Методы улучшения качества воды позволяют освободить воду от микроорганизмов, взвешенных частиц, избытка солей, дурно пахнущих газов. Делятся на 2 группы: основные и специальные.

Основные: очистка и обеззараживание.

Гигиенические требования к качеству питьевой воды изложены в Санитарных правилах «Питьевая вода. Гигиенические….» (2001).

- Очистка. Цель – освобождение от взвешенных частиц и окрашенных коллоидов для улучшения физических свойств (прозрачность и цветность). Методы очистки зависят от источника водоснабжения. Меньше требуют очистки подземные межпластовые водоисточники. Вода открытых водоёмов подвержена загрязнению, поэтому они потенциально опасны.

Очистка достигается тремя мероприятиями:

- отстаивание: после прохождения воды из реки через водозаборные решетки, в которых остаются крупные загрязнители, вода поступает в большие емкости – отстойники, при медленном протекании через которые за 4-8 час. на дно выпадают крупные частицы.

- коагуляция: для осаждения мелких взвешенных веществ вода поступает в емкости, где коагулируется – добавляется в нее полиакриламид или сульфат алюминия, который под влиянием воды становится хлопьями, к которым прилипают мелкие частицы и адсорбируются красящие вещества, после чего они оседает на дно резервуара.

- фильтрация : вода медленно пропускается через слой песка и фильтрующую ткань или др. (медленные и скорые фильтры) – тут задерживаются оставшиеся взвешенные вещества, яйца гельминтов и 99% микрофлоры. Фильтры промываются 1-2 раза в сутки обратным током воды.

- Обеззараживание.

Для обеспечения эпидемической безопасности (уничтожение патогенных микробов и вирусов) вода обеззараживается: химическими или физическими методами.

Химические методы : хлорирование и озонирование.

А) Хлорирование в оды газом хлором (на крупных станциях) или хлорной известью (на мелких).

Доступность метода, дешевизна и надежность обеззараживания, а также многовариантность, т. е. возможность обеззараживать воду на водопроводных станциях, передвижных установках, в колодце, на полевом стане...

Эффективность хлорирования воды зависит от: 1) степени очистки воды от взвешенных веществ, 2) введенной дозы, 3) тщательности перемешивания воды, 4) достаточной экспозиции воды с хлором и 5) тщательности проверки качества хлорирования по остаточному хлору.

Бактерицидное действие хлора наибольшее в первые 30 мин и зависит от дозы и температуры воды – при низкой температуре дезинфекция удлиняется до 2 часов.

В соответствии с санитарными требованиями в воде после хлорирования должно оставаться 0,3-0,5 мг/л, остаточного хлора (не влияет на организм человека и органолептические св-ва воды).

В зависимости от примененной дозы различают:

Обычное хлорирование – 0,3-0,5 мг/л

Гиперхлорирование – 1-1,5 мг/л, в период эпидемической опасности. Далее активированный уголь-убрать лишний хлор.

Модификации хлорирования:

- Двойное хлорирование предусматривает подачу хлора на водопроводные станции дважды: перед отстойниками, а второй -после фильтров. Это улучшает коагуляцию и обесцвечивание воды, подавляет рост микрофлоры в очистных сооружениях, увеличивает надежность обеззараживания.

- Хлорирование с аммонизацией предусматривает введение в обеззараживаемую воду раствора аммиака, а через 0,5-2 минуты - хлора. При этом в воде образуются хлорамины, которые также обладают бактерицидным действием.

- Перехлорирование предусматривает добавление к воде больших доз хлора (10-20 мг/л и более). Это позволяет сократить время контакта воды с хлором до 15-20 мин и получить надежное обеззараживание от всех видов микроорганизмов: бактерий, вирусов, риккетсий, цист, дизентерийной амебы, туберкулеза.

До потребителя должна доходить вода с остаточным хлором не менее 0,3 мг\л

Б) Метод озонирования воды . В настоящее время является одним из перспективных(Франции, США, в Москве, Ярославле, Челябинске).

Озон (О3) - обусловливает бактерицидные свойства и происходит обесцвечивание и устранение привкусов и запахов. Косвенным показателем эффективности озонирования является остаточный озон на уровне 0,1-0,3 мг/л.

Преимущества озона перед хлором: озон не образует в воде токсических соединений (хлорорганических соединений), улучшает органолептические показатели воды и обеспечивает бактерицидный эффект при меньшем времени контакта (до 10 мин).

В) Обеззараживание индивидуальных запасов в домашних и полевых условиях применяются методы (химические и физические):

Олигодинамическое действие серебра. С помощью специальных приборов путем электролитической обработки воды. Ионы серебра обладает бактериостатическим действием. Микроорганизмы прекращают размножение, хотя остаются живыми и даже способными вызвать заболевание. Поэтому серебро в основном применяется для консервирования воды при длительном хранении ее в плавании, космонавтике и т. д.

Для обеззараживания индивидуальных запасов воды применяются таблетки, содержащие хлор: Аквасепт, Пантоцид…. .

Кипячение (5-30 мин), при этом многие химические загрязнения сохраняются;

Бытовые приборы- фильтры, обеспечивающие несколько степеней очистки;

Физические методы обеззараживания воды

Преимущество перед химическими: они не изменяют химического состава воды, не ухудшают ее органолептических свойств. Но из-за их высокой стоимости и необходимости тщательной предварительной подготовки воды в водопроводах применяется только ультрафиолетовое облучение,

- Кипячение (было, см)

- Ультрафиолетовое (УФ) облучение. Достоинства: в быстроте действия, эффективности уничтожения вегетативных и споровых форм бактерий, яиц гельминтов и вирусов, не образует запаха и привкуса. Бактерицидным действием обладают лучи с длиной волны 200-275 нм.

Введение

Литературный обзор

1 Требования к качеству питьевой воды

2 Основные методы улучшения качества воды

2.1 Обесцвечивание и осветление воды

2.1.1 Коагулянты - флокулянты. Применение на станциях водоподготовки

2.1.1.1 Aлюмосодержащие коагулянты

2.1.1.2 Железосодержащие коагулянты

3 Oбеззараживание питьевой воды

3.1 Химический способ обеззараживания

3.1.1 Хлорирование

3.1.2 Обеззараживание диоксидом хлора

3.1.3 Озонирование воды

3.1.4 Обеззараживание воды при помощи тяжелых металлов

3.1.5 Обеззараживание бромом и йодом

3.2 Физический способ обеззараживания

3.2.1 Ультрафиолетовое обеззараживание

3.2.2 Обеззараживание воды ультразвуком

3.2.3 Кипячение

3.2.4 Обеззараживание фильтрацией

Существующие положения

Постановка цели и задачи проекта

Предлагаемые мероприятия по повышению эффективности водоочистных сооружений г. Нижний Тагил

Расчетная часть

1 Расчетная часть существующих очистных сооружений

1.1 Реагентное хозяйство

1.2 Расчет смесителей и камер хлопьеобразования

1.2.1 Расчет вихревого смесителя

1.2.2 Вихревая камеры хлопьеобразования

1.3 Расчет горизонтального отстойника

1.4 Расчет скорых безнапорных фильтров с двухслойной загрузкой

1.5 Расчет хлораторной установки для дозирования жидкого хлора

1.6 Расчет резервуаров чистой воды

2 Расчетная часть предлагаемых очистных сооружений

2.1 Реагентное хозяйство

2.2 Расчет горизонтального отстойника

2.3 Расчет скорых безнапорных фильтров с двухслойной загрузкой

2.4 Расчет озонирующей установки

2.5 Расчет сорбционных угольных фильтров

2.6 Расчет установок для обеззараживания воды бактерицидным излучением

2.7 Обеззараживание NaClO (товарный) и УФ

Заключение

Библиографический список

Введение

Водоподготовка процесс сложный и требует тщательного продумывания. Существует очень много технологий и нюансов, которые прямо или косвенно повлияют на состав водоподготовки, ее мощность. Поэтому разрабатывать технологию, продумывать оборудование, этапы следует очень тщательно. Пресной воды на земле очень малое количество. Большую часть водных ресурсов земли составляет соленая вода. Главный недостаток соленой воды - невозможность использования ее в пищу, для стирки, бытовых нужд, производственных процессов. На сегодняшний день нет природной воды, которую можно было сразу использовать для нужд. Бытовые отходы, всевозможные выбросы в реки и моря, атомные хранилища, все это оказывает влияние на воду.

Водоподготовка питьевой воды очень важна. Вода, которую люди используют в повседневной жизни, должна отвечать высоким стандартам качества, она не должна наносить вред здоровью. Таким образом, питьевая вода - это чистая вода, которая не вредит здоровью человека и пригодна в пищу. Получить сегодня такую воду, затратно, но все же возможно.

Главная цель водоподготовки питьевой воды - очистить воду от грубодисперсных и коллоидных примесей, солей жесткости.

Целью работы является анализ работы существующей Черноисточинской водоочистной станции и предложения вариантов по ее реконструкции.

Произвести укрупненный расчет предложенных водоочистных сооружений.

1 . Литературный обзор

1.1 Требования к качеству питьевой воды

В Российской Федерации качество питьевой воды должно удовлетворять определенным требованиям, установленным СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода" . В Европейском Союзе (ЕС) нормы определяет директива "По качеству питьевой воды, предназначенной для потребления человеком" 98/83/ЕС . Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) устанавливает требования к качеству воды в "Руководстве по контролю качества питьевой воды 1992 г" . Также существуют нормы Агентства по охране окружающей среды США (U.S.EPA) . В нормах присутствуют незначительных отличия по различным показателям, но лишь вода соответствующего химического состава обеспечивает здоровье человека. Присутствие неорганических, органических, биологических загрязнений, а также повышенное содержание нетоксичных солей в количествах, превышающих указанные в представленных требованиях, приводит к развитию различных заболеваний.

Основные требования к питьевой воде заключаются в том, что она должна иметь благоприятные органолептические показатели, быть безвредной по своему химическому составу и безопасной в эпидемиологическом и радиационном отношении. Перед подачей воды в распределительные сети, в точках водозабора, наружной и внутренней водопроводных сетях качество питьевой воды должно соответствовать гигиеническим нормативам, представленных в таблице 1.

Таблица 1 - Требования к качеству питьевой воды

Показатели	Единицы измерения	СанПин 2.1.4.1074-01
Водородный показатель
Общая минерализация (сухой остаток)
Цветность
Мутность ЕМФ	мг/л (по каолину)	2,6 (3,5) 1,5 (2,0)		не более 0,1	не более 0,1
Жесткость общая
Окисляемость перманганатная
Нефтепродукты, суммарно
Фенольный индекс
Щелочность	мгНСО - 3 /л
Фенольный индекс
Алюминий (Аl 3+)
Азот аммонийный
Барий (Ва 2+)
Бериллий (Ве 2+)
Бор (В, суммарно)
Ванадий (V)
Висмут (Bi)
Железо (Fe, суммарно)
Кадмий (Сd, суммарно)
Калий (К +)
Кальций (Ca 2+)
Кобальт (Co)
Кремний (Si)
Магний (Mg 2+)
Марганец (Мn, суммарно)
Медь (Сu, суммарно)
Молибден (Мо, суммарно)
Мышьяк (Аs, суммарно)
Никель (Ni, суммарно)
Нитраты (по NO 3 -)
Нитриты (по NO 2 -)
Ртуть (Нg, суммарно)
Свинец (РЬ,
Селен (Sе, сум.)
Серебро (Ag +)
Сероводород (H 2 S)
Стронций (Sг 2+)
Сульфаты (S0 4 2-)
Хлориды (Сl -)
Хром (Сг 3+)				0,1 (всего)
Хром (Сг 6+)				0,1 (всего)
Цианиды (СN -)
Цинк (Zn 2+)
с.-т. - санитарно-токсикологический; орг. - органолептический

Проанализировав данные таблицы, можно заметить существенные различия по некоторым показателям, таким как жесткость, окисляемости, мутность и т.д.

Безвредность питьевой воды по химическому составу определяется ее соответствием нормативам по обобщенным показателям и содержанию вредных химических веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах на территории Российской Федерации, а также веществ антропогенного происхождения, получивших глобальное распространение (см. табл. 1).

