Методи очищення води
Міністерство освіти України
Камський державний політехнічний інститут
з дисципліни «інженерні мережі»
МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ ВОДИ
Виконав: студент гр. 3305-У
Набережні Челни, 2003 р.
Проблема очищення води охоплює питання фізичних, хімічних та біологічних її змін у процесі обробки з метою зробити її придатною для пиття, тобто очищення та покращення її природних властивостей.
Основними методами очищення води для господарсько-питного водопостачання є освітлення, знебарвлення та знезараження.
Освітлення води шляхом осадження завислих речовин. Цю функцію виконують освітлювачі, відстійники та фільтри. У освітлювачах та відстійниках вода рухається із уповільненою швидкістю, внаслідок чого відбувається випадання в осад зважених частинок. З метою осадження дрібних колоїдних частинок, які можуть перебувати у зваженому стані невизначено довгий час, до води додають розчин коагулянту (зазвичай сірчанокислий алюміній, залізний купорос чи хлорне залізо). В результаті реакції коагулянту з солями багатовалентних металів, що містяться у воді, утворюються пластівці, що захоплюють при осадженні суспензії та колоїдні речовини.
Коагуляцією домішок води називають процес укрупнення дрібних колоїдних і завислих частинок, що відбувається внаслідок їхнього взаємного злипання під дією сил молекулярного тяжіння.
Фільтрування - найпоширеніший метод відокремлення твердих частинок від рідини. При цьому з розчину можуть бути виділені як дисперговані частинки, а й колоїди.
У процесі фільтрування відбувається затримання зважених речовин у порах фільтруючого середовища та вбіологічної плівки, що оточує частинки фільтруючого матеріалу. Вода звільняється від зважених частинок, пластівців коагулянту та більшої частини бактерій.
Знебарвлення води, тобто усунення або знебарвлення різних забарвлених колоїдів або повністю розчинених речовин може бути досягнуто коагулюванням, застосуванням різних окислювачів (хлор та його похідні, озон, перманганат калію) та сорбентів (активне вугілля, штучні смоли).
Знезараження води, або її дезінфекція, полягає у повному звільненні води від хвороботворних бактерій. Так як повного звільнення ні відстоювання, ні фільтрування не дають, для дезінфекції води застосовують хлорування та інші способи, описані нижче.
На прикладі типової схеми очисної станції водопроводу показаний комплекс елементів, що її складають (рис. 1.1).
Найголовніші з цих елементів такі:
Насосна станція першого підйому, що подає воду на очисні споруди.
Змішувач 2, що забезпечує перемішування розчину коагулянту, що надходить з реагентного господарства 3 з оброблюваною водою. У практиці застосовують гідравлічні та механічні типи змішувачів. На схемі показаний дірчастий змішувач, що є лоток з дірчастими перегородками, в якому відбувається перемішування води з розчином коагулянту.
Камера реакції 4, в якій завершується хімічна реакція та утворюються пластівці коагулянту. На схемі наводиться камера реакції, що міститься всередину вертикального відстійника. Пластівка у ній завершується протягом 10. 15 хв.
Відстійники 5, які в залежності від напрямку руху води поділяються на горизонтальні, вертикальні та радіальні. Горизонтальний відстійник у плані – прямокутник. глибина його 3. 5м. Вода рухається через відстійник зі швидкістю, яка не перевищує 5 мм/с, а при коагулюванні - 10 мм/с. З метою рівномірного розподілу потоку в поперечному перерізі відстійника передбачається конструктивна деталь, що забезпечує рівномірне надходження води у відстійник та відведення її, наприклад дірчаста стінка.
На станціях меншої продуктивності застосовують вертикальні відстійники, що складаються із двох циліндрів, вкладених один в інший. Діаметр зовнішнього циліндра - не більше 12 м. Відношення діаметра до висоти відстійника (D/H) приймають у межах 1,2. 2. Вода надходить у внутрішній циліндр, в якому знаходиться камера реакції, опускається вниз, потім освітлюється, піднімаючись у вертикальному напрямку вгору по середньому кільцевому простору зі швидкістю 0,5. 0,75 мм/с. Освітлена вода через жолоби відводиться трубою або каналом на фільтр.
Радіальні відстійники діаметром від 5 до 60 м займають середнє положення між горизонтальними та вертикальними відстійниками. Вода потрапляє в центральну частину відстійника і поступово зменшуючи швидкість, рухається в радіальному напрямку до лотка, розташованого вздовж периферійної частини, з якого відводиться.
Дно відстійника влаштовують з ухилом до грязьового приямку або лотка, звідки осад, що випав, безперервно або періодично видаляється насосом або самопливом скидається у водосток.
Освітлювачі, конструкція яких переважно не відрізняється від конструкції вертикального відстійника, дають значний ефект освітлення, дозволяючи при цьому знизити витрату коагулянту і скоротити розмір споруд. Вода, що освітлюється, проходить у висхідному русі шар осаду висотою 2. 2,5 м, що знаходиться у зваженому стані (так звана суспензійна сепарація).
