Технологические схемы очистки природных вод, содержащих антропогенные примеси

Для большинства существующих водопроводных очистных станций России до на­стоящего времени попытка улучшить очистку воды от примесей антропогенного проис­хождения при минимальных затратах обычно ограничивается использованием аэрации воды в смесителях, применением новых коагулянтов и флокулянтов и устройством в скорых фильтрах дополнительного слоя загрузки из гранулированного активированно­го угля высотой 0,3-0,6 м. Однако, как показывает опыт, сорбционные свойства угля (АУ) сохраняются в таких условиях работы не более чем на протяжении от полугода до двух лет с момента его засыпки в фильтры. После 60-70 суток эксплуатации скорого фильтра с верхним слоем АУ поверхность зерен сорбента покрывается неотмывающимися тонкодисперсными илистыми взвесями, содержащими окись алюминия и другие вещества, выносимыми из отстойников. В дальнейшем угольный слой фильтра выпол­няет лишь роль верхнего, первого по ходу движения воды, крупнозернистого фильтру­ющего слоя. Регенерацию отработанного угля на очистных станциях в России пока не производят ввиду сложности процесса и большой стоимости технологического обору­дования. Досыпают фильтры новым углем марок АГ-3, АГ-5, БАУ и др. по мере его вымыва, в среднем раз в один (два) года на 20-25 см.

В практике подготовки мутных и цветных вод сложного физико-химического со­става с преобладанием органических загрязнений предпочтение отдается окислительно­-сорбционному методу, при котором на заключительном этапе продукты озонолиза за­держиваются на сорбционных гранулированных фильтрах с толщиной фильтрующего слоя до 1,5-2,0 м, крупностью угля 1-2 мм и рабочей скоростью фильтрования 7-10 м/ч.

Очистная станция обработки мутной цветной воды в контактном резервуаре, на окислительной загрузке флокуляцией, осветлением, фильтрованием через песок и гранулированный активный уголь, конечной дезинфекцией озоном и хлорированием

1 - ввод исходной воды и ее перекачка насосом; 2 - контактный и накопительный резервуар; 3 - окислительная загрузка; 4 - лоток Паршаля; 5 - осветлитель типа «Циркулятор»; 6 - песчаный фильтр; 7 - окисление озоном; 8 - фильтрование через гранулированный активный уголь; 9 - ко­нечная дезинфекция озоном; 10 - конечное хлорирование.

Схема очистки и обеззараживания мутных цветных вод, содержащих водоросли и антропогенные примеси

1 - исходная вода; 2 - микрофильтр; 3 - контактный резервуар первичного озонирования; 4 - сме­ситель; 5 - камера хлопьеобразования; 6 - комбинированный осветлитель с блоками тонкослой­ного отстаивания; 7 - фильтр с загрузкой из керамзита или горелых пород; 8- контактный резер­вуар вторичного озонирования; 9 - сорбционный фильтр; 10 - РЧВ; И - НС-II; 12 - ввод озоно­воздушной смеси; К - коагулянт; Ф - флокулянт; И - известь; ПАУ - порошковый уголь; X - хлор; ТПФ - триполифосфат.

Для повышения эффективности работы сорбционных фильтров используют в од­ном корпусе трехслойную загрузку из макро- и микропористых углей различных марок с толщиной слоев от 0,5 до 1,5 м каждый и крупностью зерен от 0,4 до 4,0 мм. При скоростях фильтрования до 10 м/ч и периодической водовоздушной промывке верхнего слоя такие сорбционные фильтры обеспечивают необходимую доочистку в течение 1-1,5 лет без химической или термической регенерации угля. Известно, что частичная деструкция молекул органических веществ при окислении их озоном может вызвать ухудшение их сорбируемости на зернах углей.

Особую опасность представляет наличие в воде растворимых нелетучих и высококипящих средне- и высокомолекулярных органических соединений (углеводороды, СПАВ), способных образовывать комплексы и ассоциаты с тяжелыми металлами, хло­ром, фосфором и другими элементами.

Технологическая схема очистки воды с применением озонирования и осветлительно-сорбционных фильтров

1 - реактор первичного озонирования; 2 - смеситель; 3 - двухслойный фильтр ФПЗ (ОС); 4 - ре­актор вторичного озонирования; 5 - насос; 6 - сорбционный фильтр; 7 - РЧВ; 8 - реагентное хо­зяйство; 9 - озонаторная; 10 - деструктор для разложения остаточного озона; 11 - хлораторная

В таких случаях использование озона становится малоэффективным. Вместо него це­лесообразнее использовать сорбционную доочистку дозировкой порошковых активиро­ванных углей (ПАУ). Ввод ПАУ во избежание его непроизводительных потерь, осуществ­ляют перед осветлительными фильтрами в течение 5-10 суток с дозами 10-20 мг/л в наи­более неблагоприятные периоды года. Широкому распространению этого тех­нологического приема препятствует отсутствие простого и экологически чистого обору­дования для подготовки и дозирования пылевидного угля в обрабатываемую воду.

