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.
2.4 Выбор места расположения очистных сооружений и определение требуемых площадей
При устройстве хозяйственно-питьевого водоснабжения важное значение имеет вопрос о выборе места расположения водопроводных станций, включающих водозаборные и водоочистные сооружения, насосные станции и водоводы. Место расположения водозаборных сооружений должно выбираться возможно ближе к водопотребителю[11]. При использовании поверхностного источника водозабор должен быть расположен выше обслуживаемого населенного пункта по течению реки, чтобы поверхностный сток и вышерасположенные населенные пункты не оказывали влияния на качество воды. При использовании подземного источника водоснабжения место расположения колодцев или каптажных сооружений назначают с учетом возможных источников загрязнения подземных вод, направления и скорости подземного потока.
Площадка для размещения водоочистной станции должна обеспечить не только возможность организации зоны санитарной охраны, но и иметь удобный рельеф и надежные подъезды к станции. Желательно, чтобы рельеф территории в границах водопроводной станции обеспечивал движение воды самотеком через все очистные сооружения с минимальным объемом земляных работ при минимальном заглублении сооружений в землю. При выборе площадки очистных сооружений необходимо учитывать уровень грунтовых вод, так как высокий уровень грунтовых вод на площадке размещения водоочистной станции может решающим образом повлиять на степень заглубления основных сооружений станции и вызвать значительное увеличение объема земляной подсыпки сооружений, располагаемых вне зданий.
При определении требуемой площади для размещения станции улучшения качества воды следует руководствоваться СНиПом, учитывающим не только производительность станции, что определяет габариты водоочистных сооружений, но и возможность дальнейшего ее расширения в соответствии с развитием водопотребления города (табл. 2.1). В этой связи важное значение имеет компоновка основных и вспомогательных сооружений станции, минимальная протяженность внутристанционных коммуникаций.
Размеры земельных участков станций очистки воды систем хозяйственно-питьевого водопровода
Таблица 2.1
| № | Производительность станций очистки воды, тыс. м3/сут. | Размеры земельных участков, га |
| 1. | До 0,8 | 1 |
| 2. | Более 0,8 до 12 | 2 |
| 3. | » 12 » 32 | 3 |
| 4. | » 32 » 80 | 4 |
| 5. | » 80 » 125 | 5 |
| 6. | » 125 » 250 | 7 |
| 7. | » 250 » 450 | 10 |
| 9. | » 400 » 800 | 14 |
Глава 3. Электрофизический способ очистки и обеззараживания питьевой воды
Качество питьевой воды имеет огромное значение для здоровья людей. Все чаще водопроводная вода по своему составу напоминает химическую и бактериологическую смесь, опасную для нашего здоровья. В ней очень много самых разных твердых частиц, солей тяжелых металлов, мельчайшей ржавчины, органических соединений, нефтепродуктов, опасных микроорганизмов, различных химических соединений, многие из которых являются сильными канцерогенами (например, некоторые соединения хлора с органикой).
