Реферат: Методы очистки воды

Реферат: Методы очистки воды

Министерство образования Российской Федерации

Камский государственный политехнический институт

Реферат

по дисциплине «инженерные сети»

на тему:

Набережные Челны, 2003 г.

Проблема очистки воды охваты­вает вопросы физических, химических и

биологических ее изменений в про­цессе обработки с целью сделать ее пригодной

для питья, т. е. очистки и улучшения ее природных свойств.

Основными методами очистки воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения

являются осветление, обес­цвечивание и обеззараживание.

Осветление воды путем осаждения взвешенных веществ. Эту функцию выполняют

осветлители, отстойники и фильтры. В осветлителях и отстойни­ках вода

движется с замедленной скоростью, вследствие чего происхо­дит выпадение в

осадок взвешенных частиц. В целях осаждения мельчай­ших коллоидных частиц,

которые мо­гут находиться во взвешенном состоя­нии неопределенно долгое

время, к воде прибавляют раствор коагулянта (обычно сернокислый алюминий,

же­лезный купорос или хлорное железо). В результате реакции коагулянта с

солями многовалентных металлов, содержащимися в воде, образуются хлопья,

увлекающие при осаждении взвеси и коллоидные вещества.

Коагуляцией примесей воды назы­вают процесс укрупнения мельчай­ших коллоидных

и взвешенных частиц, происходящий вследствие их взаим­ного слипания под

действием сил мо­лекулярного притяжения.

Фильтрование — самый распро­страненный метод отделения твердых частиц от

жидкости. При этом из рас­твора могут быть выделены не только

диспергированные частицы, но и кол­лоиды.

В процессе фильтрования происхо­дит задержание взвешенных веществ в порах

фильтрующей среды и в био­логической пленке, окружающей час­тицы фильтрующего

материала. Вода освобождается от взвешенных частиц, хлопьев коагулянта и

большей части бактерий.

Обесцвечивание воды, т. е. устра­нение или обесцвечивание различных

окрашенных коллоидов или полностью растворенных веществ может быть

до­стигнуто коагулированием, примене­нием различных окислителей (хлор и его

производные, озон, перманганат калия) и сорбентов (активный уголь,

искусственные смолы).

Обеззараживание воды, или ее дезинфекция, заключается в полном освобождении

воды от болезнетвор­ных бактерий. Так как полного осво­бождения ни

отстаивание, ни филь­трование не дают, с целью дезинфек­ции воды применяют

хлорирование и другие способы, описанные ниже.

На примере типовой схемы очист­ной станции водопровода показан комплекс

составляющих ее элементов (рис. 1.1).

Главнейшие из этих элементов следующие:

Насосная станция первого подъе­ма, подающая воду на очистные сооружения.

Смеситель 2, обеспечивающий пе­ремешивание раствора коагулянта, поступающего

из реагентного хозяй­ства 3, с обрабатываемой водой. В практике применяют

гидравлические и механические типы смесителей. На схеме показан дырчатый

смеситель, представляющий собой лоток с дырча­тыми перегородками, в котором

проис­ходит перемешивание воды с раство­ром коагулянта.

Рис. 1.1

Камера реакции 4, в которой за­вершается химическая реакция и образуются

хлопья коагулянта. На схеме приводится камера реакции, помещае­мая внутрь

вертикального отстойника. Хлопьеобразование в ней завершается в течение

10...15 мин.

Отстойники 5, которые в зависимо­сти от направления движения воды

подразделяются на горизонтальные, вертикальные и радиальные. Горизон­тальный

отстойник в плане — прямо­угольник. Глубина его 3...5 м. Вода движется через

отстойник со ско­ростью, не превышающей 5 мм/с, а при коагулировании — 10

мм/с. В целях равномерного распределения потока в поперечном сечении

отстой­ника предусматривается конструктив­ная деталь, обеспечивающая

равно­мерное поступление воды в отстой­ник и отвод ее, например дырчатая

стенка.

На станциях меньшей производи­тельности применяют вертикальные отстойники,

состоящие из двух ци­линдров, вложенных один в другой. Диаметр внешнего

цилиндра — не больше 12 м. Отношение диаметра к высоте отстойника (D/H)

принимают в пределах 1,2...2. Вода поступает во внутренний цилиндр, в котором

нахо­дится камера реакции, опускается вниз, затем осветляется, поднимаясь в

вертикальном направлении вверх по среднему кольцевому пространству со

скоростью 0,5...0,75 мм/с. Осветлен­ная вода через отводящие желоба отводится

трубой или по каналу на фильтр.

