Блочно-модульные станции водоподготовки ВОС предназначены для приема и очистки артезианской воды до норм СанПиН 2.1.41074-01 «Питьевая вода». Производительность станций составляет от 50 до 800 м³/сут. В комплект поставки входит насосная станция подачи воды потребителю. Поставка резервуаров чистой воды ЕГС осуществляется по отдельному запросу.
Техническое описание станций водоподготовки ВОС производительностью от 50 до 800 м 3 /сут.:
| Скачать pdf (137 КБ) |
Конструкция блочно-модульных станций водоподготовки ВОС
Станции водоподготовки ВОС представляют собой одноэтажные металлические блочно-модульные здания с двускатной крышей. Каркас блоков станций выполняется из стальных квадратных труб 100х100х4 и швеллеров №10. Крыша двускатная, выполняется по балкам из швеллеров №10. Ограждающими конструкциями зданий являются стены и кровля комплексной конструкции:
- Внутренняя облицовка стен и потолка выполняется из металлопрофиля с полимерным покрытием белого цвета по рамам из равнополочного уголка.
- Стены и крыша утепляются негорючим материалом - плитами из минеральной ваты марки «Термостена».
- Наружная отделка стен выполняется сэндвич-панелями толщиной 50-150 мм. Покрытие кровли - сэндвич-панели толщиной до 150 мм.
Полы выполняются из листа алюминиевого рифленого марки АМг2НР δ=4 мм. Во всех станциях предусматриваются электроосвещение, система отопления и вентиляции, система автоматизации технологического процесса.
Станции ВОС устанавливаются на железобетонную фундаментную плиту (конструкция плиты определяется расчетом) и крепится сваркой к закладным деталям.
Вокруг станций предусматривается отмостка шириной 1 м. Отвод воды с кровли наружный организуется посредством водосборных желобов и труб.
Архитектурное решение станции ВОС-400
Технологические характеристики блочно-модульных станций водоподготовки ВОС
Привязка станции в проект осуществляется только после предоставления заказчиком протокола анализа исходной воды.
При наличии показателей исходной воды, не указанных в приведенной выше таблице и превышающих нормативы СанПиН 2.1.41074-01 «Питьевая вода», требуется корректировка технологии очистки и состава оборудования.
Технические характеристики блочно-модульных станций водоподготовки ВОС
| Наименование параметра | ВОС-50 | ВОС-100 | ВОС-200 | ВОС-400 | ВОС-800 |
| Суточная производительность станции не более, м 3 /сут. | 50 | 100 | 200 | 400 | 800 |
| Часовая производительность станции, м 3 /час | 2,1 | 4,2 | 8,3 | 17 | 33,3 |
| Характеристика насосной станции подачи воды потребителю, расход м 3 /час (напор, м) |
11,7 (50) |
13,7 (51) |
27 (58) |
50 (50) |
140 (30) |
| Габаритные размеры станции, не более (длина х ширина х высота), м | 6х6х3 | 6х6х3 | 6х6х3 | 9х6х3 | 9х9х3 |
| Количество блок-модулей, шт./габариты, м |
2 шт. 6х3 |
2 шт. 6х3 |
2 шт. 6х3 |
2 шт. 9х3 |
3 шт. 9х3 |
Эксплуатационные характеристики блочно-модульных станций водоподготовки ВОС
| Наименование параметра | ВОС-50 | ВОС-100 | ВОС-200 | ВОС-400 | ВОС-800 |
| Установленная мощность* электрооборудования, кВт | 23,9 | 27,2 | 40,3 | 59,3 | 78,7 |
| Установленная мощность* электрооборудования (без отопительного оборудования), кВт | 12,4 | 15,7 | 28,8 | 47,8 | 67,2 |
| Потребляемая мощность* на технологические нужды станции, кВт | 4,6 | 6,1 | 10,8 | 19,1 | 31 |
| Интенсивность промывки фильтра, л/м 2 *с | 16 | 16 | 16 | 16 | 16 |
| Расход воды для промывки фильтра, м 3 /час | 6 | 14 | 27 | 39,2 | 39,2 |
| Объем воды на одну промывку фильтра (6 мин), м 3 | 0,6 | 1,4 | 2,7 | 3,9 | 3,9 |
| Расход гипохлорита натрия, л/мес. | 8,6 | 17,2 | 34,4 | 68,8 | 137,6 |
* - с учетом насосной станции подачи воды потребителю.
Описание ступеней очистки сточных вод в станциях водоподготовки ВОС
Природная вода – это сложная система, содержащая множество разнообразных минеральных и органических примесей.
Качество воды и пригодность ее использования для различных целей оценивается по комплексу показателей. При использовании для целей питьевого водоснабжения воды подземных источников, основными регламентируемыми показателями являются: содержание в воде общего железа и марганца, перманганатная окисляемость, цветность, мутность и наличие патогенных микроорганизмов.
Доведение этих показателей до нормативов качества питьевой воды осуществляется на станциях водоподготовки ВОС блочно-модульного типа.
Технологическая схема станции водоподготовки включает следующие основные элементы:
- приемный резервуар;
- фильтры осветления;
- сорбционный фильтр;
- резервуар чистой воды;
- узел обеззараживания.
Тип применяемого оборудования зависит от состава подземных вод, подаваемых на станцию водоподготовки от источника водоснабжения.
Исходная подземная вода от скважин подается в резервуар приема воды (РПВ), размещаемый внутри станции. Подача в РПВ осуществляется путем свободного излива. В результате контакта воды с кислородом воздуха происходит окисление и выделение из воды в виде нерастворимых примесей соединений железа и марганца.
Из резервуара с помощью насосов вода подается на очистку.
