числе и крупных размеров.
Механический этап очистки сточных вод
Первоначально все воды из канализации поступают на главную насосную станцию в специальный резервуар. Этот резервуар призван компенсировать повышенную нагрузку в пиковые часы. А мощный насос равномерно нагнетает соответствующий объём воды для прохождения всех ступеней очистки.
улавливают крупный мусор более 16 мм – банки, бутылки, тряпки, пакеты, продукты питания, пластмассу и т.д. В дальнейшем этот мусор либо перерабатывается на месте, либо вывозится в места переработки твёрдых бытовых и промышленных отходов. Решетки представляют собой вид поперечных металлических балок, расстояние между которыми равно нескольким сантиметрам.
На самом деле они улавливают не только песок, но и маленькие камушки, осколки стекла, шлак и пр. Песок довольно быстро оседает на дно под действием силы тяжести. Затем осевшие частицы специальным устройством сгребается в углубление на дне, откуда и выкачивается насосом. Песок промывается и утилизируется.
. Здесь удаляются все примеси, которые всплывают на поверхность воды (жиры, масла, нефтепродукты и пр.) и. По аналогии с песколовкой, они также удаляются специальным скребком, только с поверхности воды.
4. Отстойники – важный элемент любой линии очистных сооружений. В них происходит освобождение воды от взвешенных веществ, в том числе от яиц гельминтов. Они могут быть вертикальными и горизонтальными, одноярусными и двухъярусными. Последние наиболее оптимальны, так как при этом вода из канализации в первом ярусе очищается, а осадок (ил), который там образовался, через специальное отверстие сбрасывается в нижний ярус. Каким же образом в таких сооружениях происходит процесс освобождения воды из канализации от взвешенных веществ? Механизм довольно прост. Отстойники представляют собой резервуары больших размеров круглой или прямоугольной формы, где происходит осаждение веществ под действием силы тяжести.
Для ускорения этого процесса можно использовать специальные добавки – коагулянты или флоккулянты. Они способствуют слипанию мелких частиц вследствие изменения заряда, более крупные вещества быстрее осаждаются. Таким образом, отстойники – это незаменимые сооружения для очистки воды из канализации. Важно учесть, что при простой водоподготовке они тоже активно используются. Принцип работы основан на том, что вода поступает с одного конца устройства, при этом диаметр трубы при выходе становится больше и ток жидкости замедляется. Все это способствует осаждению частиц.
механической очистки сточных вод могут использоваться в зависимости от степени загрязнённости воды и проекта конкретного очистительного сооружения. К ним относятся: мембраны, фильтры, септики и пр.
Если сравнивать этот этап с обычной водоподготовкой для питьевых целей, то в последнем варианте такие сооружения не применяются, в них нет необходимости. Вместо них происходят процессы осветления и обесцвечивания воды. Механическая очистка очень важна, так как в дальнейшем она позволит более эффективно провести биологическую очистку.
Биологические очистные сооружения сточных вод
Биологическая очистка может быть, как самостоятельным очистным сооружением, так и важным этапом в многоступенчатой системе больших городских очистительных комплексов.
Суть биологической очистки заключается в удалении из воды различных загрязнителей (органики, азота, фосфора и пр.) при помощи специальных микроорганизмов (бактерий и простейших). Эти микроорганизмы питаются вредными загрязнениями, содержащимися в воде, тем самым очищая её.
С технической точки зрения биологическая очистка осуществляется в несколько этапов:
– прямоугольный резервуар, где вода после механической очистки смешивается с активным илом (специальными микроорганизмами), который и очищает её. Микроорганизмы бывают 2 видов:
- Аэробные – использующие кислород для очистки воды. При использовании этих микроорганизмов воду перед попаданием в аэротенк необходимо обогащать кислородом.
- Анаэробные – НЕ использующие кислород для очистки воды.
Необходим для удаления неприятно пахнущего воздуха с последующей его очисткой. Этот цех необходим, когда объём сточных вод достаточно большой и/или очистные сооружения расположены вблизи населённых пунктов.
Здесь вода очищается от активного ила путём его отстаивания. Микроорганизмы оседают на дно, где при помощи придонного скребка транспортируются к приямку. Для удаления всплывающего ила предусмотрен поверхностный скребковый механизм.
Схема очистки включает в себя и сбраживание осадка. Из очистных сооружений важен метантенк. Он представляет собой резервуар для сбраживания осадка, который образуется при отстаивании в двухъярусных первичных отстойниках. В ходе процесса сбраживания образуется метан, который можно использовать в других технологических операциях. Образовавшийся ил собирается и вывозится на специальные площадки для тщательного просушивания. Для обезвоживания осадка нашли широкое применение иловые площадки и вакуум-фильтры. После этого он может утилизироваться или использоваться для других нужд. Сбраживание происходит под влиянием активных бактерий, водорослей, кислорода. В схему очистки воды из канализации могут входить и биофильтры.
Оптимальнее всего размещать их до вторичных отстойников, чтобы вещества, которые унеслись с током воды из фильтров, могли осаждаться в отстойниках. Целесообразно для ускорения очистки применять так называемые преаэраторы. Это устройства, которые способствуют насыщению воды кислородом для ускорения аэробных процессов окисления веществ и биологической очистки. Нужно отметить, что очистка воды из канализации условно разделена на 2 этапа: предварительную и заключительную.
Система очистных сооружений вместо полей фильтрации и орошения может включать и биофильтры.
– это устройства, где сточные воды очищаются, проходя через фильтр, содержащий активные бактерии. Он состоит из твердых веществ, в качестве которых может использоваться гранитная крошка, пенополиуретан, пенопласт и другие вещества. На поверхности этих частиц образуется биологическая пленка, состоящая из микроорганизмов. Они разлагают органические вещества. По мере загрязнения биофильтры нужно периодически очищать.
Сточные воды подаются в фильтр дозировано, в противном случае большой напор может погубить полезные бактерии. После биофильтров применяются вторичные отстойники. Ил, образованный в них, поступает частично в аэротенк, а остальная его часть – на илоуплотнители. Выбор того или иного способа биологической очистки и вида очистных сооружений во многом зависит от требуемой степени очистки сточных вод, рельефа, типа грунта и экономических показателей.
Доочистка сточных вод
После прохождения основных этапов очистки из сточных вод удаляется 90-95% всех загрязнений. Но оставшиеся загрязнители, а также остаточные микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности не позволяют сбрасывать эту воду в природные водоёмы. В связи с этим на очистных сооружениях и были введены различные системы доочистки сточных вод.
В биореакторах происходит процесс окисления следующих загрязнителей:
- органических соединений, которые были «не по зубам» микроорганизмам,
- самих этих микроорганизмов,
- аммонийного азота.
Происходит это путем создания условий для развития автотрофных микроорганизмов, т.е. превращающих неорганические соединения в органические. Для этого используются специальные пластмассовые засыпные диск с высокой удельной площадью поверхности. Проще говоря, эти диск с отверстием в центре. Для ускорения процессов в биореакторе используется интенсивная аэрация.
