Методы и сооружения водоподготовки в системах водоснабжения

Назначение методов и сооружений водоподготовки – доведение качества природных вод, забираемых из источников водоснабжения, до показателей качества, требуемых водопотребителем.
Требуемое качество воды в системах промышленного водоснабжения задается требованиями технологических процессов.
Качество питьевой воды определяется Государственными санитарно-эпидемиологическими правилами и нормативами СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода».

СанПиН разработаны и утверждены в соответствии с требованиями Федерального закона «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» № 52-ФЗ от 30 марта 1999г.:
«Питьевая вода должна быть безопасной в эпидемиологическом и радиационном отношении, безвредной по химическому составу и должна иметь благоприятные органолептические свойства» (статья 19, п. 1).

СанПиН устанавливает следующие нормативы качества питьевой воды:
в эпидемическом отношении (микробиологические и паразитологические показатели);
по содержанию химических веществ как природного, так и антропогенного происхождения.

Показатели качества воды – физические и химические – это показатели, которые количественно описывают свойства воды, обусловленные наличием в ней различных примесей, а также ее температурный режим.
Значения показателей качества воды определяются в результате анализов проб воды.

Физические показатели качества воды
температура
содержание взвешенных веществ, мутность, прозрачность
цветность
запах
вкус и привкус

Химические показатели качества воды
минерализация (сухой остаток) – суммарное содержание всех растворенных веществ
водородный показатель рН
жесткость воды – содержание солей Ca и Mg
содержание органических веществ (окисляемость, БПК – биохимическая потребность в кислороде, ХПК – химическая потребность в кислороде)
содержание отдельных веществ

Оценка качества природной воды
Природная вода представляет собой сложную динамическую систему, содержащую газы, минеральные и органические вещества в молекулярном, истинно растворенном, коллоидном или взвешенном состояниях.
Для подземных вод характерно значительное содержание минеральных солей и небольшое количество органических и взвешенных веществ.
Для поверхностных вод характерна высокая мутность и содержание органических соединений.
В современных условиях наблюдается загрязнение водных объектов примесями антропогенного и техногенного происхождения.

Методы обработки воды
Выбор метода обработки воды зависит от состояния содержащихся в воде примесей. Все методы можно разделить на 4 группы:
Группа I: Воздействие на взвешенные вещества (отстаивание, осветление во взвешенном слое, центробежная сепарация, флотация, фильтрование) – методы механической очистки воды.

Группа II: Воздействие на коллоидные примеси (в т.ч. высокомолекулярные соединения и вирусы) – коагуляция, флокуляция, электрокоагуляция, биохимический распад, сорбция, окисление (хлорирование, озонирование), воздействие ультрафиолетовым излучением, ультразвуковая обработка, обработка ионами тяжелых металлов (меди, серебра и т.д.) – методы физико-химической очистки воды.

Группа III: Воздействие на растворенные органические вещества и газы (десорбция газов и легколетучих органических соединений путем аэрирования, термической и вакуумной отгонки, сорбция на высокопористых материалах, экстракция органическими растворителями, эвапорация, окисление, флотация) – также физико-химические методы очистки воды.

Группа IV: Воздействие на примеси ионногенных неорганических веществ (ионный обмен, электродиализ, обратный осмос, реагентная обработка, кристаллизация, дистилляция, вымораживание, магнитная обработка) - также физико-химические методы очистки воды.

В системах водоснабжения из поверхностных источников при подготовке питьевой воды обычно применяют осветление, обесцвечивание и обеззараживание.
В системах водоснабжения из подземных источников – обработка воды для питьевых целей чаще всего ограничивается одним обеззараживанием.
Технологические схемы, применяемые при обработке природной воды

Схема с вертикальными отстойниками и скорыми фильтрами
1 – насосная станция 1-го подъема; 2 – смеситель; 3 – реагентное хозяйство; 4 – камера хлопьеобразования водоворотного типа;
5 – вертикальный отстойник; 6 – скорые фильтры; 7 – хлораторная; 8 – резервуары чистой воды (РЧВ); 9 – насосная станция 2-го подъема

При очистке поверхностных вод (осветлении, обесцвечивании) широко применяются специальные реагенты – коагулянты.
Коагулянты применяют для обеспечения процесса коагуляции – укрупнения коллоидных частиц примесей в крупные хлопья для интенсификации процесса их осаждения. Коллоидные частицы примесей из-за своих мелких размеров способны находиться в воде во взвешенном состоянии (не осаждаясь) неограниченно долгое время.
В качестве коагулянтов применяют соли Al и Fe.

Скоагулированная взвесь осаждается в отстойниках и осветлителях различных конструкций; окончательное осветление воды осуществляется на фильтрах с зернистыми загрузками (кварцевый песок, антрацит, керамзит и т.п.).

С целью обеззараживания воды (уничтожения патогенных микроорганизмов) применяют ее обработку хлором, озоном, ультрафиолетовыми лучами.
Наибольшее распространение получило хлорирование воды, так как хлор имеет остаточное действие после выхода воды с очистных сооружений.
Озонирование и УФ облучение обычно применяются на станциях малой производительности и при условии, что вода не получит вторичное бактериальное загрязнение при транспортировании потребителю.