Для удаления из очищаемых вод нерастворенных примесей используется фильтр марки FE(T) с загрузкой на основе гидроантрацита. Данный материал обладает высокой грязеемкостью и при этом малой плотностью по сравнению с другими фильтрующими материалами. Благодаря малой плотности, на промывку данного фильтрующего материала требуется меньший расход воды.
Для удаления из очищаемых вод органических веществ и улучшения органолептических свойств воды (вкус, запах, цвет) применяется фильтр марки CA(T). В качестве фильтрующей загрузки в фильтрах серии СА применяется кокосовый активированный уголь. Активированный уголь изготовлен из скорлупы кокосовых орехов, имеет высокую сорбционную способность и высокую механическую прочность.
Подача воды на промывку фильтров предусматривается насосами подачи воды потребителю в часы минимального водопотребления. Вода после промывки фильтров отводится во внутриплощадочную канализацию. После сорбционных фильтров для предотвращения выноса фильтрующего материала устанавливаются барьерные фильтры тонкой очистки.
Очищенная вода поступает в резервуары чистой воды (РЧВ). Емкость РЧВ обеспечивает хранение:
- регулирующего объема воды;
- неприкосновенного пожарного запаса;
- гостиничных и туристических комплексов;
- объема воды на промывку фильтров.
Подача очищенной воды на обеззараживание и далее потребителю производится насосами сухой установки.
Обеззараживанием воды называется процесс уничтожения находящихся там микроорганизмов. До 98 % бактерий задерживается в процессе очистки воды. Но среди оставшихся бактерий, а также среди вирусов могут находиться патогенные (болезнетворные) микробы, для уничтожения которых нужна специальная обработка воды
Процесс обеззараживания очищенной воды происходит перед подачей воды в сеть на ультрафиолетовой установке, оборудованной датчиком ультрафиолетового излучения и его мощности.
Для периодической дезинфекции резервуара чистой воды и водопроводных сетей предусматривается дозирование в воду раствора гипохлорита натрия.
Установка приготовления и дозирования обеззараживающего раствора включает в себя расходный бак и насос-дозатор. Дозирование раствора реагента предусматривается в трубопровод забора воды из РЧВ и в трубопровод подачи воды в РЧВ.
В результате реализации предложенной технологической схемы обработки исходных подземных вод качество очищенной питьевой воды обеспечит требования СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода".
В связи с тем, что объемы водопотребления непрерывно растут, а подземные водные источники являются ограниченными, недостачу воды восполняют за счет поверхностных водоемов.
Качество питьевой воды должно соответствовать высоким требованиям стандарта. А от качества воды, которая используется в промышленных целях, зависит нормальная и стабильная работа устройств и оборудования. Поэтому и эта вода должна быть хорошо очищена, и соответствовать стандартам.
Но в большинстве случаев, качество воды является низким, а проблема очистки воды сегодня имеет большую актуальность.
Повысить качество очистки сточных вод, которые затем планируется применять для питья и в хозяйственных целях, можно с помощью применения специальных способов их очистки. Для этого сооружаются комплексы очистных сооружений, которые затем объединяются в водоочистные станции.
Но следует уделять внимание проблеме очистки не только той воды, которая затем будет употребляться в пищу. Любые сточные воды, пройдя определенные этапы очистки, сбрасываются в водоемы или на рельеф. И если они содержат вредоносные примеси, и их концентрация выше допустимых значений, то наносится серьезный удар по состоянию окружающей среды. Поэтому все мероприятия по охране водоемов, рек и природы в целом начинаются с повышения качества очистки стоков. Специальные сооружения, которые служат для очистки стоков, помимо своей основной функции также позволяют добыть из стоков полезные примеси, которые можно использовать в дальнейшем, возможно даже на других производствах.
Степень очистки стоков регулируется законодательными актами, а именно «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» и «Основами водного законодательства РФ».
Все комплексы очистных сооружений можно разделить на водопроводные и канализационные. Каждый вид можно разделить еще на подвиды, отличающиеся между собой особенностями строения, составом, а также технологическими процессами очистки.
Водопроводные очистные сооружения
Используемые методы очистки воды, а соответственно и состав самих сооружений очистки, определяются качеством исходной воды и требованиям к воде, которую нужно получить на выходе.
Технология очистки включает процессы осветления, обесцвечивания и обеззараживания. Происходит это с помощью процессов отстаивания, коагуляции, фильтрации и обработки хлором. В том случае, если изначально вода не очень загрязнена, то некоторые технологические процессы пропускаются.
Наиболее распространенными способами осветления и обесцвечивания стоков на водопроводных очистных установках являются коагуляция, фильтрация и отстаивание. Зачастую отстаивают воду в горизонтальных отстойниках, а фильтруют их с использованием различных загрузок или контактных осветлителей.
Практика строительства водоочистных сооружений в нашей стране показала, что самое широкое применение имеют те устройства, которые спроектированы таким образом, что в роли главных очистных элементов выступают горизонтальные отстойники и быстрые фильтры.
Единые требования к очищенной питьевой воде предопределяет практически идентичный состав и структуру сооружений. Приведем пример. Во все без исключения водоочистные станции (независимо от их мощности, производительности, типа и других особенностей) входят такие составляющие:
- реагентные устройства со смесителем;
- камеры хлопьеобразования;
- горизонтальные (реже вертикальные) отстойные камеры и осветлители;
- ;
- емкости для очищенной воды;
- ;
- подсобно-вспомогательные, административные и бытовые объекты.
Канализационные очистные сооружения
Очистные канализационные сооружения имеют сложную инженерную структуру, как и водопроводные системы очистки. На таких сооружениях стоки проходят этапы механической, биохимической (ее еще называют ) и химической очистки.
