bbk 000000

УДК 628.162.5.001.2

Ганбаров Э. С., Сафарова А. С.

Обработка промывных вод фильтров и обеззараживание воды на водоочистных комплексах Азербайджанской Республики

Аннотация

Представлены результаты исследований по определению эффективности осветления и изучению влияния количества и качества промывных вод, подаваемых в голову очистных сооружений, на последующий процесс очистки. Для полного обеззараживания воды предложено применение дезинфектанта, получаемого путем электролиза раствора солей щелочных металлов и минерализованных подземных вод непосредственно на территории водоочистной станции.

Ключевые слова:

обеззараживание , промывные воды фильтров , осветление , отстаивание , фильтрация , реагентная обработка

Скачать журнальную верстку статьи PDF

В практике водоподготовки не уделяется должного внимания эколого-экономическим аспектам эксплуатации водо­очистных станций, прежде всего, более обоснованному подходу к проблеме очистки промывных вод и их повторному использованию для техничес­ких нужд. В целях ресурсосбережения и охраны окружающей среды на водоочистных станциях необходимо повторно использовать воду после промывки фильтровальных сооружений и обработки осадка от сооружений предварительной очистки и реагентного хозяйства для его утилизации [1].

В настоящее время на Сабирабадской и Сальяно-Аста­ринских групповых водопроводных станциях Азербайджана имеющиеся сооружения для повторного использования промывных вод не работают по различным причинам. Осадок из отстойников и промывные воды фильтров без обработки сбрасываются в р. Куру, что приводит к повышению концентрации взвешенных частиц и растворенных соединений алюминия в речной воде. Хотя, согласно действующему законодательству об охране окружающей среды, промывные воды и осадки водоочистных сооружений перед сбросом в водоемы должны подвергаться соответствующей обработке.

В связи с важностью данной проблемы были проведены исследования с целью разработки технологической схемы очистки и использования промывных вод фильтров. Основные задачи исследований: определение эффективности осветления воды как в безреагентном, так и в реагентном режимах; изучение влияния количества и качества промывных вод, подаваемых в голову очистных сооружений, на последующий процесс очистки и качество очищенной воды.

Наиболее детальные исследования проводили в лабораторных условиях с определением эффективности осветления воды при отстаивании и фильт­ровании. Основными компонентами загрязнения промывных вод являлись взвешенные вещества и органические соединения, адсорбированные гидроокисью алюминия. Концентрация взвешенных веществ в промывной воде фильтров в течение года изменялась в пределах 145–820 мг/л, а значение перманганатной окисляемос­ти – от 5 до 20 мг/л.

Любая технологическая схема обработки гидроокисных осадков поверхностных водоисточников начинается с уплотнения, что обусловлено высокой исходной влажностью осадков. Сокращение объема осадка при его частичном уплотнении является наиболее простым и дешевым способом частичного снижения объема осадка, позволяющим к тому же существенно снизить затраты на последующее его обезвоживание. Использование методов механического обезвоживания гидроокисных осадков природных вод требует предварительной подготовки осадков с целью улучшения их водоотдающей способности. На очистных сооружениях водопроводов образуется значительное количество разно­образных осадков, что связано как непосредственно с процессом очистки природных вод, так и со вспомогательными операциями – чисткой баков реагентного хозяйства, резервуаров чистой воды, входных камер, приямков хлораторных, насосных станций и т. д.

Объем осадка резко сокращается со снижением его влажности. Изменение объема происходит до тех пор, пока осадок сохраняет свойство текучести, т. е. при влажности 70–85%. Процесс гравитационного уп­лотнения наиболее интенсивно протекает в течение первых 24 часов, затем интенсивность уплотнения снижается, и концентрация осадка изменяется незначительно. Гравитационное уплотнение осадков в свободном объеме дает удовлетворительный результат только для вод с повышенной мутностью. Чем крупнее частицы и чем больше находится их в исход­ной воде, тем более плотным и тяжелым получается осадок, и тем легче он уплотняется. Осадок, образующийся после отстаивания промывных вод, имеет влажность 96–97,5%. При безреагентном гравитационном уплотнении в течение 6–8 часов его влажность снижается до 90–92%.

