Использование современных технологий очистки воды в системах коммунального хозяйства Дальневосточного региона

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТОГУ

Использование современных технологий очистки воды в системах коммунального хозяйства Дальневосточного региона

Ведерникова E.В., Ведерников P.О., Шевцов М.Н.

Хабаровск, Россия

Абстракт

В статье рассмотрены методы и технологии систем водоснабжения и водоотведения используемые при очистке воды, исходя из требований охраны окружающей среды, экологических и экономических факторов, а также с учетом совершенствования эффективности процесса водоснабжения и водоотведения в коммунальном хозяйстве и на предприятиях Дальневосточного региона. Применение современных методов очистки воды способствует улучшению работы предприятий водопроводно-канализационного хозяйства, уменьшению ими капитальных и эксплуатационных затрат на содержание очистных сооружений, рациональному использованию источников водоснабжения и доведения до потребителя воды соответствующего качества.

Ключевые слова: водоснабжение, водоотведение, технологии, очистка воды, реагенты, коагулянты, флоакулянты, фильтры, гранодиорит, водопроводно-канализационное хозяйство, очистка сточных вод, УФ-излучение.

Abstract

Vedernikova Е. V., Vedernikov R. О., Shevtsov М. N.

PNU, Khabarovsk, Russia

USE OF MODERN TECHNOLOGIES OF WATER TREATMENT IN MUNICIPAL SYSTEMS OF THE FAR EASTERN REGION

The article discusses the methods and technologies of water supply and sanitation systems used in water treatment based on environmental protection requirements, environmental and economic factors, as well as taking into account the improvement of the efficiency of the water supply and sanitation process in utilities and enterprises of the Far Eastern region. The use of modem methods of water treatment contributes to the improvement of the operation of water supply and sewage enterprises, their reduction of capital and operating costs for the maintenance of treatment facilities, the rational use of water supply sources and bringing water of appropriate quality to the consumer.

Keywords: water supply, water disposal, technologies, water treatment, reagents, coagulants, flocculants, filters, granodiorite, plumbing, sewage treatment, UV radiation.

Введение

Внедрение и использование современных технологий в системах коммунального водоснабжения и водоотведения Дальневосточного региона далеки от совершенства. В сравнении с Западной частью России развитие технологических процессов отрасли водоснабжения и водоотведения только начинает свое становление, но при этом показывает хорошие результаты и перспективы.

Основной направленностью использования современных технологий в первую очередь является улучшение качества жизни населения, функциональность работы предприятий не только пищевой промышленности, но производств энергетического комплекса, судостроения, нефтеперерабатывающей отрасли и др.

Наиболее острыми социально-экономическими проблемами, в той или иной степени затрагивающими интересы каждого человека, являются состояние окружающей природной среды и поддержание высокого уровня жизни.

Создавая необходимые для своего существования продукты, отсутствующие в природе, человечество использует различные незамкнутые технологические процессы по превращению природных веществ. Конечные продукты и отходы этих процессов не являются в большинстве случаев сырьем для другого технологического цикла и теряются, загрязняя окружающую среду.

Человек преобразует живую и неживую природу значительно быстрее, чем происходит их восстановление.

Таким образом, применение современных технологий и методов в сфере водоснабжения и водоотведения позволит решить наиболее острые проблемы не только жизнедеятельности населения, но и в сфере энергоресурсосбережения и устойчивого функционирования предприятий и производств различных отраслей.

1. Существующие проблемы в схеме очистки воды

Нормативные требования к качеству очистки воды хозяйственно-питьевого назначения весьма высоки и выполнение их является актуальной проблемой.

Проблемы очистки воды на территории Дальневосточного региона обусловлены климатическими условиями, геологическими факторами и экологическим состоянием водоисточников.

Забор воды в абсолютном большинстве случаев осуществляется из поверхностных источников.

Одним из основополагающих факторов ухудшения забора воды в реках региона является увеличение мутности, спровоцированной большим количеством взвешенных наносов, мигрирующих в толще воды вследствие паводковых ситуаций, осуществляющегося судоходства и лесосплава.

Каждому виду загрязнения природной воды соответствуют вполне определенные технологические процессы извлечения его из воды. Природные воды отличаются большим разнообразием загрязнений и их сочетанием. Поэтому для решения проблемы эффективной очистки воды требуются различные технологические схемы и процессы, различные наборы сооружений для реализации этих процессов.

На предприятиях водоснабжения и водоотведения Дальневосточного региона в практике водоочистки используется реагентная, многоступенчатая технологическая схема с предочисткой и безнапорными скорыми фильтрами.

