Большинство веществ неорганического происхождения, находящихся в молекулярном состоянии и обусловливающих привкусы и запахи, обладает известной летучестью, поэтому их можно удалить аэрацией (дегазацией). Однако одной аэрацией редко удается полностью удалить привкусы и запахи. В большинстве случаев аэрация эффективна в сочетании с другими методами дезодорации воды. Аэрация должна осуществляться до введения окислителей во избежание их потерь.
Аэрирование воды производится в специальных установках — аэраторах вакуумно-эжекционного, барботажного, разбрызгивающего и каскадного типов.
В вакуумно-эжекционном аппарате (ВЭА) в вакуумной камере за счет большей скорости движения воды образуется резкое понижение давления, способствующее почти полной десорбции растворенных в ней газов. В последующих эжекционных камерах за счет подсоса воздуха из вне происходит окисление кислородом некоторых ароматических веществ.
В аэраторах барботажного типа распределение воздуха в воде слоем 1—3,5 м обеспечивается перфорированными трубами, пористыми пластинами или трубами. Расход воздуха составляет 0,37—0,75 м3 на 1 м8 воды, продолжительность продувки до 15 мин. »
Очистку маломутных (до 40 мг/л) и малоцветных (до 30 град) вод можно осуществлять фильтрованием через слой специального фильтрующего порошка, предварительно намытого на фильтрующую основу. В качестве фильтрующих порошков применяют диатомит, целлюлозу, асбест, бентонит, древесную муку, опилки и т. п. При фильтровании воды через намывные фильтры снижается содержание органических веществ примерно в 2 раза, обеспечивается удаление железа, марганца, масел и бактерий. Намывные фильтры, как правило, работают по напорной схеме, реже как гравитационные и вакуумные. Скорость фильтрования на намывных фильтрах 1—50 м/ч (по отношению к фильтрующей поверхности), продолжительность фильтроцикла 36—60 ч, потери напора до 15—20 м, расход воды на промывку 0,5—0,7%; продолжительность промывки 15 мин.
Наружная поверхность фильтрующих элементов служит основой, на которую намывают слой фильтрующего порошка. Такой слой наносят на, фильтрующие элементы перед началом работы фильтра, при этом расход порошка составляет 300—400 г на 1 м2 фильтрующей поверхности. На эту операцию затрачивается 3—5 мин. Равномерный слой порошка удерживается на поверхности фильтрующего элемента за счет разности давлений в корпусе фильтра и внутри фильтрующего элемента. »
Медленный фильтр — открытый или утепленный сверху резервуар, на дне которого находится дренаж (из дырчатых труб, кирпичей, бетонных плиток, уложенных с прозорами). Над дренажем размещен поддерживающий слой толщиной 350 мм из гравия, гальки и щебня крупностью 2—40 мм, а над поддерживающим слоем расположен фильтрующий слой толщиной 850 мм из хорошо промытого песка крупностью 0,3—2 мм. Глубина воды над фильтрующим слоем составляет 1,2—1,5 м. В малых фильтрах (площадью до 10—15 м2) в качестве дренажа служит сборный лоток в днище фильтра, перекрытый с прозорами кирпичами или бетонными плитами. Днище фильтра устраивают с уклоном 0,01 к лотку.
На фильтрах с удалением песка при регенерации периодически (один раз в 10—30 дн.) по мере исчерпания грязеемкости загрузки верхний слой песка удаляют и отправляют на промывку, после чего его снова используют для загрузки. На фильтрах без удаления песка при регенерации при его промывке производятся механическое рыхление и гидросмыв загрязнений. »
В системах коммунального, а также производственного водоснабжения нашел применение прямоточный открытый контактный фильтр КФ-5 с трехслойной фильтрующей загрузкой (по 0,5 м каждый). Крупность зерен Верхнего слоя (керамзит, аглопорит, полимеры) 2,3—3,3 мм, среднего (антрацит, керамзит, горелые породы) 1,25—2,3 мм, нижнего (кварцевый песок, горелые породы) 0,8—1,25 мм. Скорость фильтрования до 20 м/ч, интенсивность промывки 15 л/(с-м2), продолжительность 6—8 мин.