Механическая очистка стоков позволяет отделить взвешенные вещества, а также грубые примеси с помощью процеживания, фильтрования и отстаивания. На некоторых объектах очистки механическая очистка является завершающей стадией процесса. Но зачастую она является лишь подготовительной стадией для биохимической очистки.
Механическая составляющая комплекса по очистке стоков состоит из таких элементов:
- решетки, задерживающие крупные примеси минерального и органического происхождения;
- песколовки, которые позволяют отделить тяжелые механические примеси (как правило, это песок);
- отстойники для отделения взвешенных частиц (зачастую органического происхождения);
- хлораторные устройства с контактными емкостями, где осветленная сточная вода обеззараживается под воздействием хлора.
Такие стоки после дезинфекции могут быть сброшены в водоем.
В отличие от механической очистки, при химическом способе очистки перед отстойниками устанавливают смесители и реагентные установки. Таким образом сточные воды после того как пройдут решетку и песколовку поступают в смеситель, где к ним добавляется специальный реагент для коагулирования. А затем смесь отправляется в отстойник для осветления. После отстойника вода выпускается или в водоем, или на последующий этап очистки, где происходит дополнительное осветление, а затем они выпускаются в водоем.
Биохимический метод очистки стоков зачастую производится на таких сооружениях: поля фильтрации, или в биофильтрах.
На полях фильтрации стоки после прохождения этапа очистки в решетках и песколовках, поступают в отстойники для осветления и дегельминтизации. Затем они следуют на поля орошения или фильтрации, и после этого они сбрасываются в водоем.
При очистке в биофильтрах стоки проходят этапы механической очистки, а затем подвергаются принудительной аэрации. Дальше стоки, содержащие кислород, поступают в сооружения биофильтров, а после него направляются во вторичный отстойник, где осаждаются выносимые из биофильтра взвешенные вещества и избыток . 
После этого очищенные стоки проходят дезинфекцию, и сбрасываются в водоем.
Очистка стоков в аэротенках проходит такие этапы: решетки, песколовки, принудительная аэрация, отстаивание. Затем предварительно очищенные стоки поступают в аэротенк, а затем во вторичные отстойники. Заканчивается этот способ очистки так же, как и предыдущий – процедурой дезинфекции, после чего стоки могут быть сброшены в водоем.
Рублевская станция водоподготовки находится недалеко от Москвы, в паре километров от МКАДа, на северо-западе. Расположена она прямо на берегу Москвы-реки, откуда и забирает воду для очистки.
Чуть выше по течению Москва-реки располагается Рублевская плотина.
Плотина была построена в начале 30х годов. В настоящее время используется для регулирования уровня Москвы-реки, для того, чтобы мог функционировать водозабор Западной станции водоподготовки, который находится на несколько километров выше по течению.
Поднимемся наверх:
На плотине используется вальцовая схема - затвор двигается по наклонным направляющим в нишах с помощью цепей. Приводы механизма находятся сверху в будке.
Выше по течению находятся водозаборные каналы, вода с которых, как я понял, поступает на Черепковские очистные сооружения, находящиеся неподалеку от самой станции и являющиеся ее частью.
Иногда, для забора проб воды из реки Мосводоканал использует катер на воздушной подушке. Пробы забираются ежедневно по несколько раз в нескольких точках. Нужны они для определения состава воды и подбора параметров технологических процессов при ее очистке. В зависимости от погоды, времени года и прочих факторов состав воды сильно меняется и за этим постоянно следят.
Кроме того пробы воды из водопровода отбирают на выходе из станции и во множестве точек по всему городу, как сами Мосводоканаловцы, так и независимые организации.
Также имеется ГЭС небольшой мощности, включающая три агрегата.
В настоящее время она остановлена и выведена из эксплуатации. Заменять оборудование на новое - экономически не целесообразно.
Пора выдвигаться на саму станцию водоподготовки! Первое куда пойдем - насосная станция первого подъема. Она закачивает воду из Москвы-реки и поднимает ее вверх, на уровень самой станции, которая находится на правом, высоком, берегу реки. Заходим в здание, поначалу обстановка вполне обычная - светлые коридоры, информационные стенды. Неожиданно встречается квадратный проем в полу, под которым огромное пустое пространство!
Впрочем к нему мы еще вернемся, а пока пойдем дальше. Огромный зал с квадратными бассейнами, насколько я понял это что-то типа приемных камер, в которые поступает вода из реки. Сама река находится справа, за окнами. А насосы закачивающие воду - слева внизу за стенкой.
Снаружи здание выглядит так:
Фото с сайта Мосводоканала.
Тут же установлено оборудование, похоже это автоматическая станция анализа параметров воды.
Все сооружения на станции имеют весьма причудливую конфигурацию - много уровней, всевозможные лесенки, спуски, баки, и трубы-трубы-трубы.
Какой-то насос.
Спускаемся вниз, примерно на 16 метров и попадаем в машинный зал. Тут установлено 11 (три запасных) высоковольтных мотора, приводящих в движение центробежные насосы уровнем ниже.
Один из запасных моторов:
Для любителей шильдиков:)
Вода снизу закачивается в огромные трубы, которые вертикально проходят через зал.
Все электротехническое оборудование на станции выглядит очень аккуратно и современно.
Красавцы:)
Заглянем вниз и увидим улитку! Каждый такой насос имеет производительность 10 000 м 3 в час. Для примера, он мог бы полностью, от пола до потолка заполнить водой обычную трехкомнатную квартиру всего за минуту.
Спустимся на уровень ниже. Тут гораздо прохладнее. Этот уровень находится ниже уровня Москва-реки.
