«Методические рекомендации по обеспечению выполнения требований санитарных правил и норм СанПиН.1.4.559-96 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. ...»

В случае повышенной мутности очищенной воды целесообразно применение флокулянтов (полиакриламида, других анионных и катионных флокулянтов), что позволяет повысить прочность хлопьев, ускорить процесс их укрупнения и улучшить осаждение скоагулированной взвеси и осветление воды. Флокулянты рекомендуется вводить в воду после образования первичных частиц гидроксида и сорбции на них взвешенных и коллоидных частиц.

Во многих случаях применение флокулянтов в дополнение к коагулянту уменьшает количество остаточного алюминия. Однако их использование не всегда дает желаемого эффекта.

Поэтому в каждом конкретном случае необходимо осуществлять тщательный подбор коагулянта и флокулянтов с определением требуемых их доз.

При низкой щелочности обрабатываемой воды и низких температурах целесообразна замена сульфата алюминия оксихлоридом алюминия.

При использовании в технологии подготовки воды озона доза предварительного озонирования может оказывать существенное влияние на последующий процесс коагулирования воды.

С одной стороны, глубокое окисление органических загрязнений позволяет снизить дозу коагулянта, а с другой - приводит к образованию низкомолекулярных соединений, что способствует увеличению концентрации в воде остаточного алюминия. В то же время образовавшиеся низкомолекулярные соединения при последующей коагуляции плохо сорбируются частицами гидроксида алюминия и оказывают на них стабилизирующее действие.

В связи с этим при установлении доз озона необходимо учитывать влияние озонирования на процессы коагуляции воды.

В случаях, когда на станции только планируется применение озонирования воды, следует, учитывая вышесказанное, обоснованно выбирать место введения озона - для первичного озонирования или промежуточного (после завершения процессов коагуляции).

Процессы хлопьеобразования оказывают решающее влияние на эффективность работы всего комплекса сооружений по очистке природных вод как на стадии ее отстаивания, так и фильтрования.

В то же время применяемые в нашей стране типовые, традиционные камеры хлопьеобразования гидравлического типа, встроенные в отстойники или расположенные в нижней части осветлителей, из-за своего конструктивного несовершенства не могут обеспечить необходимых условий для эффективного хлопьеобразования. В значительной степени это относится к процессам хлопьеобразования при осветлении маломутных цветных вод в периоды низких температур. Практика показала, что при очистке таких вод в свободном объеме гидравлической камеры образуются мелкие, легкие хлопья, которые, плохо осаждаясь даже в слоях небольшой высоты, выносятся на фильтры.

Учитывая важную роль процессов хлопьеобразования для очистки воды, многие исследователи занимались разработкой новых конструкций камер хлопьеобразования или модернизацией и интенсификацией существующих типов.

Наиболее эффективными и легкореализуемыми являются совместные разработки ГНЦ РФ НИИ ВОДГЕО и НИИ КВОВ, а также СпбНИИ АКХ.

В зависимости от типа сооружений первой ступени очистки воды и конструкции камеры они могут быть реконструированы в:

- контактные (зернистые) камеры;

- тонкослойные камеры;

- тонкослойно-эжекционные камеры;

- рециркуляционные камеры.

Контактные камеры хлопьеобразования наиболее эффективны при осветлении маломутных, цветных, слабоминерализированных вод с длительными периодами низких температур. В качестве зернистой контактной среды целесообразно использовать легкие плавающие материалы, которые обеспечивают отсутствие кольматации зернистого пространства, а также простоту их промывки обратным током воды.

Эти камеры являются самопромывающимися, так как в процессе их работы по мере накопления избыточного количества взвеси под ее тяжестью происходит расширение зернистого слоя, и накопившиеся хлопья легко вымываются потоком осветляемой воды. Потери напора в зернистом слое не превышают 3-5 см, что гарантирует их стабильную эксплуатацию.

Учитывая конструктивную особенность контактных камер хлопьеобразования, их наиболее целесообразно использовать при реконструкции камер водоворотного типа, встроенных в вертикальные отстойники (рис. 1).

Для интенсификации работы сооружений, в которых процессы хлопьеобразования осуществляются в слое взвешенного осадка, могут использоваться тонкослойные камеры хлопьеобразования.

По сравнению с традиционной флокуляцией в объеме взвешенный слой, образованный в замкнутом пространстве тонкослойных элементов, характеризуется более высокой концентрацией твердой фазы и устойчивостью к изменениям качества исходной воды и нагрузки на сооружения.

"Рис. 1. Вертикальный тонкослойный отстойник с контактной камерой хлопьеобразования" Тонкослойные сотоблоки устанавливают в зоне взвешенного осадка коридорных осветлителей, обеспечивают равномерное распределение осветляемой воды и увеличивают коэффициент объемного использования этих сооружений до 0,9-0,92 (до реконструкции 0,65-0,7).

Соответственно, качество осветленной воды улучшается в 1,5-1,8 раза при одновременном увеличении в 1,3-1,7 раза нагрузок на сооружения (рис. 2).

"Рис. 2. Тонкослойный осветлитель, оборудованный тонкослойной камерой хлопьеобразования" При показателях качества воды, требующих для эффективного хлопьеобразования введения дополнительной твердой фазы, могут применяться тонкослойно-эжекционные (рециркуляционные) камеры хлопьеобразования.

Принцип их работы заключается в следующем: исходная вода, смешанная с реагентами, подается в нижнюю часть камер по системе трубопроводов, сконструированных по принципу работы эжекторов, и затем поступает в тонкослойные блоки, расположенные над эжекторами, с помощью которых в поток обрабатываемой воды попадает наиболее крупная хлопьевидная смесь, образованная в камере и осевшая на ее дно. Для этой цели рециркуляторы устанавливаются соплом вниз.