Таблица 2 - Содержание вредных химических веществ, поступающих и образующихся в воде в процессе ее обработки в системе водоснабжения

Наименование показателя	Норматив, не более	Показатель вредности	Класс опасности
Хлор остаточный свободный, мг/дм 3	в пределах 0,3-0,5
Хлор остаточный общий, мг/дм 3	в пределах 0,8-9,0
Хлороформ (при хлорировании воды), мг/дм 3
Озон остаточный, мг/дм 3
Полиакриламид, мг/дм 3
Активированная кремнекислота (по Si), мг/дм 3
Полифосфаты (по РО 4 3-), мг/дм 3
Остаточные количества коагулянтов, мг/дм 3

1.2 Основные методы улучшения качества воды

1.2.1 Обесцвечивание и осветление воды

Под осветлением воды понимают удаление взвешенных веществ. Обесцвечивание воды - устранение окрашенных коллоидов или истинно растворенных веществ. Осветление и обесцвечивание воды достигается методами отстаивания, фильтрования через пористые материалы и коагулирования. Очень часто эти методы применятся в комбинации друг с другом, например, отстаивание с фильтрованием или коагулирование с отстаиванием и фильтрованием.

Фильтрование идет за счет задерживания взвешенных частиц снаружи или внутри фильтрующей пористой среды, тогда как осаждение - это процесс выпадения взвешенных частиц в осадок (для этого неосветленную воду задерживают в особых отстойниках).

Взвешенные частицы оседают под воздействием силы тяжести. Достоинство осаждения - отсутствие дополнительных энергетических затрат при осветлении воды, при этом скорость течения процесса прямо пропорционально зависит от размеров частиц. Когда отслеживается уменьшение размера частиц, наблюдается увеличение время осаждения. Эта зависимость действует и при изменении плотности взвешенных частиц. Осаждение рационально использовать для выделения тяжелых, крупных взвесей.

Фильтрование может обеспечить на практике любое качество для осветления воды. Но при данном способе осветления воды нужны дополнительные энергетические затраты, которые служат для уменьшения гидравлического сопротивления пористой среды, что способна накапливать взвешенные частицы и с течением времени увеличивать сопротивление. Для предотвращения этого желательно производить профилактическую чистку пористого материала, которая способна восстанавливать исходные свойства фильтра.

При увеличении в воде концентрации взвешенных веществ повышается и требуемый показатель осветления. Эффект осветления может быть улучшен при эксплуатации химической обработки воды, что требует использования вспомогательных процессов, таких как: флокуляция, коагуляция и химическое осаждение.

Обесцвечивание, наряду с осветлением, является одним из начальных стадий в обработки воды на водоочистных станциях. Этот процесс осуществляется путем отстаивания воды в емкостях со следующей фильтрацией через песчано-угольные фильтры. Для того чтобы быстрее шло осаждения взвешенных частиц, в воду добавляют коагулянты-флокулянты - алюминий серно-кислый или хлорное железо. Для увеличения скорости процессов коагуляции также используют химический препарат полиакриламид (ПАА), который увеличивает коагуляцию взвешенных частиц. После коагуляции, отстаивания и фильтрации вода становится прозрачной и, как правило, бесцветной, а также удаляются яица геогельминтов и 70-90 % микроорганизмов .

.2.1.1 Коагулянты - флокулянты. Применение на станциях водоподготовки

При реагентной очистке воды массово применяют aлюмо- и железосодержащие коагулянты.

1.2.1.1.1 Aлюмосодержащие коагулянты

В вoдoпoдгoтoвке применяют пoследующие алюминий coдержащие коагулянты: сульфaт aлюминия (СА), oкcихлoрид алюминия (ОХА), алюминат натрия и хлорид алюминия (табл. 3).

Таблица 3 - Алюмосодержащие коагулянты

Коагулянт
			Нерастворимых примесей
Сульфат алюминия неочищенный	Al 2 (SO 4)·18H 2 O
Сульфат алюминия очищенный	Al 2 (SO 4)·18H 2 O Al 2 (SO 4)·14H 2 O Al 2 (SO 4)·12H 2 O	>13,5 17- 19 28,5
Оксихлорид алюминия	Al 2 (OH) 5 ·6H 2 O
Алюминат натрия
Полиоксихлорид алюминия	Al n (OH) ь ·Cl 3n-m где n>13

Сульфат алюминия (Al 2 (SO 4) 3 ·18H 2 O) − тeхнически нeочищенное соeдинeниe, которое представляет coбой фрагменты серовато-зеленоватого цвета, получаемые при обработке серной кислотой бoкситoв, глин или нeфeлинoв. Оно должно иметь не меньше 9% Al 2 O 3 , что эквивалентно содержанию 30% чистого сульфата алюминия.

Очищенный СА (ГОСТ 12966-85) получают в форме плит серовато-перламутрового цвета из неочищенного сырья или глинозема путем растворения в серной кислоте. Он должен содержать не меньше 13,5% Al 2 O 3 , что эквивалентно содержанию 45% алюминия сульфата.

В России для oчиcтки воды производят 23-25%-ный рacтвoр сульфата алюминия. При использовании сульфата алюминия отпадает потребность в специально предназначенном оборудовании для растворения коагулянта, а также облегчается и становятся более доступными в цене и погрузочно-разгрузочные работы, и транспортирование.

При бoлее низких тeмпeратурах воздуха при обработке воды с высоким содержанием природных органических соединений применяют oкcихлорид алюминия. ОХА известен под разными наименованиями: пoлиалюминий гидрохлорид, хлоргидроксид алюминия, основной хлорид алюминия и др.

Кaтионный коагулянт ОХА способен oбразовывать сложные соединения с большим количеством веществ, coдержащихся в воде. Как показала практика, применения OXA имеет ряд преимуществ:

– OXA - частично гидролизованная соль - облaдает бoльшой cпоcобностью к полимеризации, что увеличивает хлопьеобразoвание и осаждение скоагулированной cмеси;

– OXA может быть использована в широком диапазоне pH (в cравнении с СА);

– при коагулировании OXA снижение щелочности несущественно.

Это снижает коррозионную активность воды, улучшаeт техническое положение водопроводов городской сети и сохраняет потребительские свойства воды, а также дает возможность полностью отказаться от щелочных агентов, что позволяет сэкономить их на средней водоочистной станции до 20 тонн ежемесячно;

– при высокой вводимой дозе реагента наблюдается низкое остаточное содержание алюминия;

– уменьшение дозы коагулянта в 1,5-2,0 раза (по сравнению с CA);

– сокращение трудоемкости и прочих затрат по содержанию, подготовке и дозированию реагента, позволяет улучшить санитарно-гигиенические условия труда.

Алюминат натрия NaAlO 2 - это твердые фрагменты белого цвета с перламутровым блеском на изломе, которые получают при помощи растворения гидроксида или оксида алюминия в растворе гидроксида алюминия. Сухое товарные изделие содержит 35% Nа 2 O, 55% Al 2 O 3 и до 5% свободной NаOH. Растворимость NaAlO 2 − 370 г/л (при 200 ºС).

Xлoрид алюминия AlCl 3 - белый порошок плотностью 2,47 г/см 3 , с температурой плавления 192,40 ºС. Из водных растворов образуется АlCl 3 ·6H 2 O с плотностью 2,4 г/см 3 . В качестве коагулянта в паводковый период при низких температурах воды применимo иcпoльзование гидроксида алюминия .

1.2.1.1.2 Железосодержащие коагулянты

При водоподготовке используют следующие железосодержащие коагулянты: хлорид железа, сульфаты железа(II) и железа(III), хлорированный железный купорос (табл. 4).

Таблица 4 - Железосодержащие коагулянты

Хлорид железа (FeCl 3 ·6H 2 O) (ГОСТ 11159-86) - это темные кристаллы с металлическим блеском, обладают сильной гигроскопичностью, поэтому перевозят его в герметичных железных контейнерах. Безводное хлорное железо производят хлорированием стальных стружек при температуре 7000 ºС, а также получают как вторичный продукт при изготовлении хлоридов металлов горячим хлорированием руд. Товарный продукт должен содержать не меньше 98% FeCl 3 . Плотность 1,5 г/см 3 .

Сульфат железа(II) (CЖ) FeSO 4 ·7H 2 O (купорос железный по ГOCT 6981-85) - это прозрачные кристаллы зеленовато-голубоватого цвета, которые легко буреют на атмосферном воздухе. Как товарную продукцию CЖ выпускают двух марок (A и Б), который содержит соответственно не менее 53% и 47% FeSO 4 , не более 0,25-1% свободной H 2 SO 4 . Плотность реагента − 1,5 г/см 3 . Этот коагулянт применим при pH > 9-10. Для того, чтобы уменьшить концентрацию растворённого гидроксида железа(II) при низких величинах pH, дополнительно проводят окисление двухвалентного железа до трёхвалентного.

Окисление гидроксида железа(II), который образуется при гидролизе CЖ при pH воды меньше 8, протекает медленно, что приводит к неполному его осаждению и коагулированию. Поэтому перед тем, как в воду добавят CЖ, дополнительно добавляют по отдельности или вместе известь или хлор. В связи с этим, СЖ используют, в основном, в процессе известкового и известково-содового умягчения воды, когда при значение pH 10,2-13,2 удаление магниевой жесткости солями алюминия не применимы.

Сульфат железа(III) Fе 2 (SО 4) 3 ·2H 2 О получают при растворении в серной кислоте оксида железа. Продукт имеет кристаллическую структуру, очень хорошо поглощает воду, хорошо растворим в воде. Плотность его − 1,5 г/см 3 . Применение солей железа(III) в роли коагулянта предпочтительнее по сравнению с сульфатом алюминия. При их использовании лучше протекает процесс коагуляции при низких температурах воды, на реакцию pН среда оказывает незначительное влиянии, увеличивается процесс декантатирования скоагулированных примесей и сокращается время отстаивания. Недостатком использования солей железа(III) как коагулянтов-флокулянтов является потребность точного дозирования, так как его нарушении является причиной проникновения железа в фильтрат. Хлoпья гидроксида железа(III) оседают неодинаково, поэтому в воде некоторое количество мелких хлопьев остается, которое впоследствии поступает на фильтры. Эти неисправности в некоторой мере удаляются при добавлении CA.

Хлорированный железный купорос Fe 2 (SO 4) 3 +FeCl 3 получают напрямую на водоочистных сооружениях при обработке раствора сульфата железа хлором.

Одно из основных положительных качеств солей железа как коагулянтов-флокулянтов - это высокая плотность гидроксида, которая дает возможность получение более плотных и тяжёлых хлопьев, опадающих в осадок с большой скоростью.

Коагуляция сточных вод солями железа не подходит, так как эти воды содержать фенолы, при этом получаются растворимые в воде феноляты железа. Помимо этого, гидроксид железа служит катализатором, который помогает окислению некоторых органических.

Смешанный алюможелезный коагулянт получают в пропорции 1:1 (по массе) из растворов сульфата алюминия и хлорного железа. Соотношение может меняться, исходя из условий рaботы oчиcтных аппаратов. Предпочтительность использования смешанного коагулянта - это увеличение производительности водоочистки при низких температурах воды и увеличение осадительных свойств хлопьев. Использование смешанного коагулянта дает возможность значительно уменьшить расход реагентов. Смешанный коагулянт можно добавлять как раздельно, так и изначально перемешав растворы. Первый метoд наибoлee предпочтителен при переходе от одной приемлемой пропорции коагулянтов к другой, но при втором способе - наиболее проще исполнять дозирование реагента. Однако затруднения, которые связаны с содержанием и изготовлением коагулянта, а также увеличение концентрации ионов железа в очищенной воде при необратимых изменениях технологического процесса, ограничивают использование смешанного коагулянта.

В некоторых научных трудах отмечают, что при использовании смешанных коагулянтов в некоторых случаях дают больший результат процесса опадения в осадок дисперсной фазы, лучшее качество очистки от загрязняющих веществ и уменьшение расхода реагентов.

При промежуточном отборе коагулянтов-флокулянтов как для лабораторных, так и для промышленных целей, нужно брать во внимание некоторые параметры:

Свойства очищаемой воды: pH; содержание сухого вещества; отношение неорганических и органических веществ и т. п.

Рабочий режим: реальность и условия быстрого смешивания; длительность реакции; время отстаивания и т. п.