Не очищенная вода из реки по трубам поступает в блок очистных сооружений:
Таких блоков на станции несколько. Но перед тем как пойти туда, сначала посетим другое здание, называемое "Цех производства озона". Озон, он же O 3 используется для обеззараживания воды и удаления из нее вредных примесей, с помощью метода озоносорбции. Данная технология вводится Мосводоканалом в последние годы.
Для получения озона используется следующий техпроцесс: воздух с помощью компрессоров(справа на фото) нагнетается под давлением и попадает в охладители(слева на фото).
В охладителе воздух охлаждается в два этапа с использованием воды.
Затем подается на осушители.
Осушитель представляет из себя две емкости содержащие смесь поглощающую влагу. В то время как одна емкость используется, вторая восстанавливает свои свойства.
С обратной стороны:
Оборудование управляется с помощью графических сенсорных экранов.
Далее подготовленный холодный и сухой воздух поступает в генераторы озона. Генератор озона представляет собой большую бочку, внутри которой расположено множество трубок-электродов, на которые подается большое напряжение.
Так выглядит одна трубка(в каждом генераторе из десятки):
Ершик внутри трубки:)
Через стеклянное окошко можно посмотреть на весьма красивый процесс получения озона:
Пришло время осмотреть блок очистных сооружений. Заходим внутрь и долго поднимаемся по лестнице, в результате оказываемся на мостике в огромном зале.
Тут самое время рассказать про технологию очистки воды. Сразу скажу, что я не специалист и процесс понял лишь в общих чертах без особых подробностей.
После того как вода поднимается из реки, она попадает в смеситель - конструкция из нескольких последовательных бассейнов. Там в нее поочередно добавляют разные вещества. В первую очередь - порошковый активированный уголь (ПАУ). Затем в воду добавляют коагулянт (полиоксихлорид алюминия) – который заставляет мелкие частицы собираться в более крупные комки. Затем вводится специальное вещество называемое флокулянт - в результате чего примеси превращаются в хлопья. Затем вода попадает в отстойники, где все примеси осаждаются, после чего проходит через песчаные и угольные фильтры. В последнее время добавился и еще один этап - озоносорбция, но об этом ниже.
Все основные реагенты применяющиеся на станции (кроме жидкого хлора) в один ряд:
На фотографии насколько я понял - зал смесителя, найдите людей в кадре:)
Всевозможные трубы, резервуары и мостики. В отличие от канализационных очистных сооружений тут все гораздо запутаннее и не так интуитивно понятно, кроме того, если там большая часть процессов происходит на улице, то подготовка воды происходит полностью в помещениях.
Этот зал является лишь малой частью огромного здания. Частично продолжение можно разглядеть в проемах внизу, туда отправимся позже.
Слева стоят какие-то насосы, справа огромные баки с углем.
Там же очередная стойка с оборудованием измеряющим какие-то характеристики воды.
Озон является крайне опасным газом (первая, высшая категория опасности). Сильнейший окислитель, вдыхание которого может привести к летальному исходу. Поэтому процесс озонирования происходит в специальных закрытых бассейнах.
Всевозможная измерительная аппаратура и трубопроводы. По бокам - иллюминаторы, через которые можно посмотреть на процесс, сверху - прожекторы, которые также светят через стекла.
Внутри водичка очень активно бурлит.
Отработанный озон поступает к деструктору озона представляющим собой нагреватель и катализаторы, там озон полностью разлагается.
Переходим к фильтрам. На табло показывается скорость промывки(продувки?) фильтров. Фильтры со временем загрязняются и их очищают.
Фильтры представляют собой длинные резервуары наполненные гранулированным активированным углем(ГАУ) и мелким песком по специальной схеме.
Фильтры находятся в отдельном изолированном от внешнего мира пространстве, за стеклом.
Можно оценить масштаб блока. Фотография сделана посередине, если взглянуть назад, то можно увидеть то же самое.
В результате всех этапов очистки вода становится пригодной для питья и удовлетворяет всем нормам. Однако, запускать такую воду в город нельзя. Дело в том, что протяженность водопроводных сетей Москвы - тысячи километров. Есть участки с плохой циркуляцией, закрытые ответвления и т.п. Как результат - в воде могут начать размножаться микроорганизмы. Чтобы это избежать воду хлорируют. Раньше это делали путем добавления жидкого хлора. Однако он является крайне опасным реагентом (в первую очередь с точки зрения производства, перевозки и хранения), поэтому сейчас Мосводоканал активно переходит на гипохлорит натрия, который гораздо менее опасен. Для его хранения пару лет назад был построен специальный склад (привет HALF-LIFE).
Опять же все автоматизировано.
И компьютеризировано.
В конце концов, вода попадает в огромные подземные резервуары на территории станции. Эти резервуары наполняются и опустошаются в течение суток. Дело в том, что станция работает с более менее постоянной производительностью, в то время как потребление в течение дня очень сильно меняется - утром и вечером оно крайне высокое, ночью очень низкое. Резервуары служат некоторым аккумулятором воды - ночью они наполняются чистой водой, а днем она забирается из них.
Управляется вся станция из центральной диспетчерской. 24 часа в сутки дежурят два человека. У каждого рабочее место с тремя мониторами. Если я правильно запомнил - один диспетчер следит за процессом очистки воды, второй - за всем остальным.
На экранах отображается огромное количество всевозможных параметров и графиков. Наверняка эти данные берутся в том числе с тех приборов, которые были выше на фотографиях.
Крайне важная и ответственная работа! Кстати говоря, на станции практически не было замечено работников. Весь процесс очень сильно автоматизирован.
В заключение - немного сюрра в здании диспетчерской.
Конструкция декоративного характера.