Для того чтобы эжектируемая взвесь активно участвовала в процессе коагуляции и укрупнения коллоидных и взвешенных веществ воды, важно избежать ее диспергирования при прохождении через эжектор. Поэтому для рассматриваемых целей могут быть использованы только низкоскоростные и низконапорные гидравлические эжекторы, рассчитанные на скорость подачи воды в диапазоне 1-5 м/с и развивающие полный напор до 6 м.

Отличительной и важной особенностью разработанной конструкции эжекторов является то, что степень рециркуляции можно регулировать в достаточно широком диапазоне от 0 до 50%, а также можно использовать для устройства эжекторов существующие продольные распределительные трубы, если дооборудовать их соответствующими насадками и системой подвижных шторок (рис. 3).

"Рис. 3. Схема оборудования камер хлопьеобразования (c рециркуляторами и тонкослойными хлопьеобразующими блоками)" Тонкослойно-эжекционные камеры хлопьеобразования с регулируемой степенью эжекции целесообразно использовать при реконструкции камер, встроенных в горизонтальные отстойники, и осветлителей со слоем взвешенного осадка длиной не более 6 м. При большой длине степень регенерации является величиной нерегулируемой и может быть рассчитана по разработанной методике с учетом характерных особенностей каждого водоисточника.

При осветлении маломутных вод для повышения концентрации рециркулируемой взвеси и увеличения ее гидравлической крупности над рециркуляторами на высоте не менее 0,8-1,0 м устанавливаются тонкослойные блоки.

Принципиально иная конструкция рециркуляторов разработана в СпбНИИ АКХ. В частности, в камерах хлопьеобразования зашламленного типа (рис. 4) для рециркуляции осадка применяются малогабаритные аппараты, характеризуемые значительно меньшей (в 4-5 раз) металлоемкостью по сравнению с ранее предлагаемыми ими конструкциями. Такие рециркуляторы успешно эксплуатируются на ряде водопроводных станций и позволяют существенно повысить производительность сооружений.

Как уже отмечалось, эффективность работы камер хлопьеобразования может быть повышена за счет использования механических мешалок. Вопросы практического применения предлагаемых конструкций и решений должны быть проработаны с точки зрения технологических и технико-экономических показателей для каждой водоочистной станции.

3.3. Отстойники и осветлители со слоем взвешенного осадка В современной практике очистки все более широкое применение находят тонкослойные отстойные сооружения. Использование метода тонкослойного осаждения позволяет эффективно осветлять воду при скоростях потока, достигающих 1,6-2,0 мм/с, что в 2-2,5 раза выше, чем в традиционных отстойниках и осветлителях.

Один из примеров оборудования тонкослойными элементами горизонтального отстойника со встроенной камерой хлопьеобразования представлен на рис. 5.

"Рис. 4. Камера хлопьеобразования с малогабаритными аппаратами для рециркуляции осадка и Рис. 5. Тонкослойный горизонтальный отстойник c тонкослойно-эжекционной камерой хлопьеобразования" Однако при этом необходимо учитывать, что эффективность тонкослойного осаждения определяется не только процессами, происходящими в тонкослойных элементах, но и такими факторами, как качество подготовки хлопьев, поступающих на осаждение, равномерность сбора и распределения воды, надежность системы удаления осадка. Поэтому при проведении работ по оборудованию тонкослойными блоками отстойников и осветлителей необходимо предусмотреть способы по повышению эффективности процессов хлопьеобразования, увеличению количества сборных лотков с целью повышения коэффициента объемного использования сооружений.

Кроме того, необходимо учитывать, что тонкослойными блоками могут быть оборудованы только те отстойники, в которых осуществляется эффективное и своевременное удаление осадка, так как его накопление под тонкослойными блоками приводит к резкому ухудшению качества отстоенной воды.

Таким образом, необходим комплексный подход к решению всех технологических процессов, связанных с хлопьеобразованием, осаждением, удалением осадка, а также гидравлическим режимом работы отстойных сооружений.

В России до настоящего времени тонкослойные отстойники имели небольшое применение. Основной причиной этого являлось отсутствие серийного выпуска тонкослойных элементов и блоков из них.

В настоящее время предлагаются к использованию сотоблоки из полиэтиленовых пленок и из рулонного материала ПВХ, которые характеризуются требуемой прочностью и обладают необходимой физико-химической и бактериологической стойкостью и долговечностью.

НИИ КВОВ разработана технология изготовления сотовой конструкции из полиэтиленовой пленки, что позволяет осуществлять выпуск сотоблоков любого размера в зависимости от параметров отстойного сооружения. При изготовлении сотоблоков полиэтиленовая пленка сваривается в такой последовательности, чтобы обеспечить его наибольшую пространственную устойчивость и возможность растягивать на рамы только в четырех крайних ячейках (рис. 6).

Длина тонкослойных элементов принята до 1,5 м, а угол наклона к горизонту должен составлять 70-75°.

Многолетние испытания работы тонкослойных сооружений на ряде водопроводных станций подтвердили высокую эффективность метода осаждения взвеси в слоях небольшой высоты. Разработанная конструкция блоков проста при монтаже, надежна и долговечна при эксплуатации.

В настоящее время разработана технология сварки и организован промышленный выпуск сотоблоков указанной выше конструкции из полиэтиленовой пленки для различных типов сооружений.

"Рис. 6. Тонкослойный сотоблок из полиэтиленовой пленки" ГУП "Институт МосводоканалНИИпроект" разработан тонкослойный модуль сотового типа с самонесущей способностью (рис. 7.). Из рулонного материала ПВХ марки П-74 толщиной 0,4-0, мм изготовляются профильные листы, из которых уже непосредственно на станции производят сотоблоки с помощью контактной сварки. Для этой сварки разработан и изготовлен специальный аппарат. Полученные в результате сотоблоки обладают самонесущей способностью.

Производительность оборудования составляет 20 сотоблоков в сутки. Площадь для размещения установки равна 1,7 м2.

