Проблема очистки воды охваты­вает вопросы физических, химических и биологических ее изменений в про­цессе обработки с целью сделать ее пригодной для питья, т. е. очистки и улучшения ее природных свойств.

Основными методами очистки воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения являются осветление, обес­цвечивание и обеззараживание.

Осветление воды путем осаждения взвешенных веществ. Эту функцию выполняют осветлители, отстойники и фильтры. В осветлителях и отстойни­ках вода движется с замедленной скоростью, вследствие чего происхо­дит выпадение в осадок взвешенных частиц. В целях осаждения мельчай­ших коллоидных частиц, которые мо­гут находиться во взвешенном состоя­нии неопределенно долгое время, к воде прибавляют раствор коагулянта (обычно сернокислый алюминий, же­лезный купорос или хлорное железо). В результате реакции коагулянта с солями многовалентных металлов, содержащимися в воде, образуются хлопья, увлекающие при осаждении взвеси и коллоидные вещества.

Коагуляцией примесей воды назы­вают процесс укрупнения мельчай­ших коллоидных и взвешенных частиц, происходящий вследствие их взаим­ного слипания под действием сил мо­лекулярного притяжения.

Фильтрование — самый распро­страненный метод отделения твердых частиц от жидкости. При этом из рас­твора могут быть выделены не только диспергированные частицы, но и кол­лоиды.

В процессе фильтрования происхо­дит задержание взвешенных веществ в порах фильтрующей среды и в био­логической пленке, окружающей час­тицы фильтрующего материала. Вода освобождается от взвешенных частиц, хлопьев коагулянта и большей части бактерий.

Обесцвечивание воды, т. е. устра­нение или обесцвечивание различных окрашенных коллоидов или полностью растворенных веществ может быть до­стигнуто коагулированием, примене­нием различных окислителей (хлор и его производные, озон, перманганат калия) и сорбентов (активный уголь, искусственные смолы).

Обеззараживание воды, или ее дезинфекция, заключается в полном освобождении воды от болезнетвор­ных бактерий. Так как полного осво­бождения ни отстаивание, ни филь­трование не дают, с целью дезинфек­ции воды применяют хлорирование и другие способы, описанные ниже.

На примере типовой схемы очист­ной станции водопровода показан комплекс составляющих ее элементов (рис. 1.1).

Главнейшие из этих элементов следующие:

Насосная станция первого подъе­ма, подающая воду на очистные сооружения.

Смеситель 2, обеспечивающий пе­ремешивание раствора коагулянта, поступающего из реагентного хозяй­ства 3, с обрабатываемой водой. В практике применяют гидравлические и механические типы смесителей. На схеме показан дырчатый смеситель, представляющий собой лоток с дырча­тыми перегородками, в котором проис­ходит перемешивание воды с раство­ром коагулянта.

Рис. 1.1

Камера реакции 4, в которой за­вершается химическая реакция и образуются хлопья коагулянта. На схеме приводится камера реакции, помещае­мая внутрь вертикального отстойника. Хлопьеобразование в ней завершается в течение 10 .15 мин.

Отстойники 5, которые в зависимо­сти от направления движения воды подразделяются на горизонтальные, вертикальные и радиальные. Горизон­тальный отстойник в плане — прямо­угольник. Глубина его 3 .5 м. Вода движется через отстойник со ско­ростью, не превышающей 5 мм/с, а при коагулировании — 10 мм/с. В целях равномерного распределения потока в поперечном сечении отстой­ника предусматривается конструктив­ная деталь, обеспечивающая равно­мерное поступление воды в отстой­ник и отвод ее, например дырчатая стенка.

На станциях меньшей производи­тельности применяют вертикальные отстойники, состоящие из двух ци­линдров, вложенных один в другой. Диаметр внешнего цилиндра — не больше 12 м. Отношение диаметра к высоте отстойника (D/H) принимают в пределах 1,2 .2. Вода поступает во внутренний цилиндр, в котором нахо­дится камера реакции, опускается вниз, затем осветляется, поднимаясь в вертикальном направлении вверх по среднему кольцевому пространству со скоростью 0,5 .0,75 мм/с. Осветлен­ная вода через отводящие желоба отводится трубой или по каналу на фильтр.

Радиальные отстойники диамет­ром от 5 до 60 м занимают среднее положение между горизонтальными и вертикальными отстойниками. Вода попадает в центральную часть отстой­ника и, постепенно уменьшая ско­рость, движется в радиальном на­правлении к лотку, расположенному вдоль периферийной части, из кото­рого отводится.

Дно отстойника устраивают с укло­ном к грязевому приямку или лотку, откуда выпавший осадок непрерывно или периодически удаляется насосом или самотеком сбрасывается в водо­сток.

Осветлители, конструкция кото­рых в основном не отличается от кон­струкции вертикального отстойника, дают значительный эффект осветле­ния, позволяя при этом снизить рас­ход коагулянта и сократить размер сооружений. Осветляемая вода про­ходит в восходящем движении слой осадка высотой 2 .2,5 м, находящегося во взвешенном состоянии (так назы­ваемая суспензионная сепарация).

В процессе работы осветлителя происходит укрупнение хлопьев коа­гулянта, задерживающих часть взве­си. В настоящее время осветлители широко применяют как в городских, так и в промышленных водопроводах. В некоторых случаях вертикальные отстойники переоборудуют на освет­лители.

Фильтрование состоит в пропуске воды через фильтр 6, заполненный фильтрующим материалом (обычно кварцевым песком), уложенным слоя­ми возрастающей сверху вниз круп­ности. Вода поступает на поверхность фильтра, движется сквозь слои фильт­рующего материала и дренажным устройством отводится в резервуар чистой воды. В процессе работы фильтр заполнен водой до уровня 1 .1.5 м над поверхностью фильтрую­щего материала.

Фильтры делаются открытыми без­напорными и закрытыми напорными. Напорные фильтры представляют со­бой закрытые стальные резервуары.

В применяемых в настоящее время скорых фильтрах скорость прохож­дения водой фильтрующего материа­ла, или скорость фильтрации, равна 6 .7 м/ч в отличие от громоздких медленных фильтров, применявшихся ранее, в которых скорость фильтрации была меньше в 50 .60 раз.

В предложенных институтом Вод-гео двухслойных фильтрах поверх слоя кварцевого песка укладывают слой дробленого антрацита, что по­зволяет увеличить скорость фильтра­ции до 9 . 10 м/ч и соответственно уд­линить рабочий период фильтра.

Количество фильтров на очистной станции — не менее двух. Площадь одного фильтра от 10 .20 м2 на малых и средних станциях, до 100 м2 и бо­лее — на больших.

После фильтров вода может по­ступать непосредственно потребителю.

Способы обеззараживания воды.

Среди оставшихся в воде после филь­трования бактерий могут быть болез­нетворные. Уничтожение их может быть достигнуто: введением в воду сильных окислителей, способных уби­вать ферменты бактериальных клеток; нагреванием воды до температуры 80 °С (пастеризация) — 100 °С (сте­рилизация); облучением воды ультра­фиолетовыми лучами; озонированием; воздействием ультразвуком; введе­нием в воду серебра или других ме­таллов, обладающих олигодинамическим действием на микроорганизмы. Практическое применение нашли 1, 3 и 4-й методы.