Фильтры очищают воду при помощи песка. Песок непрерывно обновляется в автоматическом режиме. Фильтрация осуществляется на нескольких установках путём подачи к ним воды снизу-вверх. Для того, чтобы не использовать насосы и не расходовать электричество эти фильтры устанавливают на уровне ниже чем другие системы. Промывка фильтров устроена таким образом, что не требует большого количества воды. Поэтому они занимают не такую большую площадь.
Обеззараживание воды ультрафиолетом
Дезинфекция или обеззараживание воды – важная составляющая, которая обеспечивает безопасность ее для водоема, в который она будет сброшена. Дезинфекция, то есть уничтожение микроорганизмов, является заключительным этапом очищения стоков канализации. Для обеззараживания могут применяться самые разнообразные способы: ультрафиолетовое облучение, действие переменного тока, ультразвук, гамма-облучение, хлорирование.
УФО – очень эффективный способ, с помощью которого уничтожается примерно 99% всех микроорганизмов, в том числе бактерий, вирусов, простейших, яиц гельминтов. Он основан на способности разрушать мембрану бактерий. Но этот метод не применяется так широко. Кроме того, его эффективность зависит от мутности воды, содержания в ней взвешенных веществ. И лампы УФО довольно быстро покрываются налётом из минеральных и биологических веществ. Для предотвращения этого предусмотрены специальные излучатели ультразвуковых волн.
Наиболее часто используется после очистных сооружений метод хлорирования. Хлорирование бывает разным: двойным, суперхлорированием, с преаммонизацией. Последнее необходимо для предупреждения неприятного запаха. Суперхлорирование предполагает воздействие очень больших доз хлора. Двойное действие заключается в том, что хлорирование осуществляется в 2 этапа. Это более характерно для водоподготовки. Метод хлорирования воды из канализации очень эффективен, кроме того, хлор обладает эффектом последействия, чем не могут похвастаться другие методы очистки. После обеззараживания стоки сливаются в водоем.
Очистка от фосфатов
Фосфаты – это соли фосфорных кислот. Они широко применяются в синтетических моющих средствах (стиральных порошках, средствах для мытья посуды и пр.). Фосфаты, попадая в водоёмы, приводят к их эвтрофикации, т.е. превращению в болото.
Очистка сточных вод от фосфатов осуществляется путём дозированного добавления специальных коагулянтов в воду перед сооружениями биологической очистки и перед песчаными фильтрами.
Вспомогательные помещения очистных сооружений
Цех аэрации
– это активный процесс насыщения воды воздухом, в данном случае путём пропускания пузырьков воздуха через воду. Аэрация используется во многих процессах в очистных сооружениях. Подача воздуха осуществляется одной или несколькими воздуходувками с частотными преобразователями. Специальные датчики кислорода регулируют количество подаваемого воздуха, чтобы его содержание в воде было оптимальным.
Утилизация избыточного активного ила (микроорганизмов)
На биологическом этапе очистки сточных вод образуется избыточный ил, так как микроорганизмы в аэротенках активно размножаются. Избыточный ил обезвоживается и утилизируется.
Процесс обезвоживания проходит в несколько этапов:
- В избыточный ил добавляется специальные реагенты , которые приостанавливают деятельность микроорганизмов и способствуют их сгущению
- В илоуплотнителе ил уплотняется и частично обезвоживается.
- На центрифуге ил отжимается и из него удаляются остатки влаги.
- Поточные осушители при помощи непрерывной циркуляции тёплого воздуха окончательно высушивают ил. Высушенный осадок имеет остаточную влажность 20-30%.
- Затем ил упаковывается в герметичные контейнеры и утилизируется
- Вода же, удалённая из ила, отправляется обратно к началу цикла очистки.
Очистка воздуха
К сожалению, очистные сооружения пахнут не самым лучшим образом. Особенно вонючим является этап биологической обработки сточных вод. Поэтому если очистное сооружение находится вблизи населённых пунктов или объём сточных вод велик настолько, что плохо пахнущего воздуха образуется очень много – нужно подумать об очистке не только воды, но и воздуха.
Очистка воздуха, как правило, проходит в 2 этапа:
- Первоначально загрязнённый воздух подается в биореакторы, где он соприкасается со специализированной микрофлорой, адаптированной для утилизации органических веществ, содержащихся в воздухе. Именно эти органические вещества являются причиной дурного запаха.
- Воздух проходит стадию обеззараживания ультрафиолетом для предотвращения попадания данных микроорганизмов в атмосферу.
Лаборатория на очистных сооружениях
Вся вода, которая выходит из очистных сооружений должна систематически контролироваться в лаборатории. Лаборатория определяет наличие в воде вредных примесей и соответствие их концентрации установленным нормам. В случае превышения того или иного показателя работники очистного сооружения проводят тщательный осмотр соответствующего этапа очистки. И в случае обнаружения неисправности устраняют её.
Административно-бытовой комплекс
Персонал обслуживающий очистное сооружение может достигать нескольких десятков человек. Для их комфортной работы и создаётся административно-бытовой комплекс в него входят:
- Мастерские по ремонту оборудования
- Лаборатория
- Диспетчерская
- Кабинеты административно-управленческого персонала (бухгалтерии, кадровой службы, инженерная и пр.)
- Кабинет руководителя.
Электроснабжение О.С. выполняется по первой категории надёжности. Так как длительная остановка работы О.С. из-за отсутствия электричества может вызвать выход О.С. из строя.
Для предотвращение аварийных ситуаций электроснабжение О.С. осуществляется из нескольких независимых источников. В отделении трансформаторной подстанции предусматривается ввод силового кабеля от городской системы электроснабжения. А также ввод независимого источника электрического тока, например, от дизельного генератора, на случай аварии в городской электросети.
Заключение
На основании всего вышесказанного можно сделать заключение о том, что схема очистных сооружений очень сложна и включает различные этапы очистки сточной воды из канализации. В первую очередь необходимо знать, что данная схема применяется только для бытовых сточных вод. Если же имеют место промышленные стоки, то в этом случае дополнительно включают специальные методы, которые будут направлены на снижение концентрации опасных химических веществ. В нашем случае схема очистки включает следующие основные этапы: механическую, биологическую очистку и обеззараживание (дезинфекцию).
Механическая очистка начинается с применения решеток и песколовок, в которых задерживается крупный мусор (тряпки, бумага, вата). Песколовки нужны для осаждения излишнего песка, особенно крупного. Это имеет большое значение для последующих этапов. После решеток и песколовок схема очистных сооружений воды из канализации включает использование первичных отстойников. В них под силой тяжести оседают взвешенные вещества. Для ускорения этого процесса нередко применяют коагулянты.
После отстойников начинается процесс фильтрации, который осуществляется главным образом в биофильтрах. Механизм действия биофильтра основан на действии бактерий, которые разрушают органические вещества.
Следующий этап – вторичные отстойники. В них ил, который унесло с током жидкости, оседает. После них целесообразно использовать метантенк, в нем сбраживается осадок и вывозится на иловые площадки.