Конечные результаты, которые нужны для оценки: твердые частицы; мутность; цвет; ХПК; скорость отстаивания .

1.3 Oбеззараживание питьевой воды

Обеззараживание - это комплекс мероприятий по уничтожению в воде болезнетворных бактерий и вирусов. Обеззараживание вoды по способу действия на микроорганизмы можно разделить на химические (реагентные), физические (бeзреагентные) и кoмбинированные. В первом случае в воду добавляют биологически активные химические соединения (хлор, озон, ионы тяжелых металлов), во втором - физическое воздействие (ультрафиолетовые лучи, ультразвук и т.п.), а в третьем случае применяют воздействия и физические и химические. Перед тем как воду обеззараживают, ее сначала фильтруют и (или) коагулируют. При коагуляции устраняются взвешенные вещества, яйца гельминтов, большая часть бактерий .

.3.1 Химический способ обеззараживания

При этом методе нужно правильно рассчитать дозу реагента, который вводится для обеззараживания, и определить его максимальную длительность с водой. Таким образом достигается стойкий обеззараживающий эффект. Дозу реагента можно определить исходя из расчетных методов или пробного обеззараживания. Чтобы достигнуть необходимый положительный эффект, определяют дозу реагента избыточного (остаточный хлор или озон). Это дает гарантию полного уничтожения микроорганизмов .

.3.1.1 Хлорирование

Самым частым применением в обеззараживании воды является метод хлорирования. Достоинства метода: эффективность большая, простое технологическое оборудование, дешевые реагенты, простота обслуживания.

Основное преимущество хлорирования - это отсутствие повторного роста микрooрганизмов в воде. При этом хлор берется в избытке (0,3-0,5 мг/л остатoчного хлора).

Параллельно обеззараживанию воды идет процесс окисления. В результате окисления органических веществ образуются хлорорганические соединения. Эти соединения токсичны, мутагенны и концерогенны .

.3.1.2 Обеззараживание диоксидом хлора

Преимущества диоксида хлора: антибактериальное и дезодорирующее свойство высокой степени, отсутствие хлорорганических соединений, усовершенствование органолептических свойств воды, решение транспортной проблемы. Недостатки диоксида хлора: дороговизна, сложность в изготовлении и используется на установках небольшой производительности.

Независимо от матрицы воды, которая обрабатывается, свойства диоксида хлора значительно сильнее, чем у простого хлора, что находится в той же концентрации. Он не образует токсичных хлораминов и производных метану. С точки зрения запаха или вкуса, качество того или иного продукта не меняется, а запах и привкус воды исчезают.

Благодаря восстановительному потенциалу кислотности, который является очень высоким, диоксид хлора оказывает очень сильное воздействие на ДНК микробов и вирусов, различных бактерии в сравнении с другими дезинфектантами. Можно также отметить, что потенциал окисления у этого соединение намного выше, чем у хлора, следовательно, при работе с ним, требуется меньшее количество других химических реагентов.

Дезинфекция с действием пролонгирования является отличным преимуществом. Все микробы, устойчивые к хлору, такие как легионеллы, ClO 2 уничтожает сразу полностью. Для борьбы с такими микробами необходимо применять специальные меры, поскольку они достаточно быстро приспосабливаются к различным условиям, которые, в свою очередь, могут быть смертельными для многих других организмов, несмотря на то, что большинство из них максимально устойчивы к дезинфектантам .

1.3.1.3 Озонирование воды

При этом методе озон разлагается в воде с выделением атомарного кислорода. Этот кислород способен разрушать ферментные системы клеток микроорганизмов, и окислять большинство соединений, придающих воде неприятный запах. Количество озона прямо пропорционально степени загрязнения воды. При воздействии озона в течение 8-15 мин его количество составляет 1-6 мг/л, а количество остаточного озона не должно превышать 0,3-0,5 мг/л. При несоблюдении этих норм высокая концентрация озона будет подвергать металл труб разрушению, а воде придавать специфический запах. С точки зрения гигиены этот метод обеззараживания воды является одним из самых лучших способов.

Озонирование нашло применение в централизованном водоснабжении, так как является энергозатратным, применяется сложная аппаратура и требуется высококвалифицированное обслуживание.

Метод обеззараживания воды озоном технически сложен и дорогостоящ. Технологический процесс состоит из:

стадии очистки воздуха;

охлаждения и сушки воздуха;

синтеза озона;

озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой;

отвода и деструкции остаточной озоновоздушной смеси;

вывода этой смеси в атмосферу.

Озон очень токсичное вещество. ПДС в воздухе производственных помещений составляет 0,1 г/м 3 . Помимо этого озоновоздушная смесь взрывоопасна .

.3.1.4 Обеззараживание воды при помощи тяжелых металлов

Преимуществом таких металлов (медь, серебро и др.) является способность оказывать обеззараживающее действие в малых концентрациях, так называемого олигодинамического свойства. Металлы поступают в воду методом электрохимического растворения либо непосредственно самих растворов солей.

Примером катионитов и активных углей, насыщенных серебром, служат С-100 Ag и С-150 Ag фирмы "Purolite". Они не допускают размножения бактерий при остановке воды. Катиониты компании ОАО НИИПМ-КУ-23СМ и КУ-23СП содержат больше серебра, чем предыдущие, и используются в установках маленькой производительности .

.3.1.5 Обеззараживание бромом и йодом

Этот метод широко применялся в начале XX в. Бром и йод обладают большими обеззараживающими свойствами, чем хлор. Однако они требуют более сложную технологию. При использовании в обеззараживании воды йод применяют особые иониты, которые насыщают йодом. Чтобы обеспечить необходимую дозу йода в воде, через иониты пропускают воды, таким образом, постепенно вымывается йод. Этот метод обеззараживания воды можно применять только для малогабаритных установок. Минусом является невозможность постоянного контроля концентрации йода, которая постоянно изменяется .

.3.2 Физический способ обеззараживания

При этом методе нужно привести к единице объема воды нужное количество энергии, которое является произведением интенсивности воздействия на время контакта.

Бактерии группы кишечнoй палочки (БГКП) и бактерии в 1 мл воды определяют зараженность воды микроорганизмами. Главный показатель этой группы - E. coli (показывает бактериальное загрязнение воды). БГКП имеет высокий коэффициент сопротивляемости обеззарaживанию воды. Он находится в воде, которая загрязнена фекалиями. Согласно СанПиН 2.1.4.1074-01: сумма имеющихся бактерий составляет не более 50 при неимении в 100 мл кoлиформных бактерий. Показатель зараженности воды - коли-индекс (присутствие E .coli в 1л. воды).

Действие ультрафиолетового излучения и хлора на вирусы (вируцидный эффект) по коли-индексу имеет разное значение при одинаковом эффекте. При УФИ воздействие сильнее, чем хлором. Для достижения максимального вируцидного эфекта доза озона составляет 0,5-0,8 г/л в течение 12 мин, а при УФИ - 16-40 мДж/см 3 при том же времени .

.3.2.1 Ультрафиолетовое обеззараживание

Это наиболее распространенный метод дезинфекции воды. Действие основано на воздействии УФЛ на клеточный обмен и на ферментные системы клетки микроорганизма. УФ-обеззараживание не меняет органолептических свойств воды, но при этом уничтожает споровые и вегетативные формы бактерий; не образует токсичных продуктов; очень эффективный метод. Недостатком является отсутствие последействия.

По капитальным значениям УФ-обеззараживание занимает среднее значение между хлорированием (больше) и озонированием (меньше). Наряду с хлорированием УФО использует небольшие эксплуатационные расходы. Низкий расход электроэнергии, а замена ламп - не более 10% от цены установки, и УФ-устанoвки для индивидуального водоснабжения наиболее привлекательны.

Загрязнение кварцевых чехлов ламп органическими и минеральными отложениями снижают эффективность работы УФ-установок. Автоматическая система очистки применяется в крупных установках путем циркуляции воды с добавлением пищевых кислот через установку. В других же установках очистка происходит механическим путем .

.3.2.2 Обеззараживание воды ультразвуком

Метод основан на кавитации, т. е. способность образования частот, которые создают большую разность давлений. Это приводит к гибели клетки микроорганизма через разрыв клеточной оболочки. Степень бактерицидности зависит oт интенсивности звуковых колебаний .

.3.2.3 Кипячение

Самый распространенный и надежный метод обеззараживания. При этом методе уничтожаются не только бактерии, вирусы и другие микроорганизмы, но и растворенные в воде газы, а также снижается жесткость воды. Органолептические показатели практически не изменяются.

Часто применяют для обеззараживания воды комплексный метод. Например, сочетание хлорирования с УФО позволяет обеспечить высокую степень очистки. Использование озонирования со щадящим хлорированием обеспечивает отсутствие вторичного биологического загрязнения воды и уменьшает токсичность хлорорганических соединений .

.3.2.4 Обеззараживание фильтрацией

Полностью очистить воду от микроорганизмов можно при помощи фильтров, если размеры пор фильтра меньше, чем размер микроорганизмов .

2. Существующие положения

Источниками хозяйственно-питьевого водоснабжения города Нижний Тагил являются два водохранилища: Верхне-Выйское, находящееся в 6 км от города Нижний Тагил и Черноисточинское, расположенное в черте поселка Черноисточинск (20 км от города).

Таблица 5 - Характеристики качества исходной воды водохранилищ (2012 г.)

	Компонент	Количество, мг/дм 3
	Марганец
	Алюминий
	Жесткость
	Мутность
	Перм. окисляемость
	Нефтепродукты
	Раствор. кислород
	Цветность

С Черноисточинского гидроузла вода подается на Гальяно-Горбуновский массив и в Дзержинский район после прохождения через очистные сооружения, включающие микрофильтры, смеситель, блок фильтров и отстойников, реагентное хозяйство, хлораторную. Подача воды с гидроузлов осуществляется распределительными сетями через насосные станции второго подъема с резервуарами и повысительные насосные станции.

Проектная производительность Черноисточинского гидроузла составляет 140 тыс. м 3 /сут. Фактическая производительность - (средняя за 2006 год) - 106 тыс. м 3 /сут.

Насосная станция I подъема расположена на берегу Черноисточинского водохранилища и предназначена для подачи воды из Черноисточинского водохранилища через очистные сооружения водопровода до насосной станции II-го подъема.

Вода в насосную станцию I-го подъема поступает через ряжевой оголовок по водоводам диаметром 1200 мм. На насосной станции происходит первичная механическая очистка воды от крупных примесей, фитоплактона - вода проходит через вращающуюся сетку типа ТМ-2000.

В машинном зале насосной станции установлены 4 насоса.

После насосной станции I-го подъема вода поступает по двум водоводам диаметром 1000 мм на микрофильтры. Микрофильтры предназначены для удаления планктонов из воды.

После микрофильтров вода самотеком поступает в смеситель вихревого типа. В смесителе происходит смешивание воды с хлором (первичное хлорирование) и с коагулянтом (оксихлорид алюминия).

После смесителя вода поступает в общий коллектор и распределяется на пять отстойников. В отстойниках происходит образование и отстаивание крупных взвесей с помощью коагулянта и оседание их на дно.

После отстойников вода поступает на 5 скорых фильтров. Фильтры с двухслойной загрузкой. Фильтры ежедневно промываются водой из промывного бака, который заполняется готовой питьевой водой после насосной станции II-го подъема.

После фильтров вода подвергается вторичному хлорированию. Промывная вода отводится в шламонакопитель, который расположен за санитарной зоной 1-го пояса.

Таблица 6 - Справка о качестве питьевой воды за июль 2015 года Черноисточинской распределительной сети

	Показатель	Единицы измерения	Результат исследований
	Цветность
	Мутность
	Жесткость общая
	Остаточный общий хлор
	Общие колиформные бактерии	КОЕ в 100 мл
	Термотолерантные колиформные бактерии	КОЕ в 100 мл

3. Постановка цели и задачи проекта

Анализ литературы и существующего положения водоподготовки питьевой воды в городе Нижний Тагил показали, что присутствуют превышения по таким показателям как мутность, перманганатная окисляемость, растворенный кислород, цветность, содержание железа, марганца, алюминия.

На основании измерений были сформулированы следующие цель и задачи проекта.

Целью проекта является анализ работы существующей Черноисточинской водоочистной станции и предложения вариантов по ее реконструкции.

В рамках поставленной цели были решены следующие задачи.

Произвести укрупненный расчет существующих водоочистных сооружений.

2. Предложить мероприятия по улучшению работы водоочистных сооружений и разработать схему реконструкции водоподготовки.

Произвести укрупненный расчет предложенных водоочистных сооружений.

4. Предлагаемые мероприятия по повышению эффективности водоочистных сооружений г. Нижний Тагил

1) Замена флокулянта ПАА на Praestol 650.

Praestol 650 - высокомолекулярный водорастворимый полимер. Активно используется для ускорения водоочистительных процессов, уплотнения осадков и их дальнейшего обезвоживания. Используемые в качестве электролитов химические реагенты снижают электрический потенциал молекул воды, вследствие чего частицы начинают объединяться друг с другом. Далее флокулянт выступает в роли полимера, который объединяет частицы в хлопья - "флоккулы". Благодаря действию Praestol 650, микрохлопья объединяются в макрохлопья, скорость осаждения которых в несколько сотен раз выше обычных частиц. Таким образом, комплексное воздействие флокулянта Praestol 650 способствует интенсификации осаждении твердых частиц. Данный химический реагент активно используется во всех водоочистительных процессах.

) Установка камерно-лучевого распределителя

Предназначен для эффективного смешения обрабатываемой воды с растворами реагентов (в нашем случае гипохлорита натрия), за исключением известкового молока. Эффективность действия камерно-лучевого распределителя обеспечивается за счет поступления части исходной воды через циркуляционный патрубок внутрь камеры, разбавления этой водой раствора реагента, поступающего внутрь камеры через реагентопровод (предварительное смешение), увеличения первоначального расхода жидкого реагента, способствующего его рассредоточению в потоке, равномерного распределения разбавленного раствора по сечению потока. Поступление в камеру исходной воды через циркуляционный патрубок происходит под действием скоростного напора, имеющего наибольшую величину в ядре потока.

) Оборудование камер хлопьеобразования тонкослойными модулями (увеличение эффективности очистки на 25 %). Для интенсификации работы сооружений, в которых процессы хлопьеобразования осуществляются в слое взвешенного осадка, могут использоваться тонкослойные камеры хлопьеобразования. По сравнению с традиционной флокуляцией в объеме взвешенный слой, образованный в замкнутом пространстве тонкослойных элементов, характеризуется более высокой концентрацией твердой фазы и устойчивостью к изменениям качества исходной воды и нагрузки на сооружения.

4) Отказаться от первичного хлорирования и заменить на озоносорбцию (озон и активированный уголь). Озонирование и сорбционную очистку воды следует применять в случаях, когда водоисточник имеет постоянный уровень загрязнения антропогенными веществами или высокое содержание органических веществ природного происхождения, характеризуемых показателями: цветность, перманганатная окисляемость и др. Озонирование воды и последующая сорбционная очистка на фильтрах с активным углем в сочетании с существующей традиционной технологией водоподготовки обеспечивают глубокую очистку воды от органических загрязнений и позволяют получить питьевую воду высокого качества, безопасную для здоровья населения. Учитывая неоднозначный характер действия озона и особенности применения порошкообразных и зернистых активных углей, в каждом случае необходимо проведение специальных технологических исследований (или изысканий), которые покажут целесообразность и эффективность использования данных технологий. Кроме того, в ходе таких исследований будут определены расчетно-конструктивные параметры методов (оптимальные дозы озона в характерные периоды года, коэффициент использования озона, время контакта озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой, тип сорбента, скорость фильтрования, время до реактивации угольной загрузки и режим реактивации с определением его аппаратурного оформления), а также другие технологические и технико-экономические вопросы применения озона и активных углей на водоочистных станциях.

) Водовоздушная промывка фильтра. Водовоздушная промывка обладает более сильным действием, чем водяная, и это дает возможность получить высокий эффект отмывки загрузки при небольших расходах промывной воды, в том числе и таких, при которых взвешивания загрузки в восходящем потоке не происходит. Эта особенность водовоздушной промывки позволяет: примерно в 2 раза сократить интенсивность подачи и общий расход промывной воды; соответственно снизить мощность промывных насосов и объемы сооружений для запаса промывной воды, уменьшить размеры трубопроводов для ее подачи и отвода; уменьшить объемы сооружений по обработке сбросных промывных вод и содержащихся в них осадков.

) Замена хлорирования на совместное использование гипохлорита натрия и ультрафиолета. На заключительном этапе обеззараживания воды УФ-излучение необходимо применять в сочетании с другими хлорреагентами для обеспечения пролонгированного бактерицидного эффекта в разводящих водопроводных сетях. Обеззараживание воды ультрафиолетовыми лучами и гипохлоритом натрия на водопроводных станциях является весьма эффективным и перспективным в связи с созданием в последние годы новых экономичных установок УФ-обеззараживания с улучшенным качеством источников излучения и конструкций реакторов.

На рисунке 1 представлена предлагаемая схема водоочистной станции г. Нижний Тагил.

Рис. 1 Предлагаемая схема водоочистной станции г. Нижний Тагил

5. Расчетная часть

.1 расчетная часть существующих очистных сооружений

.1.1 Реагентное хозяйство

1) Расчет дозы реагентов

;

где Д щ - количество щелочи, добавляемой для подщелачивания воды, мг/л;

е - эквивалентный вес коагулянта (безводного) в мг-экв/л, равный для Al 2 (SO 4) 3 57, FeCl 3 54, Fe 2 (SO 4) 3 67;

Д к - максимальная доза безводного сернокислого алюминия в мг\л;

Щ - минимальная щелочность воды в мг-экв/л, (для природных вод обычно равная карбонатной жесткости);

К - количество щелочи в мг/л, необходимое для подщелачивания воды на 1 мг-экв/л и равное для извести 28 мг/л, для едкого натра 30-40 мг/л, для соды 53 мг/л;

Ц - цветность обрабатываемой воды в градусах платино-кобальтовой шкалы.

Д к = ;

= ;

Так как ˂ 0, следовательно, дополнительного подщелачивания воды не требуется.

Определим необходимые дозы ПАА и ПОХА

Расчетная доза ПАА Д ПАА = 0,5 мг/л (табл. 17) ;

) Расчет суточных расходов реагентов

1) Расчет суточного расхода ПОХА

Готовим раствор 25 % концентрации

2) Расчет суточного расхода ПАА

Готовим раствор 8 % концентрации

Готовим раствор 1 % концентрации

) Склад реагентов

Площадь склада для коагулянта

.1.2 Расчет смесителей и камер хлопьеобразования

.1.2.1 Расчет вихревого смесителя

Вертикальный смеситель применяется на водоочистных станциях средней и большой производительности при условии, что на один смеситель будет приходиться расход воды не свыше 1200-1500 м 3 /ч. Таким образом, на рассматриваемой станции нужно установить 5 смесителей.

Часовой расход воды с учетом собственных нужд очистной станции

Часовой расход воды на 1 смеситель

Секундный расход воды на один смеситель

Площадь горизонтального сечения в верхней части смесителя

где - скорость восходящего движения воды, равная 90-100 м/ч.

Если принять верхнюю часть смесителя в квадратном плане, то сторона ее будет иметь размер

Трубопровод, подающий обрабатываемую воду в нижнюю часть смесителя с входной скоростью должен иметь внутренний диаметр 350 мм. Тогда при расходе воды входная скорость

Так как внешний диаметр подводящего трубопровода равен D=377 мм (ГОСТ 10704 - 63), то размер в плане нижней части смесителя в месте примыкания этого трубопровода должен быть 0,3770,377 м, а площадь нижней части усеченной пирамиды составит .

Принимаем величину центрального угла α=40º. Тогда высота нижней (пирамидальной) части смесителя

Объем пирамидальной части смесителя

Полный объем смесителя

где t - продолжительность смешения реагента с массой воды, равная 1,5 мин (менее 2 мин).

Объем верхней части смесителя

Высота верхней части смесителя

Полная высота смесителя

Сбор воды производится в верхней части смесителя периферийным лотком через затопленные отверстия. Скорость движения воды в лотке

Вода, протекающая по лоткам в направлении бокового кармана, разделяется на два параллельных потока. Поэтому расчетный расход каждого потока будет:

Площадь живого сечения сборного лотка

При ширине лотка расчетная высота слоя воды в лотке

Уклон дна лотка принят .

Площадь всех затопленных отверстий в стенках сборного лотка

где - скорость движения воды через отверстие лотка, равная 1 м/сек.

Отверстия приняты диаметром =80 мм, т.е. площадью =0,00503 .

Общее потребное количество отверстий

Эти отверстия размещаются по боковой поверхности лотка на глубине =110 мм от верхней кромки лотка до оси отверстия.

Внутренний диаметр лотка

Шаг оси отверстий

Расстояние между отверстиями

.1.2.2 Вихревая камеры хлопьеобразования

Расчетное количество воды Q сут = 140 тыс. м 3 /сутки.

Объем камеры хлопьеобразования

Число камер хлопьеобразования N=5.

Производительность одной камеры

где - время пребывания воды в камере, равное 8 мин.

При скорости восходящего движения воды в верхней части камеры площадь поперечного сечения верхней части камеры и ее диаметр равны

При скорости входа диаметр нижней части камеры и площадь ее поперечного сечения равны:

Принимаем диаметр нижней части камеры . Скорость входа воды в камеру составит .

Высота конической части камеры хлопьеобразования при угле конусности

Объем конической части камеры

Объем цилиндрической надставки над конусом

5.1.3 Расчет горизонтального отстойника

Начальное и конечное (на выходе из отстойника) содержание взвеси соответственно 340 и 9,5 мг/л.

Принимаем u 0 = 0,5 мм/сек (по табл.27) и тогда, задаваясь отношением L/H = 15, по табл. 26 находим: α = 1,5 и υ ср = Ku 0 = 100,5 = 5 мм/сек.

Площадь всех отстойников в плане

F общ = = 4860 м 2 .

Глубину зоны осаждения в соответствии с высотной схемой станции принимаем H = 2,6 м (рекомендуется H = 2,53.5 м). Расчетное количество одновременно действующих отстойников N = 5.

Тогда ширина отстойника

B = = 24 м.

Внутри каждого отстойника устанавливают две продольные вертикальные перегородки, образующие три параллельных коридора шириной по 8 м каждый.

Длина отстойника

L = = = 40,5 м.

При этом отношении L:H = 40,5:2,6 15, т.е. отвечает данным табл.26 .

В начале и конце отстойника устанавливают поперечные водораспределительные дырчатые перегородки.

Рабочая площадь такой распределительной перегородки в каждом коридоре отстойника шириной b к = 8 м.

f раб = b к (H-0,3) = 8(2,6-0,3) = 18,4 м 2 .

Расчетный расход воды для каждого из 40 коридоров

q к = Q час:40 = 5833:40 = 145 м 3 /ч, или 0,04 м 3 /сек.

Необходимая площадь отверстий в распределительных перегородках:

а) в начале отстойника

Ʃ = : = 0,04:0,3 = 0,13 м 2

(где - скорость движения воды в отверстиях перегородки, равная 0,3 м/сек)

б) в конце отстойника

Ʃ = : = 0,04:0,5 = 0,08 м 2

(где - скорость воды в отверстиях концевой перегородки, равная 0,5 м/сек)

Принимаем в передней перегородке отверстия d 1 = 0,05 м площадью = 0,00196 м 2 каждое, тогда количество отверстий в передней перегородке = 0,13:0,00196 66. В концевой перегородке отверстия приняты диаметром d 2 = 0,04 м и площадью = 0,00126 м 2 каждое, тогда количество отверстий = 0,08:0,00126 63.

Принимаем по 63 отверстия в каждой перегородке, размещая их в семь рядов по горизонтали и в девять рядов по вертикали. Расстояния между осями отверстий: по вертикали 2,3:7 0,3 м и по горизонтали 3:9 0,33 м.

Удаление осадка без прекращения действия горизонтального отстойника

Примем, что сброс осадка производится один раз в течение трех суток с продолжительностью 10 мин без выключения отстойника из действия.

Количество осадка, удаляемого из каждого отстойника за одну чистку, по формуле 40

где - средняя концентрация взвешенных частиц в воде, поступающей в отстойник за период между чистками, в г/м 3 ;

Количество взвеси в воде, выходящей из отстойника, в мг/л (допускается 8-12 мг/л);

Число отстойников.