Контакшые осветлители представляют собой разновидность фильтровальных аппаратов, работающих по принципу фильтрования воды снизу вверх в направлении убывающей крупности зерен через слой загрузки большой толщины, который реализуется применением восходящего фильтрования. При этом основная масса примесей воды задерживается в нижних крупнозернистых слоях, характеризующихся большой грязеемкостью, что уменьшает темп прироста потери напора. Снижение темпа прироста потери напора и увеличение продолжительности защитного действия загрузки вследствие большой высоты слоя позволяют очищать на контактных осветлителях воду с
содержанием взвеси, значительно превышающим обычно допустимое для скорых фильтров. Скорые фильтры могут работать нормально, если содержание взвеси в поступающей на фильтры воде составляет 5—15 мг/л. Контактные же осветлители, как показала практика, работают нормально при содержании взвеси в очищаемой воде до 120 мг/л и ее цветности до 120 град. »
При площади одного фильтра более 30 м2 его делят на две равные части распределительным каналом. Этот канал по высоте разбит на два изолированных друг от друга яруса: через верхний ярус производятся подача осветляемой воды и отвод промывной воды, а через нижний — отвод фильтрата и подвод промывной воды.
Изображен серийно выпускаемый напорный скорый фильтр. Подача осветляемой воды и отвод промывной осуществляются через центрально расположенную воронку, обращенную широким концом кверху, или кольцевой перфорированный трубопровод. Фильтр не имеет поддерживающих слоев, и фильтрующий материал располагается непосредственно на колпачковом или щелевом дренаже. Промывка загрузки предусмотрена водовоздушная, для чего фильтр снабжен специальной распределительной системой для подачи во время промывки сжатого воздуха. Эта распределительная система располагается в фильтрующей загрузке фильтра. Загрузка фильтра производится через верхний лаз. Для гидравлической выгрузки фильтрующей загрузки предусмотрен специальный разгрузочный штуцер. Показан фильтр с загрузкой из вспененного полистирола.
Серийно выпускаются напорные фильтры восьми типоразмеров. Высота фильтрующей загрузки в фильтрах всех размеров принята 1,2 м. Наибольший диаметр напорного фильтра из условий удобства перевозки железнодорожным транспортом принят 3,4 м, фильтрующая площадь такого фильтра составляет 7,1 м2. Поэтому при значительной производительности водоочистной установки приходится принимать большое число фильтров и арматуры, в связи с чем удорожается строительство и усложняется эксплуатация фильтров. Число фильтров может быть сокращено примерно в 4 раза при установке горизонтальных напорных фильтров, площадь фильтрования которых составляет 28—30 м2, или вертикальных двух-и трехкамерных фильтров. »
Расчет скорых фильтров предусматривает определение их количества и площади, нахождение числа и размеров промывных желобов, подбор фильтрующей загрузки, определение размеров элементов распределительной системы, бокового кармана или центрального канала и трубопроводов обвязки. Фильтры и их коммуникации должны рассчитываться на работу при нормальном и форсированном режимах. Момент работы фильтра, когда потеря напора в фильтрующей загрузке достигает предельно допустимой величины или начинает ухудшаться качество фильтрата, служит сигналом для выключения фильтра на промывку, для восстановления задерживающей способности загрузки, которую производят обратным током фильтрованной воды или воздуха и воды. Вода подается на промывку в течение 5—8 мин специальным промывным насосом из резервуара фильтрованной воды или канала профильтрованной воды, если расход промывной воды не превышает 50% фильтрованной. Можно подавать воду и самотеком из специально установленного на требуемой высоте промывного бака или промывной башни. Объем бака должен быть рассчитан на одну дополнительную промывку сверх расчетного их числа. Наполнение бака производят насосом за период между двумя промывками фильтров при форсированном режиме с забором воды из резервуара фильтрованной воды, где хранят запас воды на одну дополнительную промывку сверх расчетного числа. »
