Освітлення і знебарвлення води

Освітлення води. Освітлення води як уже зазначалося, проводиться для видалення з води завислих часток (усунення каламутності води) при безперервному русі її при малих швидкостях через спеціальні споруди (відстійники, фільтри).

Каламутність води обумовлена ​​наявністю в ній механічних зважених часток: глинистих, піщаних, мулистих і ін. Каламутність властива, в основному, поверхневим водам (як правило, річковим). Чим дрібніше механічні частинки, тим більше каламутність води; крім того, чим більше швидкість руху води в річці, тим все більші частки захоплюються водою. При певних швидкостях руху води частинки грунту можуть перебувати в підвішеному стані. У цьому випадку виникає необхідність позбавлення від каламутності води з метою її освітлення.

Освітлення води може бути здійснено шляхом її відстоювання і подальшого пропуску через спеціальні фільтри.

Відстоювання води полягає в пропущенні її через відстійники при досить малих швидкостях. Зауважимо, що одним з простих способів відстоювання води є ковші; однак, повного позбавлення від механічних суспензій в них, як правило, не досягається. При великий крупності механічних частинок освітлення води може бути досягнуто прямим відстоюванням її в спеціальних відстійниках досить швидко (протягом декількох годин). Якщо ж у воді містяться тонкодисперсні частинки (наприклад, пилуваті або глинисті), то видалення їх шляхом відстоювання в прийнятні терміни практично неможливо (час відстоювання води може скласти кілька місяців). А санітарні вимоги вельми жорсткі: в воді не повинно міститися зважених часток більш 1 мг / л.

Для прискорення освітлення води широко залучається коагулирование відстоюється води. Колоїдні глинисті частки природної каламуті мають негативний електричний заряд і взаємно відштовхуються. При введенні коагулянту у воді штучно створюється колоїдне речовина з позитивно зарядженими частинками. При взаємодії з негативно зарядженими частинками каламуті відбувається нейтралізація їх зарядів - частинки взаємно притягуються, укрупнюються і відносно швидко випадають з води в осад.

Як коагулянтів найбільш часто використовують сірчанокислий алюміній Al (SO4) 3. іноді залізний купорос FeSO4 і хлорне залізо FeCl3. Так, при введенні в воду Al (SO4) 3 відбувається її дисоціація:

Далі відбувається катіонний обмін між Al 3+ і катіонами на глинистих частинках. Надлишок же іонів Al 3+ в результаті гідролізу призводить до утворення випадає в осад Al (OH) 3:

Утворене позитивно заряджене колоїдне речовина Al (OH) 3 і обумовлює процес коагуляція. Процес коагуляції вимагає певної лужності води; якщо вона мала, то воду спеціально подщелачивают шляхом додавання в неї вапна або соди.

З досвіду освітлення води доза Al (SO4) 3 для рекУкаіни становить від 60мг / л (для північних річок) до 100-120 мг / л (для південних річок з більшою мутностью).

Залучення коагулирования вимагає пристрою на очисній станції спеціальних відстійників.

Горізонтальнийотстойнік використовується на водозаборах з великою продуктивністю (більше 50-60 тис. М 3 / добу). Ці відстійники влаштовують у вигляді заглиблених в землю залізобетонних басейнів (з 2-3 паралельних камер) з ухилом, зворотним ходу води; при цьому швидкість руху води в них повинна забезпечувати випадання в межах відстійника зважених часток.

Зазвичай швидкість випадання частинок при коагулюванні становить = 0.5-0.6 мм / сек, а швидкість руху води в відстійнику приймається рівною v = 5-6 мм / сек, тобто приблизно в 10 разів більше.

За заданої продуктивності відстійника і прийнятій величині v визначають габарити відстійника: площа, ширину, довжину. У практиці подібних споруд висоту зони осадження відстійника приймають рівною H = 3-5 м [1].

Довжину відстійника можна визначити за формулою:

З урахуванням співвідношення швидкостей потоку v і осадження. можна прийняти, що L / H

Площа відстійника в плані:

Беручи до уваги, що площа поперечного перерізу відстійника буде. отримаємо:

Нижня частина відстійника - зона накопичення і ущільнення осаду розраховується на прийом осаду, що випадає за період між чистками відстійника.

Вертикальні відстійники зазвичай застосовують на водопроводах з продуктивністю менше 40 тис.м 3 / добу і являють собою резервуари циліндричної форми; в них очищається вода рухається вертикально знизу-вгору. Висота відстійника H приймається рівною 4-5 м, відношення діаметра відстійника до його висоті становить 1.5-2.

У практиці господарсько-питного водопостачання на базі річкових вод після відстоювання води зазвичай застосовується її фільтрування. Основне завдання цього процесу полягає в доведенні освітлення води до ступеня, що відповідає вимогам ГОСТу.