Радиальные отстойники диамет­ром от 5 до 60 м занимают среднее положение

между горизонтальными и вертикальными отстойниками. Вода попадает в

центральную часть отстой­ника и, постепенно уменьшая ско­рость, движется в

радиальном на­правлении к лотку, расположенному вдоль периферийной части, из

кото­рого отводится.

Дно отстойника устраивают с укло­ном к грязевому приямку или лотку, откуда

выпавший осадок непрерывно или периодически удаляется насосом или самотеком

сбрасывается в водо­сток.

Осветлители, конструкция кото­рых в основном не отличается от кон­струкции

вертикального отстойника, дают значительный эффект осветле­ния, позволяя при

этом снизить рас­ход коагулянта и сократить размер сооружений. Осветляемая

вода про­ходит в восходящем движении слой осадка высотой 2...2,5 м,

находящегося во взвешенном состоянии (так назы­ваемая суспензионная

сепарация).

В процессе работы осветлителя происходит укрупнение хлопьев коа­гулянта,

задерживающих часть взве­си. В настоящее время осветлители широко применяют

как в городских, так и в промышленных водопроводах. В некоторых случаях

вертикальные отстойники переоборудуют на освет­лители.

Фильтрование состоит в пропуске воды через фильтр 6, заполненный фильтрующим

материалом (обычно кварцевым песком), уложенным слоя­ми возрастающей сверху

вниз круп­ности. Вода поступает на поверхность фильтра, движется сквозь слои

фильт­рующего материала и дренажным устройством отводится в резервуар чистой

воды. В процессе работы фильтр заполнен водой до уровня 1...1.5 м над

поверхностью фильтрую­щего материала.

Фильтры делаются открытыми без­напорными и закрытыми напорными. Напорные

фильтры представляют со­бой закрытые стальные резервуары.

В применяемых в настоящее время скорых фильтрах скорость прохож­дения водой

фильтрующего материа­ла, или скорость фильтрации, равна 6...7 м/ч в отличие

от громоздких медленных фильтров, применявшихся ранее, в которых скорость

фильтрации была меньше в 50...60 раз.

В предложенных институтом Вод-гео двухслойных фильтрах поверх слоя кварцевого

песка укладывают слой дробленого антрацита, что по­зволяет увеличить скорость

фильтра­ции до 9... 10 м/ч и соответственно уд­линить рабочий период фильтра.

Количество фильтров на очистной станции — не менее двух. Площадь одного

фильтра от 10...20 м2 на малых и средних станциях, до 100 м2 и бо­лее — на

больших.

После фильтров вода может по­ступать непосредственно потребителю.

Способы обеззараживания воды.

Среди оставшихся в воде после филь­трования бактерий могут быть

болез­нетворные. Уничтожение их может быть достигнуто: введением в воду

сильных окислителей, способных уби­вать ферменты бактериальных клеток;

нагреванием воды до температуры 80 °С (пастеризация) — 100 °С

(сте­рилизация); облучением воды ультра­фиолетовыми лучами; озонированием;

воздействием ультразвуком; введе­нием в воду серебра или других ме­таллов,

обладающих олигодинамическим действием на микроорганизмы. Практическое

применение нашли 1, 3 и 4-й методы.

В качестве окислителей можно использовать хлор, йод, марганцево-кислый калий,

перекись водорода, гипохлорит натрия и кальция. Чаще всего применяют жидкий

хлор и хлор­ную известь. Газообразный хлор сжи­жают под давлением 0,6...0,8

Па и в жидком виде доставляют на водопро­водную станцию в стальных баллонах

весом 25 кг. Посредством особых при­боров — хлораторов хлор дозируют и

смешивают с водой. Полученная в установке для обеззараживания 7 хлорная вода

(рис. 11.1) поступает в резервуар чистой воды 8. Обычная доза хлора 1,0...1,5

мг/л в случае пред­варительного хлорирования до очист­ных сооружений и

0,3...0,5 мг/л при хлорировании после фильтров. В ма­лых установках применяют

хлорную известь. Для устранения запаха хлора к обрабатываемой воде прибавляют

одновременно с хлором в небольших количествах аммиак (аммонизация воды).