Тонкослойные элементы можно также использовать для обезвоживания и уплотнения осадка. С этой целью тонкослойные модули устанавливают в шламоуплотнителях осветлителей ниже шламоприемных окон. Оборудование шламоуплотнителей тонкослойными блоками создает хорошие гидродинамические условия для гравитационного уплотнения и обезвоживания осадка, что позволяет увеличить его накопления, уменьшить количество сбрасываемой с ним воды.

Для интенсификации процессов очистки воды в осветлителях со взвешенным осадком может быть использован метод рециркуляции осадка, предложенный СпбНИИ АКХ (рис. 8.).

Применение осветлителей-рециркуляторов позволяет повысить производительность сооружений на 30-60%.

"Рис. 7. Тонкослойные модули сотового типа из рулонного материала ПВХ" "Рис. 8. Осветлитель-рециркулятор" За счет рециркуляции осадка одновременно существенно повышается барьерная роль сооружения первой ступени очистки в отношении планктона, составляя (в зависимости от вида планктона) от 90 до 100%.

Кроме того, рециркуляция осадка позволяет без ухудшения качества очистки утилизировать промывные воды фильтровальных сооружений путем их равномерного перекачивания из резервуара-усреднителя в головной узел водоочистной станции.

См. также Требования (Приложение 2) к фильтрам водозаборных скважин, утвержденные СНиП 2.04.02-84* "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения" Для улучшения работы действующих скорых фильтров рекомендуется:

Восстановить проектную высоту и крупность зерен фильтрующей загрузки на всех фильтрах, так как в результате многолетней эксплуатации весьма часто скорые фильтры имеют недостаточную высоту зернистого фильтрующего слоя, состоящего из зерен повышенной крупности. Эксплуатация подобных скорых фильтров вызывает не только снижение эффективности очистки воды, но и ухудшение их промывки вследствие слабого расширения фильтрующего слоя при промывках и плохого удаления отмываемых загрязнений из надфильтрового пространства, что в свою очередь приводит к накоплению слоя отложений на поверхности фильтрующей загрузки, увеличению темпа прироста потери напора и снижению продолжительности фильтроцикла.

Повысить (по возможности) однородность зерен фильтрующей нагрузки. Действующим СНиП разрешено применение для загрузки скорых фильтров зернистых фильтрующих материалов с коэффициентом неоднородности более 2. Вместе с тем для скорых фильтров желательно применение более однородных зернистых материалов. Это позволяет повысить эффективность промывки и снижает расход промывной воды. В настоящее время ряд предприятий ("Волгоградский карьер", гора "Хрустальная") выпускают высококачественный однородный фильтрующий материал с коэффициентом неоднородности 1,5-1,6 при крупности зерен в пределах от 0,63 до 1,25 мм. Данный зернистый материал может эффективно использоваться в скорых фильтрах с высотой слоя, равной от (0,7-0,8) до (1,2-1,3) м.

Использовать для загрузки фильтров различные фильтрующие материалы, разрешенные к применению Минздравом России, с более развитой, чем у песка, поверхностью: дробленый керамзит, шунгизит, гранодиорит, вулканические шлаки и многие другие. Это позволит интенсифицировать работу фильтровальных сооружений, уменьшить дефицит в кварцевом песке за счет использования местных материалов и значительно сократить транспортные расходы по их доставке на объект. Применение зернистых фильтрующих материалов с развитой поверхностью зерен позволяет повысить производительность фильтровальных сооружений на 30-50% без проведения реконструкции фильтров.

Представляют интерес используемые в последние годы на многих водопроводных станциях распределительные системы фильтров, изготовленные из дырчатых полиэтиленовых труб с фильтрующим слоем из полиэтилена. Осуществлен промышленный выпуск указанных фильтрующих элементов.

Для повышения грязеемкости фильтрующей загрузки, улучшения качества очищенной воды и стабилизации работы фильтров целесообразно рассмотреть возможность осуществления контактной коагуляции на фильтрах с введением коагулянта и ПАА перед фильтрами, особенно в зимний период, когда отстойники и осветлители со взвешенным осадком работают неэффективно. При реализации этого метода целесообразно устройство двухслойной загрузки фильтров; в качестве верхнего слоя можно использовать керамзит, антрацит и другие пористые материалы крупностью 1-5 мм при высоте 0,4-0,5 м и общей высоте фильтрующего слоя до 1,8 м.

В целях исключения смешения гравийных слоев и их перемешивания с песчаной загрузкой, что обычно приводит к нарушению стабильной эксплуатации фильтров, следует использовать различные конструкции безгравийных дренажных систем. К ним, прежде всего, относятся: колпачковый дренаж (колпачки полиэтиленовые, из нержавеющей стали и др.), щелеванные полиэтиленовые трубы, полиэтиленовые трубы с различными металлическими вставками из сетчатых или щелевых материалов и др. Одной из возможных конструкций является пористый полимербетонный дренаж: лоткового типа, дырчатый железобетонный, патрубковый и др.

Для интенсификации работы фильтров может быть рекомендована Одесской государственной академией строительства и архитектуры чередующаяся промывка фильтров.

Дренаж проектируется таким образом, чтобы по площади фильтра создавались чередующиеся зоны малой и большой интенсивности. Возникающие в результате этого стабильные циркуляционные контуры перемешивают загрузку, что практически устраняет гидравлическую сортировку и одновременно повышает эффективность промывки. Предложенный способ промывки легко реализуется с помощью полимерных дренажей. Чередующаяся промывка позволяет повысить скорость фильтрования и увеличить полезную производительность от 5 до 20%.

- Необходимо обязательное обеспечение интенсивности промывки фильтров согласно СНиП, равной 15-16 л/(с х м2), даже если это потребует (в некоторых случаях) замены промывных насосов на насосы большей производительности.

В целях повышения эффективности и условий работы скорых фильтров целесообразно осуществить их реконструкцию и переоборудование на фильтры с воздушной промывкой.

Помимо экономии воды, это позволяет повысить надежность работы фильтровальных сооружений, увеличить высоту фильтрующей загрузки и повысить качество очищенной воды.

