Технології очищення та кондиціонування підземних вод різного фізико-хімічного складу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний університет водного господарства та природокористування

ТЕХНОЛОГІЇ ОЧИЩЕННЯ ТА КОНДИЦІОНУВАННЯ ПІДЗЕМНИХ ВОД РІЗНОГО ФІЗИКО-ХІМІЧНОГО СКЛАДУ

Квартенко О.М., к.т.н., доцент

Анотація

очищення кондиціонування вода підземний

Наведені результати досліджень очищення та кондиціонування підземних вод різного фізико-хімічного складу найбільш характерних до Північного заходу України. За результатами досліджень запроектовані та впроваджені станції знезалізнення та стабілізації води.

Annotation

In this article reduse the results of scietific research the process of purification underground water wich is charaterise the different physics and chemical composition.

Виклад основного матеріалу

В останні роки якість води основних джерел централізованого водопостачання суттєво погіршилася, що обумовлено незадовільною водогосподарською діяльністю, забрудненням річкового стоку і підземних водоносних горизонтів органічними сполуками, фенолами, нітратами, нафтопродуктами, тощо. Виходячи із недостатньої захищеності підземних горизонтів від дії антропогенного фактору роль очисних споруд у постачанні населення доброякісною водою значно зростає. Загальна потужність водоочисних споруд становить приблизно 15 млн. м³/добу, з них 14,4 млн. м³/добу припадає на міські очисні споруди (1). Потреби у відновленні станцій очистки поверхневих та підземних вод складають близько 40%, що відповідає продуктивності 5-6 млн. м³/добу (1). Крім того, слід врахувати, що лише 26% сільського населення в Україні користуються послугами централізованого водопостачання, з яких третина побудована у 60-70 роках і перебуває у незадовільному стані. Все будівництво проводилося з розрахунку постійного збільшення подачі води в системах водопостачання, тоді як на сьогоднішній день відмічається тенденція до зменшення обсягів води, реалізованої споживачам.

Незадовільний стан водоочисних споруд або їх відсутність призводить до недостатнього ступеню очищення підземних вод і, як наслідок до високого ступеня аварійності (1-4 аварії на 1 км трубопроводу), що у 5-40 разів перевищує відповідний показник у країнах західної Європи, та повторного процесу забрудненню очищеної води. Більшість аварій трапляється на трубопроводах зі сталевих труб без покриття, діаметром менше ніж 200 мм (1).

Проблемам очищення підземних вод в Україні присвячені роботи таких вчених, як Журби М.Г., Олійника О. Я., Орлова В.О., Сафонова М.А., Хоружого П.Д., Терновцева В.О., тощо.

Зі спеціальних методів очистки підземних вод в Україні досить широко використовується знезалізнення. Для реалізації цього методу на невеликих водозаборах (до 8 тис. м³/добу) застосовуються металеві фільтри заводського виготовлення. Водоочисні станції потужністю понад 10 тис. м³/добу побудовані із залізобетону. На більшості установок застосовано знезалізнення підземних вод за принципом спрощеної аерації з наступним фільтруванням крізь шар фільтруючого матеріалу (2,3,7). Проте, внаслідок низького рівня експлуатації очисних споруд, зміни якості вихідної води, неправильного підбору обладнання та параметрів процесу, режимів фільтрування на ряді об'єктів належного ефекту знезалізнення не досягається.

За даними (1) відсоток таких об'єктів сягає 80%. Крім того, слід відзначити, що комплексна очистка від інших складових (сполук марганцю, фтору, розчинних органічних речовин та газів) на більшості водопровідних станцій у нашій країні не проводиться. Таким чином вирішення проблеми реконструкції старих та будівництва нових водоочисних станції з використанням сучасних науково технічних рішень є досить актуальною.

Таким чином вирішення проблеми реконструкції старих та будівництва нових водоочисних станції з використанням сучасних науково технічних рішень є досить актуальною.

В даній роботі розглядаються декілька технологічних схем комплексної очистки підземних вод різного фізико хімічного складу запроектованих в системах водопостачання населених пунктів Рівненської та Волинської областях. Показники якості вихідної води наведені в табл. 1.

Таблиця 1

Характеристика показників якості води

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 Фрагмент установки знезалізнення підземних вод в с. Балашівка Березнівского району Рівненської області

Всі води досить різні за фізико хімічним складом. Води перших двох об'єктів мають низькі значення лужності та рН, і за своїм фізико хімічним складом відносяться до гідрокарбонатно-кальцієвих. Видалення розчинних сполук заліза за методом спрощеної аерації з наступним фільтруванням води крізь шар не модифікованого завантаження як видно з табл. 2, не є можливим. Для окислення заліза у даному випадку була використана комбінація фізико - біолого - хімічних методів, а саме: насичення вихідної води киснем повітря шляхом його ежектування струменем вихідної води, із співвідношенням 3 до 1, з наступним висхідним фільтруванням через модифіковане багатошарове полістирольне завантаження. Нижні шари якого складалися із полістиролу крупністю фракцій 0,8...2 мм, товщиною 0,5 м на якому із часом утворювалася каталітична плівка з окислів заліза та тонкого шару біологічної плівки. Верхні шари - із омарганцованого полістиролу крупністю 2...3 мм, товщиною 0,4 м, та підтримуючого шару із попередньо заробленого завантаження крупністю фракцій 4...6 мм, товщиною 0,4 м.

