Очистка поверхностных вод (река, озеро)
1. Какие загрязнения находятся в поверхностных источниках
Наземные источники являются исходными для многих хозяйственно-бытовых и промышленных нужд. Они гораздо сильнее подвержены различным загрязнениям, по сравнению с грунтовыми водами, так как являются открытыми. Попадание примесей и превышение их концентрации происходит как естественным путем, так и в ходе деятельности человека. Это могут быть органические соединения, бактерии и вирусы, тяжелые металлы, железо, аммиак, сульфаты и много других.
Среди причин естественного загрязнения называют продукты деятельности растений, животных, бактерий. В эту группу можно отнести примеси, которые смываются атмосферными осадками с земли, а также попадают в процессе таяния снега и разлива рек. Техногенное загрязнение зависит от деятельности промышленных и сельских предприятий. Использование удобрений, с содержанием химических элементов, слив сточных вод. Все это провоцирует ухудшение состояния воды. В природе заложен процесс самостоятельной очистки от примесей. Но озера и реки не справляются с потоком загрязнений, который в них попадает. Нормы состава воды наземных источников прописаны в ГН 2.1.5.1315-03.
Рис 1 Техногенное загрязнение озера
Питание рек в основном смешанное. В них поступает вода из подземных вод, а также при таянии снега и осадков. Озерам и рекам присущи такие черты как большая водная поверхность, вирусное загрязнение, частая смена химического состава. Меняется он в зависимости от времени года и антропогенного фактора.
Минеральный состав зависит от сточных вод, которые сбрасываются предприятиями. Зачастую в эту группу входят сульфаты, натрий, нитриты, хлориды, бикарбонаты, железо. Если сточные воды прошли неполноценную очистку, то значительно увеличивают концентрацию вредных веществ в наземных водоемах.
2. Проблемы, которые вызывает загрязненная вода
Загрязненная вода влияет на здоровье человека и оборудование. И степень влияния зависит от конкретного типа примесей. Так, например, тяжелые металлы вызывают костные отложения, раздражительность и бессонницу. Аммиак влияет на нервную систему и эндокринную. Вирусы и бактерии вредят желудочно-кишечному тракту. Соли жесткости накапливаются в почках, вызывая мочекаменную болезнь. Риск возникновения онкологии. То есть любой элемент, концентрация которого превышена, несет в себе много вреда для человеческого организма. А если эти типы примесей собраны в одном мете? Ведь не зря предупреждают об опасности употребления «сырой» воды. Особенно в качестве питья.
Из-за большого наличия микробов, вода из озер передает многие болезни. Начиная от обычного кашля до гепатита. Люди со сниженным иммунитетом и пожилые попадают в категорию риска.
Оборудование тоже подвергается повреждениям. Сюда относят коррозию, налет, появление свищей, износ элементов. Все это приводит к полной замене. Поэтому при фильтрации загрязненной воды используются материалы, которые противостоят коррозии и агрессивному воздействию.
3. Фильтрация поверхностных вод
Очищение поверхностных вод многоступенчатый процесс и проводится комплексно. Зависит от концентрации и типа примесей. Чтобы выявить эти показатели проводится химический анализ воды.
Первый этап. Устранение механических примесей. Это могут быть взвешенные частицы, песок, ил, остатки продуктов распада органических соединений. Для этого устанавливают фильтры грубой очистки. Это могут быть сетчатые или дисковые фильтры, жироуловители, пескоструйки и другие.
Принцип работы: Вода поступает через фильтр. Особо крупные загрязнения остаются снаружи или собираются в специальный отсек. Далее вода проходит на следующий этап фильтрации.
Второй этап. Добавление реагента и фильтрация путем осветления, контактной коагуляции или отстаивания. Необходим для устранения взвешенных частиц. Это очень мелкие элементы, почти пыль, которые имеют одинаковый заряд. Ввиду маленького объема не выпадают в осадок и все время находятся в хаотичном движении. Коагулят позволяет снять отрицательный заряд и как бы склеить частицы между собой. Таким образом они становятся более тяжёлыми и выпадают в осадок.
Третий этап. Фильтрация с помощью загрузочных фильтрах. На этом этапе происходит удаление остатков взвешенных частиц и устранение основных примесей. Вода проходит через фильтрующий материал, который по своей структуре способен задерживать загрязнения.
Четвертый этап. Фильтрация сорбентами. Вода пропускается через угольный фильтр. Он также задерживает примеси, органические соединения, бактерии и вирусы. Улучшаются органолептические показатели воды.
Пятый этап. Обеззараживание. Для полного устранения вирусов используются лампы УФ излучения, озонирование или более традиционный метод - хлорирование. Благодаря длине волны они разрушают оболочку бактерий и устраняют остатки органических соединений.
Очищение сорбентами проводится в 2-х режимах. Либо поток пропускается через фильтр с активированным углем. Либо добавляется в воду в виде порошка. Как сорбционный блок применяются быстрые фильтры грубой очистки с несколькими ступенями и скоростью фильтрации до 8 м/ч. При заполнении фильтрующего материала происходит промывка водой. Частота манипуляций зависит от исходного состава и концентрации примесей. Снизить показатель может предварительная обработка осветлением или коагуляцией. Сорбент, у которого вышел срок выработки отправляется на восстановление в реактор или в адсорбер.
Эффективность во многом зависит от качества выбранного материала. Для устранения нефтепродуктов и фенолов используются уголь марки АРМ, АА, которые имеют микропористую структуру. Органические примеси устраняет полидисперсная структура сорбента. А вот тяжелые металлы – углеминеральными.
Для фильтрации при относительно небольших объемах водопотребления (небольшой поселок, частный дом, производство) используется способ ультрафильтрации. На первом этапе происходит удаление механических примесей. Далее обработка сорбентами и уже потом вода подается на капиллярную мембрану. Внешне они выглядят как трубки, покрытые специальным слоем высокой пропускаемости. То есть в течении 60 минут вода проходит через мембрану, оставляя в ней загрязнения. А по истечению времени включается режим промывки. Для устранения налета, который могут вызывать органические соединения, в воду перед очисткой добавляют реагент. Чаще используют гипохлорит натрия. Для полной очистки мембраны и восстановления гидравлического сопротивления, она замачивается в кислотно-щелочном растворе. При этом восстанавливается изначальная производительность элемента. Для такой обработки не обязательно использовать сильные реагенты при удалении примесей. С основной нагрузкой справляется мембрана. Метод эффективен даже при неполной коагуляции и минимальной подачи химических веществ.
4. Выводы.
Очищение поверхностных вод - это сложный и трудоемкий процесс, включающий в себя несколько этапов. Их количество может быть изменено. Но обязательно включение фильтрации от механических примесей и сорбционная очистка. Химический анализ воды проводится по следующим показателям: окисляемость, железо, кислотность, щелочность, мутность, марганец, аммиак, нитраты, бактерии, цветность.
Что касается добавления химических реагентов для окисления. Используются гипохлорит натрия, перекись, озон, перманганат калия. Подбор производится исходя из технических характеристик и экономической составляющей.
Фильтрация поверхностных вод является очень важной частью всей экосистемы. И неважно для чего будет использоваться впоследствии. Поэтому к выбору систем фильтрации следует подходить ответственно. Определить технические характеристики воды, производительность, степень очистки. Важно проводить обработки раз в несколько лет, чтобы не допускать сильного повышения примесей.