Следующий этап – биологическая очистка с помощью аэротенка, полей фильтрации или полей орошения. Заключительный этап – дезинфекция.
Виды очистных сооружений
Для обработки воды применяются самые различные сооружения. Если планируется проводить данные работы в отношении поверхностных вод непосредственно перед их подачей в разводящую сеть города, то применяются следующие сооружения: отстойники, фильтры. Для сточных вод можно использовать более широкий круг устройств: септики, аэротенки, метантенки, биологические пруды, поля орошения, поля фильтрации и так далее. Очистные сооружения бывают нескольких видов в зависимости от их предназначения. Они отличаются не только объёмами очищаемой воды, но и наличием этапов её очистки.
Городские очистные сооружения
Данные О.С. являются самым крупными из всех, они применяются в крупных мегаполисах и городах. В таких системах применяют особо эффективные методы очистки жидкости, например, химическую обработку, метантанки, установки флотации Они предназначены для очистки городских сточных вод. Эти воды представляют собой смесь бытовых и производственных стоков. Поэтому загрязнителей в них весьма много, и они очень разнообразны. Воды очищаются до нормативов сброса в водоем рыбохозяйственного назначения. Нормативы регламентируются приказом Минсельхоза России от 13.12.2016 г. № 552 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения».
На данных О.С., как правило, используются все этапы очистки воды, описанные выше. Наиболее показательным является пример Курьяновских очистных сооружений.
Курьяновские О.С. являются крупнейшими в Европе. Его мощность составляет мощностью 2,2 млн.м3/сут. Они обслуживают 60% сточных вод города Москвы. История этих объектов уходит своими корнями в далёкий 1939 год.
Локальные очистные сооружения
Локальные очистные сооружения – это сооружения и устройства, предназначенные для очистки сточных вод абонента перед их сбросом в систему коммунальной канализации (определение дано Постановлением Правительства РФ от 12 февраля 1999 г. №167).
Существует несколько классификаций локальных О.С., например, существуют локальные О.С. подключаемые к центральной канализации и автономные. Локальные О.С. могут использоваться на следующих объектах:
- В небольших городах
- В поселках
- В санаториях и пансионатах
- На автомойках
- На приусадебных участках
- На производственных предприятиях
- И на прочих объектах.
Локальные О.С. могут быть весьма различны от небольших узлов до капитальных сооружений, которые ежедневно обслуживает квалифицированный персонал.
Очистные сооружения для частного дома.
Для утилизации сточных вод частного дома используется несколько решений. Все они имеют свои преимущества и недостатки. Однако выбор всегда остаётся за владельцем дома.
1. Выгребная яма . По правде говоря, это даже не очистное сооружение, а просто резервуар для временного хранения стоков. При заполнении ямы вызывается ассенизационная машина, которая выкачивает содержимое и отвозит его для дальнейшей переработки.
Эту архаичную технологию до сих пор используют из-за её дешевизны и простоты. Однако она имеет и существенные недостатки, которые, порой, сводят на нет все её достоинства. Сточные воды могут попадать в окружающую среду и подземные воды, тем самым загрязняя их. Для ассенизаторской машины нужно предусматривать нормальный подъезд, так как вызывать её придётся достаточно часто.
2. Накопитель . Представляет собой ёмкость из пластика, стеклопластика, металла или бетона, куда сливаются сточные воды и хранятся. Затем они выкачиваются и утилизируются ассенизаторской машиной. Технология аналогична выгребной яме, но воды не загрязняют окружающую среду. Минусом такой системы является тот факт, что весной при большом количестве воды в грунте накопитель может быть выдавлен на поверхность земли.
3. Септик – представляет собой большие емкости, в них такие вещества, как крупная грязь, соединения органики, камни и песок уходят в осадок, а такие элементы, как различные масла, жиры и нефтепродукты остаются на поверхности жидкости. Бактерии, которые обитают внутри септика, добывают кислород для жизни из выпавшего осадка, при этом снижают уровень азота в сточных водах. Когда жидкость выходит из отстойника, то становится осветленной. Затем ее очищают при помощи бактерий. Однако важно понимать, что в такой воде остается фосфор. Для окончательной биологической очистки могут применяться поля орошения, поля фильтрации или колодцы-фильтры, работа которых тоже основана на действии бактерий и активного ила. На этой площади нельзя будет выращивать растения с глубокой корневой системой.
Септик весьма дорог и может занимать большую площадь. Следует иметь ввиду, что это сооружение, которое предназначено для очистки небольшого количества бытовых сточных вод из канализации. Однако результат стоит затраченных средств. Более наглядно устройство септика отражено на рисунке ниже.
4. Станции глубокой биологической очистки
являются уже более серьёзным очистным сооружением в отличии от септика. Для работы этого устройства требуется электроэнергия. Однако и качество очистки воды составляет до 98%. Конструкция является достаточно компактной и долговечной (до 50 лет эксплуатации). Для обслуживания станции в верху, над поверхностью земли имеется специальный люк.
Ливневые очистные сооружения
Несмотря на то, что дождевая вода считается достаточно чистой, однако она собирает с асфальта, крыш и газонов различные вредные элементы. Мусор, песок и нефтепродукты. Для того, чтобы всё это не попадало в ближайшие водоёмы и создаются ливневые очистные сооружения.
В них вода проходит механическую очистку в несколько этапов:
- Отстойник. Здесь под действием силы тяжести Земли оседают на дно крупные частицы – камешки, осколки стекла, металлические детали и пр.
- Тонкослойный модуль. Здесь масла и нефтепродукты собираются на поверхности воды, где и собираются на специальных гидрофобных пластинках.
- Сорбционный волокнистый фильтр. Он улавливает всё то, что пропустил тонкослойный фильтр.
- Коалесцентный модуль. Он способствует отделению частиц нефтепродуктов, всплывающих на поверхность, размер которых больше 0,2 мм.
- Угольный фильтр доочистки. Он окончательно избавляет воду от всех нефтепродуктов, которые в ней остаются после прохождения предыдущих ступеней очистки.
Проектирование очистных сооружений
Проектирование О.С. определить их стоимость, правильным образом выбрать технологию очистки, обеспечить надежность работы конструкции, привести сточные воды к нормам качества. Опытные специалисты помогут найти эффективные установки и реагенты, составят схему очистки сточных вод и введут установку в эксплуатацию. Еще один важный момент – составление сметы, которая позволит планировать и контролировать расходы, а также внести коррективы в случае необходимости.
На проект О.С. сильно влияют следующие факторы:
- Объёмы сточных вод. Проектирование сооружений для приусадебного участка это одно, а проект сооружений для очистки сточных вод коттеджного посёлка – это другое. Притом нужно учитывать, что возможности О.С. должны быть больше текущего количества сточных вод.
- Местность. Сооружения для очистки сточных вод требуют подъезда специального транспорта. Также нужно предусмотреть электропитание объекта, отведение очищенной воды, расположение канализации. О.С. могут занимать большую площадь, однако они не должны создавать помех соседним зданиям, сооружениям, участкам дорогам и другим сооружениям.