Это было доказано опытом эксплуатации фильтров на ряде водопроводных станций Мосводоканала; для таких фильтров разработана и используется новая конструкция дренажной распределительной системы, а также системы отвода промывной воды.

Иногда на станциях ошибочно принята схема очистки воды, которая не соответствует качеству природной воды. В связи с этим невозможно на действующих сооружениях получать воду, отвечающую требованиям стандарта в течение всего года. Так, например, при повышенной цветности воды на ряде водоочистных станций приняты медленные фильтры или для высоких значений мутности и цветности используют контактные осветлители. В таких случаях целесообразно предусмотреть вторую ступень очистки воды: станцию с медленными фильтрами следует дооборудовать прямоточными фильтрами с реагентной обработкой воды перед ними, а после контактных осветлителей - вторую ступень фильтрования на скорых фильтрах.

В одноступенных схемах очистки воды применяются традиционные реагенты - сульфат алюминия и полиакриламид. Вместе с тем, за последние годы отечественная промышленность приступила к выпуску катионных флокулянтов в частности ВПК-402 и КФ-91, которые, в отличие от анионных, несут положительный заряд, благодаря чему могут быть использованы полностью или частично взамен коагулянта.

Работы СпбНИИ АКХ показали, что при очистке маломутных цветных вод на контактных осветлителях наиболее целесообразно использование катионных флокулянтов в сочетании с коагулянтом. При этом расход коагулянта снижается на 30-50%; остаточный алюминий в очищенной воде не превышает допустимых концентраций; продолжительность фильтроцикла на контактных осветлителях увеличивается на 40-60%.

Целесообразно осуществлять во входных камерах введение реагентов с помощью специальных распределителей с регулируемым режимом перемешивания очищаемой воды с реагентами (в соответствии с разработанными НИИ КВОВ "Методическими указаниями").

Для интенсификации промывки фильтрующей загрузки контактных осветлителей и снижения расхода промывной воды желательно применение контактных осветлителей типа КО- с водовоздушной промывкой. При этом следует иметь в виду, что водовоздушная промывка может быть эффективно реализована в контактных осветлителях (как и в прямоточных скорых фильтрах) только при использовании низкого отвода промывной воды.

Обеззараживание воды в системах питьевого водоснабжения имеет весьма важное значение в связи с тем, что это последний барьер на пути возможной передачи болезнетворных микроорганизмов через воду потребителю. Обеззараживание защищает питьевую воду от внешнего загрязнения и вторичного роста микроорганизмов при транспортировании воды по водопроводным сетям.

Ранее санитарно-микробиологический контроль качества воды осуществлялся на основе определения двух показателей: 1 - общего числа бактерий (ОМЧ); 2 - колииндекса или колититра.

В СанПиН 2.1.4.559-96 уделено особое внимание эпидемиологической безопасности питьевой воды в отношении энтеровирусов и паразитарных микроорганизмов. В качестве индикатора энтеровирусного загрязнения приняты колифаги, которые являются более адекватными показателями в отношении энтеровирусов, чем санитарно-микробиологические показатели. В отношении паразитарных возбудителей заболеваний человека проводится непосредственное определение в воде цист лямблий. Кроме того, взамен прежних индикаторов энтеробактериального загрязнения воды контролируются общие и термотолерантные колиформные бактерии, уменьшен норматив по общему микробному числу.

Основной причиной повышения требований к качеству питьевой воды по микробиологическим показателям является увеличение числа заболеваний, вызванных энтеровирусами и кишечными простейшими, а также стремлением использовать санитарномикробиологические показатели и нормативы, принятые в международной практике.

микробиологических загрязнений, их устойчивости к используемым обеззараживающим, реагентам, качества исходной воды и технологии ее обработки. При этом для удаления всех видов микробиологических загрязнений важны не только применение эффективного обеззараживающего реагента, но и глубина очистки воды от мутности, цветности, органических и других загрязнений.

Многие микробиологические загрязнения могут быть удалены на действующих водопроводных станциях при соблюдении технологического процесса очистки и обеззараживания воды.

Группа энтеровирусов включает разные по устойчивости к действию дезинфицирующих реагентов вирусы, и не существует универсальной технологии обработки воды в отношении всех вирусных и паразитных загрязнений.

Необходимая степень очистки воды в отношении колифагов и энтеровирусов, обладающих относительно невысокой или умеренной устойчивостью к действию дезинфектантов, может быть достигнута при обеспечении глубокой очистки воды и использовании для обеззараживания хлора или озона в дозах, обеспечивающих присутствие остаточного реагента в максимальных концентрациях, допускаемых в питьевой воде согласно табл. 3 СанПиН 2.1.4.559-96.

В обычных условиях водоподготовки при доведении качества очищенной воды до требуемых нормативов концентрация вирусов в ней снижается на 80-93%. Причем, чем глубже очистка воды от взвешенных веществ, тем лучше доступ дезинфицирующего реагента к бактериям и вирусам, тем эффективнее процесс ее обеззараживания.

Повышение глубины очистки воды на действующих водопроводных станциях может быть достигнуто за счет уменьшения нагрузки на очистные сооружения и интенсификации процесса коагулирования и осветления воды.

Если в водоисточнике обнаружен вирус гепатита А, цисты лямблий или энтеровирусы, которые наиболее устойчивы к действию хлора, то в этом случае необходимо применение специальных технологий по очистке и обеззараживанию воды, основные положения которых изложены в "Руководстве по применению технологий, обеспечивающих эпидемическую безопасность питьевой воды в отношении вируса гепатита и других энтеровирусов" (НИИ ОКГ им. А.Н. Сысина АМН СССР) и "Технологическом регламенте по очистке и обеззараживания природных вод от цист патогенных кишечных простейших и яиц гельминтов" (ИМП и ТМ Е.И.

Марциновского ГКСН).