На рис. 1 показана эффективность осветления промывной воды после ее обработки высокомолекулярным флокулянтом полиакриламидом (ПАА) и без него. При безреагентной обработке отмечались медленное осаждение взвеси и низкая эффективность осветления воды. Так, при отстаивании промывной воды без реагентов основной процесс осветления заканчивается за первые 20 мин и далее существенно замедляется. При введении флокулянта ПАА оптимальная доза составляет 0,1 мг/л для 30 мин отстаивания, а для 10 мин отстаивания необходимая доза флокулянта равна 0,3 мг/л.

При изучении влияния дозы реагентов на эффективность осветления промывных вод были исследованы также сернокислый алюминий и алюминат натрия. Оптимальные дозы реагентов определялись методом пробной коагуляции в экспериментальных цилинд­рах объемом около 2,5 л при отстаивании в течение 30 мин. Оценка опытных данных осуществлялась по доверительной вероятности  и коэффициенту вариации  [2]. Проведенные испытания с достаточно высокой доверительной вероятностью ( = 80–98%) при сравнительно малом коэффициенте вариации ( = 2–5%) показали, что лучшие результаты при осветлении промывных вод исследуемых водопроводов могут быть достигнуты путем их обработки флокулянтом ПАА дозой 0,12–0,18 мг/л в сочетании с коагулянтами сульфатом алюминия дозой 10 мг/л и алюминатом натрия дозой 10–15 мг/л (рис. 2, 3).

Исследование кинетики осаждения вторично коагулированных загрязнений из промывных вод Сабирабадского группового водопровода показало, что оптимальное время осаждения в статических условиях составляет 50–65 мин при эффективности осветления 80–85% (рис. 4). Кривые 1 и 3 соответствуют опытным данным эффективности осаждения, проведенного в цилиндре, и изменения мутности вторично коагулированных загрязнений из промывных вод в зависимости от времени. Кривая 2 соответствует вычисленным данным эффективности осаждения взвеси из промывных вод при пересчете для натурного отстойника глубиной 3 м.

Продолжительность отстаивания вычисляется по общеизвестной формуле:

T = t(H/h)ⁿ,

где H – глубина отстойника, h – высота слоя воды в цилинд­ре; t – время осветления воды в цилиндре высотой h; n – показатель степени (n = 0,3–0,5).

Легко определить, что в натурном отстойнике этим условиям будет соответствовать продолжительность отстаивания 2–3 часа.

Для установления влияния количества промывной воды на процесс осветления питьевой воды проводили исследования с различным процентным соотношением исходной речной воды и промывной воды от фильтров. Количество промывной воды изменялось от 0 до 40%.

Глубина осветления воды при использовании алюмината натрия существенно повышается. Влияние количества промывной воды на эффективность осветления речной воды при совместной их обработке представлено на рис. 5.

Добавление к исходной воде неочищенных и отстоянных промывных вод без обработки их реагентами и с применением флокулянта ПАА в количестве до 25% не нарушает процесс ее очистки коагулированием, при этом повышается эффективность осветления воды при отстаивании. Введение ПАА в промывную воду существенно улучшает качество осветленной воды.

Для обработки промывных вод фильтров и их повторного использования в очистных сооружениях предусмотрен специальный блок, включающий обработку образующихся осадков. Предлагаемая схема повторного использования работает следующим образом: промывная вода первоначально поступает в песколовки, после чего перетекает в резервуары-усреднители для двухчасового отстаивания. Отстаивание воды осуществляется без применения реагентов. Верхний слой жидкости собирается с помощью перфорированных труб, проложенных на границе зоны осветления и защитной зоны, и перекачивается насосами в голову водоочистных сооружений с расходом, не превышающим 20% часового расхода станции. Осадок из резервуара-усреднителя подается на сгуститель шлама и с введенным в него флокулянтом ПАА обрабатывается на камерных фильтр-прессах.

Подобная рециркуляционная система не приносит экономической выгоды, так как возврат воды требует дополнительных затрат. Однако ее функционирование оправдано необходимостью снижения загрязненности р. Куры, а также подземных вод. При использо­вании промывных вод фильт-­

ров в общем процессе обработки воды возникает опасность попадания в обрабатываемую воду микробиологических загрязнений. В этой связи при выполнении исследований осуществлялся микробиологи­ческий контроль воды для различных вариантов ее обра­ботки.

