Основы теории очистки воды

Степень очистки воды и состав сооружений для этой цели зависят от требований, предъявляемых к качеству воды, и от качества воды в источнике. Если вода источников водоснабжения не удовлетворяет требованиям ГОСТа для питьевых целей или не соответствует требованиям технологического процесса производства, то применяют следующие основные процессы очистки: осветление, которое достигается путем отстаивания воды в отстойниках или осветлителях для выделения из воды взвешенных веществ и фильтрованием воды через фильтрующий материал; обеззараживание для уничтожения болезнетворных бактерий, содержащихся в воде; смягчение - уменьшение содержания в воде солей кальция и магния [1].

Другие способы обработки воды - обезжелезивание, опреснение, дегазация и стабилизация применяются реже, главным образом для нужд производственных предприятий.

Очистка воды для питьевых целей состоит из следующих операций: коагулирование, осветление, фильтрование и обеззараживание при помощи хлорирования.

Очистные сооружения в системах водоснабжения проектируют с частичной автоматизацией. Автоматизируют процессы дозирования реагентов, выпуска осадка из отстойников и осветлителей, регулирования скорости фильтрования, промывки фильтров.

Из отстойников и осветлителей проектируется автоматическое удаление осадка при помощи фотодатчиков уровня, воздействующих на электрозадвижки, установленные на трубопроводах выпуска осадка.

Для отдельных узлов водоснабжения, включающих ряд сооружений проектируется комплексная автоматизация узла с применением средств автотелеуправления и передачей на диспетчерский пункт только функции контроля [2].

Внедряются в практику новые приборы, оправдавшие себя в условиях эксплуатации: мутномеры, цветномеры, концентратомеры, дозаторы, автоматические хлораторы, анализаторы остаточного хлора, ротаметры, дифманометры мембранные и сильфонные, реле струйные и поплавковые, сигнализаторы и др.

Фильтрованием называется процесс прохождения осветляемой воды через слой фильтрующего материала. Фильтрование, так же как и отстаивание, применяют для осветления воды, т. е. для задержания находя - щихся в воде взвешенных веществ. Фильтрующий материал должен представлять собой пористую среду с весьма малыми порами. В водо - проводной практике в качестве основного фильтрующего материала применяют песок.

Фильтр представляет собой резервуар, в нижней части которого рас - положено дренажное устройство той или иной конструкции для отвода профильтрованной воды. На дренаж укладывают слой поддерживающего материала, а затем слой собственно фильтрующего материала. При песчаных фильтрах поддерживающим материалом является гравий, уложенный слоями с возрастающей книзу крупностью зерен. В процессе фильтрования фильтр постоянно заполнен водой до уровня, расположенного не менее чем на 2 м выше поверхности фильтрующего материала. В обычных фильтрах вода подается сверху и отводится снизу - через дренажное устройство.

Пропускная способность фильтра определяется скоростью фильтро - вания. Под скоростью фильтрования следует понимать не скорость дви - жения воды в порах, а скорость вертикального движения воды над фильтрующим слоем. Скорость фильтрования определяют по соотно- шению количества воды, проходящей через фильтр в единицу времени к площади фильтра.

В большинстве случаев фильтрование применяют в сочетании с другими методами очистки воды. Так, на станциях городских водопроводов фильтры обычно используют для обработки воды, прошедшей (после коагулирования) отстойники или осветлители. Фильтры применяют также для осветления воды при ее реагентном смягчении и обезжелезивании. В некоторых случаях фильтры используют для осветления природной некоагулированной воды, а также коагулированной воды без предварительного отстаивания.

Фильтры по виду фильтрующей среды делят на зернистые (п eco^ антрацит, керамзит); сетчатые (сетки с различной крупностью ячеек); тканевые (хлопчатобумажные, льняные и др.); каркасные или намыв - ные (диатомитовые).