СанПиН 2.1.4.559-96 предусмотрены более высокие требования к контролю качества воды по бактериологическим показателям.

Характеризуя отдельные индикаторы биологического загрязнения воды, необходимо отметить, что термотолерантные колиформные бактерии удовлетворяют требованиям индикаторов фекального загрязнения, и их концентрация в воде в большинстве случаев прямо пропорциональна концентрации E.coli, но поскольку они поддаются быстрому обнаружению, то играют вторичную роль как индикаторы эффективности процессов очистки воды от фекальных бактерий.

Общие колиформные бактерии также легко поддаются обнаружению и количественному определению, эта группа - гетерогенна. Представителей этой группы можно обнаружить как в сточной воде, так и в окружающей среде, а также в питьевой воде с относительно высокой концентрацией питательных веществ. Кроме того, к ней относятся виды бактерий, которые могут размножаться в природной или водопроводной воде. Поэтому данный показатель может использоваться как индикатор эффективности системы водоснабжения, а также для микробиологического контроля качества очищенной воды, подаваемой в водопроводную сеть.

Присутствие сульфитредуцирующих клостридий в питьевой воде указывает на недостаточную эффективность очистки и обеззараживания воды. Данные микроорганизмы не следует использовать как индикаторы для контроля качества питьевой воды в распределительных сетях, так как они могут обнаруживаться намного позднее и дальше от места загрязнения.

Колифаги - косвенный индикатор вирусного загрязнения воды - может служить дополнительным контролем эффективности очистки или оценки состояния грунтовых вод.

Удаление простейших лучше всего достигается при правильной эксплуатации водоочистных сооружений и систем распределения воды.

Методы микробиологического и паразитологического анализа устанавливаются в соответствии с МУК 4.2.6711-97 "Методы санитарно-микробиологического анализа питьевой воды"; МУК 4.2.668-97 "Санитарно-паразитологические исследования воды"; МУ 2.1.4.682- "Методические указания по внедрению и применению СанПиН 2.1.4.559-96".

С 1 июня 2000 г. действуют Методические указания МУК 4.2.964-00 4.2. "Санитарнопаразитологическое исследование воды хозяйственного и питьевого использования", утвержденные Главным государственным санитарным врачом РФ 22 марта 2000 г.

Одним из основных методов обеззараживания воды является ее хлорирование с использованием жидкого хлора и различных хлорреагентов. В настоящее время постоянно проводятся работы по совершенствованию технологии хлорирования и конструкции устройств для введения хлора в воду.

На водоочистных станциях в основном применяются ранее выпускавшиеся хлораторы типа ЛОНИИ-100 и современные хлораторы типа АХВ-1000 производительностью по хлору от 1, до 12,8 кг/ч. Представляют интерес предлагаемые фирмами США, Франции и других стран вакуумные хлораторы производительностью до 50 кг/ч.

Перспективным способом хлорирования является применение гипохлорита натрия, получаемого на месте путем электролиза растворов поваренной соли. Для обеззараживания воды на водопроводных сооружениях малой производительности отечественной промышленностью выпускаются электролизные установки.

Ряд зарубежных фирм производят электролизеры, которые могут быть использованы на станциях производительностью до 300 тыс. м3/сут. Различными отечественными предприятиями предлагаются новые конструкции оборудования для получения обеззараживающих реагентов.

Впервые в России на крупной водоочистной станции г. Кемерово внедрена технология обеззараживания с использованием технического гипохлорита натрия. Длительный опыт эксплуатации данной технологии позволил решить некоторые проблемы, возникающие при использовании гипохлорита натрия, и показал эффективность его применения, которое позволяет:

- улучшить экологическую ситуацию населенного пункта;

- повысить экологическую и гигиеническую безопасность производства;

- существенно уменьшить коррозию оборудования и трубопроводов;

- повысить экономичность производства.

Особенно целесообразно применять данный метод обеззараживания в тех городах, где химическая промышленность выпускает гипохлорит натрия.

Как уже отмечалось ранее, большинство микробиологических загрязнений невысокой или умеренной устойчивости к действию дезинфектантов может быть удалено в процессе очистки воды традиционными методами и ее обеззараживанием хлорреагентами.

Однако нормальные условия хлорирования (содержание остаточного хлора не менее 0, мг/л при контакте в течение 30 мин) могут уменьшить содержание E. coli и некоторых вирусов более чем на 99%, но не цист и ооцист паразитирующих простейших. Для очистки воды от микробиологических загрязнений (вирус гепатита А или цисты лямблий), устойчивых к действию хлорреагентов, необходимо увеличивать время контакта воды с хлором от 0,5 до 3 ч при содержании остаточного хлора в воде 5-0,6 мг/л.

При использовании повышенных доз хлора для обработки воды следует предусмотреть дехлорирование воды на выходе из резервуаров чистой воды или у потребителя (кипячением), который должен быть своевременно оповещен.

Хлорирование воды, проводимое в больших масштабах, по мнению ряда ученых, вызвало широкое распространение резистентных к хлору микроорганизмов.

Все это определило необходимость применения альтернативных методов при обеззараживании воды.

В ряде случаев при обработке маломутных вод, имеющих среднюю цветность, возможно использование УФ-излучения. При этом следует иметь ввиду, что УФ-излучение не исключает заключительного этапа хлорирования.

При первичном обеззараживании воды возможна комбинация методов хлорирования и УФ-излучения. При этом доза хлора может быть уменьшена на 15-100% при условии обеспечения технологической эффективности последующих этапов водоподготовки (коагуляции, отстаивания, фильтрования и т.п.). На заключительном этапе обеззараживания воды УФизлучение необходимо применять в сочетании с другими хлорреагентами для обеспечения пролонгированного бактерицидного эффекта в разводящих водопроводных сетях.

Обеззараживание воды ультрафиолетовыми лучами на водопроводных станциях является весьма эффективным и перспективным в связи с созданием в последние годы новых экономичных установок УФ-обеззараживания с улучшенным качеством источников излучения и конструкций реакторов.

Обеззараживающее действие УФ-излучения основано на необратимых повреждениях молекул ДНК РНК микроорганизмов, находящихся в воде, разрыве или нарушении химических связей органической молекулы, за счет фотохимического воздействия лучистой энергии.

Применение метода УФ-излучения в каждом случае должно быть обосновано с технологической и технико-экономической точки зрения.

Использование озона для обеззараживания воды имеет ряд преимуществ перед другими методами. Как сильный окислитель он одновременно обеззараживает и обесцвечивает воду, улучшает ее органолептические показатели. Механизм воздействия озона на микроорганизмы обусловлен влиянием на окислительно-восстановительную систему и на протоплазму клеток.

Озон как обеззараживающий реагент действует быстрее хлора в 15-20 раз, и его бактерицидный эффект в меньшей степени зависит от температуры и рН воды.

Озон оказывает более активное действие на вирусы и другие микроорганизмы, устойчивые по отношению к хлору. Так, при условии, что концентрация остаточного озона после 12-минутного контакта с водой составляет 0,3-0,8 мг/л, достигается высокая степень инактивации энтеровирусов и цист лямблий.

В некоторых случаях могут быть применены другие способы обеззараживания воды.

Например, за рубежом находит широкое применение диоксид хлора, обладающий высокой бактерицидной способностью. Он обеспечивает необходимое пролонгированное бактерицидное действие при меньших дозах по сравнению с хлором и гипохлоритом натрия. Этот реагент производится непосредственно на водопроводных станциях, однако отечественное оборудование для его получения не выпускается промышленностью. Кроме того, для обеззараживания воды иногда могут быть использованы гипохлорит кальция, перманганат калия, йод и др. Возможно совместное использование различных методов обеззараживания воды: хлорирование, озонирование, УФ-излучение и др.

Вопросы использования тех или иных способов обеззараживания, как при новом строительстве, так и при реконструкции и модернизации водопроводных сооружений, должны решаться по результатам технологических изысканий и технико-экономического обоснования с учетом выполнения требований по безопасности применяемых методов по отношению к людям и окружающей среде, а также к качеству питьевой воды.

В процессе водоподготовки, при обеззараживании хлорреагентами воды, содержащей органические загрязнения, образуются высокотоксичные опасные для здоровья хлорорганические соединения (ХОС), такие как хлороформ, дихлорбромметан, дибромхлорметан, бромоформ, четыреххлористый углерод, дихлорэтан, трихлорэтилен, хлорфенолы и др.

В СанПиН 2.1.4.559-96 предусмотрено ограничение содержания некоторых летучих хлорорганических соединений, наиболее часто встречающихся в питьевой воде.

Уменьшение концентрации ХОС в питьевой воде возможно за счет предотвращения их образования или удаления на заключительном этапе обработки воды. Однако наиболее эффективный метод удаления ХОС - сорбция на фильтрах с активным углем - является достаточно дорогостоящим, а сорбционная емкость активных углей по отношению к ХОС небольшая, и время защитного действия составляет всего 3-6 мес.

Поэтому целесообразно в первую очередь использовать методы, предотвращающие образование ХОС. При этом можно выделить несколько следующих основных направлений:

- изменение режима обеззараживания воды хлором и гипохлоритом натрия;

- замена хлора другими окислителями, не образующими ХОС (диоксидом хлора, хлораминами, озоном и др.);

- применение метода ультрафиолетового обеззараживания в сочетании с хлорированием или без него на стадии первичного обеззараживания.

В настоящее время на действующих водоочистных станциях в России предварительное хлорирование часто осуществляется высокими дозами хлора и проводится не только для обеззараживания воды, но и в целях борьбы с планктоном, снижения цветности воды, интенсификации процессов коагуляции, поддержания необходимого санитарного состояния водоочистных сооружений и т.п.

Для уменьшения концентрации образующихся ХОС в процессе водоподготовки необходимо изменить режим предварительного хлорирования воды, при этом доза хлора не должна превышать 1,5-2 мг/л.

При высокой хлорпоглощаемости воды необходимо проводить дробное хлорирование, в этом случае расчетная доза хлора вводится не сразу, а небольшими порциями (частично перед сооружениями 1-й ступени очистки воды, частично перед фильтрами).

В целях сокращения времени контакта неочищенной воды с хлором предварительное обеззараживание воды следует проводить непосредственно на очистных сооружениях.

Изменение режима хлорирования воды позволяет уменьшить концентрацию образующихся ХОС на 15-30%.

При высоких концентрациях органических загрязнений целесообразно полностью исключить первичную обработку воды хлором, заменив ее периодическим хлорированием воды (с целью санитарной обработки сооружений). При этом в процессе коагулирования, отстаивания и фильтрования из воды обычно удаляется около 50% растворенных органических загрязнений, соответственно на столько же уменьшается количество образующихся при последующем хлорировании ХОС.

В тех случаях, когда отказаться от предварительного хлорирования воды нельзя (источник водоснабжения характеризуется высоким содержанием бактериальных загрязнений, или хлор используется как окислитель для удаления органических загрязнений антропогенного происхождения), хлор необходимо заменить другими окислителями.

Применение озона на стадии предварительной обработки воды вместо хлора или совместно с ним позволяет на 70-80% уменьшить концентрацию образующихся ХОС. При совместном использовании озона и хлора озонирование должно предшествовать хлорированию.

Озон подвергает деструкции органические загрязнения, уменьшает их способность к взаимодействию с хлором и тем самым предотвращает образование ХОС.

Кроме того, для обеззараживания воды можно использовать связанный хлор в виде хлораминов, которые менее активно вступают во взаимодействие с органическими веществами, ответственными за образование ХОС. Хлорамины образуются при хлорировании воды, содержащей аммонийный азот. В случае отсутствия аммонийного азота в исходной воде необходимо проводить ее предварительную аммонизацию. Максимальный эффект достигается при определенном соотношении аммиака и хлора при условии, что весь хлор находится в воде в виде хлораминов, а свободный хлор отсутствует. В идеальных условиях соотношение аммиака и хлора должно составлять 1:4. Для природных вод данное соотношение зависит от качества исходной воды и устанавливается экспериментально в каждом конкретном случае.

Обеззараживание воды связанным хлором много лет применяется на ряде водопроводов, обеспечивая требуемые бактериологические и органолептические показатели качества питьевой воды.

Аммонизацию с целью снижения концентрации ХОС в питьевой воде можно проводить на различных этапах обработки воды, в зависимости от качества исходной воды, технологии водоподготовки и необходимой степени уменьшения концентрации ХОС.

В ряде случаев возможно использование УФ-облучения на стадии предварительного обеззараживания воды за счет полного исключения хлорирования. Применение данного метода обеспечивает необходимое обеззараживание и исключает возможность образования побочных продуктов окисления. При этом концентрация ХОС, образующихся при последующем хлорировании воды, уменьшается минимум на 50%.

3.7. Стабилизационная и противокоррозионная обработка воды Высокая коррозионная активность воды может быть обусловлена ее исходным физикохимическим составом либо являться следствием ее обработки коагулянтами (прежде всего сульфатом алюминия).

Высокая коррозионная активность воды обусловливает интенсивную внутреннюю коррозию труб, приводящую к ухудшению качества воды из-за повышения нормированного содержания железа и значительному уменьшению пропускной способности труб. Последнее приводит к значительному увеличению затрат на транспортирование воды и, соответственно, к росту ее себестоимости (затраты на электроэнергию в себестоимости воды составляют 40-70%).

Для снижения интенсивности внутренней коррозии водопроводных труб рекомендуется проводить на водопроводных станциях стабилизационную или противокоррозионную обработку воды.

Эти мероприятия дают наибольший эффект, если проводятся для новых систем или при наличии небольшого (не более 1 мм) количества отложений на внутренней поверхности труб. При наличии отложений толщиной более 1 мм следует перед началом работы провести гидромеханическую прочистку трубопроводов практически до полного их удаления. При некачественной очистке требуются более высокие дозы реагентов и степень защиты оказывается ниже.

Стабилизационная обработка воды поводится согласно СНиП 2.04.02-84 "Водоснабжение.

Наружные сети и сооружения". Для защиты металлических труб от коррозии стабилизационную обработку воды следует предусматривать при индексе насыщения менее минус 0,3 в течение более 3 мес в году. При определении необходимости стабилизационной обработки воды следует определить индекс ее насыщения после предшествующей обработки (коагулирования, умягчения и т.п.). Стабилизационная обработка воды эффективна для защиты от внутренней коррозии при суммарной концентрации хлоридов и сульфатов не более 100 мг/л.

При отрицательном индексе насыщения воды карбонатом кальция для получения стабильной воды следует предусматривать обработку воды щелочными реагентами (известью, солью или этими реагентами совместно).

Для повышения степени равномерности распределения защитной карбонатной пленки по длине трубопроводов следует предусматривать возможность одновременно с введением щелочных реагентов дозирования гексаметофосфата натрия в концентрации порядка 1 мг/л.

При формировании защитной карбонатной пленки в трубопроводах систем хозяйственнопитьевого водоснабжения значение рН обработанной щелочными реагентами воды не должно превышать величины 9,0, допустимой СанПиНом.

При стабилизационной обработке воды следует предусматривать возможность введения реагентов в смеситель, перед фильтрами и в фильтрованную воду. При введении щелочных реагентов перед фильтрами и в фильтрованную воду должна быть обеспечена высокая степень очистки этих реагентов, а также и их растворов. Введение щелочных реагентов перед смесителями и фильтрами допускается проводить в тех случаях, когда это не ухудшит качество воды.

На первоначальном этапе стабилизационной обработки воды надлежит предусматривать двойное увеличение доз реагентов по сравнению с теми, которые необходимы для получения стабильной воды. В дальнейшем целесообразно поддерживать небольшое пресыщение воды карбонатом кальция (порядка 15%).

Для снижения интенсивности внутренней коррозии наиболее эффективно применение фосфатных ингибиторов коррозии - гексаметофосфата и триполифосфата натрия в постоянной концентрации до 3,5 мг/л. Обработку воды фосфатами следует проводить постоянно.

При отсутствии на внутренней поверхности труб значительных коррозионных отложений на ней формируется защитная фосфатная пленка в течение 4-6 мес. В начальный период формирования фосфатной пленки допустимо превышение концентрации фосфатов, необходимой для постоянной обработки, на 60-80%. При этом следует отметить, что в этот период концентрация фосфатов быстро снижается, расходуясь на формирование пленки на ближайших к месту обработки участках трубопроводной системы, и к потребителю поступает вода, содержащая фосфаты в допустимых количествах.

Допускается в этот период при вводе в эксплуатацию участков новых трубопроводов его заполнение раствором гексаметафосфата или триполифосфата натрия в концентрациях порядка 200-300 мг/л (в пересчете на РО4(3-) на 3-4 сут) с последующим сбросом этого раствора и промывкой трубопроводов водой, содержащей фосфаты в количестве, необходимом для постоянной обработки.

Качество защитной фосфатной пленки значительно улучшается при одновременном дозировании раствора соли цинка.

При этом удается обеспечить образование пленки на удаленных участках трубопроводов.

Определение требуемых доз реагентов и контроль за коррозионной активностью воды в процессе стабилизационной и противокоррозионной обработки воды целесообразно проводить на устройстве ОКА, разработанном АКХ им. К.Д. Памфилова, в соответствии с "Инструкцией по определению коррозионной активности воды", утвержденной МЖКХ РСФСР в 1979 г.

Поскольку фосфор является биогенным элементом и способствует интенсификации микробиологической коррозии, противокоррозионную обработку воды фосфатами следует проводить при условии ее обязательного хлорирования.

Для некоторых вод (в частности, содержащих сульфат-ионы в концентрации не более мг/л) весьма эффективна силикатная обработка с использованием стекла жидкого натриевого.

Возможно также применение ингибирующих композиций, содержащих фосфаты и силикаты.

Для избежания существенного повышения коррозионной активности воды целесообразно вместо сернокислого алюминия использовать оксихлорид алюминия или гидроалюминат натрия.

4. Мероприятия по реконструкции водоочистных станций при использовании 4.1. Очистка воды от антропогенных загрязнений 4.1.1. Озонирование воды 4.1.2. Сорбционная очистка воды 4.1.3. Совместное применение озона и активированного угля 4.2. Обработка и утилизация осадков водоочистных станций 4.2.1. Состав, свойства и количество образующихся осадков 4.2.2. Способы обработки осадков 4.2.3. Утилизация осадков 4.2.4. Использование промывной воды 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".

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.

Озон применяется для очистки воды от загрязнений природного и антропогенного происхождения:

- для снижения содержания гуминовых веществ, обуславливающих 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 коагуляцинной 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" 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 песчаным или угольным фильтрами.

Трехступенное озонирование: предварительное озонирование после коагуляционной обработки и озонирование после полной очистки воды.

Заключительное озонирование очищенной воды (постозонирование) 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.

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.

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 обеззараживаются 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 сут.

В практике часто встречаются ситуации с резким увеличением загрязнений в воде в 3- 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%.

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-З, 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 ксенобиотков, 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 частиц, 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 уголь 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.

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 обеспечивает глубокую очистку воды от органических загрязнений и позволяет 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 - 1-2,5 м;

- время контакта обрабатываемой воды с углем - 6-15 мин;

- интенсивность промывки - 10 л/(с х м2) (для углей АГМ и АГОВ) и 14-15 л/(с х 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 град. х л/мг), осадки вод средней цветности и мутности (Ц/М 5-10 град. х л/мг), осадки вод повышенной мутности (Ц/М < 5 град. х 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.

- Водоотдающую 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) х 10(-10) см/г) и высокий коэффициент сжимаемости (s = 0,85:0,96).

Для улучшения фильтрационных характеристик осадков требуется их предварительная подготовка.

4.2.2.1. Механическое обезвоживание осадков 4.2.2.2. Обработка осадка природных вод совместно с осадками сточных 4.2.2.3. Обработка осадков станций водоподготовки с одновременной 4.2.2.4. Обезвоживание методом замораживания-оттаивания осадка Отечественная практика промышленной обработки осадков природных вод находится в стадии освоения технологических процессов, поэтому в настоящее время готовых типовых решений не существует. Выбор оптимальной технологии должен основываться на экспериментальных исследованиях с реальным осадком и с учетом существующей технологической схемы обработки воды и образования осадка, а также других факторов.

Можно выделить несколько основных способов обработки осадков:

- механическое обезвоживание осадков с реагентами на камерных и ленточных фильтрахпрессах, центрифугах и других аппаратах;

- обработка осадка природных вод совместно с осадками сточных вод на станциях очистки сточных вод;

- обработка осадка с одновременной регенерацией коагулянта;

- естественное замораживание и оттаивание осадка на площадках замораживания в соответствии с климатическими условиями и др.

Наиболее широко применяемым способом обработки осадков за рубежом и отработанным в опытно-промышленных условиях на некоторых российских станциях является их механическое обезвоживание с предварительным кондиционированием различными реагентами:

известью, флокулянтами анионного, неионогенного и катионного типов; коагулянтами.

Исследования показали, что известь при введении в осадок выполняет двойную функцию: как химический реагент, частично растворяющий гелеобразный гидроксид алюминия, и как присадочный материал, снижающий величину показателя сжимаемости. Эта совокупность действий приводит к улучшению фильтрационных свойств осадка, и, кроме того, известь оказывает обеззараживающее действие.

Механическое обезвоживание осадков природных вод на станциях водоподготовки может осуществляться на камерных и ленточных фильтрах-прессах. Принципиальная технологическая схема обработки осадков на камерных фильтрах-прессах приводится на рис. 10 и включает в себя следующие операции:

- усреднение и уплотнение осадков;

- приготовление растворов известкового молока и флокулянта;

- дозированное введение химических реагентов в осадок;

- дозированная подача кондиционированного осадка в аппараты механического обезвоживания;

- механическое обезвоживание;

- выгрузка и транспортирование обезвоженного осадка.

В зависимости от технологических схем очистки воды усреднению и уплотнению подвергаются осадки из отстойников и осадки, образующиеся при усреднении и отстаивании промывных вод фильтров и контактных осветителей.

Уплотнение осадков является необходимым приемом, так как исходный осадок, особенно маломутных цветных вод, имеет высокую влажность (99% и выше). В процессе гравитационного уплотнения влажность осадков снижается до 92-98% в зависимости от их исходного качества.

Для интенсификации уплотнения возможны медленное перемешивание и обработка флокулянтами.

Для кондиционирования осадков наиболее целесообразно использовать сочетание извести с флокулянтами, преимущественно анионного типа. Известь используется в виде 10%-го известкового молока; флокулянт в виде (0,1:0,2)%-го рабочего раствора, приготовление которого осуществляется в специальных установках или баках с диспергаторами и мешалками.

Первоначально в осадок вводится известь (в количестве 20-80% от массы сухого вещества), а затем раствор флокулянта (до 2 кт/т), который целесообразно дозировать винтовым насосомдозатором.

- Камерные фильтры-прессы (см. рис. 10) типа ФПАКМ и некоторые конструкции зарубежных фирм являются наиболее распространенными аппаратами.

"Рис. 10. Принципиальная технологическая схема обработки осадка на камерных фильтрахпрессах" Режим их работы включает следующие операции: подачу кондиционированного осадка под давлением в фильтр-пресс; фильтрование под давлением; отжим; выгрузку кека и регенерацию ткани.