Технологии за третиране на питейни води

С цел да се елиминират здравните рискове ресурсът от почти всички източници на питейна вода се подлага на третиране преди подаването му в разпределителната мрежа. Повечето пречиствателни системи включват отстраняване на микробиологичните и физичните замърсители, последвано от етап на обеззаразяване.

В зависимост от качеството и вида на водата, постъпваща в пречиствателната станция, процесът на третиране може да варира. Например, подземните води, черпени директно от водоносен хоризонт или извор, обикновено са относително чисти в сравнение с повърхностните води и в резултат изискват по-малко етапи на пречистване.

Коагулация и флокулация

Водата, предвидена за питейни нужди, се подлага на коагулация, флокулация и утаяване с цел отстраняване на цвят, мътност, водорасли и други микроорганизми.

За целта към водата се прибавят химични коагуланти, водещи до образуването на утайка (преципитат). Алуминиевият и железният сулфат са два от най-често използваните коагуланти, но на пазара се предлагат и редица алтернативни решения. Флокулация е процесът, при който коагулиралите частици се обединяват в по-големи агрегати с помощта на флокулант и се утаяват. Показателите за качество на постъпващата за третиране вода на вход на пречиствателното съоръжение определят дозата на химикалите, които трябва да бъдат добавени.

Едно от предимствата на коагулацията е, че редуцира времето, необходимо за утаяване на суспендираните твърди частици. Ефективността на процеса е висока и в отстраняването на други видове частици, които обикновено са много трудни за отделяне чрез други методи. Като недостатъци на процеса, когато той се прилага за третиране на по-малки обеми вода, често се посочват разходите, изискването за прецизно дозиране, щателно смесване и мониторинг на параметрите. Най-подходящият коагулант за водата от конкретен водоизточник се определя чрез провеждането на задълбочени лабораторни тестове.

Технологии от ключово значение

Пречиствателният процес включва разнообразие от технологии, чието прилагане гарантира високи нива на качество и безопасност на питейната вода преди подаването й към крайните потребители.

Набор от груби и по-фини решетки се използват за отстраняването на по-едри частици и отломки от суровата вода. Мътността и водораслите могат да бъдат премахнати в известна степен чрез филтри с чакъл. Те представляват правоъгълен канал или басейн, разделен на няколко секции, запълнени с чакъл с различен диаметър на частиците, вариращ в диапазона от 4 до 30 mm. Входна разпределителна камера позволява навлизането на водата и преминаването й през басейна в посока от сегментите с по-груб чакъл към тези с по-фини фракции. Филтрираната вода се събира в изходен резервоар, а отстранените твърди частици се натрупват на дъното на филтъра.

За премахване на мътността, водораслите и някои микроорганизми могат да се използват и т. нар. бавни пясъчни филтри. Процесът се отличава с опростеност и висока надеждност, като често се оказва най-подходящият вариант, когато става дума за пречистване на малки обеми вода за питейно-битово водоснабдяване, при положение че е налично достатъчно пространство. Бавните пясъчни филтри в повечето случаи представляват басейни, запълнени с пясък с диаметър на частиците между 0,15 и 0,30 mm до дълбочина от 0,5 до 1,5 m.

Благодарение на принципа на адсорбция, замърсителите от суровата вода могат да бъдат отстранени чрез активен въглен. Ефективността на процеса се определя от фактори като количеството и вида на активния въглен, естеството и концентрацията на замърсителя, времето на престой на водата в съоръжението за провеждане на този етап, както и, разбира се, от показателите за общото качество на водата (температура, pH и др.). Най-често за процеса се използва гранулиран активен въглен, който се поставя в сменяеми касети. На изхода се разполага друг филтър, който служи за отстраняване на фините остатъци активен въглен от пречистената вода.

Етапът на аерация е предназначен за обогатяване на суровата вода с кислород и отстраняване на други газове и летливи органични съединения. Разпространен метод е използването на аераторни колони с пълнеж, които се характеризират с компактна конструкция и висока енергийна ефективност. Постигането на крайната цел на процеса може да се осъществи чрез прилагане и на различни други техники, включително каскадна аерация в противотокови аераторни колони, дифузна аерация в басейни или спрей аерация.

Мембранни процеси като обратна осмоза, ултра-, микро- и нанофилтрация често се прилагат в пречиствателните станции за питейна вода. За тези процеси се използват мембрани, които в миналото са намирали приложение предимно за производството на вода за индустриални или фармацевтични цели. Мембранните технологии могат да осигурят адекватни нива на отстраняване на патогенни бактерии, криптоспоридии, Giardia, както и някои човешки вируси и бактериофаги.

Няколко международни компании работят по концепцията за интегриране на ензими в мембранните технологии за отстраняване на пестициди и остатъци от фармацевтични продукти от предвидената за питейни нужди вода.

UV дезинфекция

Както е известно, невидимата за човешкото око ултравиолетова светлина може да се използва за обеззаразяване както на въздух и различни повърхности, така и на вода. Дължината на вълната на ултравиолетовата светлина варира между 200 и 300 nm. UV излъчването се генерира от специални живачни лампи, като оптималната дължина на вълната за дезинфекция и елиминиране на озона е 254 nm. Технологията предлага възможност за инактивиране на микроорганизми като бактерии, вируси и протозои. Важно е да се отбележи, че UV лампите никога не са в контакт с водата – те могат да се монтират от външната страна на пропускащи ултравиолетовата светлина прозрачни тефлонови тръби или да се разположат в камера от кварцово стъкло в басейн или канал.

UV дезинфекцията може да се прилага както за първично, така и за вторично обеззаразяване. Ултравиолетовата светлина може да се използва за елиминиране и на химични замърсители като пестициди, индустриални разтворители и лекарства чрез процес на UV окисление. При идеални работни условия с UV дезинфекцията се постига отстраняване на 99% от съдържащите се в суровата вода бактерии.

Качеството на водата на вход на UV системата може да повлияе на ефективността на дезинфекция по няколко начина. Пропускливостта определя колко лесно UV светлината преминава през водата, като ниската й стойност може да осигури защита от излъчването за някои микроорганизми. Понижаването й се дължи на разсейването и поглъщането на ултравиолетовата светлина от водата вследствие на съдържанието на естествена органична материя, фракцията разтворен общ органичен въглерод и неорганични вещества като желязо и нитрати. Въпреки че мътността оказва влияние на UV пропускливостта на третираната вода, все още не е установена пряка корелация между мътността и ефективността на UV дозата. Всяка такава връзка обаче ще зависи от степента на разсейване, а не на поглъщане на светлината.

Озониране

Озонът се характеризира с отлични окислителни и обеззаразяващи свойства, поради което широко се използва в третирането на питейни води. Обикновено се препоръчва озонирането да се прилага като процес на предварително окисление, преди пясъчен филтър или филтър с гранулиран активен въглен. След процеса на озониране тези филтри могат да отстранят от водата остатъчната органична материя.

Най-разпространената технология за генериране на озон е чрез коронен разряд на сух въздух или кислород. Съществуват и други методи (UV облъчване при 140 – 190 nm, електролиза), но те все още не намират широко приложение при озонирането на вода. Използването на кислород позволява генерирането на озон в по-високи концентрации, което е по-ефективно от енергийна гледна точка, но и е свързано с по-високи разходи.

Съществуват и инсталации, захранвани с въздух, които имат способността да обогатят подавания въздух с кислород. Експлоатацията на тези съоръжения е оправдана, когато потребността от озон възниква рядко и е с краткосрочен характер. Въздухът, използван за генерирането на озон, трябва да е сух, тъй като водната пара води до поява на искри в генератора, което е причина за загуба на ефективност и енергия, както и за образуването на азотна киселина.

Сред основните преимущества на озонирането на води за питейно-битови цели са високата дезинфекцираща ефективност срещу бактерии, вируси и Giardia, по-добрата ефективност срещу криптоспоридии от останалите химични дезинфектанти, по-ниската чувствителност към променливо рН в сравнение с хлора, който е най-разпространеното средство за обеззаразяване във водния сектор, и липсата на риск от формиране на трихалометани и халооцетни киселини. Методът обаче има и някои съществени недостатъци – не осигурява дезинфекция в разпределителната мрежа, а озонът се разлага при високо рН. Също така е възможно да се образуват броматни йони. В допълнение капиталовите разходи за озониращото оборудване са високи в сравнение с другите химични обеззаразители. Значителни по размер са и експлоатационните разходи, тъй като технологията изисква генериране на озона на място.