Методы осветления воды и условия их применения

Удаление из воды частиц взвесей без применения реагентов сохраняет химический состав осветляемой природной воды, что в ряде случаев является требованием водопотребителей. Этим объясняется применение безреагентного осветления воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения крупных городов.

В СССР в XX столетии станции реагентной очистки воды практически вытеснили в системах водоснабжения безреагентные очистные устройства. Это обосновывалось технико-экономическими сравнениями реагентных схем со старыми несовершенными методами безреагентного осветления воды на медленных фильтрах. Однако в последние годы техника безреагентного осветления воды значительно усовершенствовалась [1].

Безреагентные станции осветления воды производительностью до 20000 м /сут имеют преимущества перед реагентными как по стоимости строительства и эксплуатации, так и по надежности их работы. Кроме того, безреагентные устройства осветления воды не дают отходы, загрязняющие внешнюю среду.

Безреагентное глубокое осветление воды до норм ГОСТ может осуществляться двумя способами: пленочного фильтрования и объемного фильтрования.

При большой мутности осветляемой воды иногда возникает необходимость предварительного грубого осветления воды в от - стойниках, префильтрах в гидроциклонах.

При малой скорости фильтрации (0,1...0,3 м/ч) частицы взвеси, проникая вместе с водой в поры фильтрующей среды, удерживаются в них поверхностными силами (прилипание), или в результате застревания и осаждения.

Чем меньше скорость фильтрации, тем меньший путь проходят частицы взвесей в песке. Так, в верхнем слое песка толщиной до 20 мм задерживается до 90...95% всех взвесей в осветляемой воде.

Этот слой песка при безреагентном фильтровании образует уплотненную нижнюю часть фильтрующей пленки, ниже которой отдельные частицы взвесей проникают в песок не глубже 8...10 см. После формирования песчано-грязевой части фильтрующей пленки частицы взвесей задерживаются на поверхности песка, образуя на ней верхнюю рыхлую часть пленки толщиной 4...10 мм. Снизу этот слой осадка постепенно уплотняется.

Видимая пленка, состоящая из минеральных и органических веществ, связанная с такими же веществами, задержанными в верхнем слое песка, образует как бы упругий ковер, покрывающий поверхностьфильтра. Ткань его обладает весьма мелкопористой структурой. В ней развиваются микроскопические водоросли и многочисленные колонии бактерий.

Пленка представляет собой основной механизм, осветляющий воду, задерживающий определенную часть бактерий и окисляющий часть органических веществ, содержащихся в осветляемой воде.

Летом при повышении температуры осветлительные и бактерицидные свойства пленки улучшаются.

Слой песка под пленкой не обладает бактерицидной активностью, но хорошо задерживает взвеси при прорыве пленки. Поэтому толщина подстилающего пленку песка не должна быть менее 0,3...0,5 м. Многочисленные исследования пленочных медленных фильтров показали, что они могут задерживать не более 95...98% всего количества бактерий, находящихся в воде. Поэтому фильтрат после пленочного медленного фильтра необходимо обеззараживать.

Важное положительное свойство пленочных фильтров состоит в том, что они способны удерживать из воды до 80...90% радиоактивных загрязнений.

В первые часы работы пленочного фильтра протекает процесс его созревания. По мере созревания фильтра количество взвесей и бактерий в фильтрате уменьшается.

Для режима пленочного фильтрования характерно непрерывное уменьшение отношения мутности фильтрата к мутности осветляемой воды. Когда фильтр начинает давать фильтрат мутностью не более 1,5 мг/дм3, процесс осветлительного созревания можно считать оконченным.

Начало поступления фильтрата с содержанием бактерий не более 100 в 1 см3 является концом бактерицидного созревания фильтра.

Продолжительность периода осветлительного созревания фильтра обратно пропорциональна мутности сырой воды и скорости фильтрации. Продолжительность осветлительного созревания пленочных фильтров невелика, не превышает 0,5...1ч. Продолжительность бактерицидного созревания при мутности сырой воды >100 мг/дм3 составляет 3...12 ч, а при мутности <100 мг/дм3 - 24... 30 ч.

Длительное время считалось, что безреагентное глубокое осветление воды до норм ГОСТ объемным фильтрованием невозможно. Однако в последние годы исследованиями ряда институтов и практикой многих производственных организаций была доказана техническая и экономическая целесообразность безреагентного глубокого осветления воды объемным фильтрованием.