Бонус! Одно из старых зданий, оставшихся со времен самой первой станции. Когда-то она вся была кирпичной и все сооружения выглядели примерно так, однако сейчас все полностью перестроено, сохранилось лишь несколько строений. Кстати, вода в те времена подавалась в город с помощью паровых машин! Чуть подробнее можно почитать (и посмотреть старые фото) в моем
Основные методы улучшения качества природной воды и состав сооружений зависят от качества воды в источнике, от назначения водопровода. К основным методам очистки воды относятся:
1. осветление , которое достигается путем отстаивания воды в отстойнике или осветлителях для осаждения взвешенных частиц, находящихся в воде, и фильтрованием воды через фильтрующий материал;
2. обеззараживание (дезинфекция) для уничтожения болезнетворных бактерий;
3. умягчение – уменьшение в воде солей кальция и магния;
4. специальная обработка воды – обессоливание (опреснение), обезжелезивание, стабилизация – применяют, в основном для производственных целей.
Схема сооружений для подготовки питьевой воды с применением отстойника и фильтра показана на рис. 1.8.
Очистка природной воды для питьевых целей состоит из следующих мероприятий: коагулирование, осветление, фильтрование, обеззараживание с помощью хлорирования.
Коагулирование используетсядля ускорения процесса осаждения взвешенных веществ. Для этого в воду добавляют химические реагенты, так называемые коагулянты, которые вступают в реакцию с находящимися в воде солями, способствуя осаждению взвешенных и коллоидных частиц. Раствор коагулянта готовится и дозируется на установках, называемых реагентным хозяйством. Коагулирование является весьма сложным процессом. В основном коагулянты укрупняют взвешенные вещества путем их слипания. В качестве коагулянта в воду вводят соли алюминия или железа. Чаще используют сернокислый алюминий Al2(SO4)3, железный купорос FeSO4, хлорное железо FeCl3. Их количество зависит от рН воды (активная реакция воды рН определяется концентрацией водородных ионов: рН=7 среда нейтральная, рН>7-кислая, рН<7-щелочная). Доза коагулянта зависит от мутности и цветности воды и определяется согласно СНиП РК 04.01.02.–2001 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения». Для коагулирования используют мокрый способ дозирования реагентов. Коагулянт вводят в воду уже растворенный. Для этого имеется растворный бак, два расходных бака, где готовится раствор определенной концентрации путем добавления воды. Готовый раствор коагулянта подается в дозировочный бачок, имеющий поплавковый клапан, поддерживающий постоянный уровень воды. Затем из него раствор подается в смесители.
Рис. 1.8. Схемы станций водоподготовки: с камерой образования хлопьев, отстойниками и фильтрами (А); с осветлителем со взвешенным осадком и фильтрами (Б)
1 – насос первого подъема; 2 – реагентный цех; 3 – смеситель; 4 – камерахлопьеобразования; 5 – отстойник; 6 – фильтр; 7 – трубопровод для входа хлора; 8 – резервуар очищенной воды; 9 – насос второго подъема; 10 – осветлитель со взвешенным осадком
Для ускорения процесса коагулирования вводят флокулянты: полиакриламид, кремнекислоту. Наиболее распространены следующие конструкциисмесителей: перегородчатые, дырчатые и вихревые. Процесс смешивания должен проходить до образования хлопьев, поэтому пребывание воды в смесителе не более 2 минут. Смеситель перегородчатый – лоток с перегородками под углом 45°. Вода несколько раз меняет свое направление, образуя интенсивные завихрения, и способствует перемешиванию коагулянта. Дырчатые смесители – в поперечных перегородках имеются отверстия, вода, проходя через них, также образует завихрения, способствуя перемешиванию коагулянта. Вихревые смесители – вертикальные смесители, где перемешивание происходит за счет турбулизации вертикального потока.
Из смесителя вода поступает в камеру хлопьеобразования (камера реакций). Здесь она находится 10 – 40 минут для получения крупных хлопьев. Скорость движения в камере такая, что не происходит выпадение хлопьев и их разрушение.
Различают камеры хлопьеобразования: водоворотные, перегородчатые, лопастные, вихревые в зависимости от способа перемешивания. Перегородчатые – железобетонный резервуар разделяется перегородками (продольными) на коридоры. Вода проходит по ним со скоростью 0,2 – 0,3 м/с. Число коридоров зависит от мутности воды. Лопастные – с вертикальным или горизонтальным расположением вала мешалок. Вихревые – резервуар в виде гидроциклона (конические, расширяющиеся кверху). Вода поступает снизу и движется с уменьшающейся скоростью от 0,7 м/с до 4 – 5 мм/с, при этом периферийные слои воды втягиваются в основной, создается вихревое движение, что способствует хорошему перемешиванию и хлопьеобразованию. Из камеры хлопьеобразования вода поступает в отстойник или осветлители для осветления.
Осветление – это процесс выделения из воды взвешенных веществ при ее движении с малыми скоростями через специальные сооружения: отстойники, осветлители. Осаждение частиц происходит под действием силы тяжести, т.к. удельный вес частиц больше удельного веса воды. Источники водоснабжения имеют различное содержание взвешенных частиц, т.е. имеют разную мутность, следовательно, продолжительность осветления будет разной.
Различают отстойники горизонтальные, вертикальные и радиальные.
Горизонтальные отстойники используются при производительности станции более 30000 м 3 /сут., представляют собой прямоугольный резервуар с обратным уклоном дна для удаления скопившегося осадка путем обратной промывки. Подача воды осуществляется с торца. Относительно равномерное движение достигается устройством дырчатых перегородок, водосливов, сборных карманов, желобов. Отстойник может быть двухсекционным, при ширине секции не более 6 м. Время отстаивания – 4 часа.
