Эффективность традиционных водоочистных технологий

Традиционные технологии водоподготовки предусматривают обработку воды по классическим двухступенчатой или одноступенчатой схемам, основанным на примене­нии микрофильтрования (в случаях наличия в воде водорослей в количествах более 1000 кл/мл), коагулирования воды сернокислым алюминием с последующим ее отстаи­ванием или осветлением в слое взвешенного осадка, скорого фильтрования или контакт­ного осветления и обеззараживания воды хлором. В целях поддержания водопроводных сооружений в необходимом санитарном состоянии и для частичного обесцвечивания вод, содержащих гумусовые соединения, осуществляется первичное хлорирование во­ды, поступающей на очистную станцию.

В условиях постоянно изменяющегося качества воды и отсутствия его прогноза, повышенной загрязненности водоисточников промышленными и бытовыми сточными водами и наличия в них широкого спектра загрязняющих веществ, в том числе и техно­генного происхождения (нефтепродукты, фенолы, пестициды, соли тяжелых металлов, ПАВ и др.), с одной стороны, и ужесточения требований к качеству питьевой воды, по­даваемой потребителям, с другой, такие технологии не всегда способны обеспечить нормативную степень очистки по отдельным показателям. Кроме того, нерациональное использование потенциала сооружений предочистки (водозаборов-ковшей, фильтрую­щих каналов, больших искусственных наливных водоемов и «биоплато») приводит к увеличению в целом грязевой нагрузки на водоочистные сооружения.

Наиболее сложная ситуация в процессе эксплуатации водопроводных станций складывается в периоды паводков и залповых аварийных выбросов сточных вод, когда при относительно стабильных уровнях примесей естественного характера, прогнозиру­емых по многолетним наблюдениям, зачастую фиксируются достаточно высокие (пико­вые) концентрации токсичных примесей антропогенного происхождения. При этом в результате очистки воды традиционными методами могут быть выделены из нее в ос­новном примеси антропогенного происхождения, способные переходить в нераствори­мую форму при введении реагентов или сорбироваться на хлопьевидном осадке, обра­зующемся в процессе коагуляции.

Вместе с тем практически не удаляются из воды химические загрязнения находя­щиеся в растворенном виде, такие как фенолы, СПАВ, растворенные фракции нефти, ионы тяжелых металлов (например, Cr³⁺, Ni²⁺, В³⁺, As³⁺) и др. 

По данным д.т.н. Л.A. Васильева и др., наличие гумусовых веществ, нефти и нефте­продуктов, синтетических поверхностно-активных веществ, пестицидов приводит в про­цессе хлорирования, речной воды к появлению в ней предельных и ароматических углево­дородов (гексан, бензол и др.), альдегидов и летучих хлорорганических соединений (тетрахлорэтилен, гексахлорэтан, хлорпикрин и др.). Последующее обеззараживание очищен­ной воды хлором способствует дальнейшей трансформации этих соединений и увеличе­нию общего количества примесей примерно в 2,5 раза по сравнению с начальным.

Во многих случаях на традиционных очистных сооружениях плохо задерживаются хлорорганические соединения, которые образуются в процессе первичного хлорирова­ния воды, содержащей органические загрязнения. Наиболее часто отмечается образова­ние тригалогенметанов, оказывающих общетоксическое действие на живой организм. Тенденция к увеличению количества образующихся после первичного хлорирования хлорорганических соединений обусловлена возрастанием антропогенных нагрузок на источники водоснабжения, а также изменением технологических режимов водоочистки, в частности применением повышенных доз хлора и коагулянта и увеличением времени контакта хлора с водой.

Эффективность очистки вод, содержащих антропогенные примеси, на традиционных сооружениях водопровода

Сотрудниками кафедры водоснабжения НГАСА были получены эксперименталь­ные данные на одной из водоочистных станций г. Нижнего Новгорода по влиянию хло­рирования воды на образование летучих галогенсодержащих органических соединений. Так, общее содержание последних в воде после вторичного хлорирования снизилось с 242 до 235 мкг/л и выросло в питьевой воде после вторичного хлорирования до 308 мкг/л.

Динамика изменения количественного состава летучих галогеносодержащих органических соединений (ЛГС)

Первичное хлорирование воды осуществлялось дозами 3,5-4,0 мг/л, вторич­ное - дозами 1,2-0,8 мг/л, доза коагулянта составляла 30-40 мг/л.