Метод обработки воды, состав и расчетные параметры сооружений водоподготовки и расчетные дозы реагентов установлены и регулируются в зависимости от качества воды в источнике водоснабжения, назначения водопровода, производительности станции и местных условий на основании данных технологических изысканий и опыта эксплуатации сооружений, работающих в аналогичных условиях.

2. Технологии реагентной очистки воды

Наиболее эффективной, но и наиболее сложной является реагентная очистка природных вод. Для очистки воды применяются различные химические вещества: соли, щелочи, кислоты, газы и др. Большая часть их вступает в химические реакции, как между собой, так и с примесями, содержащимися в воде.

Загрязнения, обусловливающие цветность и мутность природной воды, как правило, имеют малые размеры и обладают значительной устойчивостью против укрупнения, поэтому в обычных условиях осаждаются крайне медленно, а коллоиды цветности практически вообще не выпадают в осадок. Для ускорения процесса осветления и обесцвечивания природных вод используют коагулирование загрязняющих примесей воды. [6, с. 12]

Используемые в технологии обработки воды коагулянты обычно являются солями слабых оснований и сильных кислот, среди которых наибольшее распространение получил сульфат алюминия. При добавлении в воду коагулянта, сульфата алюминия, происходит его диссоциация с последующими гидролизом. В процессе гидролиза происходит повышение кислотности воды и снижение pH среды.

В процессе очистки воды от взвешенных веществ мицеллы гидроксида алюминия, несущие на своей поверхности положительный заряд, сорбируются на поверхности глинистых или других частиц, находящихся в очищаемой воде. В результате этого частицы взвеси покрываются плотным слоем частиц гидроксида алюминия.

Таким образом, взвешенные вещества играют роль поверхности, стимулирующей адсорбционно-коагуляционное взаимодействие, и способствуют образованию плотных агрегированных структур.

С целью ускорения процесса хлопьеобразования и седиментации образовавшихся хлопьев коагулянта применяют флокулянт.

Наибольшее распространение на предприятиях Дальневосточного региона в сфере водоснабжения и водоотведения, исходя из особенностей исходной воды, получили синтетические высокомолекулярные анионные флокулянты.

Добавление флокулянта в воду происходит после коагулянта с промежутком во времени 2-3 минуты в зависимости от качества обрабатываемой воды и концентрации раствора полимера 0,1-1%.

Условия смешения реагента с водой имеют решающее значение для последующего процесса очистки воды. Проведение процессов смешения воды с реагентами в оптимальных условиях приводит к существенной экономии коагулянта, позволяет проводить технологические процессы очистки воды с большими гидравлическими нагрузками.

Для смешения исходной воды с реагентами применяются смесители. Так, на предприятии водопроводно-канализационного хозяйства МУП города Хабаровска «Водоканал» внедрен высокоэффективный малогабаритный аэрогидроди- намический смеситель (АГДС), конструкции ЛНИИ АКХ.

Применение данного вида оборудования позволило отказаться от габаритных и материалоёмких смесителей других типов и тем самым снизить капитальные и эксплуатационные затраты. На каждый вид реагентов принято по индивидуальному смесителю.

Под действием скоростного напора и разрежения на поверхности распределительной трубы в смесителе возникает течение воды, которая поступает во входной участок, перетекает в распределительную трубу, и выбрасывается в водовод через систему отверстий последнего. Раствор реагента через отверстия в подающей трубе также поступает во входной участок смесителя. Под влиянием течения в смесителе на поверхности трубы, подающей реагент, в месте расположения отверстий возникает разрежение, облегчающее подачу реагента. Вытекающий из отверстий реагент попадает в поток, заполненный системой вихрей, сходящих с трубы подачи реагента. Под действием этих вихрей во входном участке происходит интенсивное перемешивание реагента с поступающей в смеситель водой. Таким образом, работает первая ступень смесителя.

Полученная смесь перетекает в распределительную трубу и выбрасывается через ее отверстия в водовод и вновь попадает в завихрённый поток, создаваемый за счет обтекания распределительной трубы. Эта система вихрей заполняет сечение водовода и осуществляет вторичное, заключительное смешение реагента с водой.

3. Фильтровальные технологии очистки воды

Фильтрование применяется для частичной или глубокой очистки воды от дестабилизированных коллоидов и дисперсных загрязнений первой группы по классификации Л.А. Кульского [1].

Фильтрованием называется процесс отделения от воды твердого вещества, находящегося с ней в смеси, при прохождении через пористую среду (пористую перегородку или пористую загрузку).