Вертикальные отстойники – при производительности станции очистки до 3000 м 3 /сут. В центре отстойника имеется труба, куда подается вода. Отстойник круглый или квадратный в плане с коническим дном (a=50-70°). По трубе вода опускается вниз отстойника, а затем поднимается вверх с малой скоростью в рабочую часть отстойника, где через водослив собирается в круговом лотке. Скорость восходящего потока 0,5 – 0,75 мм/с, т.е. она должна быть меньше скорости осаждения взвешенных частиц. При этом диаметр отстойника не более 10 м, отношение диаметра отстойника к высоте осаждения равна 1,5. Число отстойников не менее 2-х. Иногда отстойник совмещают с камерой хлопьеобразования, которая располагается вместо центральной трубы. В этом случае вода поступает из сопла по касательной со скоростью 2 – 3 м/с, создавая условия для хлопьеобразования. Для гашения вращательного движения в нижней части отстойника устраивают решетки. Время отстаивания в вертикальных отстойниках – 2 часа.
Радиальные отстойники – это круглые резервуары с малоконическим дном, применяются в промышленном водоснабжении, при высоком содержании взвешенных частиц при производительности более 40000 м 3 /сут.
Вода подается в центр, а затем движется в радиальном направлении к сборному лотку по периферии отстойника, из которого отводится по трубе. Осветление также происходит за счет создания малых скоростей движения. Отстойники имеют небольшую глубину 3 – 5 м в центре, 1,5 – 3 м на периферии, диаметр 20 – 60 м. Осадок удаляют механизированным способом, скребками, не прекращая работу отстойника.
Осветлители. Процесс осветления в них происходит интенсивнее, т.к. вода после коагулирования проходит через слой взвешенного осадка, который поддерживается в таком состоянии током воды (рис. 1.9).
Частицы взвешенного осадка способствуют большему укрупнению хлопьев коагулянта. Крупные хлопья могут задержать больше взвешенных частиц в осветляемой воде. Такой принцип положен в основу работы осветлителей с взвешенным осадком. Осветлители при равных объемах с отстойниками имеют большую производительность, требуют меньше коагулянта. Для удаления воздуха, который может взмучивать взвешенный осадок, вода предварительно направляется в воздухоотделитель. В осветлитель коридорного типа осветляемая вода подается по трубе снизу и распределяется дырчатыми трубами в боковых отсеках (коридорах) в нижней части.
Скорость восходящего потока в рабочей части должна быть 1-1,2 мм/с, чтобы хлопья коагулянта находились во взвешенном состоянии. При прохождении через слой взвешенного осадка взвешенные частицы задерживаются, высота взвешенного осадка 2 – 2,5 м. Степень осветления выше, чем в отстойнике. Выше рабочей части находится защитная зона, где взвешенного осадка нет. Затем осветленная вода попадает в сборный лоток, из которого по трубопроводу подается на фильтр. Высота рабочей части (зоны осветления) – 1,5-2 м.
Фильтрование воды. После осветления вода фильтруется, для этого используют фильтры, имеющие слой фильтрующего мелкозернистого материала, в котором при прохождении воды задерживаются частицы мелкой взвеси. Фильтрующий материал – кварцевый песок, гравий, дробленый антрацит. Фильтры бывают скорые, сверхскоростные, медленные: скорые – работают с коагулированием; медленные – без коагулирования; сверхскоростные – с коагулированием и без.
Различают фильтры напорные (сверхскоростные), безнапорные (скорые и медленные). В напорных фильтрах вода через слой фильтра проходит под напором, создаваемым насосами. В безнапорных – под напором, созданным разностью отметок воды в фильтре и на выходе из него.
Рис. 1.9. Осветлитель со взвешенным осадком коридорного типа
1 – рабочая камера; 2 – осадкоуплотнитель; 3 – окна прикрытые козырьками; 4 – трубопроводы для подачи осветляемой воды; 5 – трубопроводы для выпуска осадка; 6 – трубопроводы для отбора воды из осадкоуплотнителя; 7 – задвижка; 8 – желоба; 9 – сборный лоток
В открытых (безнапорных) скорых фильтрах вода подается с торца в карман и проходит сверху вниз через слой фильтра и поддерживающий слой гравия, затем через дырчатое дно поступает в дренаж, оттуда по трубопроводу в резервуар чистой воды. Промывка фильтра проходит обратным током через отводящий трубопровод снизу вверх, вода собирается в промывных желобах, затем отводится в канализацию. Толщина фильтровой загрузки зависит от крупности песка и принимается 0,7 – 2 м. Расчетная скорость фильтрования – 5,5-10 м/ч. Время промывания – 5-8 минут. Назначение дренажа – равномерное отведение профильтрованной воды. Сейчас используют двухслойные фильтры, загружают вначале (сверху вниз) дробленый антрацит (400 – 500 мм), затем песок (600 – 700 мм), поддерживающий гравийный слой (650 мм). Последний слой служит для предотвращения вымывания фильтровой загрузки.
Кроме однопоточного фильтра (о котором уже сказано), используют двухпоточные, в которых подача воды осуществляется двумя потоками: сверху и снизу, отвод профильтрованной воды по одной трубе. Скорость фильтрования – 12 м/час. Производительность двухпоточного фильтра в 2 раза больше однопоточного.
Обеззараживание воды. При отстаивании и фильтровании задерживается большая часть бактерий до 95 %. Оставшиеся бактерии уничтожаются в результате обеззараживания.