- Загрязнённость сточных вод. Технология очистки ливневых вод сильно отличается от очистки хозяйственно-бытовых.
- Требуемый уровень очистки. Если заказчик хочет сэкономить на качестве очищаемой воды, то необходимо использовать простые технологии. Однако если нужно сбрасывать воду в природные водоёмы, то качество очистки должно быть соответственным.
- Компетентность исполнителя. Если Вы заказываете О.С. у неопытных компаний, то готовьтесь к неприятным сюрпризам в виде увеличения смет на строительство или вплывшего по весне септика. Это случается потому, что в проект забывают включить достаточно критичные моменты.
- Технологические особенности. Используемые технологии, наличие или отсутствие этапов очистки, необходимость возведения систем, обслуживающих очистное сооружение – всё это должно отражаться в проекте.
- Другое. Невозможно всё предусмотреть наперёд. По мере проектирования и монтажа очистного сооружения в проект плана могут вноситься различные изменения, которые нельзя было предусмотреть на начальном этапе.
Этапы проектирования очистного сооружения:
- Предварительные работы. Они включают изучение объекта, уточнение пожеланий заказчика, анализ сточных вод и пр.
- Сбор разрешительной документации. Этот пункт, как правило, актуален для возведения больших и сложных сооружений. Для их строительства необходимо получить и согласовать соответствующую документацию у надзорных инстанций: МОБВУ, МОСРЫБВОД, Росприроднадзор, СЭС, Гидромет и пр.
- Выбор технологии. На основании п. 1 и 2. происходит выбор необходимых технологий, используемых для очистки воды.
- Составление сметы. Затраты на строительство О.С. должны быть прозрачны. Заказчик должен точно знать сколько стоят материалы, какова цена устанавливаемого оборудования, какой фонд оплаты труда рабочих и т.д. Также следует учесть затраты на последующее обслуживание системы.
- Эффективность очистки. Несмотря на все расчёты результаты очистки могут быть далеки от желаемых. Поэтому уже на этапе планирования О.С. необходимо провести эксперименты и лабораторные исследования, которые помогут избежать неприятных неожиданностей после окончания строительства.
- Разработка и согласование проектной документации. Для начала возведения очистных сооружений необходимо разработать и согласовать следующие документы: проект санитарно-защитной зоны, проект нормативов допустимых сбросов, проект предельно допустимых выбросов.
Монтаж очистных сооружений
После того как проект О.С. был подготовлен и все необходимые разрешения были получены наступает стадия монтажа. Хотя монтаж дачного септика сильно отличается от строительства очистного сооружения коттеджного посёлка, однако всё равно они проходят несколько стадий.
Во-первых, подготавливается местность. Роется котлован для установки очистного сооружения. Пол котлована засыпается песком и утрамбовывается, либо бетонируется. Если очистное рассчитано на большое количество сточных вод, то как правило, оно возводится на поверхности земли. В таком случае заливается фундамент и на него уже устанавливается здание или сооружение.
Во-вторых, осуществляется монтаж оборудования. Оно устанавливается, подключается к системе канализации и водоотведения, к электрической сети. Этот этап очень важен так как он требует от персонала знаний специфики работы настраиваемого оборудования. Именно неправильным монтаж, чаще всего, становится причиной выхода из строя оборудования.
В-третьих, проверка и сдача объекта. После монтажа готовое очистное сооружение проходит проверку на качество очистки воды, а также на способность работать в условиях повышенной нагрузки. После проверки О.С. сдаётся заказчику или его представителю, а также, при необходимости, проходит процедуру государственного контроля.
Обслуживание очистных сооружений
Как и любое оборудование очистное сооружение тоже нуждается в обслуживании. В первую очередь из О.С. необходимо удалять крупный мусор, песок, а также избыточный ил, которые образуются в ходе очистки. На крупных О.С. количество и разновидность удаляемых элементов может быть значительно больше. Но в любом случае удалять их придётся.
Во-вторых, осуществляется проверка работоспособности оборудования. Неполадки в каком-либо элементе могут быть чреваты не только снижением качества очистки воды, но и выходом из строя всего оборудования.
В-третьих, в случае обнаружения поломки, оборудование подлежит ремонту. И хорошо, если оборудование будет на гарантии. Если же гарантийный срок истёк, то ремонт О.С. придётся осуществлять за свой счёт.
В связи с ростом объемов водопотребления и недо-статочностью источников подземных вод для целей водо-снабжения используются источники поверхностных вод, забираемых из рек и водоемов.
К качеству питьевой воды предъявляются требования в соответствии с нормами действующего стандарта. Вы-сокие требования предъявляются также и к качеству воды, идущей на технологические цели промышленных предприятий, так как от этого во многом зависит нор-мальное функционирование промышленных агрегатов и оборудования цехов.
Качество воды в источниках водоснабжения часто не соответствует предъявляемым требованиям, поэтому воз-никает задача его улучшения. Улучшение качества при-родной воды для хозяйственно-питьевых нужд и техно-логических целей достигается различными специальными методами ее обработки (очистки). В целях улучше-ния качества питьевой воды и ее очистки в составе современных водопроводов возводятся специальные ком-плексы очистных сооружений , объединяемые в водо-очистные станции .
Сточные воды также требуют очистки с целью устра-нения вредного их воздействия на внешнюю среду (водоемы, почву, подземные воды, воздух) и через нее на людей, животных, рыб, растения. Очистка сточных вод является одним из важнейших мероприятий по ох-ране природы, рек и водоемов от загрязнения. Она про-изводится на специальных комплексах канализационных очистных сооружений . Эти сооружения не только очи-щают воды от загрязнений, но и улавливают полезные вещества для использования их на основном производстве (в промышленности) или для использования как сырья в других производствах.
Необходимая степень очистки отводимых сточных вод, сбрасываемых в водоемы РФ, регламентируется «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» и «Основами водного законодатель-ства РФ».
В практике строительства возводятся комплексы очистных сооружений двух основных типов - водопро-водные и канализационные . Каждый из указанных типов очистных сооружений имеет свои разновидности, а так-же специфические особенности как по составу и устрой-ству отдельных сооружений, так и по технологическим процессам, происходящим в них.
Метод обра-ботки воды и состав водопроводных очистных сооруже-ний зависят от качества исходной воды, требований, предъявляем их к качеству питьевой воды, и принятой технологической схемы ее очистки.
Технологические процессы очистки воды включают ее осветление , обесцвечивание и обеззараживание . При этом вода коагулируется, отстаивается и фильтруется, а также проходит обработку хлором. Если качество ис-ходной воды позволяет отказаться от некоторых техно-логических процессов ее обработки, соответственно сокращается комплекс сооружений.
Изучение технологических схем очистки питьевой воды показывает, что основными методами осветления и обесцвечивания воды на водопроводных очистных со-оружениях являются отстаивание и фильтрование с предварительном обработкой воды реагентами (коагу-лянтами). Для отстаивания воды используются в основ-ном горизонтальные (реже вертикальные) отстойники или осветлители со взвешенным осадком, а для филь-трования - фильтры с различными видами фильтрую-щей загрузки или контактные осветлители.