Дослідження проведені на пілотній установці дозволили констатувати, що використання тільки модифікованого завантаження дозволить знизити концентрацію заліза у вхідній воді з 4,8...5,4 мг/л до 1,2...1,8 мг/л при незначному 10 хвилинному часі контакту. Використання закріпленої на нижньому шарі полістирольного завантаження мікрофлори дозволило додатково окислювати в даних умовах до 3 мг/л двовуглекислого заліза (табл.2.)

Рис. 2 Схема установки знезалізнення підземних вод з низькою лужністю. 1- трубпровід подачі вихідної води, 2-ежекційний пристрій, 3-контактна колона, 4-повітровідділювач, 5- гідромеханічний змішувач, 6-полістирольний фільтр, 7-промивний бак, 8- бак дозатор коагулянту; 9- сифон для промивки фільтра, 10 - трубка зриву вакууму, 11 - гідрозатвір

Таблиця 2

Послідовність зміни якості води по блоках водоочисної установки в с. Балашівка Березнівского району Рівенскої області

Така технологія дозволила через два тижні експлуатації отримати фільтрат з концентрацією заліза від 0,17 до 0,5 мг/л, та дещо збільшити значення рН. На базі проведених досліджень була запропонована двоступенева установка продуктивністю 5 м³/год схема якої наведена на рис.2.

Крім звичайних гідро карбонатно кальцієвих вод на території України залягають багато підземних вод складного фізико-хімічного складу, зокрема в (табл. 1), наведені усереднені ( з 1999 по 2002 роки) показники якості підземної води для с.м.т. Ратно Волинської області. Як видно із табл. 1 природна вода по ряду показників значно перевищує норми ГОСТ 2874-82. Такая вода потребує складної багато процесної очистки. В результаті проведених досліджень нами була рекомендована багато процесна водоочисна установка (рис. 3) до складу якої увійшли біофільтр, тонкошаровий відстійник, освітлювальні та сорбційні фільтри, а також вузол приготування та дозування реагентів.

Рис. 3 Блочно модульна багато процесна установка очистки природних вод які підлягли антропогенному забрудненню: 1- подача вихідної води, 2- біофільтр, 3- змішувач коридорного типу, 4- контактна камера, 5- тонкошаровий відстійник, 6- піно полістирольний фільтр, 7- сорбційний фільтр. 8- промивний бак, 9- гідро робот промивки фільтра. 10- гідроробот видалення осаду, 11- гідрозатвор

На завантаженні біофільтру відбувалося біологічне окислення заліза та марганцю залізобактеріями родів Leptothrix, Sphaerotilus, які використовують в якості джерела вуглецю розчинні органічні речовини. Окислення заліза та марганцю пов'язано з видаленням двовалентним залізом перекису водню - токсичного продукту метаболізму, який утворюється в процесі окислення органічних речовин при пререносі електронів по дихальному ланцюзі.

Окислені форми заліза та марганцю накопичуються на поверхні бактеріальних клітин в результаті акумуляції клітинами цих металів із розчину та окисленню, яке супроводжується відкладенням нерозчинних окислів на поверхні клітинної мембрани залізобактерій.

Гідроксид заліза, який утворився в результаті життєдіяльності залізобактерій у свою чергу є коагулянтом, що знижує кольоровість та окислюваність води. Надлишок Fe(OH)₃ надходить до змішувача, де відбувається дозування оксихлориду алюмінію Використання утвореного в результаті життєдіяльності бактерій Fe(OH)₃ в якості коагулянту, дозволяє в 1,5 - 2 рази знизити дозу оксихлориду алюмінія.

Рис 4 Зміна параметрів якості води по технологічних спорудах при часі контакту: на біофільтрі - 40хв; відстоюванні - 20хв; освітлювальному фільтрі - 15 хв

В результаті, після полістирольного фільтру відбувається значне зниження окислювальності (з 30 до 7 мг О/л) та кольоровості (з 320 до 20 град) при нейтральному значенні pH та окислювальному характері середовища. Після сорбційного фільтру в залежності від часу контакту можливо досягти зниження окислювальності фільтрату в межах 2...5 мг О/л (рис.4).

Висновки

Наведені технологічні схеми і установки очищення та кондиціонування природних підземних вод різного фізико-хімічного складу, північно-західних областей України, дозволяють не тільки отримувати воду належної якості та запобігати утворенню хлорорганічних, канцерогенних сполук, але й знизити витрати реагентів та енергоємність процесу очищення у порівнянні із традиційними технологічними схемами, запобігти вторинному забрудненню води продуктами корозії, проводити стабілізаційну обробку води.

Література

1. Національна доповідь про якість питної води та стан питного водопостачання в Україні у 2003 році. Рівне: НУВГП, 2005. 142 с.

2. Журба М.Г., Соколов Л.И., Говорова Ж.М. Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений: издание второе и дополненное. Учебное пособие. М.: Издательство АСВ, 2004. 496 с.

3. Орлов В.О., Квартенко О.М., Мартинов С.Ю., Гордієнко Ю.І. Знезалізнення підземних вод для питних цілей. Рівне: УДУВГП, 2003. 155 с.

4. Орлов В.О. Водоочисні фільтри із зернистою засипкою. Рівне: НУВГП, 2005. 163 с.

5. Клячко В.А., Апельцин И.Э. Очистка природных вод. М.: Стройиздат, 1971. 579 с.

6. Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды. Киев: Наукова думка, 1983. 527 с.

7. Николадзе Г.И. Улучшение качества подземных вод. М.: Cтройиздат, 1987. 240 с.

Размещено на Allbest.ru