Исследования динамики изменения некоторых соединений, относящихся к группе три- галогенметанов (хлороформа, четыреххлористого углерода, дихлорэтана и др.), по ступеням очистки на действующих водопроводных станциях проводились сотрудниками НИИ ВОД- ГЕО. Как показали результаты исследований, приведенные в табл. 10.3, наиболее часто в хлорированной воде обнаруживаются в концентрациях, превышающих ПДК, четыреххло­ристый углерод и хлороформ, обладающие канцерогенностью и мутагенностью. По мере извлечения из воды органических загрязнений снижается и содержание этих хлорорганических соединений. Однако обеспечить их нормативные концентрации после всего цикла во- дообработки на традиционных сооружениях не всегда удается.

Динамика изменения концентраций хлорорганических соединений в воде по тракту ее обработки

Первичное хлорирование воды осуществлялось дозами 2,0-5,3 мг/л, вторич­ное - дозами 1,2-0,8 мг/л.

Сотрудниками НИИ ВОДГЕО экспериментально установлено (д.т.н. А.И. Егоров и др.), что для предотвращения повышения токсичности воды из-за образования тригалогенметанов при ее хлорировании необходимо осуществлять преамонизацию с дозой аммония 20-30% по весу от весового расхода активного хлора. Так, при наличии в ис­ходной воде дихлорбромметана (СНС1₂Вг) - до 1,6 мкг/л и дибромхлорметана (СНС1Вг₂) - 0,5 мкг/л после хлорирования их количество в воде возросло соответствен­но до 26,7 мкг/л и 20 мкг/л, а хлороформа (СНС1₃) - от 0 до 23 мкг/л. При хлорировании с преаммонизацией речной воды этот процесс практически исключается или сводится к минимуму. Доочистка фильтрата после традиционной реагентной обработки воды в от­стойниках и скорых фильтрах с последующей сорбцией на активных углях БАУ или АГ-позволяет снизить содержание тригалогенметанов в воде в 12-15 раз.

Реагентная обработка поверхностных вод с целью их осветления и обесцвечивания, основанная на введении растворов коагулянтов, является неотъемлемой частью техно­логического процесса очистки воды на существующих сооружениях. При водоподготовке в качестве коагулянта наиболее часто используется очищенный сернокислый глино­зем, обладающий повышенной чувствительностью к температуре и pH очищаемой воды и образующий в результате реакции гидролиза рыхлые частицы гидроокиси алюминия. В по­следние годы все большее применение находит оксихлорид алюминия.

В зимнее время при низких температурах воды (менее 4 °С), вследствие снижения вяз­кости воды и повышения гидратации частиц гидроокиси алюминия, наблюдается замедле­ние процессов хлопьеобразования и осаждения скоагулированной взвеси. Особо остро проблема «вялого» протекания процесса коагуляции возникает при обработке цветных и высокоцветных вод рек и водоемов, характеризующихся наличием устойчивых органичес­ких комплексов, незначительным содержанием взвешенных веществ, недостаточным ще­лочным резервом и длительными периодами низких температур (до 6-7 месяцев в году).

Коагуляционная обработка таких вод и вод, содержащих электрокинетически ус­тойчивые коллоидные примеси, приводит к перерасходу реагента, уменьшению гидрав­лической нагрузки на очистные сооружения и зачастую к увеличению концентрации ос­таточного алюминия в питьевой воде, нормируемого по санитарно-токсикологическому показателю вредности до 0,5 мг/л.

Условные обозначения: См - смеситель; КХ - камера хлопьеобразования; ГО - горизонтальный отстойник; ОВО - осветлитель со взвешенным осадком; СФ - скорый фильтр. В скобках указаны максимальные зафиксированные концентрации за период наблюдений. Интервалы значений приведены за 1985-1990 годы.

Совместная реагентная обработка воды растворами извести, флокулянта и коагу­лянта позволяет при pH > 7,5 снизить после отстаивания мутность речной воды с 100-300 мг/л до 5-15 мг/л при одновременном снижении дозы A1₂(S0₄)₃*18H₂О в 1,5 раза. Такой технологический прием исключает в фильтрате превышения допусти­мых концентраций остаточного алюминия.

При наличии в поверхностных водах клостридий, цист патогенных кишечных про­стейших или колифагов, свидетельствующих о вирусном загрязнении, традиционное обеззараживание воды хлором оказывается недостаточным, а перехлорирование воды требует его последующего дехлорирования.

Конструктивные и технологические особенности морально устаревших элементов и сооружений очистных станций оказывают негативное действие на работу и эффектив­ность водоочистного комплекса в целом.

Применение в технологических схемах скорых фильтров с тяжелой загрузкой свя­зано с необходимостью изменения дренажных систем большого сопротивления, боль­шими энергозатратами на промывку фильтров и необходимостью наличия емкостей для хранения запаса промывной воды и специальных насосов для ее подачи.

Вернуться к списку