Системи за пречистване на питейна вода

В и КСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 9, 2012

Водата заема над 70% от повърхността на Земята. Една много малка част обаче е подходяща за използване за питейни нужди. От друга страна, човешката дейност, урбанизацията и замърсяването влияят и върху качествата на водата, използвана за водоснабдяване. Това определя необходимостта от предварителна обработка, включваща процеси, свързани с пречистване, дезинфекция, омекотяване и т. н. Сред съдържащите се във водата, добивана от подземни или повърхности водоизточници, вещества са твърди частици, колоидни частици, разтворени газове, желязо и манган, соли, нитрати, нитрити и т. н. Във водата могат да се съдържат също и бактерии и вируси. По време на предварителната й подготовка в пречиствателните станции, ненужните примеси се отстраняват и се добавят вещества, с които да се постигне необходимото качество на водата за конкретните цели.

Методите за обработка зависят от качеството на водата
За обработване на водата, предназначена за питейни цели, се използват широк спектър от методи, сред които филтрация, флокулация и утаяване, дезинфекция. В някои случаи се включват и процеси като йонен обмен и адсорбция. В зависимост от вида и качеството на водоизточника и съответно от състава на водата, водоснабдителните дружества избират най-подходящата в конкретния случай комбинация от процеси на пречистване и обеззаразяване. Често водата, добивана от подземни водоизточници, се характеризира със сравнително високо качество, докато повърхностните води, които са изложени на прякото въздействие на различни фактори от околната среда, съответно, са по-замърсени и съдържат повече примеси с различен произход. За всички повърхностни води съществува и потенциалната възможност в тях да се съдържат патогенни микроорганизми. Също така те могат да се характеризират с известна мътност и наличие на твърди суспендирани частици.

В сравнение с повърхностните води, подземните води обикновено са бистри и вероятността за наличие на патогенни микроорганизми в тях е сравнително ниска. Те обаче, от своя страна, са по-склонни да съдържат неприемливи нива на разтворени газове като въглероден диоксид, метан и сероводород. Често се характеризират с по-висока твърдост, с наличие на желязо и манган, летливи органични съединения вследствие от химически разливи или неправилни практики за обезвреждане на отпадъци, както и с наличието на разтворени вещества.

Обработката на водата за водоснабдяване включва разнообразни физични и химични методи. Към физичните обикновено се включват отстраняването на едрите примеси от водата, например чрез пресяване, аериране за отделяне на въглеродния диоксид, сероводорода, за окисление на разтворените във водата железни и манганови йони, флокулация, седиментация и филтриране. Сред най-често използваните химически процеси за подготовка на водата са коагулацията, хлориране, озониране, омекотяване, адсорбция, окисление, обезсоляване.

Отделните етапи, които включва процесът на обработка, зависят от състава на водата. Първият етап обикновено е отстраняването на едрите примеси като например листа, клони и др., за да се предотврати попадането им в пречиствателната станция. След този етап най-често водата се подлага на обеззаразяване чрез третиране с хлор или озон.

Наложили се методи за дезинфекция
Сред най-широко използваните дезинфектанти в целия свят е хлорът. Наред с това, той е високоефективен оксидант и дезинфектант. С него се унищожават почти всички микроорганизми, дори при ниски нива на концентрация. Сред предимствата на хлора е дълготрайното му действие. Например той продължава да дезинфекцира тръбопроводната система в продължение на дълъг период от време.
Обикновено при обработка на водата с хлор, хлорът се добавя под формата на елементарен хлор (газ), разтвор на натриев хипохлорит или сух калциев хипохлорит. Елементарният хлор при нормално налягане е токсичен, жълто-зелен газ, който се втечнява при високо налягане. Той се счита за много ефективен при отстраняването на голяма част от патогенните организми. Обикновено използваният за дезинфекция на водата хлор се съхранява в течно състояние. Добре е да се има предвид, че за ефективно отстраняване на патогенните организми е необходимо след инжектирането на хлора във водата да се осигурят условия за доброто им смесване и достатъчно време за контакт.

Действието на хлора се основава на неговото разтваряне във водата и образуването на хипохлорна киселина (HCIO), която всъщност се явява реалният дезинфектант, който прониква през клетъчните мембрани и ги разгражда, като разрушава метаболизма на микроорганизмите.