Процент воды, расходуемой при периодическом сбросе осадка формуле 41

Коэффициент разбавления осадка, принимаемый равным при периодическом удалении осадка с опорожнением отстойника 1,3 и при непрерывном удалении осадка 1,5.

.1.4 Расчет скорых безнапорных фильтров с двухслойной загрузкой

1) Определение размеров фильтра

Суммарная площадь фильтров с двухслойной загрузкой при (по формуле 77)

где - продолжительность работы станции в течении суток в ч;

Расчетная скорость фильтрования при нормальном режиме эксплуатации, равная 6 м/ч;

Количество промывок каждого фильтра за сутки, равное 2;

Интенсивность промывки, равная 12,5 л/секм 2 ;

Продолжительность промывки, равная 0,1 ч;

Время простоя фильтра в связи с промывкой, равная 0,33 ч.

Количество фильтров N =5.

Площадь одного фильтра

Размер фильтра в плане 14,6214,62 м.

Скорость фильтрования воды при форсированном режиме

где - количество фильтров, находящихся в ремонте ().

2) Подбор состава загрузки фильтра

В соответствии с данными табл. 32 и 33 скорые двухслойные фильтры загружаются (считая сверху вниз):

а) антрацитом с крупностью зерен 0,8-1,8 мм и толщиной слоя 0,4 м;

б) кварцевым песком с крупностью зерен 0,5-1,2 мм и толщиной слоя 0,6 м;

в) гравием с крупностью зерен 2-32 мм и толщиной слоя 0,6 м.

Общая высота воды над поверхностью загрузки фильтра принимается

) Расчет распределительной системы фильтра

Расход промывной воды, поступающей в распределительную систему, при интенсивной промывке

Диаметр коллектора распределительной системы принят исходя из скорости движения промывной воды что соответствует рекомендуемой скорости 1 - 1,2 м/сек.

При размере фильтра в плане 14,6214,62 м длина отверстия

где = 630 мм - наружный диаметр коллектора (по ГОСТ 10704-63).

Количество ответвлений на каждом фильтре при шаге оси ответвлений составит

Ответвления размещает по 56 шт. с каждой стороны коллектора.

Диаметр стальных труб принимаем (ГОСТ 3262-62), тогда скорость входа промывной воды в ответвлении при расходе будет .

В нижней части ответвлений под углом 60º к вертикали предусматриваются отверстия диаметром 10-14 мм. Принимаем отверстия δ =14 мм площадью каждое Отношение площади всех отверстий на ответвление распределительной системы к площади фильтра принимаем 0,25-0,3 %. Тогда

Общее количество отверстий в распределительной системе каждого фильтра

В каждом фильтре имеется по 112 ответвлений. Тогда количество отверстий на каждом ответвлении 410:1124 шт. Шаг оси отверстий

4) Расчет устройств для сбора и отвода воды при промывке фильтра

При расходе промывной воды на один фильтр и количестве желобов расход воды, приходящийся на один желоб, составит

0,926 м 3 /сек.

Расстояние между осями желобов

Ширину желоба с треугольным основанием определяем по формуле 86 . При высоте прямоугольной части желоба величины .

Коэффициент К для желоба с треугольным основанием равен 2,1. Следовательно,

Высота желоба составляет 0,5 м, а с учетом толщины стенки полная его высота будет 0,5+0,08=0,58 м; скорость движения воды в желобе . По данным табл. 40 размеры желоба будут: .

Высота кромки желоба над поверхностью загрузки по формуле 63

где - высота фильтрующего слоя в м,

Относительное расширение фильтрующей загрузки в % (табл.37) .

Расход воды на промывку фильтра по формуле 88

На промывку фильтра расход воды составит

В общем, на промывку всех фильтров ушло

Осадок в фильтре 12 мг/л = 12 г/м 3

Масса осадка в исходной воде

Масса осадка в воде после фильтра

Уловлено взвешенных частиц

Концентрация взвешенных веществ

.1.5 Расчет хлораторной установки для дозирования жидкого хлора

Хлор вводится в воду в два этапа.

Расчетный часовой расход хлора для хлорирования воды:

Предварительного при = 5 мг/л

: 24 = : 24 = 29,2 кг/ч;

вторичного при = 2 мг/л

: 24 = : 24 = 11,7 кг/ч.

Общий расход хлора равен 40,9 кг/ч, или 981,6 кг/сутки.

Оптимальные дозы хлора назначают по данным опытной эксплуатации путем пробного хлорирования очищаемой воды.

Производительность хлораторной 981,6 кг/сутки ˃ 250 кг/сутки, поэтому помещение разделено глухой стеной на две части (собственно хлораторную и аппаратную) с самостоятельными запасными выходами наружу из каждой. водоподготовка обеззараживание коагулянт хлор

В аппаратной кроме хлораторов устанавливаются три вакуумных хлоратора производительностью до 10 г/ч с газовым измерителем. Два хлоратора являются рабочими, а один служит резервным.

В аппаратной кроме хлораторов устанавливаются три промежуточных хлорных баллона.

Производительность рассматриваемой установки по хлору составляет 40,9 кг/ч. Это вызывает необходимость иметь большое количество расходных и хлорных баллонов, а именно:

n бал = Q хл: S бал = 40,9:0,5 = 81 шт.,

где S бал = 0,50,7 кг/ч - съем хлора с одного баллона без искусственного подогрева при температуре воздуха в помещении 18 ºС.

Для уменьшения количества расходных баллонов в хлораторной устанавливаются стальные бочки-испарители диаметром D = 0,746 м и длиной l = 1,6 м. Съем хлора с 1 м 2 боковой поверхности бочек составляет S хл = 3 кг/ч. Боковая поверхность бочки при принятых выше размерах составит 3,65 м 2 .

Таким образом, съем хлора с одной бочки будет

q б = F б S хл = 3,65∙3 = 10,95 кг/ч.

Для обеспечения подачи хлора в количестве 40,9 кг/ч нужно иметь 40,9:10,95 3 бочки-испарителя. Чтобы пополнить расход хлора из бочки, его переливают из стандартных баллонов емкостью 55 л, создавая разрежение в бочках путем отсоса хлор-газа эжектором. Это мероприятие позволяет увеличить съем хлора до 5 кг/ч с одного баллона и, следовательно, сократить количество одновременно действующих расходных баллонов до 40,9:5 8 шт.

Всего за сутки потребуется баллонов с жидким хлором 981,6:55 17 шт.

Количество баллонов на данном складе должно быть 3∙17 = 51 шт. Склад не должен иметь непосредственного сообщения с хлораторной.

Месячная потребность в хлоре

n бал = 535 баллонов стандартного типа.

.1.6 Расчет резервуаров чистой воды

Объем резервуаров чистой воды определяется по формуле:

где - регулирующая емкость, м³;

Неприкосновенный противопожарный запас воды, м³;

Запас воды на промывку скорых фильтров и другие собственные нужды очистной станции, м³.

Регулирующая емкость резервуаров определяем (в % от суточного расхода воды) путем совмещения графиков работы насосной станции 1-го подъема и насосной станции 2-го подъема. В данной работе - это площадь графика между линиями поступления воды в резервуары со стороны очистных сооружений в количестве около 4,17 % от суточного расхода и откачки ее из резервуаров насосной станцией 2-го подъема (5 % от суточного) в течение 16 часов (от 5 до 21 часов). Переводя эту площадь из процентов в м 3 , получаем:

здесь 4,17 % - количество воды, поступающее в резервуары со стороны очистных сооружений;

% - количество откаченной из резервуара воды;

Время, в течение которого происходит откачка, ч.

Неприкосновенный противопожарный запас воды определяется по формуле:

где - часовой расход воды на тушение пожаров, равный ;

Часовой расход воды, поступающей в резервуары со стороны очистных сооружений, равный

Возьмем N=10 резервуаров - общая площадь фильтров, равная 120 м 2 ;

Согласно п. 9.21, а также учитывая регулирующий, пожарный, контактный и аварийный запасы воды, на станции водоподготовки по факту установлены четыре прямоугольных резервуара марки РЕ-100М-60 (№ типового проекта 901-4-62,83) с объемом 6000 м 3 .

Для обеспечения в резервуаре контакта хлора с водой необходимо обеспечить пребывание воды в резервуаре не менее 30 мин. Контактный объем резервуаров составит:

где - время контакта хлора с водой, равное 30 мин;

Этот объем значительно меньше объема резервуара, следовательно, нужный контакт воды и хлора обеспечивается.

.2 Расчетная часть предлагаемых очистных сооружений

.2.1 Реагентное хозяйство

1) Расчет доз реагентов

В связи с использованием водовоздушной промывки расход промывных вод уменьшится в 2,5 раза

.2.4 Расчет озонирующей установки

1) Компоновка и расчет блока озонатора

Расход озонируемой воды Q сут =140000 м 3 /сут или Q час =5833 м 3 /ч. Дозы озона: максимальная q макс =5 г/м 3 и средняя годовая q ср =2,6 г/м 3 .

Максимальный расчетный расход озона:

Или 29,2 кг/ч

Продолжительность контакта воды с озоном t=6 минут.

Принят озонатор трубчатой конструкции производительностью G оз =1500 г/ч. Для того, чтобы выработать озон в количестве 29,2 кг/ч, озонирующая установка должна быть оборудована 29200/1500≈19 рабочими озонаторами. Кроме того, необходим один резервный озонатор такой же производительности (1,5 кг/ч).

Активная мощность разряда озонатора U является функцией напряжения и частоты тока и может быть определена по формуле:

Площадь поперечного сечения кольцевого разрядного промежутка находится по формуле:

Скорость прохода сухого воздуха через кольцевой разрядный промежуток в целях наибольшей экономии расхода электроэнергии рекомендуется в пределах =0,15÷0,2 м/сек.

Тогда расход сухого воздуха через одну трубку озонатора:

Поскольку заданная производительность одного озонатора G оз =1,5 кг/ч, то при коэффициенте весовой концентрации озона К оз =20 г/м 3 количество сухого воздуха, необходимого для электросинтеза, составляет:

Следовательно, количество стеклянных диэлектрических трубок в одном озонаторе должно быть

n тр =Q в /q в =75/0,5=150 шт.

Стеклянные трубки длиной по 1,6 м размещены концентрично в 75 стальных трубках, проходящих через весь цилиндрический корпус озонатора с обоих его концов. Тогда длина корпуса озонатора будет l =3,6 м.

Производительность каждой трубки по озону:

Энергетический выход озона:

Суммарная площадь поперечных сечений 75 трубок d 1 =0,092 м составляет ∑f тр =75×0,785×0,092 2 ≈0,5 м 2 .

Площадь поперечного сечения цилиндрического корпуса озонатора должна быть больше на 35 %, т.е.

F к =1,35∑f тр =1,35×0,5=0,675 м 2 .

Следовательно, внутренний диаметр корпуса озонатора будет:

Необходимо иметь в виду, что 85-90 % электроэнергии, потребляемой для производства озона, затрачивается на тепловыделение. В связи с этим надо обеспечить охлаждение электродов озонатора. Расход воды для охлаждения составляет 35 л/ч на одну трубку или суммарно Q охл =150×35=5250 л/ч или 1,46 л/сек.

Средняя скорость движения охлаждающей воды составит:

Или 8,3 мм/сек

Температура охлаждающей воды t=10 °C.

Для электросинтеза озона нужно подавать 75 м 3 /ч сухого воздуха на один озонатор принятой производительности. Кроме того, надо учесть расход воздуха на регенерацию адсорберов, составляющий 360 м 3 /ч для серийно выпускаемой установки АГ-50.

Общий расход охлаждаемого воздуха:

V о.в =2×75+360=510 м 3 /ч или 8,5 м 3 /мин.

Для подачи воздуха принимаем водокольцевые воздуходувки ВК-12 производительностью 10 м 3 /мин. Тогда необходимо установить одну рабочую воздуходувку и одну резервную с электродвигателями А-82-6 мощностью 40 кВт каждая.

На всасывающем трубопроводе каждой воздуходувки устанавливают висциновый фильтр производительностью до 50 м 3 /мин, что удовлетворяет расчетным условиям.

2) Расчет контактной камеры для смешения озоно-воздушной смеси с водой.

