Система очистки воды на основе современных технологий

В основе созданного авторами водоочистного устройства лежит комплексное использование высокодиспергированного озона, кавитации, безреагентного коагулирования и фильтрования. Все узлы, детали, блоки созданы с учетом действующих в РФ СниП, природоохранных и санитарно-гигиенических нормативов, сертифицированы, автоматизированы, долговечны (использована только высококачественная нержавеющая сталь и полимеры). Разработка доведена до мелкосерийного производства, 10 устройств различной модификации успешно работают 2-10 лет на скважинах.

При современной деградации качества природных вод невозможно получить доброкачественную питьевую воду, применяя устаревшие технологии. Многолетний международный опыт использования озона при очистке и обеззараживании воды показывает, что этот метод весьма перспективен [1]. Однако высокая стоимость, конструктивное несовершенство и сложность эксплуатации озонаторных установок , производимых российскими промышленными предприятиями, сдерживают внедрение озонных технологий в практику водоочистки.

Наиболее распространены две схемы водоподготовки: первая (для подземных вод), включающая аэрацию и фильтрование на скорых фильтрах, и вторая, (для вод из поверхностных источников) - коагулирование, отстаивание, фильтрование. Заключительной стадией обработки воды в подавляющем большинстве случаев является хлорирование. Каждая стадия этих схем отягощена своими недостатками, проявляющимися на практике. Так, путем аэрации можно окислить и перевести в осадок только низковалентное железо (например, в виде Fe(HCO3)2, FeSO4), в то время как для ионов Mn+2, а также для органических загрязнителей необходим более сильный окислитель, чем кислород воздуха. Зачастую низкая температура и малая продолжительность аэрации, а также присутствие веществ гумусового и нефтяного происхождения не позволяют протекать реакциями окисления и гидролиза с достаточной скоростью и полнотой. При коагулировании речной воды также существуют затруднения, связанные с перерасходом реактивов, плохим осаждением хлопьев и накоплением железо- и/или алюминийсодержащих осадков.

Применение хлора и его производных в качестве дезинфектанта приводит к образованию галогенорганических соединений, если в воде есть органические вещества, взаимодействующие с активным хлором [2-4]. В связи с этим во всем мире происходит переход от хлорирования к озонированию на первых стадиях обработки воды.

Озонирование воды (одно- или многократное, в зависимости от количественного и качественного состава загрязняющих веществ и существующей системы очистки воды), при условии продолжительного воздействия и эффективного диспергирования озона, позволяет оптимизировать все рассмотренные этапы водообработки.

В данной работе для наилучшего эффекта от использования озона применяется эжекционный метод его подачи. Вода насосом подается в эжектор, где в камере смешения, благодаря чередующимся стадиям сжатия и разряжения, поток разгоняется до большой скорости. Вода насыщается озоном до такого предела, который не может быть достигнут в иных условиях. Объем засасываемой в эжектор озоно-воздушной смеси достигает 5 м3/ч. Концентрация озона в полученной газо-водной смеси составляет 1-2 % и более.

Кроме озонирования, эффективным методом воздействия на водные загрязнители является кавитация. Дестабилизация примесей при этом столь велика, что кратно увеличивая скорости окисления кислородом воздуха и коагулирования железосодержащих и других частиц, погибает более 90 %микробов [5-7].

Кавитация - это образование разрывов сплошности капельной жидкости в результате местного понижения давления. Акустическая кавитация, применяемая для обеззараживания, имеет место при прохождении в жидкости акустических волн большой интенсивности [8,9].

На основе теоретических обобщений и собственного 15-летнего практического опыта по очистке природных и сточных вод физико-химическими методами авторами разработан способ очистки и обеззараживания воды, предусматривающий окислительно-кавитационное воздействие, безреагентную коагуляцию, фильтрацию.

Как показано на рисунке, система очистки воды включает ряд взаимосвязанных узлов. Исходная вода подается для обработки воздухом и озоном в камеру окисления, в которой происходит многократное обращение воды, диспергирование полученной в эжекторе озоно-водяной смеси, кавитация, активно протекают окислительные процессы. Это обеспечивает в дальнейшем высокую эффективность удаления окислившихся и скоагулированных загрязнителей.

Двигаясь по циркуляционному контуру, в эжекторе вода обогащается воздухом и озоном и возвращается в камеру окисления через гидравлический кавитатор, выполненный в виде установленных друг над другом с зазором и жестко скрепленных между собой дисков одинакового диаметра. В верхнем диске выполнен центральный сквозной канал, жестко соединенный с трубопроводом, связывающим камеру окисления с эжектором. На обращенных друг к другу поверхностях дисков сделаны выступы, расположенные концентрично, сужающиеся к зазору. Попавшая в кавитатор вода движется под давлением от центра к периферии, по пути многократно сжимаясь и расширяясь, испытывая механические удары, завихрения. Потоки насыщенной газами воды с большой скоростью вырываются из кавитатора по окружности и падают вниз. Таким образом, обеспечиваются условия для интенсивного смешивания воды с газом, благодаря чему концентрации кислорода и озона, находящихся в истинно растворенном и мелкодисперсном состоянии, достигают максимально высоких значений.

Общее время пребывания воды в камере окисления, необходимое для реакций с О2 и О3 всех восстановленных форм загрязнителей, составляет 10-30 мин. и зависит от состава исходной воды. Длительность воздействия озона регулируется за счет варьирования объемных характеристик камеры окисления, что является возможным благодаря датчикам уровня воды, включенным в АСУ. Интенсивность воздействия газовой окислительной смеси регулируется путем изменения производительности насоса. При сильном загрязнении воды существует возможность подключения дополнительной системы, состоящей из насоса, эжектора, кавитатора.

При истечении необходимого времени контакта с воздухом и озоном вода подается в узел безреагентной коагуляции (на рисунке не показан). Здесь осуществляется хлопьеобразование. Для интенсификации этого процесса в случае присутствия в воде природных органических соединений-стабилизаторов коллоидного состояния железа и марганца (таковыми, к примеру, являются вещества гумусового происхождения) возможна дополнительная электроимпульсная обработка воды.

При окислении двухвалентного железа, в том числе освободившегося из связанных форм (коллоидных и комплексных соединений) после их разрушения под действием окислительных и кавитационных процессов, образуются хлопья Fe(OH)3. Их большая удельная поверхность и имеющийся заряд создают благоприятные условия для адсорбции загрязнителей (ионы тяжелых металлов, органические молекулы). Таким образом, без введения коагулянтов обеспечивается протекание тех же процессов, сопровождающихся переводом в осадок загрязнителей, что и при использовании реагентного коагулирования.

Узел фильтрования - последний в схеме очистки воды на пути к потребителю. Фильтр включает цилиндрический корпус, конусообразные крышку и днище, верхнюю и нижнюю сборно-распределительные системы из перфорированных труб, зернистую загрузку (кварцевый песок, альбитофир), размещенную в корпусе между сетчатыми перегородками.

Оригинальная конструкция фильтра, система автоматики, обеспечивающая оптимальные режим промывки и рабочие параметры, позволяют проводить удаление осадка с высокими показателями. Фильтроцикл, в зависимости от состава исходной воды, составляет 10-20 часов.

Озонирование обеспечивает дезинфекцию воды. Это показано соответствующими протоколами санитарно-бактериологических анализв воды, используемой на предприятиях (см. таблицу). Однако если вода не сразу используется, контактирует с отложениями в водопроводах, старым сантехническим оборудованием, то следует предупредить возможность вторичного загрязнения микроорганизмами. Для этого наиболее простым способом является дозированное введение гипохлорита натрия в резервуар накопитель чистой воды для создания концентрации остаточного хлора 0,3 мг/дм3.

В таблице приведены некоторые результаты химико-аналитических исследований, выполненных при технологических испытаниях описанного водоочистного устройства. Обработке подвергалась вода из скважины, расположенной на территории крупного промышленного предприятия г. Томска.

Уменьшение перманганатной окисляемости, являющейся интегральным показателем содержания органических загрязнителей, снижение концентрации железа и марганца в обработанной воде, что видно из таблицы, являются прямым доказательством высокой степени очистки воды. Протоколами специализированных лабораторий контроля качества воды подтверждено соответствие обработанной воды всем нормативам СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества".

Изменение показателей состава подземной водыпри очистке озонированием с последующим фильтрованием через слой альбитофира