В практике водопроводного строительства в нашей стране наибольшее распространение получили водоочист-ные сооружения , запроектированные, но технологической схеме, предусматривающей в качестве основных очист-ных сооружений горизонтальные отстойники и скорые фильтры.
Принятая единая технологическая схема очистки питьевой воды предопределила практически одинаковый состав основных и вспомогательных сооружений. Так, например, во все комплексы водоочистных станций , не-зависимо от их производительности и типа, входят сле-дующие сооружения: реагентное хозяйство со смесите-лем , камеры реакции ( хлопьеобразование ), горизон-тальные отстойники или осветлители , фильтры, резер-вуары для чистой воды , насосная станция II подъема с электроподстанцией, а также объекты подсобно-вспомо-гательного (производственного), административно-технического и культурно-бытового назначения.
. , как и водопровода, - это сложные комплексы инженерных сооружений, взаимо-связанных технологическим процессом очистки сточных вод. На очистных сооружениях сточные воды подвер-гаются механической, химической и биохимической (био-логической) очистке.
В процессе механической очистки из жидкой фазы сточных вод отделяются взвешенные вещества и гру-бые механические примеси путем процеживания, отстаи-вания и фильтрования. В некоторых случаях механиче-ская очистка является окончательной. Но чаще всего она служит лишь подготовкой для дальнейшей, например, биохимической очистки.
В комплекс очистных сооружений, предназначенных для механической очистки бытовых сточных вод , вхо-дят: решетки, предназначенные для задержания круп-ных веществ органического и минерального происхож-дения; песколовки для выделения тяжелых минеральных загрязнений (главным образом леска); отстойники для выделения осаждающихся веществ (в основном органи-ческих); хлораторная установка с контактными резер-вуарами, в которых происходит контакт осветленной сточной воды с хлором в целях уничтожения болезне-творных бактерий. В результате обработки поступаю-щих сточных вод на указанных сооружениях они после их дезинфекции могут быть отведены в водоем.
Схема химической очистки сточных вод отличается от механической введением перед отстойниками смеси-теля и реагентного хозяйства. При этом обрабатываемая сточная вода после решеток и песколовки поступает в смеситель, где к ней добавляется реагент для коагулирования, а затем в отстойник для осветления. Сточная вода из отстойника выпускается либо прямо в водоем, либо сперва на фильтр для дополнительного осветления, а потом в водоем. Сооружения для обработки осадка при химическое очистке такие же. как и при механиче-ской.
Биохимическая очистка сточных вод , в зависимости от местных условий, обычно осуществляется на трех ос-новных схемах сооружений: на полях орошения или по-лях фильтрации, на биофильтрах и в аэротенках. При первой схеме сточная водя, пройдя через решетки, по-ступает в песколовки и затем в отстойники для осветле-ния и дегельминтизации, откуда она направляется на поля орошения или поля фильтрации и затем в водоем. При второй схеме сточная вода сначала проходит через сооружения механической очистки и предварительной аэрации (преаэраторы), далее она поступает на био-фильтры, а затем во вторичный отстойник для выделе-ния из очищенной воды веществ, выносимых ил биофиль-тров. Очистка заканчивается дезинфекцией сточных вод перед спуском в водоем. При третьей схеме предвари-тельная очистка сточной воды производится на решет-ках, песколовках, преаэраторах и в отстойниках. После-дующая их очистка производится в аэротенках, затем во вторичных отстойниках и заканчивается дезинфек-цией, после чего вода сбрасывается в водоем. Выбор типа сооружений для биохимической очистки сточных вод производится в зависимости от ряда факторов, в том числе; требуемой степени очистки сточных вод, раз-мера площади под очистные сооружения (большая пло-щадь требуется для устройства полей орошения и го-раздо меньшая для аэротенков), характера грунтов, рельефа площади и др. Схему очистных сооружений выбирают с учетом экономических показателей - строи-тельной и эксплуатационной стоимости сооружений.
Перед тем как попасть в городские водопроводные сети и в краны потребителей, вода проходит тщательную предварительную очистку. Для приведения ее в состояние питьевой устанавливаются станции водоподготовки, которые позволяют убрать все вредные примеси, мусор, небезопасные для здоровья химические элементы. Однако даже самые высокотехнологичные установки не являются гарантией чистоты, поэтому нередко используются дополнительные домашние фильтры.
Особенности устройства и виды
Большинство городских жителей не удовлетворено качеством воды, которая подается через водные магистрали в краны. Причем в разных регионах химический состав жидкости и наличие в ней примесей различаются. Кто-то отмечает повышенную жесткость, кто-то - белый осадок из-за мела, а иногда чувствуется хорошо уловимый запах плесени или других непонятных веществ. Решением проблемы в большинстве случаев становится монтаж накопительных или проточных фильтров.
На самом деле перед тем как попасть к непосредственным потребителям, жителям населенных пунктов, на промышленные и другие объекты, вода проходит тщательную очистку. Процедура, в ходе которой она приводится в соответствие с санитарными нормами, называется водоподготовка. Питьевая вода на станции подается их природных водоемов, хранилищ, каналов. Процесс ее обработки зависит от дальнейшего использования: питье, бытовое использование, полив или технические нужды.
В отдельных населенных пунктах или регионах функционируют муниципальные станции химводоочистки. Это крупные объекты стационарного типа либо мобильные комплексы, представленные контейнерными, модульными и блочными системами.
Конструктивное устройство каждой установки зависит от того, от чего необходимо очистить воду. По методу фильтрации различают следующие виды станций:
- химические - предполагают обработку реагентами (хлор или озон), чтобы нейтрализовать все неорганические примеси (таким способом удаляются сульфаты, цианистые вещества, железо, нитраты, марганец);
- механические (физические) - пропускают потоки через фильтрующие системы мембранного или сетчатого типа для удержания и отсеивания посторонних частичек (бактерии, взвеси, соли тяжелых металлов);
- биологические - предусматривают введение в жидкость специальных микроорганизмов, которые уничтожают вредную и опасную органику (способ актуален для обеззараживания сточных вод);
- физико-химические - применяются на промышленных объектах и крупных станциях подготовки воды;
- ультрафиолетовые - предназначены для уничтожения патогенной микрофлоры и бактерий.
Все системы классифицируются также на бытовые и промышленные, различаются по производительности и принципу работы. На многих городских объектах устанавливаются по несколько фильтрующих систем, выполняющих разные функции одновременно.
Принцип действия
По пути из водоема в квартиру потоки воды проходят несколько этапов очистки. Однако не стоит при этом быть уверенным в том, что она становится идеально чистой и безопасной. В летнюю жару количество вредных бактерий и микроорганизмов существенно увеличивается. Именно из-за употребления воды из-под крана отмечается всплеск кишечных заболеваний и отравлений. В морозную погоду количество патогенной микрофлоры значительно сокращается, но нельзя списывать со счетов человеческий фактор и халатность сотрудников водоочистительных предприятий, изношенность оборудования и другие проблемы.