Фильтрование является в большинстве случаев заключительным этапом очистки природных вод, предопределяющим ее эффективность. Фильтры с зернистой загрузкой являются наиболее распространенным видом фильтровальных сооружений, поскольку применяются для задержания как растворенных, так и не- растворенных примесей природных вод.

Зернистые фильтры постоянно совершенствуются по двум направлениям: изыскание природных и создание искусственных фильтрующих материалов, отличающихся избирательной способностью к задержанию определенных видов загрязнений; улучшение конструкций фильтровальных сооружений с целью создания наиболее благоприятных условий их эксплуатации и повышения надежности их работы.

Эффективность и экономичность очистки воды фильтрованием зависит от правильного выбора фильтрующей загрузки, который обосновывается видовым составом и концентрацией примесей воды, а также производительностью станции водоподготовки.

Фильтрующая зернистая загрузка является основным рабочим элементом большинства фильтровальных сооружений и во многом определяет эффективность их работы. Правильный выбор фильтрующей загрузки имеет первостепенное значение для нормальной работы фильтра [7].

В качестве фильтрующей загрузки используются природные или специально изготовленные тяжелые и легкие зернистые материалы: песок, антрацит, керамзит, горелые породы, туфы, шлаки, полистирол, капрон и т. п. водоотведение дальневосточный экологический канализационный

На сегодняшний день наиболее эффективной и зарекомендовавшей себя фильтрующей загрузкой, применяемой на предприятиях водопроводно-канализационного хозяйства Дальневосточного региона является гранодиорит.

Гранодиоритовый песок обладает хорошими физико-механическими и высокими технологическими свойствами, что дает возможность использовать его в любых фильтровальных сооружениях осветления и обезжелезивания воды в фильтрах водоподготовки для объектов энергетики, а также для доочистки сточных вод. [8, с. 3].

Основными технологическими свойствами являются: высокая механическая прочность, большая пористость, большая удельная поверхность, возможность фильтрации с большими скоростями, большая грязеемкость, хорошие гидравлические характеристики.

Химический анализ гранодиорита и водных вытяжек из него показал безопасность его применения с санитарно-гигиенической точки зрения. Концентрация химических веществ в водных вытяжках не превышает предельно допустимой.

Еще одним плюсом гранодиоритовой загрузки является ее применение в фильтрах с любой конструкцией дренажной системы. В то же время современное развитие фильтровального оборудования склоняется к использованию дренажных систем, не требующих поддерживающих слоев, что исключает проблему горизонтального их смещения [9, 10].

Таким образом, очистку воды в зернистой загрузке следует рассматривать как суммарный результат процесса прилипания загрязнений, их отрыва, переноса в следующие по ходу движения воды слои загрузки и повторного закрепления на поверхности зерен фильтрующего материала [2].

4. Технологии очистки сточных вод

Городские сточные воды на 80 % и более состоят из хозяйственно-бытового стока, чем и обусловливается их качество.

Основными загрязнениями, очистка от которых предусматривается на городских очистных сооружениях, являются взвешенные вещества, коллоидальные и растворенные органические примеси, содержание которых косвенно оценивается показателем БПК_п0лн (биологическое потребление кислорода), микробиальные и паразитологические загрязнения.

Качество очищенных сточных вод нормируется с учетом утвержденных значений предельно допустимых сбросов конкретных видов загрязнений в данный створ водного объекта согласно [19].

Очистка включает предварительный и основной этапы. Последний этап предусматривает механическую и биологическую очистку с последующим обеззараживанием. В блок сооружений основной очистки включает первичные отстойники, биологические реакторы (аэротенки, биофильтры) и вторичные отстойники после них. Обводная линия позволяет отказаться от доочистки в те периоды, когда она не требуется.

Механическая очистка производится в первичных отстойниках различных конструкций: вертикальных, горизонтальных и радиальных. Отстойники должны обеспечить осветление воды, они задерживают до 50 % взвеси, в основном оседающей, большую часть плавающих примесей, песок с гидравлической крупностью менее 0,51,0 мм/с. Продолжительность пребывания воды в отстойниках около двух часов и за этот период происходит самокоагуляция наименее устойчивых органических коллоидов с осаждением ее продуктов. После механической очистки снижается БПК воды (на 20-30%).

Положительная роль первичных отстойников в технологической схеме состоит в защите сооружений биологической очистки от засорения выпадающими в осадок примесями и в уменьшении объемов образующегося в аэротенках избыточного активного ила высокой влажности. Кроме того, первичные отстойники выполняют функции буфера, позволяющего выравнивать концентрации загрязнений, неравномерно поступающих на очистное сооружение.

