О выборе метода очистки воды для строящихся объектов водоснабжения

Обеспечение населения питьевой водой соответствующего качества лежит в плоскости реализации национальных проектов и является важной социально-экономической задачей. Особенно актуальным представляется снабжение качественной водой социально значимых объектов, к которым относятся детские сады, школы, больницы, дома отдыха, а также небольшие населенные пункты и производственные объекты. Характерным для таких объектов является необходимость установки устройств локальной водоочистки производительностью 1-20 м3/ч.

В настоящее время в ряде регионов страны состояние питьевого водоснабжения может оказывать неблагоприятное влияние на состояние здоровья населения. Основными причинами неудовлетворительного водоснабжения являются отсутствие зон санитарной охраны источников водоснабжения, дефицит мощностей сооружений водоочистки и обеззараживания воды, неудовлетворительное состояние распределительных сетей и отдаленность очистных сооружений от потребителей.

Для существующих объектов задача модернизации систем водоснабжения связана с необходимостью учета особенностей данного объекта. При строительстве же новых объектов водоснабжения (предприятий, отдельных домов и поселений, гостиниц, домов отдыха, детских садов и т.п.) необходимо закладывать наиболее эффективные технические решения очистки воды, которые учитывают как технологические, проектные, экологические и стоимостные, а также эксплуатационные показатели.

Технологий очистки воды «на все случаи жизни» и от любых загрязнений нет. Уровень развития техники и технологии в настоящее время позволяет рассматривать единственный вариант очистки воды — окислительно-фильтровальный. В процессе окисления используются воздух, хлор и его соединения, перманганат калия и озон. Сравнение представленных окислителей указывает на несомненное преимущество озона — это самое высокое значение окислительновосстановительного потенциала, производство и дозирование непосредственно перед очисткой воды, экологическая безопасность продуктов окисления, низкие энергетические затраты на производство (15-20 Вт/г-О3), высокая стерилизующая способность и т.д. К недостаткам озонирования в процессах водоподготов- ки следует отнести один фактор — это отсутствие пролонгирующего действия озона при обеззараживании воды (действие озона составляет 12-15 минут).

Однако, для вновь строящихся объектов водопотребления этот недостаток можно компенсировать проектными решениями, а именно созданием и размещением локальных установок очистки максимально приближенных к потребителям воды.

К недостаткам озонирования в процессах водоподготовки следует отнести один фактор — это отсутствие пролонгирующего действия озона при обеззараживании воды (действие озона составляет 12—15 минут)

Особенно надо отметить исключительную способность озона — универсальность его действия на загрязнители различного происхождения. В одной ступени очистки эффективно происходит обезжелезивание и деманганация, удаление органики и нефтепродуктов.

В качестве варианта решения указанной технической проблемы предлагается путь создания и внедрения для нужд водоснабжения населения чистой водой локальных установок, использующих универсальную и простую технологию. Такой технологией является озоно-сорб- ционная (озоно-фильтровальная) очистка [1]. Локальная водоподготовка и доочистка основана на том, что атомарный кислород уничтожает бактерии, споры, вирусы, разрушает растворенные в воде органические вещества. Озонирование вод в сочетании с фильтрацией позволяет осуществить окисление и удаление из воды сложных органно-минеральных комплексов, металлов (Fe2+, Mn2+, Co2+ и др.). При озонировании минеральный состав, щелочность, активная кислотность воды остаются без изменений. Избыток озона в отличие от хлора не денатурирует воду.

Озонирование обогащает воду кислородом, придавая ей вкус родниковой. Это позволяет использовать озон не только для обеззараживания, но и для дезодорации питьевой воды, удаления токсических органических веществ. Все эти процессы взаимосвязаны и протекают одновременно, что в определенной степени характеризует многообразие действия озона. Среди процессов улучшения качества питьевой воды наиболее значимым с точки зрения профилактики эпидемических заболеваний является обеззараживание.

Применительно к строящимся населенным пунктам предлагается рассмотреть три варианта систем водоочистки и водоснабжения: установка в каждый дом, установка на группу домов и установка на населенный пункт в целом. Технологически и технически все эти варианты легко реализуются, а окончательный выбор варианта водоснабжения определяется из рассмотрения конкретных условий. Высокий бактерицидный и вирулицидный эффекты действия озона отмечаются при реальных для практики водоснабжения концентрациях 0,5-0,8 мг/л и экспозиции 10-12 минут.

Аппаратурное оформление предлагаемой базовой технологии представлено на рис. 1. Работа установки производятся в автоматическом режиме. Регенерация встроенного фильтра, в зависимости от требований, может быть выполнена как в ручном, так и в автоматическом режиме. Управление работой установки (электромагнитного клапана, озонатора, насосной станции) автоматическое по сигналу от блока датчиков уровня.