Стандартная процедура на станции водоочистки происходит в несколько этапов:
- механическая обработка - сначала из жидкости нужно убрать твердые, нерастворимые частички, примеси в виде ила, песка, травы и водорослей, а также мусора и остатков жизнедеятельности человека;
- аэрация - процесс растворения содержащихся газов, окисления железа (осуществляется аэрационной колонной и специальным компрессором);
- обезжелезивание - наиболее сложный и длительный этап, где используется дренажно-распределительное устройство с блоком автоматического управления (в корпус засыпается зернистый материал, на котором и окисляется железо сначала из двухвалентного в трехвалентное, а после - выпадает в осадок);
- смягчение - удаление из воды солей магний и кальция, которые делают ее жесткой (используется регенерирующий раствор соли и ионообменные смолы).
Завершающим этапом является пропуск через угольные фильтры. Они позволяют улучшить цвет и запах воды, делают вкус более приятным.
Обязательной процедурой на любой станции водоподготовки является обеззараживание - уничтожение бактериологических загрязнителей. В качестве реагентов применяются хлор или ультрафиолетовые стерилизующие установки. Однако в первом случае требуется дополнительная процедура по избавлению от остатков хлора, которые крайне опасны для здоровья.
Ультрафиолетовые лучи считаются более безопасными. Они способны проникать в каждую клетку микроорганизмов, разрушать их и полностью уничтожать. Таким образом, достигается максимальный обеззараживающий эффект. В большинстве городов все же предпочтение отдается промывке внутригородских сетей хлором. Об этом свидетельствует периодически появляющийся характерный запах в течение нескольких дней с периодичностью 2 раза в год.
Техническое оснащение городских сетей
Стационарные станции представляют собой огромные площадки с многочисленными узлами и механизмами. Современное оборудование функционирует полностью в автоматическом режиме, поэтому присутствие человека в рабочем процессе сведено к минимуму. Стандартная комплектация устройств включает:
- основной резервуар для приема жидкости - сюда она поступает через коммунальные каналы для первоначального накопления и грубой первоначальной очистки;
- насосы - агрегаты, обеспечивающие дальнейшее перемещение воды на рабочие подстанции;
- смесители - интегрированные в систему вихревые установки, которые отвечают за равномерное распределение добавляемых коагулянтов по всей массе (скорость в пределах 1,2 м/с);
- фильтры - специальные приспособления в виде сорбционных мембран;
- обеззараживающий узел - современные системы, на 95% изменяющие качественный состав.
Существует несколько разновидностей станций. Наиболее примитивные представляют собой конструкции блочного типа с замкнутыми системами, которые функционируют по принципу насосного оборудования.
Самые современные установки - это комплексные, модульные, многоступенчатые сооружения, которые включают и обеззараживание, и фильтрацию, и другие стадии, и оснащены распределительными каналами выводы. Важной особенностью таких систем является возможность их интеграции в крупные индустриальные объекты, а также изменение набора модулей и комплектующих.
Еще одна разновидность - специализированные, узконаправленные станции, которые выполняют только уничтожение бактерий, грибков, водорослей.
При выборе оборудования необходимо ориентироваться на разные критерии . Например, в домашних условиях достаточными являются установки с пропускной способностью 2−3 м3/час. Для промышленных объектов этот показатель должен рассчитываться из суточной потребности и составлять до 1 тыс. м3/час. Оптимальным давлением считается диапазон от 6 до 10 бар для крупных гидрологических узлов, для бытовых нужд - определяется индивидуально.
Необходимость применения
После использования водопроводной воды, которая прошла очистку в городских стационарных сооружениях, нередко наблюдается налет, например, в чайнике, на раковинах или в стиральной машине. Это легкий известковый налет, который необходимо регулярно чистить, чтобы он не превратился в известковый камень. Употреблять воду такого качества опасно для здоровья, так как рано или поздно это приводит к образованию камней в почках. Страдает от такого состава жидкости и бытовая техника. Стиральные и посудомоечные машины быстро выходят из строя, когда на нагревательных элементах регулярно образуется накипь.
Это далеко не все проблемы, которые возникают в результате использования воды низкого качества в бытовых условиях. Поэтому возникают дополнительные расходы, связанные с установкой очистительных мини-станций в своем доме или в квартире.
Одна из сфер применения установок водоподготовки - предприятия по производству пива. Здесь к жидкости предъявляются очень строгие требования, она является основным сырьем. Для получения 1 литра хмельного напитка потребуется 20 литров воды. Именно от ее качества зависит вкус готового продукта, его стойкость, мягкость, а также процесс брожения.
Основные методы улучшения качества природной воды и состав сооружений зависят от качества воды в источнике, от назначения водопровода. К основным методам очистки воды относятся:
1. осветление , которое достигается путем отстаивания воды в отстойнике или осветлителях для осаждения взвешенных частиц, находящихся в воде, и фильтрованием воды через фильтрующий материал;
2. обеззараживание (дезинфекция) для уничтожения болезнетворных бактерий;
3. умягчение – уменьшение в воде солей кальция и магния;
4. специальная обработка воды – обессоливание (опреснение), обезжелезивание, стабилизация – применяют, в основном для производственных целей.
Схема сооружений для подготовки питьевой воды с применением отстойника и фильтра показана на рис. 1.8.
Очистка природной воды для питьевых целей состоит из следующих мероприятий: коагулирование, осветление, фильтрование, обеззараживание с помощью хлорирования.
Коагулирование используетсядля ускорения процесса осаждения взвешенных веществ. Для этого в воду добавляют химические реагенты, так называемые коагулянты, которые вступают в реакцию с находящимися в воде солями, способствуя осаждению взвешенных и коллоидных частиц. Раствор коагулянта готовится и дозируется на установках, называемых реагентным хозяйством. Коагулирование является весьма сложным процессом. В основном коагулянты укрупняют взвешенные вещества путем их слипания. В качестве коагулянта в воду вводят соли алюминия или железа. Чаще используют сернокислый алюминий Al2(SO4)3, железный купорос FeSO4, хлорное железо FeCl3. Их количество зависит от рН воды (активная реакция воды рН определяется концентрацией водородных ионов: рН=7 среда нейтральная, рН>7-кислая, рН<7-щелочная). Доза коагулянта зависит от мутности и цветности воды и определяется согласно СНиП РК 04.01.02.–2001 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения». Для коагулирования используют мокрый способ дозирования реагентов. Коагулянт вводят в воду уже растворенный. Для этого имеется растворный бак, два расходных бака, где готовится раствор определенной концентрации путем добавления воды. Готовый раствор коагулянта подается в дозировочный бачок, имеющий поплавковый клапан, поддерживающий постоянный уровень воды. Затем из него раствор подается в смесители.