При объемном фильтровании частицы взвесей перемещаются по порам фильтрующей среды до момента задержания их в результате различных причин (адгезия, застревание, осаждение) [2].

Длина пути этих частиц определяется многими факторами: размерами пор и частиц, свойствами зерен фильтрующей среды и частиц взвесей; качеством осветляемой воды; скоростью фильтрации.

Глубокое осветление воды обеспечивается, если в результате сочетания действий указанных факторов путь всех частиц взвесей, которые должны быть задержаны фильтром, не превышает толщины фильтрующего слоя.

Для объемного фильтрования характерно, что отношение мутности фильтрата к мутности исходной воды приближается к единице, то есть качество фильтрата постепенно ухудшается.

В сельскохозяйственном водоснабжении широко применяют безреагентные напорные фильтры. Осветление мутных вод на фильтре основано на выполнении двух условий: 1) вследствие значительной неравномерности крупности зерен фильтрующей загрузки фильтр работает как многослойный. Это обеспечивает использование всего объема загрузки и большую ее грязеемкость; 2) фильтрование со скоростями 0,6...1,5 м/ч при надлежащей толщине и свойствах фильтрующей загрузки может в безреагентном режиме осветлять мутную воду (800 мг/дм3) до 1,5 мг/дм3.

Конструкция безреагентного напорного фильтра весьма проста (рисунок 1). В обычный напорный фильтр на гравийные поддерживающие слои, в которых размещается трубчатый дренаж большого сопротивления, засыпают разнозернистый песок с коэффициентом неоднородности не менее 3,8...4.

1,4,14 - обратные клапаны, подъемные; 3 - задвижка; 2,5,12 - запорные вентили; 6,7 - поплавковые клапаны; 8 - бак промывной воды; 9 - БНФ- НИМИ-З; 10и11 - задвижки с электроприводом; 13 - регулятор скорости фильтрования.

Сырая вода подается по трубе через клапан 1 и задвижку 2 в днище корпуса фильтра и фильтруется через фильтрующую среду снизу вверх. Осветленная вода через дырчатые трубы поступает в резервуар чистой воды.

Регенерация фильтра осуществляется промывкой сырой водой.

Число промывок в сутки зависит от мутности сырой воды (рисунок 2).

Данные фильтры целесообразно применять в небольших сельскохозяйственных водопроводах.

На основе научных исследований, доказавших возможность глубокого осветления воды безреагентным объемным фильтрованием, даются рекомендации по расчетным параметрам фильтров.

Чем меньше мутность исходной воды, тем больше может быть допущена скорость фильтрования или снижена толщина фильтрующего слоя.

При высокой мутности сырой воды возникает необходимость предварительного ее осветления перед фильтрами. В сельскохо - зяйственном водоснабжении при безреагентном осветлении наиболее экономично и технически целесообразно фильтрование через два фильтра - двухступенчатое фильтрование.

Фильтр первой ступени снижает мутность сырой воды, не обеспечивая ее глубокой очистки до норм ГОСТ.

В качестве фильтрующей загрузки применяют песок с эквивалентным диаметром 1,4...2 мм. Толщину слоя обычно принимают 100...120 см, скорость фильтрования - 3...6 м/ч. Чем больше мутность осветляемой воды, тем меньше должна быть скорость фильтрования. Фильтрование идет снизу вверх. При регенерации фильтра проводят водовоздушную промывку сырой водой.

Фильтр второй ступени обеспечивает глубокое осветление воды до норм ГОСТ. Он может работать по принципу объемного или пленочного фильтрования. В соответствии с этим принимают его конструкцию.

При наличии фильтра первой ступени работа фильтра второй ступени будет более стабильной. Резкие колебания мутности исходной воды практически не отражаются на мутности фильтрата.

 

Литература

  1. 1. ГОСТ 2874-82. Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством . -М.: Издательство стандартов, 1982. – 152 с.
  2. 2. Малаев, Н.Х. и др. Содержание некоторых микроэлементов в водах сезонных пастбищ // Сб. науч.раб./ Даг.НИВИ, 1974.- Т.6-7. – С. 278-285.
Теги: Вода
Год: 2012
Город: Костанай