Хлор, введенный в воду, обра­зует хлорноватистую кислоту и соляную кислоту по

уравнению С12 + Н2О = = НОС1 + НС1. Хлорноватистая кис­лота НОС1 — соединение

нестойкое, диссоциирующее с образованием гипохлоритного иона ОС1. При этом

окис­лительное действие на органические вещества, в том числе и бактерии,

проявляют как хлорноватистая кисло­та, так и гипохлоритный ион. Соля­ная

кислота соединяется с карбона­тами, находящимися в воде.

Установка для дезодорации воды проектируется перед фильтрами. При­вкусы и

запахи природных вод бывают природного и искусственного проис­хождения, что

обусловливает разли­чие их химического состава и много­образие методов

обработки воды для их локализации.

Для удаления из воды веществ, вызывающих нежелательные привку­сы и запахи,

применяют следующие методы ее обработки: аэрацию, окис­ление хлором, озоном,

перманганатом калия и другими окислителями; сорб­цию активным углем. Аэрация

воды является наиболее простым способом ее дезодорации, основанным на

ле­тучести большинства веществ, обус­лавливающих привкусы и запахи. Аэрацию

воды осуществляют на гра­дирнях, в брызгальных бассейнах (см. гл. 12) до

введения в нее окисли­телей во избежание их потерь.

Для удаления из воды запахов, обусловленных жизнедеятельностью

микроорганизмов и водорослей, успешно применяют хлор и озон. В целях

предотвращения появления хлорфенольного запаха при хлориро­вании воды

рекомендуется применять: перхлорирование воды (для окисления фенолов),

преаммонизацию (введение солей аммиака для связывания хлора) и

комбинированную обработку воды совместно с марганцевокислым ка­лием.

Активный уголь является наиболее универсальным средством для дезо­дорации воды.

ВЫБОР МЕСТА РАСПОЛОЖЕНИЯ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБУЕМЫХ ПЛОЩАДЕЙ

При устройстве хозяйственно-пить­евого водоснабжения важное значение имеет

вопрос о выборе места расположения водопроводных станций, включающих

водозаборные и водо­очистные сооружения, насосные стан­ции и водоводы. Место

расположе­ния водозаборных сооружений должно выбираться возможно ближе к

водопотребителю. При использовании поверхностного источника водозабор должен

быть расположен выше обслуживаемого населенного пункта по те­чению реки,

чтобы поверхностный сток и вышерасположенные населенные пункты не оказывали

влияния на качество воды. При использовании под­земного источника

водоснабжения место расположения колодцев или каптажных сооружений назначают

с учетом возможных источников загряз­нения подземных вод, направления и

скорости подземного потока.

Площадка для размещения водо­очистной станции должна обеспечить не только

возможность организации зоны санитарной охраны, но и иметь удобный рельеф и

надежные подъез­ды к станции. Желательно, чтобы рельеф территории в границах

водо­проводной станции обеспечивал дви­жение воды самотеком через все

очистные сооружения с минимальным объемом земляных работ при мини­мальном

заглублении сооружений в землю. При выборе площадки очист­ных сооружений

необходимо учиты­вать уровень грунтовых вод, так как высокий уровень

грунтовых вод на площадке размещения водоочистной станции может решающим

образом повлиять на степень заглубления ос­новных сооружений станции и

вызвать значительное увеличение объема зем­ляной подсыпки сооружений,

распо­лагаемых вне зданий.

При определении требуемой пло­щади для размещения станции улуч­шения качества

воды следует руко­водствоваться СНиПом, учитываю­щим не только

производительность станции, что определяет габариты во­доочистных сооружений,

но и возмож­ность дальнейшего ее расширения в соответствии с развитием

водопотребления города (табл. 1.1). В этой свя­зи важное значение имеет

компоновка основных и вспомогательных соору­жений станции, минимальная

протя­женность внутристанционных комму­никаций.

Размеры земельных участков станций очистки воды систем

Таблица 1.1

Производительность станций очистки воды, тыс. м3/сут.	Размеры земельных участков, га
До 0,8	1
Более 0,8 до 12	2
» 12 » 32	3
» 32 » 80	4
» 80 » 125	5
» 125 » 250	7
» 250 » 450	10
» 400 » 800	14