Рис. 1.8. Схемы станций водоподготовки: с камерой образования хлопьев, отстойниками и фильтрами (А); с осветлителем со взвешенным осадком и фильтрами (Б)
1 – насос первого подъема; 2 – реагентный цех; 3 – смеситель; 4 – камерахлопьеобразования; 5 – отстойник; 6 – фильтр; 7 – трубопровод для входа хлора; 8 – резервуар очищенной воды; 9 – насос второго подъема; 10 – осветлитель со взвешенным осадком
Для ускорения процесса коагулирования вводят флокулянты: полиакриламид, кремнекислоту. Наиболее распространены следующие конструкциисмесителей: перегородчатые, дырчатые и вихревые. Процесс смешивания должен проходить до образования хлопьев, поэтому пребывание воды в смесителе не более 2 минут. Смеситель перегородчатый – лоток с перегородками под углом 45°. Вода несколько раз меняет свое направление, образуя интенсивные завихрения, и способствует перемешиванию коагулянта. Дырчатые смесители – в поперечных перегородках имеются отверстия, вода, проходя через них, также образует завихрения, способствуя перемешиванию коагулянта. Вихревые смесители – вертикальные смесители, где перемешивание происходит за счет турбулизации вертикального потока.
Из смесителя вода поступает в камеру хлопьеобразования (камера реакций). Здесь она находится 10 – 40 минут для получения крупных хлопьев. Скорость движения в камере такая, что не происходит выпадение хлопьев и их разрушение.
Различают камеры хлопьеобразования: водоворотные, перегородчатые, лопастные, вихревые в зависимости от способа перемешивания. Перегородчатые – железобетонный резервуар разделяется перегородками (продольными) на коридоры. Вода проходит по ним со скоростью 0,2 – 0,3 м/с. Число коридоров зависит от мутности воды. Лопастные – с вертикальным или горизонтальным расположением вала мешалок. Вихревые – резервуар в виде гидроциклона (конические, расширяющиеся кверху). Вода поступает снизу и движется с уменьшающейся скоростью от 0,7 м/с до 4 – 5 мм/с, при этом периферийные слои воды втягиваются в основной, создается вихревое движение, что способствует хорошему перемешиванию и хлопьеобразованию. Из камеры хлопьеобразования вода поступает в отстойник или осветлители для осветления.
Осветление – это процесс выделения из воды взвешенных веществ при ее движении с малыми скоростями через специальные сооружения: отстойники, осветлители. Осаждение частиц происходит под действием силы тяжести, т.к. удельный вес частиц больше удельного веса воды. Источники водоснабжения имеют различное содержание взвешенных частиц, т.е. имеют разную мутность, следовательно, продолжительность осветления будет разной.
Различают отстойники горизонтальные, вертикальные и радиальные.
Горизонтальные отстойники используются при производительности станции более 30000 м 3 /сут., представляют собой прямоугольный резервуар с обратным уклоном дна для удаления скопившегося осадка путем обратной промывки. Подача воды осуществляется с торца. Относительно равномерное движение достигается устройством дырчатых перегородок, водосливов, сборных карманов, желобов. Отстойник может быть двухсекционным, при ширине секции не более 6 м. Время отстаивания – 4 часа.
Вертикальные отстойники – при производительности станции очистки до 3000 м 3 /сут. В центре отстойника имеется труба, куда подается вода. Отстойник круглый или квадратный в плане с коническим дном (a=50-70°). По трубе вода опускается вниз отстойника, а затем поднимается вверх с малой скоростью в рабочую часть отстойника, где через водослив собирается в круговом лотке. Скорость восходящего потока 0,5 – 0,75 мм/с, т.е. она должна быть меньше скорости осаждения взвешенных частиц. При этом диаметр отстойника не более 10 м, отношение диаметра отстойника к высоте осаждения равна 1,5. Число отстойников не менее 2-х. Иногда отстойник совмещают с камерой хлопьеобразования, которая располагается вместо центральной трубы. В этом случае вода поступает из сопла по касательной со скоростью 2 – 3 м/с, создавая условия для хлопьеобразования. Для гашения вращательного движения в нижней части отстойника устраивают решетки. Время отстаивания в вертикальных отстойниках – 2 часа.
Радиальные отстойники – это круглые резервуары с малоконическим дном, применяются в промышленном водоснабжении, при высоком содержании взвешенных частиц при производительности более 40000 м 3 /сут.
Вода подается в центр, а затем движется в радиальном направлении к сборному лотку по периферии отстойника, из которого отводится по трубе. Осветление также происходит за счет создания малых скоростей движения. Отстойники имеют небольшую глубину 3 – 5 м в центре, 1,5 – 3 м на периферии, диаметр 20 – 60 м. Осадок удаляют механизированным способом, скребками, не прекращая работу отстойника.
Осветлители. Процесс осветления в них происходит интенсивнее, т.к. вода после коагулирования проходит через слой взвешенного осадка, который поддерживается в таком состоянии током воды (рис. 1.9).
Частицы взвешенного осадка способствуют большему укрупнению хлопьев коагулянта. Крупные хлопья могут задержать больше взвешенных частиц в осветляемой воде. Такой принцип положен в основу работы осветлителей с взвешенным осадком. Осветлители при равных объемах с отстойниками имеют большую производительность, требуют меньше коагулянта. Для удаления воздуха, который может взмучивать взвешенный осадок, вода предварительно направляется в воздухоотделитель. В осветлитель коридорного типа осветляемая вода подается по трубе снизу и распределяется дырчатыми трубами в боковых отсеках (коридорах) в нижней части.
Скорость восходящего потока в рабочей части должна быть 1-1,2 мм/с, чтобы хлопья коагулянта находились во взвешенном состоянии. При прохождении через слой взвешенного осадка взвешенные частицы задерживаются, высота взвешенного осадка 2 – 2,5 м. Степень осветления выше, чем в отстойнике. Выше рабочей части находится защитная зона, где взвешенного осадка нет. Затем осветленная вода попадает в сборный лоток, из которого по трубопроводу подается на фильтр. Высота рабочей части (зоны осветления) – 1,5-2 м.
Фильтрование воды. После осветления вода фильтруется, для этого используют фильтры, имеющие слой фильтрующего мелкозернистого материала, в котором при прохождении воды задерживаются частицы мелкой взвеси. Фильтрующий материал – кварцевый песок, гравий, дробленый антрацит. Фильтры бывают скорые, сверхскоростные, медленные: скорые – работают с коагулированием; медленные – без коагулирования; сверхскоростные – с коагулированием и без.
Различают фильтры напорные (сверхскоростные), безнапорные (скорые и медленные). В напорных фильтрах вода через слой фильтра проходит под напором, создаваемым насосами. В безнапорных – под напором, созданным разностью отметок воды в фильтре и на выходе из него.