Продукты окисления задерживаются засыпкой активированного угля, размещенного в контактном резервуаре. Активированный уголь используется для каталитического доокисления растворенных хлорорганических и органических соединений и некоторых продуктов озонолиза на поверхности угля. Как показывает практика, уголь в таком процессе не расходуется и не утрачивает своей каталитической активности, так как при подаче большого количества избыточного озона работает не как адсорбент, а как катализатор. Этот метод подходит для доочистки хлорированной водопроводной воды. Основным преимуществом такого технического решения является без- реагентность (не требуется использование реагентов в процессе работы, так как озон является наиболее сильным окислителем и генерируется из воздуха) и универсальность способа очистки.

Особенностью озоно-сорбционной технологии очистки является возможность использования на стадии доочистки окисленной воды различных типов фильтров. Применение различных типов фильтрующих устройств позволяет получить качество воды заданной степенью очистки при достаточно высоком уровне очистки базовой технологии. На рис. 2 представлена схема озоносорбционной очистки воды с выносным фильтром, в котором в качестве фильтрующего материала применены полимерные материалы, имеющие пространственно-глобулярную структуру (ПГС- полимеры) [2].

ПГС-полимеры отличаются весьма совершенной пористой структурой и узким распределением пор по размерам ± 10 %. Варьируя условия синтеза, получают большое разнообразие различных пористых структур: моно- и полидисперсных с различной укладкой микроглобул — от максимально плотной до разреженной.

Наиболее широкое практическое применение нашли фильтроэлементы с размером пор от 5 до 20 мкм и пористостью 35-60 % работающие в режиме микрофильтрации. Степень очистки воды после доочистки на микрофильтрах повышается. Фильтроэлементы изготавливаются в виде цилиндрических картриджей с толщиной стенок 15-20 мм с резьбовыми держателями на концах. Соединение картриджей между собой позволяют получить фильтр с заданной поверхностью и, соответственно, с заданной производительностью. Такое конструктивное исполнение фильтроэлементов позволяет проводить очистку воды в режиме глубинной фильтрации. Регенерация фильтроэлементов обеспечивается обратной промывкой (обратной отдувкой сжатым воздухом) или их комбинацией. Данное техническое решение позволяет существенно снизить расход воды на промывку — восстановление работоспособности фильтра. Согласно СНиП 2.04.02-84* «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» интенсивность промывки загрузки составляет 16-18 л/(с-м).

Технико-экономические показатели приведенных установок разнятся и позволяют, в зависимости от условий работы, произвести выбор системы очистки в пользу одного из представленных вариантов

На рис. 3 представлена схема озонофильтрационной очистки с использованием в качестве выносного фильтра ультрафильтрационной мембраны [3].

Приведенные на рисунках схемы озо- но-сорбционной очистки обеспечивают качество очищенной воды в соответствии с нормами СанПиН 2.1.4.10749-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды» и могут быть рекомендованы для использования в системах водоподготовки. Результаты сравнительных испытаний представленных вариантов очистки воды приведены в табл. 1.

Однако, технико-экономические показатели приведенных установок разнятся и позволяют, в зависимости от условий работы, произвести выбор системы очистки в пользу одного из представленных вариантов. В базовом варианте очистки воды фильтрование обработанных озоном активированного угля. Однако, при регенерации загрузки сбрасывается большое количество воды, что не всегда допустимо в условиях эксплуатации. При этом тонкость очистки определяется формой и размером гранул активированного угля.

Второй вариант исполнения рассматриваемой технологии очистки отличается от базового использованием на стадии доочистки обработанной озоном воды выносного фильтра из ПГС- полимера. В отличие от базового варианта практически полностью исключается сброс воды при регенерации фильтроэлементов и улучшается тонкость фильтрования. Увеличение стоимости очистки в целом, периодическое снижение расхода воды из-за отложений на филь- троэлементах и, как следствие, снижение комфортных условий водопотребления. Необходимость замены фильтроэлемен- тов накладывают на применение данного варианта исполнения определенные ограничения.

Применение в качестве аппарата доочистки ультрафильтрационной мембраны приводит к появлению дополнительных емкостей и насоса подачи очищенной воды к потребителю. Кроме того, процесс окисления загрязнений производится в контактном резервуаре без зернистой загрузки, увеличивающей поверхность контакта последних с озоном. Это приводит к увеличению размеров контактного аппарата. При определенном улучшении качества очищенной воды и расширении возможности очистки воды в широком диапазоне загрязнений такой вариант построения технологии очистки требует учета данного фактора. Таким образом, выбор метода техническим решением, а в большей степени техникоэкономическим обоснованием.