Обеззараживание воды достигается следующими способами:
1. Хлорирование проводят жидким хлором и хлорной известью. Эффект хлорирования достигается при интенсивности перемешивания хлора с водой в трубопроводе или в специальном резервуаре в течение 30 минут. На 1 л фильтрованной воды вводят 2-3 мг хлора, а на 1л нефильтрованной воды – 6 мг хлора. Вода, поступающая к потребителю, должна содержать 0,3 – 0,5 мг хлора на 1 л, так называемый остаточный хлор. Обычно используют двойное хлорирование: до и после фильтрования.
Дозируют хлор в специальных хлораторах, которые бывают напорные и вакуумные. Напорные хлораторы имеют недостаток: жидкий хлор находится под давлением выше атмосферного, поэтому возможны утечки газа, который ядовит; вакуумные – не имеют этого недостатка. Хлор доставляется в сжиженном виде в баллонах, из него хлор переливают в промежуточный, где он переходит в газообразное состояние. Газ поступает в хлоратор, где растворяется в водопроводной воде, образуя хлорную воду, которая затем вводится в трубопровод, транспортирующий воду, предназначенную для хлорирования. При повышении дозы хлора в воде остается неприятный запах, такую воду надо дехлорировать.
2. Озонирование – это обеззараживание воды озоном (окисление бактерии атомарным кислородом, получаемым при расщеплении озона). Озон устраняет цветность, запахи и привкусы воды. Для обеззараживания 1л подземных источников необходимо 0,75 – 1 мг озона, 1 л фильтрованной воды поверхностных источников – 1-3 мг озона.
3. Ультрафиолетовое облучение производят с помощью ультрафиолетовых лучей. Этот способ используют для обеззараживания подземных источников с небольшими расходами и фильтрованной воды поверхностных источников. В качестве источников излучения служат ртутно-кварцевые лампы высокого и низкого давления. Различают напорные установки, которые устанавливают в напорных трубопроводах, безнапорные – на горизонтальных трубопроводах и в специальных каналах. Эффект обеззараживания зависит от продолжительности и интенсивности излучения. Этот метод не применяется для вод высокой мутности.
Водопроводная сеть
Водопроводные сети разделяются на магистральные и распределительные. Магистральные – транспортируют транзитные массы воды к объектам потребления, распределительные – подводят воду из магистралей к отдельным зданиям.
При трассировке водопроводных сетей следует учитывать планировку объекта водоснабжения, размещение потребителей, рельеф местности.
Рис. 1.10. Схемы водопроводных сетей
а – разветвленная (тупиковая); б – кольцевая
По очертанию в плане водопроводные сети различают: тупиковые и кольцевые.
Тупиковые сети используют для тех объектов водоснабжения, которые допускают перерыв в подаче воды (рис. 1.10, а). Кольцевые сети более надежны в работе, т.к. в случае аварии на одной из линий потребители будут снабжаться водой по другой линии (рис. 1.10, б). Противопожарные водопроводные сети обязательно должны быть кольцевыми.
Для наружного водопровода используют чугунные, стальные, железобетонные, асбестоцементные, полиэтиленовые трубы.
Чугунные трубы с антикоррозийным покрытием долговечны и применяются широко. Недостаток – плохое сопротивление динамическим нагрузкам. Чугунные трубы – раструбные, диаметром 50 – 1200 мм при длине 2 – 7 м. От коррозии трубы асфальтируют изнутри и снаружи. Заделку стыков выполняют просмоленной прядью при помощи конопатки, затем стык заделывают асбестоцементом с уплотнением при помощи молотка и чеканки.
Стальные трубы диаметром 200 – 1400 мм применяют при укладке водоводов и распределительных сетей при давлении больше 10 атм. Стальные трубы соединяют при помощи сварки. Водогазопроводные – на муфтах с резьбой. Снаружи покрываются стальные трубы битумной мастикой или крафт-бумагой в 1 – 3 слоя. По способу изготовления трубы различают: прямошовные сварные трубы диаметром 400 – 1400 мм, длиной 5 – 6 м; бесшовные (горячекатаные) диаметром 200 – 800 мм.
Асбестоцементные трубы выпускают диаметром 50 – 500 мм, длиной 3 – 4 м. Преимущество – диэлектричность (не подвергаются действию блуждающих электрических токов). Недостаток: подвергаются механическим воздействиям, связанным с динамическими нагрузками. Поэтому нужно соблюдать осторожность при транспортировке. Соединение – муфтовое с резиновыми кольцами.
Железобетонные трубы диаметром 500 – 1600 мм используются в качестве водоводов, соединение – пальцевое.
Полиэтиленовые трубы стойки против коррозии, прочны, долговечны, оказывают меньшее гидравлическое сопротивление. Недостаток – большой коэффициент линейного расширения. При выборе материала труб следует учитывать условия проектирования, климатические данные. На водопроводных сетях для нормальной эксплуатации устанавливают арматуру: запорно-регулирующую (задвижки, вентили), водоразборную (колонки, краны, гидранты), предохранительную (обратные клапаны, воздушные вантузы). В местах установки фасонных частей и арматуры устраивают смотровые колодцы. Водопроводные колодцы на сетях устраивают из сборного железобетона.
Расчет водопроводной сети заключается в установлении диаметра труб, достаточном для пропуска расчетных расходов, и определении потерь напора в них. Глубина заложения водопроводных труб зависит от глубины промерзания грунта, материала труб. Глубина заложения труб (до низа трубы) должна быть на 0,5 м ниже расчетной глубины промерзания грунта в данном климатическом регионе.
Вода на современных водопроводных станциях подвергается многоступенчатой очистке для удаления твердых примесей, волокон, коллоидных взвесей, микроорганизмов, для улучшения органолептических свойств. Максимально качественный результат достигается сочетанием двух технологий: механической фильтрации и химической обработки.