Процессы осветления с коагулированием и последующими отстаиванием и фильтрованием не обеспечивают полного удаления из воды бактериальной микрофлоры. Высокомутные воды содержат многоспоровые бактерии и другие патогенные микроорганизмы, адсорбиро­ванные на взвешенных частицах различной крупности. В результате создаются благоприятные условия для выживания возбудителей инфекции. В связи с этим требуются высокие дозы окислителей, а также двукратное введение дезинфектанта: в исходную воду перед водоочистными установками и в осветленную – перед подачей ее потребителям.

К сожалению, в настоящее время на исследуемых водо­очистных станциях обеззараживание воды хлором проводится на этапе предварительного хлорирования. В то же время хлорирование неочищенной воды высокими дозами хлора, как правило, не повышает эффективность обеззараживания воды. При этом создаются благоприятные условия для образования повышенных концентраций хлорорганических соединений, которые не удаляются традиционными методами очистки воды. Кроме того, при наличии в воде органических веществ возникает опасность вторичного бактериального загрязнения даже в присутствии хлора при транспортировании воды населению.

В период обследований на Сабирабадской и Сальяно-Астаринских водопроводных станциях контроль за процессом обеззараживания воды осуществлялся путем определения общего числа бактерий, оставшихся в 1 мл воды, и количества бактерии Escherichia coli в 1 дм3 воды после ее обеззараживания.

Кишечная палочка Escherichia coli всегда присутствует в кишечнике человека и теплокровных животных. Сама по себе она безвредна и является лишь индикатором, характеризующим бактериальную загрязненность воды. Инактивировать кишечную палочку хлором и другими обеззараживающими средствами труднее, чем некоторые патогенные микроорганизмы. Эта особенность, а также простота определения кишечной палочки в воде, по сравнению с выделением других микроорганизмов, позволяют использовать ее в качестве контрольного показателя при оценке эффективности процесса обеззараживания воды. В то же время существует целый ряд микроорганизмов и вирусов, значительно более резистентных в отношении хлора и других обеззараживающих средств, чем кишечная палочка.

Поэтому необходимо проверять достаточность применяемых средств обеззараживания воды в отношении таких бактерий, как возбудителей туляремии, вирусов инфекционного гепатита, полиомиелита и других. Практические наблюдения и экспериментальные исследования показали, что при соблюдении необходимых условий эффективность хлорирования можно определить не только по бактериальным показателям, но и по косвенному параметру – наличию в воде остаточного хлора, который и может служить критерием, указывающим на эпидемиологическую безопасность воды.

В результате проведенных исследований выяснилось, что процессы очистки и обеззараживания воды на головных водопроводных сооружениях обес­печивают показатели качества, отвечающие требованиям стандарта на питьевую воду. Однако при транспортировании воды по разводящей сети водопровода эти показатели изменяются. Ухудшаются и бактериологические показатели качества воды. Пробы воды на бактериологический анализ отбирались по этапам очистки, а также из водоразборных колонок магис­тральных водоводов. На основании проведенных мероприятий разработана рациональная технология обеззараживания высокомутных вод, включающая следующие этапы:

частичная очистка воды от бактерий фильтрованием через зернистые слои загрузки, в толще которых происходит удаление микроорганизмов до 15–20% общего числа бактерий. Причем до этого в отстойниках с коагуляцией задерживается до 30–35% кишечной палочки;

обеззараживание воды дезинфектантом, получаемым путем электролиза раствора солей щелочных металлов и минерализованных подземных и грунтовых вод непосредственно на территории водоочистной станции. Полученный активный электролит в различных пропорциях вводится перед диафрагмой, обеспечивающей полное перемешивание с обеззараживаемой водой. Дезинфектант обладает высокой стойкостью и бактерицидной эффективностью и позволяет обеззараживать воду при небольших за­тратах электричества.

Выводы

В целях рационального водопользования и охраны окружающей среды рекомендована технологическая схема обработки промывных вод фильт­ров и их повторного использования в технических целях на водопроводных очистных сооружениях.

Список литературы

1. Ганбаров Э. С. Исследования совместной обработки осадков водопроводных станций и сточных вод // Мелиорация и водное хозяйство. 2006. № 3.
2. Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Прикладные задачи теории вероятностей. - М.: Радио и связь, 1983.