Требования к степени осветления воды в первичных отстойниках относительно мягкие, насколько это допустимо по условиям биологической очистки.

В настоящее время широко зарекомендовал себя метод биологической очистки с применением аэротенков, в которых аэрируют смесь сточной воды и активного ила (иловую смесь). После завершения аэрации иловая смесь из аэротенков поступает во вторичные отстойники, где разделяется на очищенную воду и активный ил. Часть активного ила, имеющего влажность более 99 %, возвращается в аэротенк и смешивается с поступающей на очистку водой, а избыточный активный ил выводится из системы и направляется на обработку.

В течение периода аэрации, продолжительность которого определяется расчетом и обычно составляет от 2,5 часов до 4-6 часов и более, осуществляется биологическая деструкция молекулярных и коллоидальных водных примесей и достигается требуемая степень очистки по БПК (до полной включительно). Механизм снижения БПК сточной воды в аэротенках заключается в биологической деструкции органических веществ в аэробных условиях и, отчасти, сорбцией органических молекул поверхностью хлопьев активного ила.

Технологические схемы механической и биологической очистки сточных вод и их доочистки не гарантируют полного удаления цист простейших и жизнеспособных яиц гельминтов. Обеззараживание хлорированием в режиме, рекомендуемом нормативами [19], не обеспечивает требуемого уровня инактивации возбудителей инфекционных заболеваний вирусной и паразитарной природы и способствует повторному загрязнению воды хлорорганическим соединениями. В настоящее время считается перспективным обеззараживание сточных вод УФ- облучением, но, тем не менее, основным методом обеззараживания очищенной воды является хлорирование, интенсификация которого достигается увеличением доз хлора и продолжительности контакта. [17, с.53]

Внедренный на очистных сооружениях канализации МУЛ города Хабаровска «Водоканал» метод УФ обеззараживания имеет следующие преимущества по отношению к окислительным обеззараживающим методам (хлорирование):

• УФ-облучение летально для большинства водных бактерий, вирусов, спор. Оно уничтожает возбудителей таких инфекционных заболеваний, как тиф, холера, дизентерия, вирусный гепатит, полиомиелит и т.п. Применение ультрафиолета позволяет добиться более эффективного обеззараживания, чем хлорирование, особенно в отношении вирусов;

• обеззараживание ультрафиолетом происходит за счет фотохимических реакций внутри микроорганизмов, поэтому на его эффективность изменение характеристик воды оказывает намного меньшее влияние, чем при обеззараживании химическими реагентами;

• в обработанной ультрафиолетовым излучением воде не обнаруживаются токсичные и мутагенные соединения, оказывающие негативное влияние на биоценоз водоемов;

• в отличие от окислительных технологий, в случае передозировки отсутствуют отрицательные эффекты. Это позволяет значительно упростить контроль за процессом обеззараживания и не проводить анализы на определение содержания в воде остаточной концентрации дезинфектанта;

• время обеззараживания при УФ-облучении составляет 1-10 сек. в проточном режиме, поэтому отсутствует необходимость в создании контактных емкостей;

• достижения последних лет в свето- и электротехнике позволяют обеспечить высокую степень надежности УФ-комплексов. Современные УФ-лампы и пускорегулирующая аппаратура к ним выпускается серийно, имеют высокий эксплуатационный ресурс;

• для обеззараживания УФ-излучением характерны более низкие, чем при хлорировании, эксплуатационные расходы. Это связано со сравнительно небольшими затратами электроэнергии и отсутствием потребности в дорогостоящих реагентах (жидком хлоре, гипохлориде натрия или кальция), а также в отсутствии необходимости в реагентах для дехлорирования.

Обеззараживание сточных вод - важнейший этап в поддержании экологической безопасности окружающей среды, в том числе водных ресурсов. Наиболее эффективный, простой и безопасный способ очищения воды от патогенных микроорганизмов, бактерий и вирусов - обеззараживание ультрафиолетовым излучением.

УФ-установки для обработки сточных вод состоят из нескольких блоков, основным является бактерицидная камера, или камера обеззараживания.

Работа таких камер основана на генерации невидимой для человеческого глаза спектральной части электромагнитных волн в диапазоне от 10 до 400 нм, находящиеся на границе с видимым светом, который человеческий глаз способен улавливать. Ультрафиолетовый спектр пригодный для обеззараживания воды лежит в диапазоне 205-315 нм с пиком на волне 253,7 нм.