Необходимая площадь поперечного сечения контактной камеры в плане:

где - расход озонируемой воды в м 3 /ч;

Т - продолжительность контакта озона с водой; принимается в пределах 5-10 мин;

n - количество контактных камер;

H - глубина слоя воды в контактной камере в м; принимается обычно 4,5-5 м.

Размер камеры принят

Для равномерного распыления озонированного воздуха у дна контактной камеры размещают перфорированные трубы. Принимаем керамические пористые трубы.

Каркасом служит труба из нержавеющей стали (наружный диаметр 57 мм) с отверстиями диаметром 4-6 мм. На нее надевается фильтросная труба - керамический блок длиной l =500 мм, внутренним диаметром 64 мм и наружным 92 мм.

Активная поверхность блока, т. е. площадь всех пор размером по 100 мк на керамической трубе, занимает 25 % внутренней поверхности трубы, тогда

f п =0,25D в l =0,25×3,14×0,064×0,5=0,0251 м 2 .

Количество озонированного воздуха составляет q оз.в ≈150 м 3 /ч или 0,042 м 3 /сек. Площадь поперечного сечения магистральной (каркасной) распределительной трубы с внутренним диаметром d=49 мм равна: f тр =0,00188 м 2 =18,8 см 2 .

Принимаем вкаждойконтактной камере по четыре магистральных распределительных трубы, уложенных на взаимных расстояниях (между осями) по 0,9 м. Каждая труба состоит из восьми керамических блоков. При таком размещении труб принимаем размеры контактной камеры в плане 3,7×5,4 м.

Расход озонированного воздуха, приходящегося на живое сечение каждой из четырех труб в двух камерах, будет:

q тр =≈0,01 м 3 /сек,

а скорость движения воздуха в трубопроводе равна:

≈5,56 м/сек.

высота слоя активного угля - 1-2,5 м;

время контакта обрабатываемой воды с углем - 6-15 мин;

интенсивность промывки - 10 л/(с×м 2) (для углей АГМ и АГОВ) и 14-15 л/(с×м 2) (для углей марок АГ-3 и ДАУ);

промывку угольной загрузки производить не реже одного раза в 2-3 суток. Продолжительность промывки 7-10 минут.

При эксплуатации угольных фильтров ежегодные потери угля составляют до 10 %. Поэтому на станции необходимо иметь запас угля для догрузки фильтров. Распределительная система угольных фильтров - безгравийная (из щелеванных полиэтиленовых труб, колпачковый или полимербетонный дренаж).

) Определение размеров фильтра

Общую площадь фильтров определим по формуле:

Количество фильтров:

Шт. + 1 запасной.

Определим площадь одного фильтра:

Коэффициент сопротивляемости облучаемых бактерий, принимаемый равным 2500 мквт

Предложенный вариант реконструкции водоочистной станции:

· оборудование камер хлопьеобразования тонкослойными модулями;

· замена первичного хлорирования на озоносорбцию;

· применение водовоздушной промывки фильтров 4

· замена хлорирования на совместное использование гипохлорита натрия и ультрафиолета;

· замена флокулянта ПАА на Praestol 650.

Реконструкция позволит снизить концетрации загрязняющих веществ до следующих значений:

· перманганатная окисляемость - 0,5 мг/л;

· растворенный кислород - 8 мг/л;

· цветности - 7-8 град;

· марганца - 0,1 мг/л;

· алюминия - 0,5 мг/л.

Библиографический список

СанПиН 2.1.4.1074-01. Издания. Питьевая вода и водоснабжение населен-ных мест. - М.: Изд-во стандартов, 2012. - 84 с.

Руководство по контролю качества питьевой воды, 1992.

Нормы Агентства по охране окружающей среды США

Елизарова, Т.В. Гигиена питьевой воды: уч. пособие / Т.В. Елизарова, А.А. Михайлова. - Чита: ЧГМА, 2014. - 63 с.

Камалиева, А.Р. Комплексная оценка качества алюмо- и железосодержащих реагентов для очистки воды/ А.Р. Камалиева, И.Д. Сорокина, А.Ф. Дресвянников // Вода: химия и экология. - 2015. - № 2. - С. 78-84.

Сошников, Е.В. Обеззараживание природных вод: уч. пособие / Е.В. Сошников, Г.П. Чайковский. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2004. - 111 с.

Драгинский, В.Л. Предложения по повышению эффективности очистки воды при подготовке водоочистных станций к выполнению требований СанПиН "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества"/ В.Л. Драгинский, В.М. Корабельников, Л.П. Алексеева. - М.:Стандарт, 2008. - 20 с.

Беликов, С.Е. Водоподготовка: справочник / С.Е. Беликов. - М: Изд-во Аква-Терм, 2007. - 240 с.

Кожинов, В.Ф. Очистка питьевой и технической воды: учебное пособие / В.Ф. Кожинов. - Минск: Изд-во "Высшая школа А", 2007. - 300 с.

СП 31.13330.2012. Издания. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. - М.: Изд-во стандартов, 2012. - 128 с.

По результатам домашней проверки, качество Вашей водопроводной воды можно улучшить.

Питьевая вода, подающаяся в городскую квартиру, уже прошла стадию очистки и обеззараживания на станции водоподготовки.

В водопроводной воде могут присутствовать примеси и загрязнения, которые либо не удаляются на водопроводных очистных сооружениях полностью, либо появляются в воде уже на пути к потребителю.

Многие вещества, загрязняющие воду, способствуют образованию мутных взвесей, вызывают неприятный запах, характерный привкус, а также могут окрашивать воду в тот или иной цвет.

Однако, наличие некоторых примесей может никак не отразиться на внешнем виде водопроводной воды.

Простые способы, которые помогут сделать водопроводную воду чище и безопаснее .

• Прежде чем использовать водопроводную воду, слейте ее в течение нескольких минут, т. к. в трубах она быстро застаивается.
• Дайте воде отстояться в открытом сосуде, чтобы улетучился остаточный хлор.
• Затем профильтруйте воду через любой фильтр. Даже простейшие накопительного типа, лучше, чем ничего. Фильтрование позволит удалить из воды взвесь и часть микроорганизмов.

Вы обнаружили в воде мутность.

Мутная вода - это результат присутствия в воде взвешенных и коллоидных примесей, либо повышенное содержание воздуха в воде.

Взвешенные и коллоидные частицы - это очень мелкие частицы: соединения алюминия и железа, кремния, продукты жизнедеятельности и распада растений и животных.

Для очистки воды от этих загрязняющих компонентов рекомендуется использовать комбинацию механических фильтров (с инертной загрузкой) и угольных фильтров с загрузкой из активированного угля.

Вы обнаружили в воде цвет.

Цветность может быть обусловлена растворёнными и взвешенными частицами минерального и органического происхождения.

Желтый оттенок воды – присутствие гумусовых веществ (гуминовых и фульвокислот), или повышенное содержание железа.

Серый оттенок воды - повышенное содержание марганца, железа

Красновато-бурый осадок - присутствие в воде окисленного железа.

Для очистки воды от этих загрязняющих компонентов рекомендуется использовать предварительную очистку на механическом фильтре и далее - фильтр с угольной загрузкой или систему на основе обратного осмоса.

Вы обнаружили в воде запах .

Запах рыбный или затхлый - присутствие в воде хлорорганических соединений.

Запах сероводорода (запах тухлых яиц) - попадание сточных вод в систему водоснабжения или жизнедеятельность бактерий, образующих сероводород из сульфатов.

Хлорный запах - повышенное содержание в воде остаточного хлора.

Запах нефтепродуктов - попадание нефтепродуктов в систему водоснабжения.

Химический запах, запах фенола - загрязнение воды промышленными стоками, в частности, стоками предприятий органической химии.

Для очистки воды от этих загрязняющих компонентов рекомендуется использовать фильтр с угольной загрузкой или систему на основе обратного осмоса.

Вы обнаружили в воде привкус .

Привкус солоноватый - высокое содержание солей натрия и магния

Для очистки воды от этих загрязняющих компонентов рекомендуется использовать систему на основе обратного осмоса.

Привкус металлический - повышенное содержание железа.

Привкус, обусловленный органическими загрязнениями.

Щелочной привкус – высокая щелочность воды, повышенная жесткость, высокое содержание растворённых веществ.

Вы обнаружили накипь в чайнике.

Накипь свидетельствует о наличии в воде излишков солей кальция и магния.

Нитраты в воде

Источник нитратов в воде – удобрения и сточные воды, попадающие в поверхностные и подземные водоёмы. Высокое содержание нитратов в воде опасно для человека и, особенно, для детей. Известно, что в организме часть нитратов превращается в более токсичное вещество – нитриты.

Следует отметить, что универсального фильтра, который чистит от всего: от хлора, от железа, от органики, от металлов, от бактерий и …не существует.

Для каждого вида загрязнений используется определенный тип фильтра. Поэтому, оптимальная очистная установка должна состоять из правильно подобранного набора узлов, каждый из которых удаляет определённый вид загрязнений.

В любом случае, системы очистных установок, состоящие из нескольких последовательно работающих фильтров с различной загрузкой, обеспечивают более качественную очистку воды, чем фильтр с однотипной загрузкой.

Для очистки питьевой воды, как правило, используется набор фильтров с различными загрузками либо мембранами, соответствующими типу загрязнений, которые необходимо удалить из воды. Часто система очистки включает в себя обеззараживание воды.

Ниже приведены основные компоненты установок для очистки питьевой воды, чтобы помочь Вам выбрать подходящую конструкцию.

Механические фильтры удаляют из воды взвешенные вещества.

В качестве загрузки используются пористые материалы (чаще всего керамические).

Угольные фильтры изготавливают на основе активированного угля, который является хорошим адсорбентом.

Угольный фильтр очищает воду от остаточного хлора, растворенных газов, органических соединений, включая токсины, запаха и улучшает вкусовые качества воды.

Фильтры для обезжелезивания удаляют железо и марганец. Для их изготовления используют специальные полимеры, ускоряющие окисления металла. Полученный, в результате реакции, осадок задерживается фильтрующей системой.

Фильтры с ионообменной загрузкой. В зависимости от типа ионообменной загрузки, эти фильтры удаляют различные ионы из воды, в том числе, эффективны для снижения жёсткости и удаления нитратов из воды.

Установки для очистки воды на основе обратного осмоса

Система обратного осмоса включает специальную мембрану, через которую пропускается питьевая вода. Мембраны задерживают 95 - 99,5% всех примесей.

Необходимо помнить, что из воды удаляется и большинство полезных веществ, необходимых для жизнедеятельности организма. Такая вода нарушает работу организма. Прежде всего, это относится к крепости костей, которая зависит от количества кальция в крови.

Недостаток в воде микроэлементов, отражается на работе печени, почек, нервной и иммунной систем. Поэтому, в очищенную обратным осмосом воду, следует добавлять необходимые организму соли и микроэлементы.

Установки для обеззараживания воды на основе ультрафиолетового излучения.

Ультрафиолетовое излучение инактивирует болезнетворные микроорганизмы. Эти установки обязательны в загородных домах и в сельской местности. В городских квартирах такие системы используют, в случае неэффективного обеззараживания водопроводной воды на центральных очистных сооружения.

Технические требования и правила эксплуатации установки для очистки питьевой воды .

• система должна обеспечивать эффективную очистку воды.
• для изготовления компонентов установки (корпус, трубы, загрузка…) должны использоваться нетоксичные материалы.
• извлеченные из воды, в процессе очистки, примеси не должны повторно загрязнять очищенную воду.
• обязательна своевременная промывка и замена фильтрующих элементов и бактерицидных ламп.

Обратите внимание, что оптимальный выбор системы очистки (тип фильтров, загрузки, способ обеззараживания и прочее) может быть произведен только на основе результатов лабораторного химического анализа Вашей питьевой воды.

Какие показатели желательно проверить в вашей воде :

Водородный показатель (pH), общая минерализация, органические вещества (окисляемость перманганатная, либо общий органический углерод), нефтепродукты, нитраты, нитриты, цианиды, фториды, жёсткость, тяжёлые металлы, общие колиформные бактерии, цисты лямблий, пестициды, галогенорганические соединения.

Кроме того, после выбора и установки системы очистки, отдайте пробы очищенной воды в лабораторию на химический анализ, чтобы убедиться в эффективности очистки.

