содержание .. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ..
4.
МЕРОПРИЯТИЯ ПО РЕКОНСТРУКЦИИ ВОДООЧИСТНЫХ СТАНЦИЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДОИСТОЧНИКОВ
Рассмотренные выше (в разделе 3) мероприятия приводят к улучшению процессов коагуляции и хлопьеобразования, осаждения и фильтрования, повышению качества очищенной воды по таким основным показателям, как мутность, цветность, окисляемость, остаточный алюминий и бактериологические показатели, а также частично обеспечивают удаление органических загрязнений.
Эти мероприятия могут быть выполнены в условиях действующих водоочистных станций и, как правило, не требуют значительных капитальных затрат, серьезной реконструкции и нового строительства на водоочистной станции.
Вместе с тем, в ряде случаев, при наличии в водоисточнике антропогенных загрязнений, существующие традиционные схемы очистки малоэффективны, они не обеспечивают необходимой степени очистки воды в соответствии с требованиями СанПиНа.
На основании многолетних исследований, выполненных НИИ КВОВ, ГНЦ РФ НИИ ВОДГЕО и другими организациями, разработаны и находят все более широкое применение специальные методы очистки, в том числе озонирование и сорбционная очистка на активных углях.
Кроме того, нерешенным вопросом на большинстве водопроводов является обработка и утилизация осадков. Решение этих двух проблем требует приобретения соответствующего оборудования, строительства для него зданий, значительных финансовых вложений, затрат электроэнергии и пр.
Технологические аспекты по этим направлениям изложены в данном разделе "Методических рекомендаций".
4.1. Очистка воды от антропогенных загрязнений
§ Одной из наиболее эффективных технологий удаления из природных вод антропогенных загрязнений является озонирование с последующей сорбцией на активных углях. Этот метод широко применяется на водопроводах за рубежом и начинает использоваться на ряде водоочистных станций в нашей стране.
§ Представляют интерес новые методы, разработанные ГНЦ РФ НИИ ВОДГЕО:
• технология с использованием природного биоценоза и сооружений с носителями прикрепленной микрофлоры;
• технология, основанная на биосорбции с использованием эжекции воздуха, псевдоожиженного и стационарного слоя активного угля, применяемая в биосорберах.
Данные технологические методы очистки воды от антропогенных загрязнений проходят в настоящее время производственные испытания,. по окончании которых можно будет судить об их технологической эффективности и возможности применения в технологии очистки природных вод.
В связи с этим в дальнейшем более детально освещается технология озонирования и сорбции.
4.1.1. Озонирование воды
§ Озон применяется для очистки воды от загрязнений природного и антропогенного происхождения:
• для снижения содержания гуминовых веществ, обусловливающих цветность воды;
• для удаления запахов и привкусов;
• для удаления специфических органических загрязнений — фенолов, нефтепродуктов, пестицидов, аминов и многих других;
• для удаления неорганических соединений: железа, марганца, сероводорода;
• для обеззараживания воды.
§ В зависимости от качественного и количественного состава загрязнений водоисточника возможны различные варианты применения озона в технологии водоподготовки.
На рис. 9 представлена традиционная схема очистки воды с отстойниками и фильтрами с использованием озона и активных .углей.
Возможны следующие варианты введения озона.
Одноступенное озонирование: использование озона на стадии предварительного окисления воды или после коагуляционной ее очистки перед песчаными или угольными фильтрами.
Первичное озонирование (предозонирование) проводится в целях окисления легкоокисляемых органических и неорганических загрязнений, улучшения процесса коагулирования, а также для частичного обеззараживания воды. В этом случае исходная вода обрабатывается небольшими дозами озона.
Рис. 9. Применение озона и активных углей на станциях
с двухступенной схемой очистки воды:
1 — подача речной воды; 2 — первичное озонирование; 3 — первичное хлорирование
(при необходимости); 4 — ввод коагулянта; 5 — смеситель; 6 — отстойник
(или осветлитель со взвешенным осадком); 7 — вторичное озонирование;
8 — песчаный фильтр; 9 —угольный фильтр; 10 — третичное озонирование;
11 — вторичное хлорирование; 12 — резервуар чистой воды; 13 — подача
питьевой воды потребителю
Двухступенное озонирование: предварительное озонирование и озонирование после коагуляционной обработки воды.
Вторичное озонирование воды позволяет осуществлять дальнейшее, более глубокое окисление оставшихся загрязнений. Оно повышает эффективность сорбционной очистки и продлевает срок службы активного угля до реактивации, в данном случае озон вводится перед песчаными или угольными фильтрами.
Трехступенное озонирование: предварительное озонирование после коагуляционной обработки и озонирование после полной очистки воды.
Заключительное озонирование очищенной воды (пост-озонирование) обеспечивает полное обеззараживание и улучшает органолептические показатели воды.
Способ и место введения озона в обрабатываемую воду определяется конкретно для каждого случая. Но ориентировочно можно считать, что любой из указанных выше вариантов (или сочетание их) целесообразно использовать при проектировании и новом строительстве станций. На существующих сооружениях реальным является введение озона в исходную воду, что должно быть подтверждено технологической целесообразностью метода.
§ Озонирование является эффективным методом очистки воды в указанных случаях. Однако при выборе схем и режимов озонирования воды иногда допускают неверные решения, обусловленные ошибочными представлениями, основными из которых являются следующие.
• Режимы обработки воды озоном и схема озонирования выбираются обычно на основании данных физико-химического анализа природной воды. Вместе с тем известно, что качество воды в водоисточнике при ее движении претерпевает значительные изменения, поэтому для каждого случая условия как реагентной обработки, так и озонирования будут различными.
Зачастую произвольно, без всяких обоснований принимают дозу озона, по которой рассчитывают производительность озонаторного оборудования и размещают заказ на изготовление на заводе. В этом случае технологическая схема применения озона остается непроработанной. Возможные недостатки этого подхода будут выявлены только в процессе проведения пусконаладочных работ, когда исправить ошибки практически невозможно.
• Многие предприятия рассчитывают на то, что с введением озонирования можно будет полностью отказаться от хлорирования и исключить хлор из технологической схемы очистки воды. Как показывает зарубежный и отечественный опыт, применение озона не позволяет исключить использование хлора, хотя доза хлора может быть уменьшена. Это связано с тем, что озон быстро разлагается в воде и не обладает пролонгирующим бактерицидным действием. Поэтому для обеспечения надежной и безопасной в санитарно-гигиеническом отношении работы водопроводных сетей должно проводиться заключительное обеззараживание воды дозами хлора, обеспечивающими содержание в воде остаточного хлора на уровне 0,3—0,5 мг/л.
§ Кроме того, как показали результаты исследований и практический опыт, неправильное использование озона может привести и к ухудшению процессов очистки воды.
• Так, при озонировании некоторых вод дозы озона существенно влияют на последующий процесс коагулирования, т. е. существует достаточно узкий диапазон их оптимальных значений, меньше которого озонирование неэффективно, а при больших дозах отмечается появление взвеси в фильтрованной воде и повышается концентрация остаточного алюминия.
•В ряде случаев озонирование воды способствует увеличению концентрации некоторых химических загрязнений, например фенолов, которые могут образовываться в результате неполного окисления ароматических соединений, присутствующих в воде.
Известно также, что в процессе озонирования воды возможно образование побочных продуктов, из которых наиболее представительным является формальдегид. Однако при последующей сорбционной очистке на угольных фильтрах содержание формальдегида существенно уменьшается.
• Озонирование, применяемое как самостоятельная ступень в технологии очистки воды, не всегда позволяет решить поставленную задачу повышения ее эффективности. Поэтому сорбционная ступень очистки воды в большинстве случаев является обязательной.
§ Обобщая отмеченные выше недостатки и ошибки в практике применения озона при очистке воды, видно, что обеспечить наиболее рациональные решения по его использованию возможно только на основе изучения взаимодействия озона с другими технологическими приемами очистки.
Из этого следует, что в каждом конкретном случае необходимы: проведение предпроектных технологических исследований, в результате которых можно обоснованно судить о целесообразности и эффективности озонирования, необходимости использования сорбционной очистки воды; определение места ввода озона в общей технологической схеме и оценка его влияния на основные процессы очистки воды, применяемые на данной водоочистной станции, а также установление расчетно-конструктивных параметров метода.
§ Для повышения технико-экономических показателей метода озонирования и его эффективности, как показывает зарубежный опыт, озон может быть использован совместно с УФ-облучением, применением пероксида водорода и пр., что также требует экспериментальной проверки и обоснования.
4.1.2. Сорбционная очистка воды
Сорбционный метод применяется в основном для повышения глубины очистки воды от антропогенных неорганических и органических загрязнений, а также для удаления продуктов хлорирования и озонирования на заключительном этапе обработки воды.
Преимущества сорбционного метода: удаление загрязнений чрезвычайно широкой природы до любой остаточной концентрации, отсутствие вторичных загрязнений и возможность управления процессом.
Наряду с этим повышается надежность работы водоочистной станции в целом и гарантируется требуемое качество питьевой воды.
В качестве сорбционных материалов применяются активные угли отечественного и зарубежного производства.
Возможны два способа использования активных углей:
- введение порошкообразных активных углей (углевание воды);
- применение зернистых активных углей (гранулированных и дробленых) в качестве загрузки сорбционных фильтров.
4.1.2.1. Применение порошкообразных углей
§ Наиболее сложные ситуации на водопроводах возникают в период паводков, когда в водоисточник попадают загрязнения, накопленные на водосборной территории. Особую опасность представляют залповые выбросы при промышленных и транспортных авариях, нарушениях производственных режимов и стихийных бедствиях. Они влекут за собой попадание в воду и почву значительных количеств химических веществ техногенного происхождения, в том числе ксенобиотиков, которые практически не обезвреживаются в ходе естественных процессов самоочищения водоемов.
Паводковые и аварийные периоды характеризуются многократным (в 10 раз и более) увеличением содержания примесей в воде, но продолжаются недолго — от 1 до 10—20 су т.
В практике часто встречаются ситуации с резким увеличением загрязнений в воде в 3—10 раз в течение нескольких дней по таким показателям, как запах, нефтепродукты, фенолы, бенз(а)пирен и т. п. Строительство полного комплекса очистных сооружений на этот уровень и период экономически нецелесообразно, а необходимо принимать срочные меры, осуществляемые в данных условиях.
Для таких случаев ГНЦ РФ НИИ ВОДГЕО и ГУП "Институт МосводоканалНИИпроект" разработана технология очистки воды с применением новых специальных марок порошкообразных активных углей.
Данная технология очистки воды реализуется наличием запаса специфического сорбента с длительно сохраняемой активностью, который используется в экстраординарной ситуации с любой необходимой интенсивностью.
§ Для этой цели предлагаются более эффективные модификации известных порошкообразных активных углей: ОУ-А11, ОУ-Б12, ОУ-В15, АРА-23 и АГ-3ПМ. Все указанные сорбенты могут выпускаться в промышленном масштабе на действующих российских предприятиях.
Разработанная технология применена на нескольких водоочистных станциях, где порошкообразный уголь используется в течение 10— 20 сут/год, в основном решая проблемы пиковой дезодорации воды, а также позволяет снизить ее окисляемость на 30—50 %, цветность и содержание железа — на 15—30 %.
4.1.2.2. Применение зернистых углей
§ При использовании зернистых активных углей в качестве загрузки фильтров необходимо иметь в виду следующие моменты.
• Наиболее предпочтительны следующие марки активных углей: ДАУ, АГОВ, АГМ, СКТ-6А, АГ-3, которые могут быть выпущены российскими предприятиями, а также активные угли "Фильтрасорб-300" и "Фильтрасорб-400" фирмы "Чемвирон Карбон" (Бельгия) и других производителей.
• ГНЦ РФ НИИ ВОДГЕО разработаны новые марки активных углей для извлечения из воды различных загрязнений: СКД-515 и СПДК-27Д — для удаления из воды диоксинов и токсичных ксенобиотиков, СППЗ-5К и СППЗ-7Д — для дезодорации воды, СДН-13Д и СДН-120К — для очистки воды от нефтепродуктов.
• Применение активного угля в качестве верхнего слоя в двухслойных угольно-песчаных загрузках фильтров может быть рекомендовано только как временная мера, поскольку в таких случаях сорбционная емкость угля существенно уменьшается или полностью исчерпывается через 3—6 мес эксплуатации в результате кольматации пор угля гидроокисью алюминия. После этого уголь начинает работать как обычная осветляющая загрузка.
• В мировой практике нашел широкое применение уголь TL-830. Этот уголь специально разработан и предназначен для замены песка. По данным эксплуатации за рубежом, фильтр с углем TL-830 ориентировочно работает как механический, очищая воду после отстойников от взвешенных веществ, и как сорбционный — удаляет растворенные органические загрязнения, в т. ч. и антропогенные.