В отличие от химических способов обеззараживания сточных вод, УФ- облучение даже в случае превышения установленной дозы не меняет свойств воды. При этом эффект обеззараживания достигается практически мгновенно, без необходимости дополнительных мер. Через минуту после обработки, вода готова для сброса в окружающую среду или повторного (оборотного) использования.

Заключение

Применение энерго- и ресурсосберегающих технологий очистки воды и сточных вод является требованием современных технологических процессов производства различных продуктов, товаров и услуг, а также общества в целом. Основная цель сооружений, аппаратов, методов и технологий очистки воды - это обеспечение населения, производств и предприятий водой надлежащего качества, а также рациональное использование природных источников водоснабжения.

Правильный выбор технологии очистки вод базируется на понимании происходящих водоочистных процессов, анализа реагентной обработки воды и сточных вод, экологического состояния источников водоснабжения, знании особенностей работы, достоинств и недостатков различных технологических сооружений, предопределяющих возможность и эффективность их применения.

Библиографические ссылки на источники

1. Кульский, Л.А. Теоретические основы очистки воды. Классификация примесей воды и выбор методов ее очистки. / Л.А. Кульский. - Киев: Наукова думка, 1968. - 196 с.

2. Минц, Д.М. Теоретические основы очистки воды / Д.М. Минц. - М.: Стройиз- дат, 1964. - 112 с.

3. Гандурина, Л.В. Очистка поверхностных сточных вод органическими коагулянтами и флокулянтами / Л.В. Гандурина, Л.Н. Буцева, В.С. Штондина // Водоснабжение и санитарная техника. - 2003. - № 6. - С. 21-25.

4. Ксенофонтов Б.С. Совершенствование технологии очистки питьевой воды / Б.С. Ксенофонтов, А.С. Козодаев, Р.А. Таранов, А.А. Балина, М.С. Виноградов, Д.В. Сазонов // Водоснабжение и санитарная техника. - 2013. - № 3. - С. 52-56.

5. Орлов В.А. Гидравлические исследования и расчет самотечных трубопроводов из различных материалов // Водоснабжение и санитарная техника. 2008. № 8. С. 45-50.

6. Водопроводная станция очистки поверхностных вод: учеб, пособие / Е.В. Сошников, Г.П. Чайковский. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2010. -128 с.: ил.

7. Аюкаев, Р.И. Производство и применение фильтрующих материалов для очистки воды: справ, пособие / Р.И. Аюкаев, В.З. Мельцер. - Л.: Стройиздат ,1985. - 120 с.

8. Шевцов М.Н., Лернер А.Д. Рекомендации по применению гранодиоритового песка Корфовского каменного карьера в фильтровальных сооружениях для очистки воды - Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 2001. - 9 с.

9. Предложения по повышению эффективности очистки воды при подготовке водоочистной станции к выполнению требований СанПиН 2.4.559- 96.-М.:НИИКВОВД998.-36с.

10. Методические рекомендации по обеспечению выполнения санитарных правил и норм СанПиН 2.1.4.559-96. «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» на водопроводных станциях очистки природных вод. /Согласовано с Департаментом Госкомсан- эпиднадзора Минздрава России от 21.03.2000г. № 24.Госстрой России, НИИ коммунального водоснабжения и очистки воды,- М.: 2000.-92с.

11. ГОСТ Р51641-2000 Материалы фильтрующие зернистые. Общие технические условия. - М.: Госстандарт России, 2000. - 10 с.

12. Блувштейн М.М. Повышение эффективности работы очистных сооружений водопровода. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1977. - 176 с.

13. Очистка природной воды: Метод, указ. / Сост.: Б.М. Гохман, Л.Р. Ланге: Сиб- ГИУ. - Новокузнецк, 2005. - 48 с.

14. СП 31.13330.2012 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения.

15. Абрамов Н.Н. Водоснабжение: Учебник для вузов, - 3-є изд., - М.: Строиздат, 1982.-440 с.

16. Воловник Г.И., Терехов Л.Д. Теоретические основы очистки воды: Монография в 2-х частях. 41. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2000. - 168 с.: ил.

17. Воловник Г.И. Технологические схемы очистки воды. Выбор и обоснование: учеб, пособие / Г.И. Воловник, Е.Л. Терехова. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2009. - 79 с.

18. СанПиН 2.1.4.1074.-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. - М.: Госкомсанэпидемнадзор России, 2001.

19. СНиП 2.04.03.-85*. Канализация. Наружные сети и сооружения / Госстрой СССР. - М.: Издание официальное, 1986. - С. 72.

20. СНиП 2.04.01.-84*. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. - М.: ГУП ЦПМ, 2000. - 128 с.

Размещено на Allbest.ru