Зернистые фильтры разделяют по скорости фильтрования на мед - ленные - со скоростью фильтрования до 0,3 м/ч, открытые; скорые - со скоростью фильтрования 2-15 м/ч, открытые и напорные; сверхскорые - со скоростью фильтрования более 25 м/ч, напорные.

По крупности зерен фильтрующего слоя различают фильтры мелкозернистые - размер зерен менее 0,4 мм, среднезернистые - 0,4-0,8 мм, крупнозернистые - более 0,8 мм.

Фильтрующий слой может быть однородным и неоднородным. К фильтрам с неоднородным фильтрующим слоем относятся: двухслойные (песок, антрацит) и многослойные.

Движение воды в фильтрах может происходить сверху вниз - медленные, обычные скорые, напорные; снизу вверх - контактные осветлители; снизу вверх и сверху вниз – двухпоточные, фильтры.

Фильтры могут работать с постоянной или переменной скоростью, в напорном или безнапорном режиме (открытые фильтры).

По характеру механизма задержания взвешенных частиц можно различать два основных вида фильтрования: через фильтрующую пленку, образующуюся в процессе фильтрования частицами взвеси, оседающими на поверхность загрузки; без образования на поверхности загрузки фильтрующей пленки.

При фильтровании первого вида на фильтре задерживаются перво - начально только такие частицы взвеси, размер которых больше размера пор фильтрующего материала. Слой осадка (пленка), образующийся из задержанных частиц взвеси, сам по себе является фильтрующим мате - риалом и играет основную роль в очистке воды, а песчаная загрузка фильтра служит поддерживающей опорой для отлагающихся на ее по - верхности загрязнений. Эффект осветления воды фильтрами при их работе по мере образования пленки над песком постепенно увеличивается. Фильтрование через поверхностную пленку, при котором осветляют воду без предварительной химической обработки ее коагулянтами, наиболее характерно для так называемых медленных фильтров. Они загружаются мелким песком, работают при малых скоростях фильтрования и способны обеспечить высокую степень осветления воды, задерживая мельчайшие частицы взвеси.

При фильтровании без образования поверхностной пленки задержание частиц, загрязняющих воду, происходит в толще слоя фильтрующей песчаной загрузки, где эти частицы извлекаются из воды и удерживаются на зернах песка. Не всякие частицы способны прилипать к зернам песка при фильтровании. Частицы, загрязняющие воду, обладают в естественном состоянии так называемой агрегативной устойчивостью, пре - пятствующей как их взаимному слипанию - коагуляции, так и прилипанию к какой-либо поверхности. Однако после обработки воды коагулянтами агрегативная устойчивость взвешенных и коллоидных частиц падает, вследствие чего их способность к взаимному слипанию и при - липанию к зернам песка возрастает. Фильтрование без образования

поверхностной пленки является нормальным рабочим процессом скорых фильтров, осветляющих воду после химической обработки ее коагулянтами. В этом случае на фильтры поступает вода, содержащая агрегативно неустойчивые частицы - мельчайшие хлопья, величина которых значительно меньше размера пор фильтрующей загрузки. Эти частицы свободно проникают с водой по поровым каналам в толщу песка и задерживаются там под действием сил прилипания.

В фильтровании агрегативно неустойчивой, способной к прилипа - нию взвеси и состоит принцип скорого фильтрования. Только после пред - варительной химической обработки воды, в результате которой взвесь теряет агрегативную устойчивость, можно получить на скорых фильтрах весьма высокий эффект осветления воды при высоких скоростях фильтрования.

 

Литература

  1. Мелиорация и водное хозяйство. Т.7. Сельскохозяйственное водоснабжение: справочник / Л.Е. Тажибаев, В.С. Усенко, Г.И. Николадзе и др.; под ред. В.Н. Олейника.- М.: Агропромиздат, 1992. – 534 с.
  2. Гусев, С.Н. и др. Водоснабжение на базе артезианских скважин.-М.: Колос, 1976. – 598 с.
Год: 2012
Город: Костанай