В използвания за дезинфекция разтвор на натриев хипохлорит, хлорът обикновено е от около 5 до към 15%.
Счита се за подходящ за случаите, в които е необходимо да се обработи малко количество вода. Негово предимство е по-лесната му поддръжка, но, от друга страна, той е силно корозионно агресивен. Също така натриевият хипохлорит се разлага, поради което не се препоръчва съхраняването му повече от един месец. Мястото, на което се съхранява, е необходимо да бъде сухо, тъмно и студено. Обикновено преди да се подаде към водоснабдителна тръба, той се смесва с вода, след което чрез помпа се подава към тръбата в точно определено количество.

Калциевият хипохлорит е бяло, твърдо вещество съдържащо около 65% хлор и лесно разтворимо във вода. Използването му е свързано с известни трудности поради корозионната му агресивност и силната миризма. Добре е да се има предвид, че при взаимодействието му с органични материали като дърво, тъкани и петролни продукти може да генерира достатъчно топлина за предизвикване на пожар или експлозия. Подаването му към системата за дезинфекция може да е по същия начин, както натриевия хипохлорит, с предварително разтваряне във вода и последващо подаване посредством дозиращи помпи.

За подходящо се счита и използването на хлорен диоксид, който осигурява дълготрайна дезинфекция на водата и предотвратява повторната поява на микроби. Също така, процесът на стерилизиране с хлорен диоксид не оставя никакво усещане за вкус или мирис. Той се явява ефективно средство за борба с бактерията Легионела и предотвратява образуването на биофилм и корозия на тръбопроводните системи.

Съвременен метод за дезинфекция на водата, предназначена за битово водоснабдяване, е и обработването й с озон. Озонът е мощен окислител и се ползва като основно дезинфекциращо средство. Намира широко приложение във водоподготовката, включително и за окисляване на органиката, като увеличава нейната способност към биологично разлагане, измерващо се като асимилация на органичния въглерод. Той е ефективно средство за разграждането на широк спектър пестициди и други органични вещества. Добре е да се има предвид, че ефективността на озонирането зависи от достигане на необходимата концентрация за определен контактен период. Също така озонът не е с продължително обеззаразяващо действие.

Коагулация, флотация и утаяване
В много от пречиствателните станции след първичната дезинфекция се предвижда водата да бъде подложена на коагулация, флотация и утаяване. Коагулацията включва добавянето на химически коагуланти, най-често алуминиеви или железни соли като алуминиев сулфат, железен сулфат и др., към водата. Поради положителния им заряд, коагулантите неутрализират отрицателния заряд на разтворените и суспендираните твърди частици във водата. Така се елиминират отблъскващите сили между частиците и им дават възможност да се обединят. Образувалите се по този начин едри частици се утаяват по-бързо и по-лесно. Обикновено при подаване на коагуланта във водата той се разбърква интензивно за по-бързо смесване. По време на коагулацията към водата могат да бъдат добавени и други химикали, включително активен въглен на прах; химически оксиданти като хлор, озон, хлорен диоксид или калиев перманганат и киселина или основа за контрол на киселинността. Посредством химична коагулация успешно могат да бъдат отстранени съдържащи се във водата органични съединения, суспендирани частици, включително неорганични утайки като желязо. След коагулацията във водата все още може да се съдържат патогенни организми, както и вируси и бактерии. Обикновено след процеса коагулация водата се подлага на вторична дезинфекция, най-често посредством хлориране.

Мембранни технологии
За обработка на водата, използвана за водоснабдяване, все по-голямо приложение намират и мембранните процеси като обратна осмоза, ултрафилтрация, микрофилтрация и нанофилтрация. Ултрафилтрацията намира приложение основно за разделяне на големи макромолекули като протеин и скорбяла. Работното налягане обикновено е в границите от около 1,5 до 15 бара. За разделяне на малки частици, суспендирани в течности, се препоръчва микрофилтрацията. Задържаните частици обикновено са с размери в границите между 0,1 и 10 микрона. Необходимото работно налягане е ниско е в границите около 0,7 - 3,5 бара. С мембраните за нанофилтрация се задържат разтворени молекули с молекулно тегло от 100 до 1000. Работно налягане е в границите от 7 до 35 атмосфери.

Обратната осмоза е процесът, намиращ най-широко приложение в практиката, с който могат да бъдат премахнати частици с много малки размери. Счита се за подходящ за пречистване на водата от различни примеси, соли и други, което позволява да се подобри вкусът на водата, нейните свойства, цвят и прозрачност. Обратната осмоза позволява да се задържат не само замърсяващите вещества, но и различни соли, протеини, кристали, бактерии, вируси и т. н. Тя се счита за един от най-сигурните методи за пречистване на питейна вода. Пречистването е на ниво молекули, а нивото на отстраняване на вредни вещества достига до 99%.

Третиране на водата с активен въглен
За отстраняване на пестициди, органика, миризма и за подобряване на вкуса, за отстраняване на токсини, синьо-зелени водорасли и общия органичен въглерод за подходящо се счита третирането на водата с активен въглен. Използваният активен въглен обикновено е праховиден или под формата на гранули. Характеризира се с висока поглъщателна способност на органични вещества и възможност да бъде регенериран посредством изгаряне на органиката. Често обаче употребата му е еднократна.

Добре е да се има предвид, че различните видове въглен се различават по отношение на поглъщателната способност за различните замърсявания. Изборът се определя в зависимост от честотата на използване и необходимата доза.

Обикновено активният въглен на прах се дозира във водата като течна смес и при следващите етапи на пречистване се отделя заедно с останалите замърсявания. От своя страна, гранулираният активен въглен е ограничен в неподвижен слой, което допринася за по-ефективното му използване. Счита се за подходящ за контролиране на вкуса и миризмата на водата. Срокът му на работа зависи от възможностите на въглена и времето за контакт между него и водата.

Сред възможните методи за обработка на водата е и използването на ултравиолетово излъчване. Методът е със сравнително ограничени възможности по отношение на количеството пречистена вода. Подходящ е за унищожаване на бактерии, вируси, гъбички и водорасли. При използването на ултравиолетово излъчване е необходимо водата да е бистра, тъй като мътността може да окаже негативен ефект върху дезинфекцията.

Ултравиолетовото излъчване може да действа и като силен катализатор при окисни реакции, когато се използва съвместно с озон.
Сред използваните процеси за отделяне на газове и други летливи компоненти е процесът на аерация на водата. Преносът на кислород обикновено е посредством каскади или дифузия на въздух във водата. За отстраняване на летливите вещества често се използва проветряване.

Вторични продукти от дезинфекцията
При обработка на водата е добре да се има предвид, че използваните химични дезинфектанти реагират не само с вредните микроорганизми, но също така и с естествено срещаща се органична материя, намираща се във водата, образувайки вторични продукти от дезинфекцията, които могат да бъдат канцерогенни. Въпреки че в повечето случаи те са в ниски концентрации, при повишаване на концентрацията могат да бъдат токсични. Според специалисти, ефективна стратегия за минимизиране образуването на вторични продукти от дезинфекция е избягването на добавяне на химични дезинфектанти, докато водата се филтрира, както и добавяне само на подходящото за дезинфекция количество.

Често използвани филтри
Сред основните процеси при обработка на водата е и филтрацията. Често използвани видове филтри са самотечните, хоризонталните, напорните и бавните пясъчни филтри. Бавната пясъчна филтрация по същество е биохимичен процес, докато останалите процеси са физическо пречистване.

Самотечните филтри се считат за подходящи за отстраняването на пяна от водата, подложена на коагулация, но също така отстраняват мътност и оксидират желязото и мангана от водата. Напорните филтри понякога се използват като крайни в системата на водоснабдяването. Самият филтър се поставя в цилиндрично тяло.

Гравитационните пясъчни филтри обикновено се състоят от съд с пясък, като водата преминава отгоре надолу и малките частици и микроорганизми се утаяват в основата върху повърхността на пясъка. Гравитационните пясъчни филтри се характеризират със сравнително ниска скорост на филтрация. Подходящи са предимно за вода с ниска мътност или вода, която вече е минала през предфилтрация. Те се използват за отстраняване на водорасли и микроорганизми, включително протоза и органика, някои пестициди и амоняк.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top