С учетом вышеизложенного, интерес для персонала водоочистных станций и раз­работчиков новых технологий водоочистки представляют экологически чистые техно­логии и сооружения для очистки и обезвреживания воды.

Под экологически эффективными технологиями для очистки и обезвреживания пи­тьевой воды понимают такие, которые не привносят в процессе их использования вред­ные отходы в окружающую среду и которые способны извлечь из природных источни­ков вредные для здоровья людей компоненты антропогенного происхождения без их трансформации в другие канцерогены и вредного воздействия на работу самих очист­ных сооружений.

К таким технологиям относятся физические и биологические методы предочистки поверхностных вод, реализуемые путем: многоступенчатого безреагентного фильтрова­ния воды с использованием крупнозернистых префильтров (с горизонтальным и верти­кальным направлением фильтрационного потока); безреагентного фильтрования через аэрируемые биореакторы, биофильтры и биосорберы (иногда с озонированием) специ­альных конструкций.

Технологическая схема очистки воды с использованием порошковых угольных сорбентов

1 - водозабор; 2 - насос; 3 - смеситель; 4 - отстойник с камерой хлопьеобразования; 5 - скорый фильтр; 6 - РЧВ; 7 - воздухозаборник; 8 - компрессор; 9 - бак для приготовления суспензии; 10 - эрлифт; 11 - дозатор; 12 - подача порошкового активированного угля.

Более широкое применение в практике водоочистки должны получить комбиниро­ванные технологии, использующие на первой стадии механические и биологические процессы предочистки непосредственно в водозаборном узле, а на второй - химические или физико-химические с меньшими дозами вносимых реагентов.

К числу таких технологий относится очистка поверхностных вод с предочисткой в искусственных водоемах за счет самоочищения и с искусственной интенсификацией этого процесса, аэрированием или озонированием. Технология предусматривает биоте­стирование воды для селекторного ее отбора, периодическую аэрацию (иногда озониро­вание) с целью поддержания жизнедеятельности микроорганизмов и последующую безреагентную или реагентную (с минимальным использованием реагентов) доочистку на традиционных сооружениях. При этом уже на первом этапе очистки окисляемость воды может снижаться на 30-50%, концентрация тяжелых металлов - на 50-90%, азота аммонийного - на 50-80%.

С позиции гигиенических требований для более широкого внедрения таких техно­логий в практику водоочистки требуют решения вопросы своевременной утилизации отработанных «токсичных» растений.

Наиболее проверенными в опытно-производственных и эксплуатационных услови­ях технологическими схемами водоподготовки некондиционных подземных вод, загряз­ненных антропогенными веществами, являются:

1. Аэрация - дегазация - обезжелезивание - адсорбция на ГАУ - ионный обмен на клиноптилолите в Nа⁺-форме - обеззараживание гипохлоритом натрия или кальция;
2. Аэрация - дегазация - коагулирование - фильтрование - озонирование - адсорб­ция на ГАУ - обеззараживание хлором или хлорреагентами;
3. Аэрация - дегазация - озонирование - фильтрование (осветление, обезжелезива­ние) - деманганация - адсорбция на ГАУ - УФ-обеззараживание.

Вариантами схемы яв­ляется осуществление двойного озонирования с рекуперацией озона на первой ступени и интенсификация вторичного (основного) озонирования с воздействием УФ-облучения и дополнительного окислителя (Н₂0₂) и катализатора.

Очистка воды от микроколичеств диоксинов (полихлордибензодиоксинов (ПХДД) и полихлордибензофуранов (ПХДФ), содержащихся в подземных водах, может быть осуществлена воздействием ультрафиолетового облучения (УФ), радиолиза, озонирова­ния, химических реагентов.

В связи с высокой стабильностью наиболее токсичного представителя - тетрахлор- дибензодиоксина (ТХДД) - продолжительность необходимого воздействия достигает нескольких часов. К примеру, для разрушения более 95% ТХДД путем озонирования требуется не менее четырех часов при pH = 10, что соответствует оптимальным услови­ям для данной реакции.

Применимость коагуляции и флокуляции с солями алюминия для удаления микро­количеств ТХДД из воды исследовалась в работе для водных систем, содержащих взве­шенные частицы и без них. Методы коагуляции и флокуляции позволяют разрушать си­стемы, присутствующие в загрязненных водах: «диоксины - вещества в коллоидном со­стоянии - вода» и «диоксины - вещества в гетерофазном состоянии - вода» с выведени­ем большой части диоксинов из системы в виде осадка. Результаты исследований пока­зывают возможность достижения эффективности очистки воды коагуляцией от диокси­нов до 20-70% в зависимости от фона ксенобиотиков.

При исследованиях адсорбционной емкости угля FILTRASORB-300 по отношению к различным галогенированным соединениям было установлено, что значения адсорб­ционной емкости для двух представителей класса полихлорбифенилов (ПХБ), к которо­му относятся и диоксины, составляют: 630 мг/г (ПХБ-1232) и 242 мг/г (ПХБ-1221). Дан­ные приведены для равновесной концентрации ПХБ 1 мг/л при нейтральном pH, что позволяет сравнить эту адсорбционную емкость с типовыми значениями для других ве­ществ. АУ является хорошим сорбентом для ПХБ и диоксинов.

Проведенные испытания сорбционной очистки воды в связи с обострением диок­синовой проблемы в Башкирии подтвердили эффективность этого метода. При адекват­ной предочистке фильтрацией через гранулированные активные угли (ГАУ) (типа СКД- 515) удаляется 93-97% всех типов диоксинов. Наиболее опасные изомеры диоксинов 2,3,7,8-тетра ПХДД и 1,2,3,7,8-пента ПХДД извлекаются из воды сорбцией на ГАУ.

Ухудшение качества поверхностных вод в последние 30 лет под воздействием ант­ропогенных (техногенных) факторов обусловило необходимость повышения барьерной (защитной) функции водоочистных станций хозпитьевого назначения.

Для очистки мутных и постоянно сильнозагрязненных в течение года вод предло­жена технология, включающая на первой стадии обработку воды в биореак­торе с носителями прикрепленных микроорганизмов. В случае необходимости процес­сы биопредочистки интенсифицируются вводом перед загрузкой биореактора дополни­тельного количества кислорода воздуха. На последующих ступенях обработки вода сме­шивается с реагентами в смесителях мгновенного действия и проходит стадию глубокой очистки в комбинированном сооружении, реализующем последовательно процессы контактного хлопьеобразования, тонкослойного отстаивания и фильтрования через не­однородную полимерную плавающую загрузку/

Технологическая схема очистки сильнозагрязненных мутных поверхностных вод с большим содержанием органических веществ

1- сооружения для приготовления и дозирования раствора коагулянта; 2 - то же для извести; 3- то же для полиакриламида; 4 - установка для хлорирования воды; 5 - узел получения и дози­рования озоновоздушной смеси; 6 - входная камера, совмещенная с биореактором; 7 - смеситель; 8 - комбинированный очистной блок; 9 - контактный газожидкостный реактор; 10 - контактный сорбционный двухслойный осветлитель; 11 - РЧВ; 12 - блок очистки промывных вод.

1- микрофильтры; 2 - контактный резервуар первичного озонирования; 3 - смеситель трубный; 4 - контактная камера - префильтр; 5 - двухслойный контактный осветлитель; 6 - РЧВ; 7 - НС- II; 8 - блок очистки промывных вод; 9 — реагентное хозяйство; 10 — узел получения и дозирова­ния озоно-воздушной смеси; 11 - хлораторная; 12 - фтораторная; ПВ — подача воды на промывку.

Для станций небольшой производительности (Q > 5,0 тыс. м³/сут), сооружаемых в районах, расположенных на значительном расстоянии от баз стройиндустрии и производств реагентов, могут ока­заться оправданны технологии с применением электрофизических методов, электроко­агуляции-флотации, озона с УФ и др. Такие станции могут быть построены без тради­ционных зданий или выполнены в контейнерном варианте.

Технологическая схема очистки высокоминерализованных вод, содержащих ан­тропогенные примеси

1 - биореактор; 2 - трехслойный осветлительно-сорбционный фильтр; 3 - электродиализная ус­тановка; 4 - обратноосмотическая установка; 5 - сорбционный фильтр; 6, 7 - рН-корректор; 8 - резервуар чистой воды; 9 - блок выпаривания солей; 10 - узел осветления промывных вод.

При использовании для хозяйственно-питьевых целей опресненной морской воды в соответствии с требованиями международных стандартов ВОЗ и СанПиН 2.1.4.1074-01 требуется ее предварительное кондиционирование. Принципиальная схема приготовле­ния питьевой из морской опресненной воды, разработанная в НИИ ВОДГЕО под руководством д.т.н. А.И. Егорова, включает в себя блок приготовления, дозирования и смешения с обессоленной морской водой диоксида углерода, блок обогащения катиона­ми Са²⁺ на фильтрах с мраморной крошкой, сорбционный фильтр и блок приготовления и дозирования в воду растворов извести, хлора и фтора.

Вернуться к списку