При фільтруванні воду пропускають через шар фільтруючого матеріалу, що затримує зважені в ній речовини. В якості фільтруючого матеріалу найчастіше залучають дрібний кварцовий (річковий) пісок, іноді - подрібнений антрацит.

Знебарвлення води. Кольоровість води обумовлена ​​присутністю в ній гумусових речовин, що знаходяться в колоїдному стані і надають воді жовтуватий, коричневий або зелений кольори. Кольоровістю мають води річок, що випливають із боліт і торфовищ, а також води ряду водосховищ. Кольоровість питної води (за ГОСТом) не повинна перевищувати 20 градусів (по платінокобальтовой шкалою).

В процесі освітлення, як правило, досягається і знебарвлення води; якщо цього немає, то з положення виходять шляхом збільшення дози того ж коагулянту, який залучається і для освітлення води.

Цей метод очищення проводиться з метою знищення в воді хвороботворних бактерій, що викликають такі небезпечні захворювання, як холера, паратиф, черевний тиф, дизентерія та ін. Знезараження води здійснюється на всіх очисних станціях, якщо це призводить до забруднення природних вод поверхневими стоками. Проблема ця вельми актуальна для м.Харкова. Основний водозабір міста знаходиться нижче впадання в річку Неву її притоки Охти, яка дуже забруднена хімічними і органічними стоками.

Відстоювання і фільтрування води не дають гарантій видалення мікроорганізмів. Для остаточного очищення води використовують знезараження. Як правило, знезараженню піддаються води, які вже пройшли відстоювання і фільтрування. Для знезараження води використовують такі методи: кип'ятіння, обробка ультрафіолетовими променями, хлорування і озонування.

Кип'ятіння води (термічна обробка). Використовується для знезараження малих кількостей води (зазвичай для індивідуального водопостачання).

Хлорування води. Хлорування води для знезараження отримало найбільше поширення. У більшості випадків воно здійснюється рідким хлором або хлорним вапном. При введенні хлору в воду в результаті гідролізу в ній утворюється хлорнуватиста і соляна кислоти:

Хлороватістая кислота HOCl - речовина нестійка і дисоціює з утворенням гипохлоритного іона і водню:

HOC lÞ H + + OСl -

Утворені гипохлоритного іони, поряд з недіссоціірованнимі молекулами хлорнуватисту кислоти, надають окисні (бактерицидні) дії на мікроорганізми.

Необхідну дозу активного хлору встановлюють дослідним шляхом на основі лабораторних даних про хлоропоглощаемості води. Орієнтовно її приймають для профільтрованої води 0.5-1 мг / л, а для вихідної неочищеної води з поверхневих джерел - до 5 мг / л.

Тривалість контакту хлору з водою повинна бути не менше 30 хвилин за умови інтенсивного попереднього перемішування; після 30-ти хвилинного контакту така вода може бути спрямована споживачеві.

Більш правильно призначати дозу хлору за «залишковим» хлору, кількість якого має бути в межах 0.3-0.5 мг / л. При такій величині «залишкового» хлору може бути гарантована повна дезінфекція води. Дозу хлору визначають з такого розрахунку, щоб в 1 літрі очищеної води залишалося ще 0.3-0.5 мг хлору, який не вступив в реакцію. Це і є контролем над якістю дезінфекції води.

Ступінь дисоціації хлорнуватистої кислоти залежить від pH води, чим менше pH - тим краще результати хлорування.

Хлорування води хлорним вапном (3 CaOCl2 CaO × 4H2 O) використовується на водопроводах невеликої продуктивності (до 3 тис. М 3 / добу). Вапно розпадається на гіпохлорит кальцію Ca (OCl) 2 і хлористий кальцій. В результаті реакції гіпохлориту кальцію з розташованої в воді вуглекислотою або бикарбонатом кальцію утворюється, як і під час хлорування води рідким хлором, хлорнуватиста кислота HOCl. яка дисоціює з утворенням гипохлоритного іона OСl -.

Озонування води. Останнім все більш широке поширення набуває знезараження води шляхом її озонування. Озонування полягає в пропущенні через воду озонованого повітря, в якому кисень частково переведений в трехатомного форму (О3).

Озон є сильним окислювачем і має чудові бактерицидні властивості і забезпечує надійну дезінфекцію води.

Перевага озонування води перед хлоруванням полягає в тому, що озон виходить безпосередньо на станції очистки води, він не погіршує видових якостей води, не веде до появи у воді запахів.

Крім того, під дією озону одночасно з знезараженням відбувається і знебарвлення води, а також усуваються небажані запахи і присмаки. Недоліком озонування є та обставина, що озон діє на воду миттєво, і швидко з неї йде, не забезпечуючи обеззараживающего ефекту на всьому шляху від водопровідної станції до споживача. Озон отримують з атмосферного повітря в спеціальних апаратах, званих озонаторами. Повітря попередньо охолоджується, пропускається через фільтри і зневоднюється.

При проходженні змінного електричного струму (напругою 8000-10000 вольт) через розрядний простір, заповнений повітрям, відбувається розряд коронного типу, в результаті якого і утворюється озон.

Доза озону для знезараження фільтрованої води становить 1-3 мг / л, для очищення підземних вод - 0.75-1.0 мг / л. Якщо потрібно ще і знебарвлення води, то доза озону збільшується до 4 мг / л. Час контакту води з озоном становить 5-10 хвилин.

Процес пом'якшення пов'язаний зі зниженням жорсткості води, зумовленої присутністю в ній солей кальцію і магнію. Зазвичай підвищена жорсткість води характерна для підземних вод; поверхневі ж води, як правило, характеризуються малою жорсткістю. Розрізняють карбонатну жорсткість (солі Ca (HCO3) 2 і Mg (HCO3) 2) і некарбонатную жорсткість (солі CaCl2. MgCl2. CaSO4 і MgSO4). Сумарна жорсткість називається загальною жорсткістю. За ГОСТом загальна жорсткість води, використовуваної для госпитного водопостачання, не повинна перевищувати 7 мг-екв / л [7]. У той же час для деяких виробничих потреб потрібно дуже м'яка вода; наприклад, вода для живлення парових котлів не повинна перевищувати 0.1-0.07 мг-екв / л.

На водопровідних станціях використовуються різні способи зменшення жорсткості води; залучення їх диктується вимогами до м'якості води і економічними міркуваннями. Найбільш поширеними є реагентні методи і метод катіонного пом'якшення води.

Реагентні методи (методи осадження) Суть цих методів полягає в тому, що в воду вводяться певні хімічні речовини, які переводять іони кальцію і магнію в малорозчинні і легко видаляються з'єднання (наприклад, в карбонат кальцію (СаСО3) або гідроксид магнію (MgO)).

З реагентних методів найбільш широко використовується вапняно-содовий спосіб пом'якшення води. Суть його полягає в тому, що спочатку в воду вводиться вапно, яка викликає протікання наступних реакцій:

тобто відбувається переклад солей з магнієвої жорсткості в кальцієву. Зауважимо, що на цій стадії очистки води величина жорсткості практично не змінюється. Тому для остаточного зниження жорсткості води на другому етапі в воду вводиться сода і хімічна реакція протікає вже за схемою:

Вапняно-содовим способом жорсткість води може бути знижена до величини 1 мг-екв / л. Зауважимо, що швидкість процесу пом'якшення води помітно зростає при попутному її підігріві.

Катіонна пом'якшення води. Метод заснований на здатності деяких речовин (катионитов) обмінювати катіони, що містяться в них (Na + і Н +) на катіони солей жорсткості, що знаходяться у воді (Са 2+ і Мg 2+). Процес управляється законами дифузії і дії мас (еквівалентний обмін).

Як катионитов на станціях очистки води використовуються тільки штучно отримані матеріали - сульфоуголь і іонообмінних смоли. Хоча, в принципі, можуть бути і природні матеріали, такі, як глауконітові піски.

Сульфоуголь виходить шляхом обробки концентрованої сірчаної кислотою коксівного плавких вугілля. По виду сульфоуголь - гранули неправильної форми розміром 0.25 - 1.25 мм. Обмінна здатність сульфоугля становить до 200 - 300 мг-екв / л.

Синтетичні іонообмінних смоли - іоніти - являють собою високомолекулярні сполуки, що складаються з молекул-гігантів з величезною молекулярної масою. Іоніт - тверде, практично нерозчинний у воді речовина, міцне і хімічно стійке. Обмінна здатність їх складає 800 - 900 мг-екв / л. За допомогою смол жорсткість може бути знижена до 0.01 мг-екв / л.

Так як в процесі своєї роботи ионит поступово витрачає містяться в ньому катіони Na ​​+ (або Н +) і втрачає здатність зм'якшувати воду, то потрібно періодично проводити регенерацію катіонного фільтру. Для відновлення катіонів натрію через фільтр (сульфоуголь або ионит) пропускають розчин кухонної солі, а для відновлення іонів водню - розчин сірчаної кислоти.

Тривалість операцій по регенерації деяких катіонних фільтрів приблизно 1.5 - 2 години. Швидкість фільтрування при катіонному пом'якшенні води залежить від її жорсткості і визначається розрахунком (зазвичай 5 - 15 м / год).

6. осушувальних меліорацій

Слово «меліорація» походить від латинського слова melioratiо, що в перекладі на українську мову означає поліпшення. Меліорація - це комплекс інженерних заходів, спрямованих на поліпшення водно-сольового режиму грунтів і порід територій, на яких проводяться сільськогосподарські або будівельні робіт. Розрізняють осушувальну і зрошувальну меліорацію

В рамках осушувальної меліорації розглянемо питання, пов'язані з дренажем міських і промислових територій, а також з осушенням заболочених і надмірно зволожених сільськогосподарських територій.