Если эта статья на нашем сайте , была для вас полезна, то предлагаем вам книгу с Рецептами живого, оздоравливающего питания. Веганские и сыроедческие рецепты . А так же предлагаем вам подборку самых лучших материалов нашего сайта по мнению наших читателей. Подборку - ТОП лучших статей об здоровом образе жизнии здоровом питании вы можете найти там, где вам максимально удобно

Вода является неотъемлемой часть нашей жизни. Ежедневно мы выпиваем определенный объем и часто даже не задумываемся о том, что обеззараживание воды и ее качество важная тема. А зря, тяжелые металлы, химические соединения и болезнетворные бактерии способны вызвать необратимые изменения в человеческом организме. На сегодняшний день гигиене воды уделяется серьезное внимание. Современные методы обеззараживания питьевой воды способны очистить ее от бактерий, грибков, вирусов. Они придут на помощь и в том случае, если вода плохо пахнет, имеет посторонние привкусы, цветность.

Предпочтительные методы повышения качества выбирают в зависимости от содержащихся в воде микроорганизмов, уровня загрязненности, источника водоснабжения и других факторов. Обеззараживание направлено на удаление болезнетворных бактерий, которые разрушающе влияют на организм человека.

Очищенная вода прозрачна, не имеет посторонних привкусов и запахов, а также абсолютно безопасна. На практике для борьбы с вредными микроорганизмами применяют способы двух групп, а также их комбинацию:

• химические;
• физические;
• комбинированные.

Для того, чтобы выбрать эффективные методы дезинфекции необходимо провести анализ жидкости. Среди проводимых анализов выделяют:

• химический;
• бактериологический;

Применение химического анализа позволяет определить содержание в воде различных химических элементов: нитратов, сульфатов, хлоридов, фторидов и т.д. Все же показатели, анализируемые данным методом, можно подразделить на 4 группы:

1. Органолептические показатели. Химический анализ воды позволяет определить ее вкус, запах и цвет.
2. Интегральные показатели – плотность, кислотность и жесткость воды.
3. Неорганические – различные металлы, содержащиеся в воде.
4. Органические показатели – содержание в воде веществ, которые могут изменяться под воздействием окислителей.

Бактериологический анализ направлен на выявление различных микроорганизмов: бактерий, вирусов, грибков. Подобный анализ выявляет источник заражения и помогает определить методы обеззараживания.

Химические методы обеззараживания питьевой воды

Химические способы основаны на добавлении в воду различных реагентов-окислителей, которые убивают вредоносные бактерии. Наибольшую популярность среди таких веществ получили хлор, озон, гипохлорит натрия, диоксид хлора.

Для достижения высокого качества важно правильно рассчитать дозу реагента. Малое количество вещества может не возыметь эффекта, а даже наоборот способствовать увеличению числа бактерий. Реагент необходимо вводить с избытком, это позволит уничтожить как имеющиеся микроорганизмы, так и бактерии, попавшие в воду после обеззараживания.

Избыток нужно рассчитывать очень аккуратно, чтобы он не мог нанести вред людям. Наиболее популярные химические методы:

• хлорирование;
• озонирование;
• олигодинамия;
• полимерные реагенты;
• иодирование;
• бромирование.

Хлорирование

Очистка воды хлорированием является традиционным и одним из самых популярных способов очищения воды. Хлорсодержащие вещества активно используют для очистки питьевой воды, воды в бассейнах, дезинфекции помещений.

Свою популярность данный способ приобрел благодаря простоте использования, низкой стоимости, высокой эффективности. Большинство патогенных микроорганизмов, вызывающих различные заболевания, не устойчивы к хлору, который оказывает бактерицидное действие.

Для создания неблагоприятных условий, препятствующих размножению и развитию микроорганизмов, достаточно ввести хлор в небольшом избытке. Избыток хлора способствуют продлению эффекта обеззараживания.

В процессе обработки воды возможны следующие способы хлорирования: предварительное и конечное. Предварительное хлорирование применяют максимально близко к месту забора воды, на данном этапе использование хлора не только обеззараживают воду, но и способствуют удалению ряда химических элементов, в том числе железа и марганца. Конечное хлорирование – последний этап в процессе обработки, во время которого происходит уничтожение вредоносных микроорганизмов посредством хлора.

Также различают нормальное хлорирование и перехлорирование. Нормальное хлорирование применяют для дезинфекции жидкости из источников с хорошим санитарными показателями. Перехлорирование – в случае сильной зараженности воды, а также если она заражена фенолами, которые в случае нормального хлорирования только усугубляют состояние воды. Остатки хлора в таком случаем удаляют дехлорированием.

Хлорирование, как и другие методы, наряду с достоинствами имеет и свои минусы. Попадая в организм человека в избытке, хлор ведет к проблемам с почками, печенью, ЖКТ. Высокая коррозионная активность хлора влечет быстрый износ оборудования. В процессе хлорирования образуются всевозможные побочные продукты. Например, тригалометаны (соединения хлора с веществами органического происхождения), способны вызвать симптомы астмы.

В силу широты применения хлорирования у ряда микроорганизмов сформировалась устойчивость к хлору, поэтому определенный процент заражения воды все же возможен.

Для дезинфекции воды чаще всего используют газообразный хлор, хлорную известь, диоксид хлора и гипохлорит натрия.

Хлор – самый популярный реагент. Используют его в жидком и газообразном виде. Уничтожая болезнетворную микрофлору, устраняет неприятный вкус и запах. Предотвращает рост водорослей и ведет к улучшению качества жидкости.

Для очищения хлором используют хлораторы, в которых газообразный хлор абсорбируют с водой, а далее полученную жидкость доставляют до места применения. Несмотря на популярность данного метода, он является довольно опасным. Транспортировка и хранение высокотоксичного хлора обязывает к соблюдению техники безопасности.

Хлорная известь – вещество, получаемое под воздействием газообразного хлора на сухую гашеную известь. Для обеззараживания жидкости применяют хлорную известь, процент хлора в которой составляет не менее 32-35%. Данный реагент очень опасен для человека, вызывает сложности при производстве. В силу этих и других факторов хлорная известь теряет свою популярность.

Диоксид хлора оказывает бактерицидное воздействие, практически не загрязняет воду. В отличие от хлора не образует тригалометанов. Основная причина, которая тормозит его использование – высокая взрывоопасность, что затрудняет производство, транспортировку и хранение. В настоящее время освоена технология производства на месте применения. Уничтожает все виды микроорганизмов. К недостаткам можно отнести способность образовывать вторичные соединения – хлораты и хлориты.

Гипохлорит натрия применяют в жидком виде. Процент активного хлора в нем в два раза больше, чем в хлорной извести. В отличие от диоксида титана обладает относительной безопасностью при хранении и использовании. Ряд бактерий устойчив к его воздействию. В случае длительного хранения теряет свои свойства. На рынке присутствует в виде жидкого раствора с различным содержанием хлора.

Стоит отметить, что все хлорсодержащие реагенты обладают высокой коррозионной активностью, в связи с чем их не рекомендуется использовать для очищения воды, поступающей в воду через металлические трубопроводы.

Озонирование

Озон, так же как и хлор, является сильным окислителем. Проникая сквозь оболочки микроорганизмов, он разрушает стенки клетки и убивает ее. как с обеззараживанием воды, так и с ее обесцвечиванием и дезодорированные. Способен окислять железо и марганец.

Обладая высоким антисептическим действием, озон разрушает вредные микроорганизмы в сотни раз быстрее, чем другие реагенты. В отличие от хлора, уничтожает практически все известные виды микроорганизмов.

При распаде реагент преобразуется в кислород, который насыщает организм человека на клеточном уровне. Быстрый распад озона в то же время является и недостатком данного метода, поскольку уже через 15-20 мин. после процедуры, вода может подвергнуться повторному заражению. Существует теория, согласно которой при воздействии озона на воду, начинается разложение фенольных групп гуминовых веществ. Они активируют организмы, который до момента обработки находились в спячке.

Насыщаясь озоном вода становится коррозионно-активной. Это ведет к повреждению труб водопровода, сантехники, бытовой техники. В случае ошибочного количества озона возможно образование побочных элементов, которые обладают высокой токсичностью.

Озонирование имеет и другие минусы, к которым стоит отнести высокую стоимость покупки и установки, большие электрозатраты, а также высокий класс опасности озона. При работе с реагентом необходимо соблюдать осторожность и технику безопасности.

Озонирование воды возможно с помощью системы, состоящей из:

• озоногенератора, в котором происходит процесс выделения озона из кислорода;
• системы, которая позволяет ввести озон в воду и смешать его с жидкостью;
• реактора – емкости, в которой происходит взаимодействие озона с водой;
• деструктора – устройства, которое удаляет остаточный озон, а также приборов, контролирующих озон в воде и воздухе.

Олигодинамия

Олигодинамия – обеззараживание воды посредством воздействия на нее благородных металлов. Наиболее изучено применение золота, серебра и меди.

Самым же популярным металлом в целях уничтожения вредных микроорганизмов является серебро. Его свойства раскрыли еще в древности, в емкость с водой помещали ложку или монетку из серебра и давали такой воде отстояться. Утверждение, что такой метод эффективен довольно спорное.

Теории влияния серебра на микробы не получили окончательного подтверждения. Существует гипотеза, согласно которой клетку разрушают электростатические силы, возникающие между ионами серебра с положительным зарядом и отрицательно заряженными клетками бактерий.

Серебро – тяжелый металл, который в случае накопления в организме может вызывать ряд заболеваний. Достичь антисептического эффекта можно лишь при высоких концентрациях данного металла, которое губительно для организма. Меньшее количество серебра способно только приостановить рост бактерий.

К тому же, практически не чувствительные к серебру спорообразующие бактерии, не доказано его влияние на вирусы. Поэтому применение серебра целесообразно лишь для продления сроков хранения изначально чистой воды.

Другим тяжелым металлом, способным оказывать бактерицидное воздействие, является медь. Еще в древности заметили, что вода, которая стояла в медных сосудах, гораздо дольше сохраняла свои высоковеществ. На практике данный метод используют в основных в бытовых условиях для очищения небольшого объема воды.

Полимерные реагенты

Использование полимерных реагентов – современный метод обеззараживания воды. Он значительно выигрывает у хлорирования и озонирования за счет своей безопасности. Жидкость, очищенная полимерными антисептиками не имеет вкуса и посторонних запахов, не вызывает коррозию металла, не воздействует на организм человека. Данный метод получил распространение в очистке воды в бассейнах. Вода, очищенная полимерным реагентом, не имеет цвета, постороннего вкуса и запаха.

Иодирование и бромирование

Иодирование – метод обеззараживания, использующий иодсодержащие соединения. Дезинфицирующие свойства йода известны медицине с давних времен. Несмотря на то, что данный метод широко известен и неоднократно предпринимались попытки его использования, использование йода в качестве дезинфектора воды популярности не приобрело. Данный метод имеет существенный недостаток, растворяясь в воде, он вызывает специфический запах.

Бром – довольно эффективный реагент, который уничтожает большую часть известных бактерий. Однако, в силу своей высокой стоимости популярностью не пользуется.

Физические методы обеззараживания воды

Физические способы очистки и дезинфекции работают воду без использования реагентов и вмешательства в химический состав. Наиболее популярные физические методы:

• УФ-облучение;
• ультразвуковое воздействие;
• термическая обработка;
• электроимпульсный способ;

УФ-излучение

Все большую популярность среди методов обеззараживания воды набирает применение УФ-излучения. В основе методики лежит тот факт, что лучи, длина волны у которых 200-295 нм, могут убивать патогенные микроорганизмы. Проникая сквозь клеточную стенку, они воздействуют на нуклеиновые кислоты (РНД и ДНК), а также вызывают нарушения в структуре мембран и клеточных стенок микроорганизмов, что ведет к гибели бактерий.

Для определения дозы излучения необходимо провести бактериологический анализ воды, это позволит выявить виды патогенных микроорганизмов и их восприимчивость к лучам. На эффективность также влияет мощность используемой лампы и уровень поглощения излучения водой.

Доза УФ-излучения равна произведению интенсивности излучения на его продолжительность. Чем выше устойчивость микроорганизмов, тем дольше на них необходимо воздействовать

УФ-излучение не влияет на химический состав воды, не образует побочных соединений, таким образом исключает возможность нанесения вреда человеку.

