• 1
  • 2
  • 2
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
вернуться на главную

Интенсификация технологий очистки природных вод

При проектировании и строительстве систем очистки природных вод не всегда прогнозируется возможное ухудшение качества воды в водоисточниках, связанное с интенсивным развитием промышленности, широкомасштабной химизацией и мелиорацией сельскохозяйственных земель, сбросом в водотоки и водоемы в больших количествах недостаточно очищенных бытовых и промышленных сточных вод, дренажных засоленных стоков с полей орошения и стоков из прудов-накопителей. Чрезмерное зарегулирование русел рек на равнинных территориях и аварийные выбросы токсичных элементов (включая радиоактивные) также способствовало значительному ухудшению качества воды в источниках хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Большей защищенностью от антропогенных загрязнений характеризуются подземные питьевые воды. Однако, при значительной величине разведанных и утвержденных запасов подземных вод в России, Белоруссии, Украине на нужды питьевого водоснабжения используется не более их трети, а распределение по регионам, даже в пределах одной страны, бывает весьма неравномерным. Использование большинства из них требует перед подачей потребителю предварительного снижения в питьевой воде содержания железа, марганца, фтора, агрессивного диоксида углерода, серо-водорода, бора, брома, стабильного стронция, солей жесткости и других вредных веществ.

Оценка современного состояния качества воды в водоисточниках и существующих технологий и технических средств очистки природных вод, анализ нормативно-правовой базы в области охраны водных ресурсов и обеспечения населения высококачественной питьевой водой [1] позволила нам сформулировать основные стратегические принципы современного технического перевооружения систем водоочистки.

Их реализация на практике должна предусматривать:

  • системный подход к оценке качества воды в водозаборе с учетом постоянных или периоди-ческих антропогенных нагрузок на водоисточники, временного фактора присутствия лимитируемых ингредиентов в воде в местах водозаборов, фазово-дисперсного состояния примесей;
  • выбор и обоснование ин-тенсифицированных и разработку новых технологий и технических средств водоочистки с учетом не только их достаточной санитарно-гигиенической надежности, но и экономного использования дорогостоящего оборудования, реагентов, материалов, обладающих достаточной экологичностью;
  • технико-экономическое сравнение на стадиях проектирования и внедрения альтернативных технологий и сооружений при их одинаковой водоочистной способности;
  • создание структурных и математических моделей для решения оптимизационных задач, как по водоочистным комплексам (станциям) в целом, так и по отдельным блокам и сооружениям вод о под готовки;
  • разработку и реализацию программных средств оперативного управления в оптимальных режимах технологическими процессами на водоочистных станциях при быстро изменяющемся качестве воды, поступающей в «голову» очистных сооружений.

Разработанные в последние годы в НИИ ВОДГЕО классификаторы технологий очистки природных вод и методология их системного обоснования [2], значительно облегчают решение задач такого рода, связанных с проектированием новых и реконструкцией существующих станций водоочистки. Интенсификация основных процессов водо-подготовки из открытых поверхностных водоисточников на ее различных стадиях в странах СНГ и дальнего зарубежья осуществляется в настоящее время в следующих направлениях. Реагентное хозяйство В последние годы в России, Казахстане и Украине наблюдается тенденция к расширению ассортимента типов коагулянтов, флокулянтов и реагентов для обеззараживания питьевой воды. Все большее практическое применение находит оксихлорид алюминия, положительные качества которого были установлены еще более 40 лет тому назад. Следует отметить все большее применение в процессе интенсификации водоочистки коагулянтов типа СА, КФ, AVR, PAX, ALG и флокулянтов типа ВПК-402, С-577 фирм «Шток-хаузен», «Сайтек» и др.

Для станций небольшой производительности при обработке холодных высокоцветных вод является перспективным применение электрокоагуляционных и электрокоагуляционно-флотационных методов. Повышение эффективности реагентного хозяйства может быть достигнуто магнитной активацией растворов коагулянтов, способствующей более высокому выходу активной части по (А1203) из товарного продукта, а, следовательно, и сокращению эксплуатационных расходов.