В процесі роботиосвітлювача відбувається укрупнення пластівців коагулянту, що затримують частину суспензії. Нині освітлювачі широко застосовують як і міських, і у промислових водопроводах. У деяких випадках вертикальні відстійники переобладнують на освітлювачі.
Фільтрування полягає у пропуску води через фільтр 6, заповнений фільтруючим матеріалом (зазвичай кварцовим піском), покладеним шарами зростаючої зверху вниз крупності. Вода надходить на поверхню фільтра, рухається крізь шари матеріалу, що фільтрує, і дренажним пристроєм відводиться в резервуар чистої води. У процесі роботи фільтр заповнений водою рівня 1. 1.5 м над поверхнею фільтруючого матеріалу.
Фільтри робляться відкритими безнапірними та закритими напірними. Напірні фільтри є закритими сталевими резервуарами.
У швидких фільтрах, що застосовуються в даний час, швидкість проходження водою фільтруючого матеріалу, або швидкість фільтрації, дорівнює 6. 7 м/год на відміну від громіздких повільних фільтрів, що застосовувалися раніше, в яких швидкість фільтрації була менша в 50. 60 разів.
У запропонованих інститутом Вод-гео двошарових фільтрах поверх шару кварцового піску укладають шар дробленого антрациту, що дозволяє збільшити швидкість фільтрації до 9. 10 м/год відповідно подовжити робочий період фільтра.
Кількість фільтрів на очисній станції – не менше двох. Площа одного фільтра від 10.20 м2 на малих та середніх станціях, до 100 м2 і більше – на великих.
Після фільтрів вода може надходити безпосередньо до споживача.
Способи знезараження води.
Серед бактерій, що залишилися у воді після фільтрування, можуть бути хвороботворні. Знищення їх можна досягти: введенням у воду сильних окислювачів, здатних вбивати ферментибактеріальних клітин; нагріванням води до температури 80 ° С (пастеризація) - 100 ° С (стерилізація); опроміненням води ультрафіолетовими променями; озонуванням; впливом ультразвуком; введенням у воду срібла або інших металів, що мають олігодинамічну дію на мікроорганізми. Практичне застосування знайшли 1, 3 та 4-й методи.
Як окислювач можна використовувати хлор, йод, марганцево-кислий калій, перекис водню, гіпохлорит натрію і кальцію. Найчастіше застосовують рідкий хлор та хлорне вапно. Газоподібний хлор зріджують під тиском 0,6. 0,8 Па та в рідкому вигляді доставляють на водопровідну станцію в сталевих балонах вагою 25 кг. За допомогою спеціальних приладів - хлораторів хлор дозують і змішують з водою. Отримана в установці для знезараження 7 хлорна вода (рис. 11.1) надходить до резервуару чистої води 8. Звичайна доза хлору 1,0. 1,5 мг/л у разі попереднього хлорування до очисних споруд та 0,3. 0,5 мг/л при хлоруванні після фільтрів. У малих установках застосовують хлорне вапно. Для усунення запаху хлору до води, що обробляється, додають одночасно з хлором у невеликих кількостях аміак (амонізація води). Хлор, введений у воду, утворює хлорнувату кислоту і соляну кислоту за рівнянням С12 + Н2О = НОС1 + НС1. Хлорновата кислота НОС1 - з'єднання нестійке, що дисоціює з утворенням гіпохлоритного іона ОС1. При цьому окисну дію на органічні речовини, у тому числі і бактерії, виявляють як хлорувата кислота, так і гіпохлоритний іон. Соляна кислота з'єднується з карбонатами, що у воді.
Установка дезодорації води проектується перед фільтрами. Присмаки та запахи природних вод бувають природного та штучного походження, що обумовлює відмінність їххімічного складу та різноманітність методів обробки води для їх локалізації.
Для видалення з води речовин, що викликають небажані присмаки та запахи, застосовують такі методи її обробки: аерацію, окиснення хлором, озоном, перманганатом калію та іншими окислювачами; сорбцію активним вугіллям Аерація води є найпростішим способом її дезодорації, заснованим на леткості більшості речовин, що зумовлюють присмаки та запахи. Аерацію води здійснюють на градирнях, в бризкальних басейнах (див. гл. 12) до введення в неї окислювачів, щоб уникнути їх втрат.
Для видалення з води запахів, зумовлених життєдіяльністю мікроорганізмів та водоростей, успішно застосовують хлор та озон. З метою запобігання появі хлорфенольного запаху при хлоруванні води рекомендується застосовувати: перхлорування води (для окислення фенолів), преамонізацію (введення солей аміаку для зв'язування хлору) та комбіновану обробку води спільно з марганцевокислим калієм.