Отечественный опыт применения угля TL-830 в России отсутствует. В связи с этим для решения вопроса о целесообразности применения этого угля необходима его проверка в опытных или производственных условиях.
• Наиболее целесообразно использовать активный угль на станции в отдельно стоящих сорбционных фильтрах, представляющих собой третью ступень очистки воды. Этот метод является надежным с санитарно-гигиенической и технологической точек зрения.
Поскольку на сорбционный фильтр поступает очищенная вода, то уголь работает только как сорбент и служит в основном для удаления из воды органических загрязнений. При этом срок службы угля в зависимости от качества воды водоисточника может достигать 3 лет, а как показывает зарубежный опыт, в случае применения предварительного озонирования срок использования угля увеличивается до 5 — 10 лет.
• Так как проектирование и строительство сооружений сорбционной очистки потребует достаточно длительного времени и значительных капитальных затрат, в качестве временного варианта можно рекомендовать переоборудование песчаных фильтров в сорбционные с полной заменой песчаной загрузки на угольную.
§ В случае применения активного угля на водоочистной станции необходимо предусмотреть проектирование и строительство цеха реактивации для осуществления периодической реактивации угля.
Наиболее целесообразным по технико-экономическим показателям является термический метод реактивации, при котором уголь подвергается воздействию температуры 700—800 °С без доступа воздуха в течение 15—20 мин.
Организация реактивации угля непосредственно на площадке водоочистных сооружений может быть оправдана лишь в случае обработки значительных объемов угля на крупных станциях очистки воды. Наиболее перспективным является устройство региональных узлов реактивации угля (на область, республику и др.).
При реактивации угля для его перегрузки предусматривается система гидротранспорта (с помощью переносного гидроэлеватора). Потери угля при термической реактивации составляют 15—25 %. Сорбционная емкость угля восстанавливается практически полностью.
Работы по проектированию оборудования и цехов реактивации проводят ЦПКБХМ (г. Санкт-Петербург) и ПО "Сорбент" (г. Пермь).
§ В случаях расположения водоочистных станций городов вблизи заводов — производителей активного угля возможна его реактивация на этих заводах путем доставки отработанного сорбента.
§ Вместе с тем, одна сорбционная очистка, также как и одно озонирование, не всегда позволяет решить поставленную задачу повышения эффективности очистки воды. Поэтому в большинстве случаев предпочтительно совместное применение озона и сорбции на активных углях в дополнение к традиционным схемам очистки.
4.1.3. Совместное применение озона и активного угля
§ Озонирование и сорбционную очистку воды следует применять в случаях, когда водоисточник имеет постоянный уровень загрязнения антропогенными веществами или высокое содержание органических веществ природного происхождения, характеризуемых показателями: цветность, перманганатная окисляемость и др.
§ Озонирование воды и последующая сорбционная очистка на фильтрах с активным углем в сочетании с существующей традиционной технологией водоподготовки обеспечивают глубокую очистку воды от органических загрязнений и позволяют получить питьевую воду высокого качества, безопасную для здоровья населения.
§ Учитывая неоднозначный характер действия озона и особенности применения порошкообразных и зернистых активных углей, в каждом случае необходимо проведение специальных технологических исследований (или изысканий), которые покажут целесообразность и эффективность использования данных технологий.
Кроме того, в ходе таких исследований будут определены расчетно-конструктивные параметры методов (оптимальные дозы озона в характерные периоды года, коэффициент использования озона, время контакта озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой, тип сорбента, скорость фильтрования, время до реактивации угольной загрузки и режим реактивации с определением его аппаратурного оформления), а также другие технологические и технико-экономические вопросы применения озона и активных углей на водоочистных станциях.
§ Впредь до проведения таких изысканий могут быть даны лишь следующие ориентировочные параметры метода озонирования и сорбции.
• Расчетные дозы озона изменяются в диапазоне от 1—1,5 до 20 мг/л. Меньшие дозы озона относятся к первичному озонированию и они характерны для зимнего периода. Средние значения доз озона (3—5 мг/л) относятся к периодам паводков и к летнему периоду. Большая доза озона относится к очистке высокоцветных вод.
• Удельный расход электроэнергии озонаторной станции при нормальном режиме не более 23 кВт/ч на 1 кг озона.