Фильтрование — один из основных методов водоподго-товки, позволяющих довести качество воды до требований ГОСТ 2874—82. В процессе фильтрования из раствора выделяют не только диспергированные частицы, но и коллоиды. В этом существенное отличие метода фильтрования от рассмотренных выше. Сущность метода заключается в фильтровании обрабатываемой воды, содержащей примеси, через фильтрующий материал, проницаемый для жидкости и не проницаемый для твердых частиц. При этом процесс сопровождается значительными затратами энергии. Однако допускать большие потери напора в технике водоочистки можно лишь при обработке небольших количеств воды. Это определяет место фильтровальных сооружений в технологической схеме, т. е. в большинстве случаев фильтрование является завершающим этапом водоочистки и производится после предварительной обработки воды в отстойниках, флотаторах или осветлителях.В большинстве случаев на современных фильтрах пленка не образуется и примеси вместе с водой проникают в толщу фильтрующего слоя, при этом глубина проникания загрязнений в толщу загрузки тем больше, чем больше скорость фильтрования, крупнее зерна фильтрующего слоя и чем меньше размеры частиц взвеси, извлекаемых из воды. На пленочном фильтровании основана работа медленных фильтров. Это процесс чисто механического извлечения из воды диспергированных примесей. В основе объемного фильтрования лежит предварительное коагулирование примесей воды с целью уменьшения и ликвидации их заряда. Так как при обычных значениях рН исходной воды поверхность зерен фильтрующего материала и частицы примесей воды несут отрицательный заряд, взвесь в порах фильтрующего слоя задерживается плохо. »
Флотация — это процесс, основанный на слиянии отдельных частиц примесей под действием молекулярных сил с пузырьками тонкодиспергированного в воде воздуха, всплывании образующихся при этом агрегатов и образовании на поверхности флотатора пены. Обработка воды флотацией, применяемая при ее мутности до 150 кг/л и цветности до 200 град, позволяет уменьшить объем водоочистных сооружений вследствие ускорения в 3—5 раз процесса выделения взвеси из воды, отказаться от микрофильтров, улучшить санитарное состояние очистных сооружений.Различают три вида флотации: пенная (безнапорная), напорная, электрофлотация. В последние годы для очистки поверхностных вод умеренной мутности с большим содержанием органических соединений или планктона все чаще применяют напорную флотацию, при которой выделение взвеси из воды производится с помощью пузырьков газа, получаемых из перенасыщенного водовоздушного раствора. Принцип этого метода заключается в том, что 8—10% исходной воды, в которой под давлением 0,6— 0,8 МПа растворен воздух (в количестве 0,6—0,7% расхода воды), распределяют в обрабатываемой воде, прошедшей через камеру хлопьеобразования. Попадая в зону меньшего давления, из насыщенной воздухом воды выделяются мельчайшие пузырьки, необходимые для флотации легкой взвеси. Способ напорной флотации позволяет путем регулирования давления легко изменять количество растворенного воздуха и размер пузырьков, вводимых в обрабатываемую воду, в зависимости от состава взвеси в исходной воде. »
Многочисленными исследованиями установлено, что эффект осветления воды резко возрастает при ее прохождении через слой ранее образованного осадка. Водоочистные сооружения, работающие по этому принципу, получили название осветлителей со слоем взвешенного осадка или пресипитаторов, либо акселаторов. Осветлители со взвешенным осадком, применяемые как сооружения I ступени водоподготовки, успешно работают только при условии предварительной обработки примесей воды коагулянтом или флокулянтом. Осветлители обеспечивают более высокий эффект осветления воды и имеют более высокую производительность, чем отстойники. Однако конструкция осветлителей со взвешенным осадком и их эксплуатация более сложны.Принцип работы осветлителей со взвешенным осадком. Обрабатываемая вода, смешанная с реагентами, вводится в осветлитель снизу и равномерно распределяется по площади рабочего коридора. Далее вода движется снизу вверх и проходит через слой ранее сформированного взвешенного осадка, состоящего из массы взвешенных в восходящем потоке хлопьев, которые непрерывно хаотически движутся, но весь слой в целом неподвижен. Он находится в состоянии динамического равновесия, обусловленного равенством скорости восходящего потока воды и средней скорости осаждения хлопьев. Следует отметить, что средняя скорость осаждения хлопьев во взвешенном слое отлична от их гидравлической крупности. Это объясняется так называемым стесненным осаждением частиц, на чем основана работа осветлителей. Проходя через слой взвешенного осадка, вода осветляется в результате контактной коагуляции. »