Интенсификация процессов смешения растворов реагентов с исходной водой и хлопье-образования достигается путем внедрения лопастных механических мешалок с регулируемым приводом вращения лопастей, трубных смесителей мгновенного действия, камер хлопьеобразования с контактной зернистой средой с плотностью зерен больше и меньше плотности воды, с псевдоожиженным зернистым слоем из легких полимерных материалов.

Аэрирование цветных мало-мутных вод, содержащих органические вещества природного и техногенного происхождения, и их предварительная флотация также могут привести к существенной экономии коагулянтов и флокулянтов за счет снижения их необходимых доз перед контактным фильтрованием.

Придание водозаборным устройствам и сооружениям более значимых водоочистных функций, является новым перспективным направлением повышения экономичности работы традиционных станций водоочистки [3].

Интенсификация процессов отстаивания и осветления поверхностных вод в слоях со взвешенным осадком достигается применением отстойников со встроенными камерами хлопьеобразования, с дискретным отбором осадка по длине сооружений, с перекрестной и обратной схемой тонкослойного отстаивания, с рециркуляцией части осадка в зонах его накопления и осветления воды.

Увеличение антропогенных нагрузок на водоисточники обусловило необходимость решать на водоочистных станциях не только задачи по удалению взвешенных веществ, цветности, водорослей, но и нефтепродуктов, фенолов, ПАВ, солей тяжелых металлов, азотных соединений. Решение этих задач осуществляется в ряде случаев дополнением традиционных технологий озонированием в несколько сту-пеней и сорбцией на активированных углях. По такому пути идут последние 3-4 десятилетия специалисты стран Западной Европы, США. В последние годы интенсифицировались эти работы и в России.

В узкой области, ограниченной определенными показателями исходной воды и экономическими факторами, возможна частичная замена озонирования совместной комбинированной обработкой воды ультразвуком с ультрафиолетом.

Заслуживают внимания научно-внедренческие работы, посвященные комплексной обработке воды озоном, УФ-излучением, атомарным кислородом и ради-калами ОН«.

Интенсификация и повышение безопасности систем обеззараживания воды осуществляется в последнее время путем более широкого применения вместо традиционного хлорирования растворов гипохлорита натрия, полученных химическим и электрохимическим путем; УФ-облучения и его комбинацией с озонированием и ультразвуком; более совершенных устройств и приборов для дозирования обеззараживающих агентов в очищенную исходную воду; более надежных способов транспортировки, хранения и розлива жидкого хлора на станциях большой производительности.

До настоящего времени в практике водоподготовки не уделяется должного внимания эколого-экономическим аспектам эксплуатации самих водоочистных станций. Прежде всего, речь идет о необходимости более тщательного и обоснованного подхода к проблеме очистки промывных вод, их повторном использовании для технических нужд водопроводных станций или более глубокой очистке, к продувке емкостей и хранилищ реагентного хозяйства, обезвоживании и утилизации водопроводных осадков.

Представляется очевидным, что допускаемая в настоящее время технология периодической дозированной подкачки отстоянной в резервуарах промывной воды после контактных осветлителей или скорых фильтров в «голову» очистных сооружений морально себя изжила. Недопустимо с экологической точки зрения сбрасывание промывных вод без глубокой их очистки в водотоки ниже места водозабора, особенно с учетом исчерпанной для большинства водотоков и водоемов их способности к самоочищению .

Технологии кондиционирования подземных вод отличаются от технологий очистки поверхностных вод большим разнообразием по реализуемых в них физико-химических и биологических процессах. Обусловлено это спецификой формирования качества вод в подземных горизонтах и характером антропогенных загрязнений, вызванных в большинстве случаев недостатками, допущенными при тампонировании затрубного пространства скважин и несоблюдении режимов хозяйствования в зонах санитарной охраны водозаборов [4].

В практике дегазации подземных вод наиболее часто удаляют диоксид углерода, кислород, сероводород, реже — метан. В основу методов дегазации воды положены физические процессы воздействия (изменение температуры воды или парциального давления удаленного газа), химические (связывание растворенных в воде газов путем добавления в основном щелочных реагентов), биохимические (использование окислительной способности микроорганизмов), сорбционно-обменные (с использованием зернистых ионообменных материалов).