Многое из того, что перечислено это результат «вторичного загрязнения» воды в водопроводных сетях. Серьезный износ и плохое состояние водопроводных сетей стали главной причиной «вторичного загрязнения». А постоянное хлорирование воды на водоочистных станциях – прямая связь с возникновением злокачественных опухолей. Только представьте себе – хлорированная вода на 30 % ускоряет процесс старения. А, по мнению ученых, питьевая вода хорошего качества способна увеличить среднюю продолжительность жизни на 20-25 лет! Поэтому проблема обеспечения людей питьевой водой хорошего качества имеет мировой масштаб. Например, в России 19 % проб воды из водопроводной сети не соответствует требованиям нормативов по санитарно-химическим и 8 % – по бактериальным нормам. От 40 до 70% водопроводящих систем изношены и требуют замены. В 2004 г. из общего числа эпидемических заболеваний 77 % носили «водный» характер и были связаны с неудовлетворительным состоянием систем водоснабжения. Требования очистки воды занижены. Они подогнаны под достижимый в настоящее время уровень очистки воды. Для осветления воды применяется коагуляция – химическая обработка воды сульфатом алюминия, который осаждает примеси, делает воду более прозрачной. Однако при этом происходит загрязнение воды остаточным алюминием, который замещает кальций в костях человека. Для обеззараживания воды проводят ее хлорирование. Хлорированная вода убивает бактерии, но загрязняет воду остаточным хлором и хлор-органикой. В воде и после ее очистки остается ржавчина. Она плохо выводится из организма и нарушает работу мозга. Для доочистки воды применяют фильтры. В большинстве фильтров в качестве адсорбента используется активированный уголь. Уголь очищает воду от широкого класса примесей, однако его сорбирующая способность и ресурс не велики, и фильтры нужно часто менять. Производители дают не достоверную информацию о возможностях фильтров. Так, они указывают, например, что фильтр способен уменьшить содержание в воде органических примесей в 100 раз, хотя фильтр уменьшает их только в 2 раза. Кроме того, в угольном фильтре хорошо размножаются бактерии.
Для решения таких проблем нужна новая технология водоочистки. Такая технология появилась. Это нанотехнология очистки воды.
1. Питер Маевски и Чу Пинг Чан недавно разработали дешевый и очень эффективный способ фильтрации питьевой воды [16]. Он основан на способности крошечных частиц кварца, покрытых специальным активным материалом, очищать воду от химических примесей, бактерий, вирусов и других опасных веществ на основе применения нанотехнологии для очистки питьевой воды. Исследователи установили, что частицы кварца можно покрыть нанометровым слоем активного вещества, основанного на углеводороде с кремнесодержащим якорем (фиксатором). Опыты показали, что эти активные наночастицы способны избавлять воду от биологических молекул и патогенов, таких как вирус полиомиелита, кишечная палочка и криптоспоридиоз. Чтобы очистить воду, достаточно просто размешать наночастицы в загрязненной воде и потом отфильтровать жидкость, удалив нанопорошок. При этом, эффект очистки воды, достигается за счет электростатического притяжения патогенов к поверхности покрытых активным слоем наночастиц.
В международном научном журнале Angewandte Chemie опубликована статья, описывающая новый простой в применении и эффективный способ определения содержания в воде мышьяка. Наличие в водопроводной воде мышьяка представляет большую опасность для здоровья человека. Но экспресс-метода анализа воды до сих пор не было разработано. По данным Всемирной Организации Здравоохранения, примерно 140 млн людей в мире употребляют воду с повышенным по сравнению с допустимой нормой содержанием мышьяка. Такой нормой является – 10 миллиардных долей.
Предложенный американскими химиками метод оценки качества питьевой воды с помощью наночастиц золота позволяет определить наличие мышьяка в количестве 3 триллионных долей. Заключается он в следующем: на поверхность золотых частиц нано наносят органические молекулы. Такие молекулы могут быть лигандами для комплексообразования на основе мышьяка. 3 лиганда связывают каждый ион вещества, что вызывает “слипание” наночастиц и увеличение их среднего размера. Цвет коллоидного раствора золота, в свою очередь, и определяется размером этих частиц. Таким образом, частицы слипаются тем сильнее, чем больше в воде мышьяка.
Если в жидкости нет мышьяка, наночастицы золота – красные, при повышении концентрации их цвет плавно меняется на синий. То есть, как по цвету лакмусовой бумаги определяется водородный показатель среды, так и по цвету водного раствора определяется содержание в нем мышьяка.
2. В настоящее время в разных странах мира созданы новые нанофильтрационные устройства, которые очищают воду, отсеивают бактерии, вирусы, органический материал и тяжелые металлы. Распространением этих устройств занимаются специализированные компании США, Японии, Германии и других стран.
Эти компании выпускают несколько видов оборудования для очистки воды: