КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВОДЫ

Контроль предварительной обработки воды, процессов коагулирования, отстаивания, фильтрования

Предварительная обработка воды

Установки предварительной обработки воды (предочистки) обычно служат для удаления или снижения содержания в воде взвешенных и органических веществ, полного удаления свобод­ной углекислоты, частично кальция, магния, бикарбонатного иона и кремниевой кислоты путем фильтрования, осаждения, обработ­ки в поле центробежных сил, окисления, углевания, подщелачи - вания.

В качестве окислителей используют хлор, озон, перманганат калия. Наибольшее распространение получило предварительное хлорирование воды, обеспечивающее окисление части органичес­ких веществ, обусловливающих цветность воды, и разрушение защитных коллоидов, препятствующих коагуляции. Одновремен­но со снижением цветности происходит обеззараживание воды, что значительно улучшает условия эксплуатации сооружений во - доподготовки.

Дозы хлора составляют в среднем 3—6 мг/дм3. Поскольку хло­рирование снижает численность клеток фитопланктона, контроль процесса должен быть дополнен гидробиологическими тестами.

В программу предварительной водообработки входит удаление из воды запахов и привкусов. В тех случаях, когда этой цели до­биться одним хлорированием воды не удается, дополнительно вводят в воду перманганат калия КМп04, который добавляют пос­ле хлора в виде 1—2%-го раствора дозой 1—10 мг/дм3. Время меж­ду введением С12 и КМп04 >10 мин.

Другим вариантом комбинированной дезодорации и удаления антропогенной органики является хлорирование в сочетании с углеванием воды. Активированный уголь в виде суспензии 2,5—5% по массе вводят в воду после ее первичного хлорирования с ин­тервалом 10—15 мин дозой 20—80 мг/дм3.

Технологический контроль комбинированных методов обра­ботки сводится к поддержанию оптимальных доз и соблюдению порядка ввода реагентов, обеспечению необходимого времени

Контакта их с водой, периодическому контролю качества воды по таким показателям, как запах и остаточный хлор.

При концентрации планктона в воде более 1 ООО клеток в 1 мл целесообразно в качестве предварительной ступени очистки при­менять микрофильтры. При контроле работы микрофильтров за­меряют потери напора (до 5 КПа) и расход воды на промывку (1,5% от расхода обрабатываемой воды). Частичную отмывку сет­чатых полотен осуществляют обратным током воды, а полную очистку сеток производят вручную с извлечением сетки из кор­пуса фильтра. Гидробиологический анализ воды до и после мик­рофильтров позволяет оценить эффективность их работы.

Наиболее распространенными схемами предочисток при хими­ческой обработке воды для питания паровых котлов являются: ко­агуляция в осветлителях + фильтрование; бессатураторное извест­кование в осветлителях + фильтрование; бессатураторное известко­вание (иногда с коагуляцией) + отстаивание в зашламленных осветлителях + фильтрование [5]. Дозы реагентов определяют рас­четом [6] и уточняют экспериментально упрощенными методами.

При известковании остаточная жесткость (Жсют, мг-экв/дм3) от­стоянной и профильтрованной воды определяется по формуле

Ж0СТ = Ж, К + ДК +(0,8-1,5),

Где Жн к — некарбонатная жесткость, мг-экв/дм3; Дк — расход коа­гулянта, мг-экв/дм3.

При содоизвестковании маломинерализованных вод Жсют долж­на находиться в пределах 0,3—0,6 мг-экв/дм3, а высокоминерали- зованных —1,0—2,0 мг-экв/дм3.

В качестве коагулянтов используют сернокислые соли алюми­ния и железа. Большое значение для процесса коагуляции имеет растворимость образующегося гидроксида. Растворимость А1(ОН)3 уменьшается с повышением температуры и оказывается мини­мальной при рН = 5,5—7,5. Величина рН влияет и на скорость коагуляции золя гидроксида алюминия.

Поскольку гидролиз коагулянта приводит к снижению рН, то при недостатке природной щелочности в воду добавляют известь или соду, рассчитывая их дозы в соответствии с указаниями [6].

Несмотря на то, что коагуляция уже давно и широко приме­няется для обработки воды с различными целями, еще не найден параметр, который мог бы в полной мере характеризовать процесс коагуляции. При введении в воду коагулянтов изменению подвер­гается целый ряд качественных показателей: изменяется солевой состав воды и, в частности, содержание сульфатов и хлоридов, электропроводность, увеличивается мутность и др. Однако эти физико-химические показатели в отдельности в большинстве слу­чаев не могут служить критериями для определения оптимальной дозы коагулянта, кроме того, не каждый из них может быть из­мерен. Из-за сложности измерения не используется наиболее объективный показатель коагуляции — ^-потенциал, которым об­ладают заряженные частицы взвеси и коллоидов.

Сложность одновременной оценки и учета многочисленных факторов, влияющих на процесс коагулирования, приводит к не­обходимости экспериментального определения дозы коагулянта. Пробное коагулирование проводят с 6—10 различными дозами, охватывающими диапазон предполагаемой оптимальной дозы. Одновременно уточняется доза извести или соды.

Для интенсификации процессов коагуляции и осветления применяют флокулянты. Наибольшее распространение в Россий­ской Федерации получили полиакриламид и активированная кремниевая кислота. При использовании флокулянтов пробное коагулирование дополняется определением оптимальной дозы флокулянта.

Полиакриламид вводится в воду спустя 1—1,5 мин после пода­чи коагулянта. Если процессу коагулирования предшествует об­работка воды окислителями, коагулянт вводят с интервалом 2—3 мин. При углевании воды разрыв между подачей угольной пульпы и коагулянта должен составлять не менее 10—15 мин.

На крупных станциях предусматривается автоматическое до­зирование коагулянта с непрерывной регистрацией дозы на само­пишущих приборах. В этом случае контрольные определения дозы выполняют 1 раз в сутки или в смену. Расчет истинной дозы коа­гулянта производят на основании данных анализа исходной и об­работанной воды по показателю «щелочность».

В некоторых случаях контроль по щелочности оказывается не­достаточным, так как требуется подщелачивание или подкисле - ние воды для поддержания оптимального для коагуляции значе­ния рН. В этих случаях контроль осуществляется по величине рН. Частота отбора проб устанавливается в каждом конкретном слу­чае, но не реже 1 раза в смену.

Процессы коагулирования и фильтрования воды

Смесители. Обеспечение быстрого распределения коагулянта в объеме обрабатываемой воды позволяет экономить коагулянт на 10—20%. Для эффективного смешения реагентов с водой требует­ся создавать турбулентное движение ее потока.

Существующие гидравлические и механические смесители в силу своих конструктивных особенностей не в состоянии быстро и полно распределить раствор реагента в массе обрабатываемой воды. Кроме того, их работа зависит от производительности сис­темы: при изменении расходов воды меняется и их смешивающая способность. В связи с этим наметилась тенденция к использова­нию трубчатых смесителей, не зависящих от расхода воды и обес­печивающих высокий эффект смешения.

Камеры хлопьеобразования. Важным условием нормальной ра­боты камер хлопьеобразования является правильный выбор ско­ростей движения воды. При малых скоростях может произойти оседание образующихся хлопьев, при больших — их разрушение. Требуемый эффект хлопьеобразования и повышение прочности хлопьев могут быть достигнуты при введении в камеру хлопьеоб­разования флокулянтов.

Очистку воды от основной массы грубодисперсных примесей и скоагулированной взвеси осуществляют в горизонтальных, вер­тикальных, радиальных и тонкослойных отстойниках и осветли­телях со взвешенным осадком и вертикальными, поддонными осадкоуплотнителями и без осадкоуплотнителей.

Технологический контроль за работой этих сооружений включает наблюдение за равномерностью распределения и ско­ростью движения воды в них, оценку качества поступающей и осветленной воды, определение количества и качества задер­жанного осадка.

Оптимальная скорость восходящего потока зависит от концен­трации взвеси в исходной воде и изменяется в пределах от 0,8—0,9 до 1,1 — 1,2 мм/с при возрастании концентрации взвешенных ве­ществ от 100 до 1000-2500 мг/дм3.

Среднее время пребывания воды в отстойнике составляет обыч­но 3—4 ч, что при соблюдении требуемых гидравлических усло­вий в сооружении обеспечивает снижение мутности воды до 8—12 мг/дм3 в соответствии с [6]. Контроль времени пребывания воды в сооружении осуществляют по хлоридам.

Для оценки эффективности работы отстойников и осветлите­лей выполняются санитарно-химический и гидробиологический анализы воды. Сокращенный анализ осветленной воды проводится 1 раз в сутки. Более часто, 1—2 раза в смену, выполняют анализ на мутность и цветность. На основании результатов анализа определяют эффективность процессов коагуляции и осветления.

Качество осадка контролируется по показателю «запах». Оса­док не должен иметь гнилостных оттенков запаха, которые появ­ляются у него при слишком длительном накоплении в отстойни­ке вследствие биохимического гниения органических веществ.

Накопление осадка в отстойнике контролируют периодически­ми замерами высоты слоя осадка по длине отстойника. Высота этого слоя не должна превышать 2—2,5 м. В зависимости от мут­ности и цветности исходной воды и конструкции отстойника пе­риод накопления осадка может составлять от нескольких часов до нескольких месяцев.

При обработке воды коагулянтами влажность осадка в зависи­мости от исходной концентрации взвеси и времени уплотнения осадка колеблется в пределах 94—99,4%.

Не реже 1 раза в год производят чистку отстойника. Дно и стен­ки его моют водой и обрабатывают 5%-ным раствором железного купороса, после чего дезинфицируют хлорной водой с концент­рацией хлора 25 мг/дм3.

Гидравлическая нагрузка для тонкослойных отстойников уста­навливается в результате технологических экспериментов в пре­делах от 0,6—1,5 м/ч (для маломутных цветных вод) до 1,5—2,5 м/ч (для малоцветных мутных вод).

Фильтровальные сооружения можно применять как в качестве доочистки воды после отстойников или осветлителей со взвешен­ным осадком, так и как самостоятельные сооружения. Все типы фильтрования воды (процеживание, пленочное и объемное) вклю­чают в себя два основных цикла: рабочий и регенерационный.

Важнейшим параметром контроля рабочего цикла является скорость фильтрования воды. Для скорых фильтров в зависимо­сти от их конструкции скорость фильтрования принимается рав­ной 5,5—12 м/ч и обычно поддерживается постоянной в течение фильтроцикла. Для наблюдения за скоростью фильтрования, по­терей напора, продолжительностью фильтроцикла, длительнос­тью и интенсивностью промывки фильтровальные аппараты дол­жны быть оборудованы уровнемерами, расходомерами и мано­метрами.

Контроль за состоянием фильтрующей загрузки заключается в проверке ее гранулометрического состава, высоты слоя песка на фильтрах, определении остаточных загрязнений и периоди­ческой проверке горизонтальности гравийных поддерживающих слоев.

Одновременно с высотой слоя песка проверяют горизонталь­ность гравийных слоев, нарушение которой резко снижает способ­ность фильтра задерживать загрязнения. Проверка производится с помощью специального щупа во время промывки фильтра.

Фильтрующую загрузку проверяют на остаточные загрязнения 1 раз в год. Для этого в нескольких точках каждого фильтра на разной глубине отбирают определенное количество загрузочного материала. Отмывкой отобранной пробы и последующим анали­зом определяют количество остаточных загрязнений и их харак­тер. При большом содержании в составе остаточных загрязнений бактерий, клеток гидробионтов и органических веществ произво­дят санитарную обработку фильтра хлором.

Эффективность процесса фильтрования оценивают сравнени­ем качества поступающей воды и фильтрата по их мутности, цвет­ности (через каждые 2—4 часа) и бактериологическим показателям (1 раз за 10 суток).

Отклонение мутности фильтрованной воды от заданной яв­ляется наиболее объективным параметром вывода фильтра на промывку. Однако чаще для этого используется косвенный па­раметр — максимальный прирост потерь напора в загрузке фильтра, измеряемый непосредственно дифманометром. О при­росте потерь напора можно судить по повышению уровня воды в фильтре, если фильтр не связан гидравлически с другими фильтрами.

Для определения длительности промывки по прозрачности промывной воды, сбрасываемой в систему водоотведения, исполь­зуют фотоэлектрические приборы-сигнализаторы. Интенсивность промывки можно регулировать по параметру, характеризующему степень расширения загрузки, — высоте подъема слоя взвешенного песка. Контроль за этим параметром можно вести упрощенными оптическими приборами. Для такого прибора, установленного на определенной глубине, подбираются сила источника света и рас­стояние между ним и светоприемником, при которых сигнал о затемнении будет возникать при требуемом расширении загруз­ки. Этот сигнал и используют для управления расходом промыв­ной воды.

Стремление контролировать мутность и цветность воды непре­рывно и исключить фактор субъективности, характерный для всех экспрессных лабораторных определений, привело к попыткам создать автоматически действующую аппаратуру, основанную на свойстве света уменьшать свою интенсивность при пропускании через жидкие среды за счет поглощения и рассеивания. Соответ­ственно этому существуют два принципа измерения мутности и цветности: турбидиметрический (абсорбционный) и нефеломет - рический (тиндалеметрический).

При сравнительно небольших концентрациях взвешенных час­тиц и постоянном дисперсном составе концентрация взвеси и оптическая плотность воды связаны линейной зависимостью. Этим и пользуются для измерения мутности методом турбодиметрии.

В нефелометре мутность контролируют по степени отражения света от взвешенных в воде инородных частиц, что позволяет кон­тролировать мутность в больших пределах — от 0 до 150 мг/дм3.

В последние годы для борьбы со вторичным загрязнением пи­тьевой воды в процессе ее транспортирования все большее распро­странение получают бытовые фильтры, устанавливаемые с водо­разборной арматурой у потребителей водопровода. Это механичес­кие, мембранные, сорбционные и ионообменные фильтры.

В табл. 1.5 приведены основные характеристики этих фильт­ров, которые влияют на показатели качества питьевой воды.

Если на пересечении показателя качества воды и конструкции фильтра в табл. 5 стоит знак «•» — эта конструкция фильтра по­зволяет существенно улучшить показатель качества воды; если знак «-» — влияние фильтра этой конструкции незначительно.