Рис. 1.9. Осветлитель со взвешенным осадком коридорного типа
1 – рабочая камера; 2 – осадкоуплотнитель; 3 – окна прикрытые козырьками; 4 – трубопроводы для подачи осветляемой воды; 5 – трубопроводы для выпуска осадка; 6 – трубопроводы для отбора воды из осадкоуплотнителя; 7 – задвижка; 8 – желоба; 9 – сборный лоток
В открытых (безнапорных) скорых фильтрах вода подается с торца в карман и проходит сверху вниз через слой фильтра и поддерживающий слой гравия, затем через дырчатое дно поступает в дренаж, оттуда по трубопроводу в резервуар чистой воды. Промывка фильтра проходит обратным током через отводящий трубопровод снизу вверх, вода собирается в промывных желобах, затем отводится в канализацию. Толщина фильтровой загрузки зависит от крупности песка и принимается 0,7 – 2 м. Расчетная скорость фильтрования – 5,5-10 м/ч. Время промывания – 5-8 минут. Назначение дренажа – равномерное отведение профильтрованной воды. Сейчас используют двухслойные фильтры, загружают вначале (сверху вниз) дробленый антрацит (400 – 500 мм), затем песок (600 – 700 мм), поддерживающий гравийный слой (650 мм). Последний слой служит для предотвращения вымывания фильтровой загрузки.
Кроме однопоточного фильтра (о котором уже сказано), используют двухпоточные, в которых подача воды осуществляется двумя потоками: сверху и снизу, отвод профильтрованной воды по одной трубе. Скорость фильтрования – 12 м/час. Производительность двухпоточного фильтра в 2 раза больше однопоточного.
Обеззараживание воды. При отстаивании и фильтровании задерживается большая часть бактерий до 95 %. Оставшиеся бактерии уничтожаются в результате обеззараживания.
Обеззараживание воды достигается следующими способами:
1. Хлорирование проводят жидким хлором и хлорной известью. Эффект хлорирования достигается при интенсивности перемешивания хлора с водой в трубопроводе или в специальном резервуаре в течение 30 минут. На 1 л фильтрованной воды вводят 2-3 мг хлора, а на 1л нефильтрованной воды – 6 мг хлора. Вода, поступающая к потребителю, должна содержать 0,3 – 0,5 мг хлора на 1 л, так называемый остаточный хлор. Обычно используют двойное хлорирование: до и после фильтрования.
Дозируют хлор в специальных хлораторах, которые бывают напорные и вакуумные. Напорные хлораторы имеют недостаток: жидкий хлор находится под давлением выше атмосферного, поэтому возможны утечки газа, который ядовит; вакуумные – не имеют этого недостатка. Хлор доставляется в сжиженном виде в баллонах, из него хлор переливают в промежуточный, где он переходит в газообразное состояние. Газ поступает в хлоратор, где растворяется в водопроводной воде, образуя хлорную воду, которая затем вводится в трубопровод, транспортирующий воду, предназначенную для хлорирования. При повышении дозы хлора в воде остается неприятный запах, такую воду надо дехлорировать.
2. Озонирование – это обеззараживание воды озоном (окисление бактерии атомарным кислородом, получаемым при расщеплении озона). Озон устраняет цветность, запахи и привкусы воды. Для обеззараживания 1л подземных источников необходимо 0,75 – 1 мг озона, 1 л фильтрованной воды поверхностных источников – 1-3 мг озона.
3. Ультрафиолетовое облучение производят с помощью ультрафиолетовых лучей. Этот способ используют для обеззараживания подземных источников с небольшими расходами и фильтрованной воды поверхностных источников. В качестве источников излучения служат ртутно-кварцевые лампы высокого и низкого давления. Различают напорные установки, которые устанавливают в напорных трубопроводах, безнапорные – на горизонтальных трубопроводах и в специальных каналах. Эффект обеззараживания зависит от продолжительности и интенсивности излучения. Этот метод не применяется для вод высокой мутности.
Водопроводная сеть
Водопроводные сети разделяются на магистральные и распределительные. Магистральные – транспортируют транзитные массы воды к объектам потребления, распределительные – подводят воду из магистралей к отдельным зданиям.
При трассировке водопроводных сетей следует учитывать планировку объекта водоснабжения, размещение потребителей, рельеф местности.
Рис. 1.10. Схемы водопроводных сетей
а – разветвленная (тупиковая); б – кольцевая
По очертанию в плане водопроводные сети различают: тупиковые и кольцевые.
Тупиковые сети используют для тех объектов водоснабжения, которые допускают перерыв в подаче воды (рис. 1.10, а). Кольцевые сети более надежны в работе, т.к. в случае аварии на одной из линий потребители будут снабжаться водой по другой линии (рис. 1.10, б). Противопожарные водопроводные сети обязательно должны быть кольцевыми.
Для наружного водопровода используют чугунные, стальные, железобетонные, асбестоцементные, полиэтиленовые трубы.
Чугунные трубы с антикоррозийным покрытием долговечны и применяются широко. Недостаток – плохое сопротивление динамическим нагрузкам. Чугунные трубы – раструбные, диаметром 50 – 1200 мм при длине 2 – 7 м. От коррозии трубы асфальтируют изнутри и снаружи. Заделку стыков выполняют просмоленной прядью при помощи конопатки, затем стык заделывают асбестоцементом с уплотнением при помощи молотка и чеканки.
Стальные трубы диаметром 200 – 1400 мм применяют при укладке водоводов и распределительных сетей при давлении больше 10 атм. Стальные трубы соединяют при помощи сварки. Водогазопроводные – на муфтах с резьбой. Снаружи покрываются стальные трубы битумной мастикой или крафт-бумагой в 1 – 3 слоя. По способу изготовления трубы различают: прямошовные сварные трубы диаметром 400 – 1400 мм, длиной 5 – 6 м; бесшовные (горячекатаные) диаметром 200 – 800 мм.
Асбестоцементные трубы выпускают диаметром 50 – 500 мм, длиной 3 – 4 м. Преимущество – диэлектричность (не подвергаются действию блуждающих электрических токов). Недостаток: подвергаются механическим воздействиям, связанным с динамическими нагрузками. Поэтому нужно соблюдать осторожность при транспортировке. Соединение – муфтовое с резиновыми кольцами.
Железобетонные трубы диаметром 500 – 1600 мм используются в качестве водоводов, соединение – пальцевое.
Полиэтиленовые трубы стойки против коррозии, прочны, долговечны, оказывают меньшее гидравлическое сопротивление. Недостаток – большой коэффициент линейного расширения. При выборе материала труб следует учитывать условия проектирования, климатические данные. На водопроводных сетях для нормальной эксплуатации устанавливают арматуру: запорно-регулирующую (задвижки, вентили), водоразборную (колонки, краны, гидранты), предохранительную (обратные клапаны, воздушные вантузы). В местах установки фасонных частей и арматуры устраивают смотровые колодцы. Водопроводные колодцы на сетях устраивают из сборного железобетона.
Расчет водопроводной сети заключается в установлении диаметра труб, достаточном для пропуска расчетных расходов, и определении потерь напора в них. Глубина заложения водопроводных труб зависит от глубины промерзания грунта, материала труб. Глубина заложения труб (до низа трубы) должна быть на 0,5 м ниже расчетной глубины промерзания грунта в данном климатическом регионе.