Особенности технологий очистки
Механическая фильтрация . Первый этап водоподготовки позволяет удалить из среды видимые твердые и волокнистые включения: песок, ржавчину и т. д. При механической обработке воду последовательно пропускают через ряд фильтров с уменьшающимся размером ячеек.
Химическая обработка . Технология используется для приведения химического состава и качественных показателей воды к норме. В зависимости от первоначальных характеристик среды обработка может включать несколько этапов: отстаивание, обеззараживание, коагуляцию, умягчение, осветление, аэрацию, деминерализацию, фильтрацию.
Методы химической очистки воды на водопроводных станциях
Отстаивание
На водопроводных станциях устанавливают специальные резервуары с переливным механизмом или устраивают железобетонные отстойники на глубине 4–5 м. Скорость движения воды внутри емкости поддерживается на минимальном уровне, причем верхние слои перетекают быстрее, чем нижние. В таких условиях тяжелые частицы оседают на дно резервуара и удаляются из системы через отводные каналы. В среднем на отстаивание воды уходит 5–8 часов. За это время оседает до 70 % тяжелых примесей.
Обеззараживание
Технология очистки направлена на удаление из воды опасных микроорганизмов. Установки обеззараживания присутствуют во всех без исключения водопроводных системах. Дезинфекция воды может выполняться облучением или добавлением химических реагентов. Несмотря на появление современных технологий, использование обеззаражи.вающих средств на основе хлора является предпочтительным. Причина популярности реагентов заключается в хорошей растворимости хлорсодержащих соединений в воде, способности сохранять активность в подвижной среде, оказывать дезинфицирующее действие на внутренние стенки трубопровода.
Коагуляция
Технология позволяет удалять растворенные примеси, которые не улавливаются фильтрующими сетками. В качестве коагулянтов для воды используют полиоксихлорид или сульфат алюминия, калийно-алюминиевые квасцы. Реагенты вызывают коагуляцию, то есть слипание органических примесей, крупных белковых молекул, планктона, находящегося во взвешенном состоянии. В воде образуются крупные тяжелые хлопья, которые выпадают в осадок, увлекая за собой органические взвеси, некоторые микроорганизмы. Для ускорения реакции на станциях очистки используют флокулянты. Мягкую воду подщелачивают содой или известью для быстрого образования хлопьев.
Умягчение
Содержание соединений кальция и магния (солей жесткости) в воде строго регламентировано. Для удаления примесей используют фильтры с катионными или анионными ионообменными смолами. Когда вода проходит через загрузку, ионы жесткости замещаются водородом или натрием, безопасным для здоровья человека и водопроводной системы. Поглощающая способность смолы восстанавливается обратной промывкой, но емкость уменьшается с каждым разом. Ввиду высокой стоимости материалов такая технология умягчения воды используется в основном на локальных очистных сооружениях.
Осветление
Методику используют для очистки поверхностных вод, загрязненных фульвокислотами, гуминовыми кислотами, органическими примесями. Жидкость из таких источников часто имеет характерный цвет, привкус, зеленовато-коричневый оттенок. На первом этапе воду направляют в смесительную камеру с добавлением химического коагулянта и хлорсодержащего реагента. Хлор разрушает органические включения, а коагулянты выводят их в осадок.
Аэрация
Технология используется для удаления из воды двухвалентного железа, марганца, других окисляющихся примесей. При напорной аэрации жидкость барботируется воздушной смесью. Кислород растворяется в воде, окисляет газы и соли металлов, выводя их из среды в виде осадка или нерастворимых летучих веществ. Аэрационная колонна наполняется жидкостью не полностью. Воздушная подушка над поверхностью воды смягчает гидроудары и увеличивает площадь контакта с воздухом.
Безнапорная аэрация требует более простого оборудования и проводится в специальных душевальных установках. Внутри камеры вода распыляется через эжекторы для увеличения площади контакта с воздухом. При высоком содержании железа аэрационные комплексы могут дополняться озонирующим оборудованием или фильтрующими кассетами.
Деминерализация
Технология используется для подготовки воды в промышленных водопроводных системах. Деминерализация выводит избыточное железо, кальций, натрий, медь, марганец и другие катионы и анионы из среды, увеличивая срок службы технологических трубопроводов и оборудования. Для очистки воды используют технологию обратного осмоса, электродиализа, дистилляции или деионизации.
Фильтрация
Воду фильтруют пропусканием через угольные фильтры, или углеванием. Сорбент поглощает до 95 % примесей, как химических, так и биологических. До недавнего времени для фильтрации воды на водопроводных станциях использовались прессованные картриджи, но их регенерация является достаточно дорогостоящим процессом. Современные комплексы включают порошкообразную или гранулированную угольную загрузку, которую просто высыпают в емкость. При перемешивании с водой уголь активно удаляет примеси, не изменяя своего агрегатного состояния. Технология более дешевая, но такая же эффективная, как блочные фильтры. Угольная загрузка выводит из воды тяжелые металлы, органику, поверхностно-активные вещества. Технология может применяться на очистных сооружениях любого типа.
Воду какого качества получает потребитель
Вода становится питьевой только после прохождения полного комплекса очистных мероприятий. Затем она поступает в городские коммуникации для доставки потребителю.
Необходимо учесть, что даже при полном соответствии параметров воды на очистных сооружениях санитарно-гигиеническим нормам в точках водоразбора ее качество может быть значительно ниже. Причина в старых, проржавевших коммуникациях. Вода загрязняется при прохождении по трубопроводу. Поэтому установка дополнительных фильтров в квартирах , частных домах и на предприятиях остается актуальным вопросом. Грамотно подобранное оборудование гарантирует соответствие воды нормативным требованиям и даже делает ее полезной для здоровья.