При использовании данного метода невозможна передозировка, УФ-облучение отличается высокой скоростью реакции, для обеззараживания всего объема жидкости требуется несколько секунд. Не меняя состав воды, излучение способно уничтожить все известные микроорганизмы.

Однако, не лишен данный метод и недостатков. В отличие от хлорирования, обладающего пролонгирующим эффектом, эффективность облучения сохраняется до тех пор, пока лучи воздействуют на воду.

Хороший результат достижим лишь в очищенной воде. На уровень поглощения ультрафиолета влияют содержащиеся в воду примеси. Например, железо способно служить для бактерий своеобразным щитом и «прятать» их от воздействия лучей. Поэтому целесообразно провести предварительную очистку воды.

Система для УФ-излучения состоит из нескольких элементов: выполненной из нержавеющей стали камеры, в которую помещена лампа, защищенная кварцевыми чехлами. Проходя через механизм такой установки, вода постоянно подвергается действию ультрафиолета и полному обеззараживанию.

Ультразвуковое обеззараживание

Ультразвуковое обеззараживание основано на методе кавитации. За счет того, что под воздействием ультразвука происходят резкие перепады давления, микроорганизмы разрушаются. Эффективен ультразвук и для борьбы с водорослями

Данный метод имеет узкий круг использования и находится на стадии освоения. Преимуществом является нечувствительность к высокой мутности и цветности воды, а также возможность воздействовать на большинство форм микроорганизмов.

К сожалению, данный метод применим только для малых объемов воды. Как и УФ-облучение оказывает эффект только в процессе взаимодействия с водой. Не возымело ультразвуковое обеззараживание популярности и в силу необходимости установки сложного и дорого оборудования.

Термическая обработка воды

В домашних условиях термический способ очистки воды – всем известное кипячение. Высокая температура убивает большинство микроорганизмов. В промышленных условиях данный метод неэффективен в силу его громоздкости, больших временных затрат и низкой интенсивности. К тому же, термическая обработка не способна избавить от посторонних привкусов и болезнетворных спор.

Электроимпульсный способ

В основе электроимпульсного способа лежит применение электрических разрядов, которые формируют ударную волну. Под воздействием гидравлического удара микроорганизмы гибнут. Данный метод эффективен как для вегетативных, так и спорообразующих бактерий. Способен достичь результата даже в мутной воде. Кроме того, бактерицидные свойства обработанной воды сохраняются до четырех месяцев.

Минусом является высокая энергоемкость и дороговизна.

Комбинированные методы обеззараживания воды

Для достижения наибольшего эффекта используют комбинированные способы, как правило, реагентные методы сочетают с безреагентными.

Высокую популярность возымело сочетание УФ-облучения с хлорированием. Так, уф-лучи убивают патогенную микрофлору, а хлор препятствует повторному заражению. Данный метод используют как для очистки питьевой воды, так и очистки воды в бассейнах.

Для обеззараживания бассейнов УФ-излучение преимущественно используют с гипохлоритом натрия.

Заменить хлорирование на первом этапе можно озонированием

Другие методы включает в себя окисление в сочетании с тяжелыми металлами. Окислителями могут выступать как хлорсодержащие элементы, так и озон. Суть комбинирования состоит в том, что окислители обивают вредные микробы, а тяжелые металлы позволяют сохранить воду обеззараженной. Существуют и другие способы комплексной дезинфекции воды.

Очистка и обеззараживание воды в бытовых условиях

Часто необходимо очистить воду в небольших количествах прямо здесь и сейчас. Для этих целей используют:

• растворимые обеззараживающие таблетки;
• перманганат калия;
• кремний;
• подручные цветы, травы.

Обеззараживающие таблетки могут выручить в походных условиях. Как правило, одну таблетку применяют на 1 л. воды. Этот метод можно отнести к химической группе. Чаще всего в основе таких таблеток лежит активный хлор. Время действия таблетки 15-20 минут. В случае сильного загрязнения количество можно удвоить.

Если вдруг таблеток не оказалось, возможно применение обычной марганцовки из расчета 1-2 г. на ведро воды. После того, как вода отстоится, она готова к использованию.

Также бактерицидное действие оказывают природные растения – ромашку, чистотел, зверобой, бруснику.

Еще один реагент – кремний. Поместите его в воду и дайте ей отстояться в течение суток.

Источники водоснабжения их пригодность для обеззараживания

Источники водоснабжения можно разделить на два вида – поверхностные и подземные воды. К первой группе относится вода из рек и озер, морей и водохранилищ.

При анализе пригодности вод для питья, расположенных на поверхности, проводят бактериологический и химический анализ, оценивают состояние дна, температуру, плотность и соленость морской воды, радиоактивность воды и т.д. Немаловажную роль при выбора источника играет нахождение по близости промышленных объектов. Еще один этап оценки источника водозабора – просчет возможных рисков заражения воды.

Состав воды в открытых водоемах зависит от времени года, такая вода содержит различные загрязнения, среди которых и болезнетворные микроорганизмы. Наиболее высок риск заражения водоемов рядом с городами, заводами, фабриками и другими объектами промышленности.

Речная вода очень мутная, отличается цветностью и жесткостью, а также большим количеством микроорганизмов, заражение которыми чаще всего происходит из стоковых вод. В воде из озер и водохранилищ часто встречается цветение из-за развития водорослей. Также такие воды

Особенность поверхностных источников заключается в большой водной поверхности, которая соприкасается с солнечными лучами. С одной стороны, это способствует самоочищению воды, с другой – служит развитию флоры и фауны.

Несмотря на то, что поверхностные воды могу самоочищаться, это не спасает их от механических примесей, также патогенной микрофлоры, поэтому при водозаборе подвергаются тщательному очищению с дальнейшим обеззараживанием.

Другой вид источников водозабора – подземные воды. Содержание микроорганизмов в них минимально. Для обеспечения населения лучше всего подходит родниковая и артезианская вода. Чтобы определить их качество, эксперты анализируют гидрологию слоев горных пород. Особое внимание уделяют санитарному состоянию территории в районе забора воды, так как этого зависит не только качество воды в здесь и сейчас, но и перспектива заражения вредоносными микроорганизмами в дальнейшем.

Артезианская и родниковая вода выигрывает у воды из рек и озер, она защищена от бактерий, содержащихся в стоковых водах, от воздействия солнечных лучей и других факторах, способствующих развитию неблагоприятной микрофлоры.

Нормативные документы водно-санитарного законодательства

Поскольку вода являет собой источник человеческой жизни, ее качеству и санитарному состоянию уделяется серьезное внимание, в том числе на законодательном уровне. Основными документами в данной сфере являются Водный кодекс и Федеральный закон «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения».

Водный кодекс содержит в себе правила по использования и охраны водных объектов. Приводит классификацию подземных и поверхностных вод, определяет меры наказания за нарушение водного законодательства и др.

ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» регламентирует требования к источникам, вода из которых может быть использована для питья и ведения хозяйства.

Также существуют государственные стандарты качества, которые определяют показатели пригодности и выдвигают требования к способам анализа воды:

ГОСТы качества воды

• ГОСТ Р 51232-98 Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества.
• ГОСТ 24902-81 Вода хозяйственно-питьевого назначения. Общие требования к полевым методам анализа.
• ГОСТ 27064-86 Качество вод. Термины и определения.
• ГОСТ 17.1.1.04-80 Классификация подземных вод по целям водопользования.

СНиПы и требования к воде

Строительные нормы и правила (СНиП) содержат в себе правила по организации внутреннего водопровода и канализации зданий, регламентируют монтаж систем водоснабжения, отопления и т.д.

• СНиП 2.04.01-85 Внутренний водопровод и канализация зданий.
• СНиП 3.05.01-85 Внутренние санитарно-технические системы.
• СНиП 3.05.04-85 Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации.

СанПиНы на водоснабжение

В санитарно-эпидемиологических правилах и нормах (СанПиН) можно найти, какие существует требования к качеству воды как из центрального водопровода, так и воды из колодцев, скважин.

• СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.»
• СанПиН 4630-88 «ПДК и ОДУ вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования»
• СанПиН 2.1.4.544-96 Требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников.
• СанПиН 2.2.1/2.1.1.984-00 Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов.

По своему составу вода может быть разной. Ведь на пути к нашему дому она встречает множество преград. Есть разные методы улучшения качества воды, общая цель которых – избавиться от опасных бактерий, гуминовых соединений, избыточного количества соли, токсических веществ и т.п.

Вода – главный составляющий компонент человеческого организма. В энергоинформационном обмене она является одним из самых важных звеньев. Учёные доказали, что благодаря особой сетчатой структуре воды, которая создаётся водородными связями, выполняется приём, аккумуляция и передача информации.

Старение организма и объём воды в нём связаны между собой напрямую. Поэтому воду нужно употреблять каждый день, следя за тем, чтобы она была высокого качества.

Вода – мощный природный растворитель, поэтому, встречая на своём пути разные породы, она быстро обогащается ими. Однако не все элементы, оказавшиеся в составе воды, полезны для человека. Одни из них негативно влияют на процессы, происходящие в организме человека, другие могут стать причиной различных заболеваний. С целью защиты потребителей от вредных и опасных примесей проводятся меры по улучшению качества питьевой воды.

Способы улучшения

Существуют основные методы улучшения качества питьевой воды и специальные. Первые заключаются в осветлении, обеззараживании и обесцвечивании, вторые предполагают проведение процедур по обесфториванию, обезжелезиванию и обессоливанию.

При обесцвечивании и осветлении из воды устраняются окрашенные коллоиды и взвешенные частицы. Цель процедуры обеззараживания – устранить бактерии, инфекции и вирусы. Специальные методы – минерализация и фторирование – предполагают введение в состав воды нужных для организма веществ.

Характер загрязнений обуславливают использование следующих методов очистки:

1. Механический – заключается в удалении примесей при помощи сит, фильтров и решеток грубых примесей.
2. Физический – предполагает кипячение, УФ и облучение при помощи γ-лучей.
3. Химический, при котором в сточные воды добавляются реагенты, которые провоцируют образование осадков. Сегодня основным методом обеззараживания питьевой воды является хлорирование. Водопроводная вода, согласно СанПиН, должна содержать концентрацию остаточного хлора в размере 0,3-0,5 мг/л.
4. Для биологической очистки требуются специальные поля орошения или фильтрации. Формируется сеть каналов, которые наполняются сточными водами. После очистки воздухом, солнечным светом и микроорганизмами они просачиваются в почву, образуя на поверхности перегной.

Для биологической очистки, которая может проводиться и в искусственных условиях, существуют специальные сооружения – биофильтры и аэротенки. Биофильтр – это кирпичное или бетонное сооружение, внутри которого находится пористый материал – гравий, шлак либо щебень. На них наносят микроорганизмы, очищающие воду в результате своей жизнедеятельности.

В аэротенках при помощи поступающего воздуха происходит перемещение активного ила в сточных водах. Для отделения бактериальной плёнки от очищенной воды предназначены вторичные отстойники. Уничтожение в бытовых водах патогенных микроорганизмов осуществляется при помощи обеззараживания хлором.

Чтобы оценить качество воды, нужно определить количество вредных веществ, оказавшихся там после обработки (хлор, алюминий, полиакриламид и т.д), и антропогенных веществ (нитраты, медь, нефтепродукты, марганец, фенолы и т.п). Также следует учитывать органолептические и радиационные показатели.

Как улучшить качество воды в домашних условиях

Чтобы повысить качество водопроводной воды в домашних условиях, требуется дополнительная очистка, для которой используются бытовые фильтры. На сегодняшний день производители предлагают их в огромном количестве.

Одними из самых популярных являются фильтры, работа которых основана на обратном осмосе.

Их активно используют не только дома, но и на предприятиях общественного питания, в больницах, санаториях, на производственных предприятиях.

В системе фильтрации предусмотрена автопромывка, которую нужно включить до начала фильтрации. Посредством полиамидной мембраны, через которую проходит вода, происходит её освобождение от загрязнений – очистка осуществляется на молекулярном уровне. Подобные установки являются эргономичными и компактными, а качество фильтрованной воды очень высокое.

Очистка Воды: Видео