Для осветления воды, содержащей грубодисперсные примеси, рекомендуется применять центрифуги и гидроциклоны. Их действие основано на использовании поля центробежных сил, которые в сотни и тысячи раз превышают силы тяжести, за счет чего увеличивается скорость осаждения частиц. При этом эквивалентно сокращается продолжительность процесса осветления воды и значительно уменьшается необходимый объем центробежного аппарата по сравнению с объемом отстойника. Режим движения жидкости чв поле центробежных сил — турбулентный. Передача вращения от периферии внутрь осуществляется диффузией и конвекцией под действием вращающего момента сил, вязкости и перемещения самой завихренной жидкости. При этом возникают два основных круговых потока: внешний, направленный к вершине образующегося конуса, и внутренний, направленный в противоположную сторону. При вращении внешнего потока часть жидкости удаляется через нижнее отводное отверстие, а другая часть отделяется и, двигаясь радиально, выливается во внутренний поток, к нему добавляется основное количество жидкости у вершины конуса и, изменяя направление, отводится через верхнее отводное отверстие в диафрагме аппарата. В гидроциклоне кроме внешнего и внутреннего вращающихся потоков жидкости образуется третий — воздушный поток по оси аппарата. Потоки жидкости направлены по логарифмической спирали. Внешний поток ограничен стенкой аппарата и поверхностью внутреннего потока, который, в свою очередь, ограничен с внутренней стороны воздушным столбом. »
Одним из методов осветления воды — отделения плавающих примесей — является ее фильтрование через различные сетки и ткани. Аппараты, реализующие этот метод обработки воды, получили название фильтров. К их числу относятся микрофильтры, микросетки и акустические фильтры.Для удаления планктона из воды широко применяются микрсфильтры — механизмы с вращающимися барабанами, оборудованными фильтрующими элементами из тонкой металлической или пластмассовой сетки с размером ячеек 40—60 мкм. Параметры работы микрофильтра: интенсивность фильтрации 10—25 л/(с-м2), учитывая, что барабан на 3/6 полезной площади фильтрации погружен в воду; частота вращения барабана 1,25— 5 мин"1; расход воды на промывку 2%; потери напора 0,1—0,6 м.
Микрофильтрация обеспечивает снижение содержания взвеси на 30—40%, задержание фитопланктона на 75— 95% и зоопланктона на 100%, уменьшение расхода промывной воды на фильтрах в 2 раза; снижение потерь напора на фильтрах на 25%; увеличение продолжительности фильтроцикла на 25—40%, сокращение расхода коагулянта в 2,5 раза. »
Сочетание соответствующих технологических процессов и сооружений составляет технологическую схему улучшения качества воды. Используемые в практике водоподготовки технологические схемы можно классифицировать следующим образом: реагентные и безреагентные; по эффекту осветления; по числу технологических процессов и числу ступеней каждого из них; напорные и безнапорные.
Реагентные и безреагентные технологические схемы применяют при подготовке воды для хозяйственно-питьевых целей и нужд промышленности. Указанные технологические схемы существенно различаются по размерам водоочистных сооружений и условиям их эксплуатации. Процессы обработки воды с применением Реагентов протекают интенсивнее и значительно эффективнее. Так, для осаждения основной массы взвешенных ве-Ществ с использованием реагентов необходимо 2—4 ч, а без реагентов — несколько суток. С использованием реагентов фильтрование осуществляется со" скоростью 5—12 м/ч и более, а без реагентов — 0,1—0,3 м/ч (медленное фильтрование).
Водоочистные сооружения для обработки воды с применением реагентов значительно меньше по объему, компактнее и дешевле, но сложнее в эксплуатации, чем сооружения безреагентной схемы. »