• Концентрация озона в озоновоздушной смеси изменяется от 15 до 22 мг/л в зависимости от требуемой эффективности и глубины очистки, а также уровня загрязнений водоисточника.
• Контактные камеры состоят из 3 реакционных отделений и воздухоотделителя. В камерах осуществляется смешение озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой; смешение производится по принципу барботирования в противотоке. Для создания противоточного движения камеры разделены между собой струенаправляющими перегородками, обеспечивающими движение воды в направлении сверху—вниз.
• Для расчета контактных камер возможны следующие параметры:
- продолжительность контакта воды с озоном — 5—15 мин, считая суммарное время пребывания воды в 3 отделениях;
- продолжительность пребывания воды в воздухоотделителе — 2—30 мин в зависимости от места расположения контактной камеры;
- высота слоя воды в камере — не менее 4,5 м.
• В качестве диспергаторов озоновоздушной смеси целесообразно использовать мелкопузырчатые аэраторы.
• Для расчета угольных фильтров рекомендуется следующий диапазон величин:
- скорость фильтрации — 5—15 м/ч;
- высота слоя активного угля — 1—2,5м;
- время контакта обрабатываемой воды с углем —6—15 мин;
- интенсивность промывки — 10 л/(с×м2) (для углей АГМ и АГОВ) и 14 -15 л/(с×м2) (для углей марок АГ-3 и ДАУ);
- промывку угольной загрузки производить не реже одного раза в 2—3 суток. Продолжительность промывки —7—10 мин.
§ Как известно из зарубежной практики и результатов исследований НИИ КВОВ, в процессе окислительно-сорбционной очистки совместного применения озона и активных углей) имеет место сопутствующий процесс биологической очистки воды на активных углях, что приводит к повышению эффективности метода, а также существенному увеличению межреактивационного срока работы угольной загрузки.
4.2. Обработка и утилизация осадков водоочистных станций
Подготовка воды из природных источников в целях хозяйственно-питьевого водоснабжения обычно связана с применением реагентов (в основном солей алюминия) и образованием значительных количеств осадков.
Наиболее распространенными в отечественной практике приемами обработки осадков являются их естественная сушка на специальных площадках, сброс в искусственные накопители или водоисточники. Материальный и социальный ущерб, наносимый народному хозяйству России за счет отчуждения значительных площадей, создания антисанитарных условий вблизи городов, ухудшения качества исходной воды, огромен и не поддается точной оценке.
В связи с вышеизложенным необходим переход на интенсивные методы обработки осадков в целях уменьшения их объемов, предотвращения загрязнения окружающей среды, получения вторичных продуктов, пригодных для утилизации. Обработка осадков природных вод связана со значительными техническими трудностями и материальными затратами, которые обусловлены весьма низкой водоотдающей способностью, а также широким диапазоном колебаний исходных свойств осадков,, что связано с качеством воды в водоисточнике и технологией ее очистки.
4.2.1. Состав, свойства и количество образующихся осадков
Осадки, образующиеся в процессе водоподготовки, разнообразны по составу и свойствам и зависят от качества воды в водоисточнике: осадки маломутных цветных вод (Ц/М — более 10 град × л/мг), осадки вод средней цветности и мутности (Ц/М 5—10 град × л/мг), осадки вод повышенной мутности (Ц/М < 5 град × л/мг).
• Основными компонентами осадков являются продукты гидролиза коагулянта и загрязнения, содержащиеся в исходной воде минерального и органического происхождения.
Осадки, образующиеся при очистке маломутных цветных вод, характеризуются более высокой влажностью, более высоким содержанием органики и гидроксида алюминия и низкими водоотдающими свойствами, чем осадки вод повышенной мутности.
• Водоотдаюшую способность (фильтруемость) осадка принято характеризовать удельным сопротивлением фильтрации, оказываемым единицей массы твердой фазы, равномерно отлагающейся на единице площади фильтра при фильтрации осадка, вязкость жидкой фазы которого равна единице, и коэффициентом сжимаемости.
Осадки цветных вод пониженной мутности имеют высокое удельное сопротивление фильтрации (r = 500¸1200)×10-10 см/г) и высокий коэффициент сжимаемости (s = 0,85¸0,96).
Для улучшения фильтрационных характеристик осадков требуется их предварительная подготовка.
содержание .. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ..