Обработка воды с целью подготовки ее для питья, хозяйственных и производственных целей представляет собой комплекс физических, химических и биологических методов изменения ее первоначального состава. Под обработкой воды понимают не только очистку ее от ряда нежелательных и вредных примесей, но и улучшение природных свойств путем обогащения ее недостающими ингредиентами. Все многообразие методов обработки воды можно подразделить на следующие основные группы: улучшение орга-нолептических свойств воды (осветление и обесцвечивание, дезодорация и др.); обеспечение эпидемиологической безопасности (хлорирование, озонирование, ультрафиолетовая радиация и др.); кондиционирование минерального состава (фторирование и обесфторивание, обезжелезивание и деманганация, умягчение или обессоливание и др.). Метод обработки воды выбирают на основе предварительного изучения состава и свойств воды источника, намеченного к использованию, и их сопоставления с требованиями потребителя.
Способы и степень очистки воды, состав и конструкции очистных сооружений в каждом конкретном случае зависят от тех требований, которые предъявляются к качеству воды, и от качества исходной воды. Основные способы улучшения качества воды для хозяйственно-питьевых целей — осветление, обесцвечивание, обезжелезивание и фторирование. »
Вода для нужд сельского хозяйства (птице- и зоофермы, орошение, мелиорация и др.) по своему качеству должна соответствовать целевому использованию. Согласно СНиП, для водопоя птиц, зверей и сельскохозяйственных животных на фермах надлежит подавать воду питьевого качества. Допускается водопой животных водой с повышенным минеральным составом [сульфаты — (0,5—2,4)103, сухой остаток (1—5)108, хлориды до (0,4—2)103 мг/л, общая жесткость до 14—45 мг-экв/л], а также водопой водой с повышенной цветностью, с привкусом и запахами, при температуре 8—15 СС. При этом нормы качества воды принимаются в зависимости от вида и возраста животных. Водопой зверей и птиц водой непитьевого качества в каждом конкретном случае должен быть разрешен органами ветеринарного надзора.
Основное требование к качеству воды, используемой для орошения,— это предотвращение засоления почв в результате ее испарения и аккумуляции в ней солей. Сульфаты магния и натрия, углекислый и хлористый натрий засоляют почвы и делают их непригодными для агротехнических целей. Вода с небольшим содержанием сульфата кальция и углекислого магния с успехом может быть использована для поливного земледелия. »
Вода для паросилового хозяйства не должна образовывать накипи, вызывать коррозию металла и вспенивание котловой воды, не должна способствовать уносу солей с паром. Использование жесткой воды приводит к накипеобра-зованию на поверхности нагрева, что ухудшает теплопередачу, вызывает перерасход топлива и перегрев металла, а в конечном счете в результате образования свищей и отдулин происходит разрыв экранных и кипятильных труб и др.
Вспенивание котловой воды вызывается наличием фосфатов, щелочей, нефти, смазочных масел и синтетических поверхностно-активных веществ. Оно приводит к загрязнению пара и отложению примесей на лопатках турбин. Хлориды и сульфаты способствуют уменьшению вспенивания, коагулируя коллоидные соединения фосфатов.
При оценке качества питательной воды особое внимание следует уделять щелочам, которые являются активными пептизаторами и переводят в коллоидное состояние грубо-дисперсные вещества, создавая опасность загрязнения пара. Вместе с тем присутствие в воде щелочи значительно уменьшает растворимость соединений железа, предотвращая коррозию металла. »
Хозяйственно-питьевая вода должна быть безвредна для здоровья человека, иметь хорошие органолептические показатели и быть пригодной для использования в быту. Основные показатели качества хозяйственно-питьевой воды регламентированы ГОСТ 2874—82 «Вода питьевая».Подача потребителям воды с отклонениями ее качества от требований ГОСТ должна быть согласована с местными санитарными органами.Отдельные производства пищевой промышленности, помимо регламентации ГОСТ 2874—82, предъявляют к воде дополнительные требования. Так, в воде, используемой в пивоварении, не должны содержаться сульфаты, а концентрация железа не должна превышать 0,1 мг/л; в воде для винокуренного производства не должно содержаться хлористых магния и кальция; в воде для сахарного производства должно быть минимальное солесодержание и т. д. Вода для охлаждения предназначается либо для охлаждения непрерывно работающих агрегатов, либо для отведения тепла от продукции производства. Вода при охлаждении может использоваться прямотоком, т. е. после однократного применения производится ее сброс в водоем, или с возвратом для многократного применения после охлаждения на градирне или в брызгальном бассейне. »
Жесткость природных вод не является вредной для здоровья человека, а, скорее, наоборот, так как кальций способствует выводу из организма кадмия, отрицательно влияющего на сердечно-сосудистую систему. Однако повышенная жесткость делает воду непригодной для хозяйственно-бытовых нужд, поэтому согласно ГОСТ 2874—82 норма общей жесткости 7 мг-экв/л, а допустимая величина 10 мг-экв/л.
Жесткость ограничивается в питательной воде котлов, так как соли кальция и магния образуют накипь на их стенках, что снижает их производительность, а иногда приводит к авариям. Жесткость лимитируется при использовании воды на предприятиях бумажной и текстильной промышленности, при производстве искусственного волокна, в добавочной воде оборотных систем водоснабжения.
Железо и марганец присутствуют в природных водах в формах, зависящих от величины рН и содержания кислорода. Так, железо может находиться в форме двух- и трехвалентных ионов, органических и неорганических коллоидов, комплексных соединений, в форме тонкодисперсной взвеси, сульфида и гидроксида железа (II). В подземных водах при отсутствии кислорода железо и марганец встречаются обычно в форме двухвалентных солей. »
В качестве источников централизованного водоснабжения используют поверхностные и подземные воды, а в безводных и засушливых районах — атмосферные осадки з виде дождя и снега. Состав поверхностных вод, вод рек, озер, водохранилищ, морей обусловливается климатическими и геоморфологическими факторами, почвенно-геологи-ческими условиями, а также проведением гидромелиоративных мероприятий. Состав подземных вод (межпластовых, артезианских, карстовых и др.) зависит от условий их формирования.
В состав воды входят: соли (преимущественно в виде ионов, молекул и комплексов), органические вещества (в молекулярных соединениях и в коллоидном состоянии), газы (в виде молекул и гидратированных соединений), диспергированные примеси, гидробионты (планктон, бентос, нейс-тон, пагон); бактерии и вирусы. Во взвешенном состоянии I природных водах содержатся глинистые, песчаные, гипсовые и известковые частицы, в коллоидном состоянии —различные вещества органического происхождения, крем-некислота, гидроксид железа (III), фульвокислоты, гуматы, в истинно растворенном состоянии — в основном минеральные соли, обогащающие воду ионами. »
Возрастающий водоотбор подземных вод приводит и истощению их запасов, снижению уровня безнапорных вод. Одним из приемов предотвращения истощения подземных водоисточников является искусственное пополнение (обогащение) водоносных горизонтов переводом поверхностного стока в подземный, что позволяет увеличить запасы намечаемого к эксплуатации или эксплуатируемого водоносного горизонта. Оно может быть применено для восполнения огра-ниченных запасов подземной воды, если наблюдается тенденция к их истощению. Однако результаты многочисленных исследований позволяют более широко рассматривать назначение этого метода, применяемого для следующих целей:
— создания сезонных запасов подземных вод;
— увеличения производительности и обеспечения стабильности эксплуатации действующих и проектируемых
водозаборов подземных вод;
— защиты пресноводных горизонтов от засоления морскими или высокоминерализованными подземными вода
ми; »
Шахтные колодцы применяют для получения воды из первых от поверхности безнапорных водоносных пластов, сложенных рыхлыми породами и залегающих на небольшой глубине. При мощности водоносного пласта до 3 м предусматривают шахтные колодцы совершенного типа, с вскрытием всего пласта, при большей мощности применяют как совершенные, так и несовершенные колодцы.
Шахтный колодец состоит из следующих конструктивных элементов: оголовка, ствола, водоприемной части, водосборной части. На дно несовершенного колодца Укладывают обратный фильтр из слоев песка и гравия с возрастающей к верху крупностью для предотвращения выноса в колодец части породы из водоносного пласта или устанавливают фильтр из пористого бетона. В стенках колодца в пределах водоносного пласта предусматривают отверстия для увеличения притока воды. В зависимости от конструкции стенок отверстия устраивают в виде щелей в бутовой или кирпичной кладке, а в бетонных стенках устраивают специальные отверстия. В отверстиях помещают фильтры из пористого бетона или гравийные. Значительные размеры шахтных колодцев (диаметр до 4 м) позволяют разместить в них насосное оборудование. »
Блочные фильтры из пористой керамики не применяют в скважинах, при бурении которых использовался глинистый раствор, в глинистых песках, а также при получении железосодержащих вод. Фильтры из пластмасс, стеклопласта, керамики и пористого бетона следует использовать в скважинах глубиной до 150 м.
При проектировании трубчатых колодцев должны быть известны: требуемое количество воды, дебит одного колодца, глубина залегания и мощность водоносного горизонта, его водоотдача и водопроницаемость, характеристика пород, слагающих водоносный пласт, и т. п. При расчете скважин обычно определяют число колодцев, тип, диаметр и длину фильтров, понижение уровня воды в колодце, расстояние между колодцами.
При составлении проекта водозаборных трубчатых колодцев (скважин) указывают способ бурения (роторный, ударный), их конструкцию, глубину, диаметры колонн обсадных труб; тип водоприемной части, оголовка и водоприемника. Количество резервных скважин принимают в зависимости от числа рабочих; при четырех рабочих — одна резервная; при 5—12 рабочих — до двух резервных и при 13 рабочих и выше — до 20% резервных.
Конструкция трубчатого колодца обусловливается глубиной залегания подземных вод, характером проходимых горных пород и способом бурения. На рис. 1.1, б показан наиболее распространенный трубчатый колодец. Первую колонну обсадных труб опускают приблизительно на 10— 12 м. Она должна обеспечивать вертикальное положение колодца. Затем опускают трубы меньшего диаметра, которые доводят до нижней границы водоносных слоев и не
сколько заглубляют в подстилающие водоупорные породы. После окончания бурения в колодце устанавливают фильтр. Скважины глубиной до 250 м при свободной посадке обсадных труб крепят неметаллическими трубами с затрубной цементацией.
В скважине различают водоприемную часть — фильтр, ствол (водоподъемная часть) — глухую часть колодца, по которой поднимается наверх вода, и устье (оголовок) — соответственно оборудованную выходную часть скважины. Конструкция оголовка скважины должна быть герметичной, исключающей проникание в межтрубное и затрубное пространство колодца загрязнений и поверхностной воды. Устье скважины располагают в наземном павильоне высотой не менее 2,4 м или подземной камере. »
Горизонтальные водозаборы применяют при небольшой глубине залегания водоносного пласта (до 5—8 м) и малойего мощности. Они представляют собой дренажные трубы или галереи, размещаемые в пределах водоносного пласта на подстилающем водоупоре перпендикулярно направлению грунтового потока. Вокруг дренажных труб или галерей сооружают гравийные фильтры. Вода, фильтруемая из грунта в дренажные трубы или галереи, поступает по ним в водосборный колодец (резервуар), откуда откачивается насосами. На водосборных линиях через каждые 25—50 м предусматривают смотровые колодцы.
Лучевой водосбор является сооружением инфильтра-ционного типа, используемым для забора подрусловых и подземных вод из водоносных пластов небольшой мощности, лежащих на глубине до 20 м. Вода отбирается перфорированными трубчатыми дренами, расположенными в пределах водоносных пород и присоединяемыми радиально к сборному шахтному колодцу. »
Трубчатые колодцы сооружают бурением в грунте вертикальных цилиндрических выработок — скважин, стенки которых в большинстве пород необходимо укреплять обсадными трубами (стальными, асбестоцементными, полиэтиленовыми), образующими трубчатый колодец. Для приема воды из грунта колодец в пределах водоносного горизонта выполняют из перфорированных труб, снабженных специальным фильтром, не проницаемым для частиц породы.
Трубчатые колодцы применяют при глубоком залегании водоносных пластов и их значительной мощности. Отличительная особенность трубчатых колодцев — малый диаметр и большая длина цилиндрической части. Трубчатые колодцы могут быть использованы для получения подземных безнапорных и напорных вод. Колодец может быть доведен до подстилающего водоупорного пласта (совершенный колодец) или оканчиваться в толще водоносного пласта (несовершенный колодец). Для водоснабжения крупных объектов предусматривают несколько трубчатых колодцев, объединяемых в общую систему водосборных сооружений.