В современной практике очистки подземных вод наибольшее внедрение находят методы обезжелезивания и деманганации подземных вод упрощенным или усиленным насыщением воды кислородом воздуха для окисления двухвалентных форм железа в трехвалентные и последующим фильтрованием через зернистую среду.

Области применения других методов (усиленная вакуумно-эжекционная обработка, известкование, катионирование, обработка сильными окислителями 03, КМп04 и др. с последующим отстаиванием и фильтрованием) зависят от содержания железа в карбонатной, бикарбонатной или сернокислой форме, марганца, щелочности, рН, окисляемости, присутствия в воде С02 и H2S.

В последние годы в России, Украине, Казахстане разрабатываются и внедряются методы, основанные на применении на первой ступени биореакторов-окислителей с волокнисто-гранулированной загрузкой, комбинированного воздействия ультразвука и ультрафиолета, известкования с последующим отстаиванием и контактным фильтрованием через неоднородную полимерную загрузку.

Интенсификация методов обесфторивания и очистки воды осуществляется путем испытаний и внедрения процесса фильтрования через модифицированную растворами коагулянта инертную загрузку и с загрузки с гранулированным оксидом алюминия (А1203).

При отсутствии альтернативы подземным источникам с жесткой и солоноватой водой, подготовка воды питьевой может осуществляться известными в промышленном водоснабжении методами ионного обмена, нанофильтрации и обратного осмоса.

В НИИ ВОДГЕО разработаны вихревые реакторы для проведения процесса скоростной декарбонизации воды известкованием, имеющие гидравлическую нагрузку в несколько раз выше, чем у осветлителей со слоем взвешенного осадка.

Нельзя считать удовлетворительными в настоящее время разработку и внедрение экономичных технологий очистки подземных вод от бора, брома, нитратов, кремния. Известные методы удаления из природных вод этих ингредиентов — соосаждение в виде труднорастворимых соединений, сорбция ионитами, селективными по отношению к извлекаемым соединениям, и неорганическими сорбентами, мембранная технология и другие — весьма дорогостоящие, трудоемкие и требуют высокой квалификации эксплуатационного персонала. В последние годы в НИИ ВОДГЕО разработана и внедряется комплексная технология очистки воды от присутствия в ней одновременно железа, марганца, бора, брома и нитратов.

Анализ современного состояния, проблем и перспектив развития в области очистки и кондиционирования природных питьевых вод в странах СНГ показывает сколь важным и своевременным является необходимость переработки, дополнения и утверждения новых редакций СНиП «Водоснабжение. Наружные сети сооружения», издания обновленных учебников и справочно-учебных пособий по проектированию, строительству и эксплуатации систем и сооружений водоснабжения [4].

Не менее важным фактором в улучшении общего состояния систем водоподготовки в странах СНГ явилось бы возобновление на должном уровне работы испытательных станций, повышение роли ведомственных и межведомственных комиссии для оценки и приемки в производство вновь разрабатываемых технологий и сооружений очистки воды перед их внедрением в проекты, строительством новых и рекон-струкцией существующих стан-ций очистки.

Правильный выбор методов технико-экономического обоснования, базирующегося на минимуме приведенных затрат или максимуме чистого дисконтного дохода с максимальным учетом экологических факторов поможет инвесторам избежать ошибок и стратегических просчетов при проведении тендеров и определении сферы и объемов вложения капиталов.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Журба М.Г. Очистка и кондиционирование природных вод: состояние, проблемы и перспективы развития // Водоснабжение и сан. техника. 2002. № 5.
  2. Говорова Ж.М. Выбор и оптимизация водоочистных технологий. — М.-Вологда: НИИ ВОДГЕО -Вологодский ГТУ, 2003.
  3. Журба М.Г, Вдовин Ю.И. Водозаборно-очистные сооружения. -М.: Астрель, 2003.
  4. Журба М.Г, Соколов Л.И., Говорова Ж.М. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений. В 3-х т. Второе изд.дополненное и переработанное. (Науч. — метод, руководство и общ. ред. проф. Жур-бы М.Г). -М.: Из-во АСВ, 2004. Т.2.