Гигиеническая оценка методов подготовки питьевой воды

К методам улучшения качества воды (водоподготовки) относятся: основ­ные (осветление — удаление из воды взвешенных веществ, обесцвечивание — удаление окрашенных коллоидов или растворенных веществ, обеззаражива­ние — уничтожение вегетативных форм патогенных микроорганизмов) и спе­циальные (опреснение, дефторирование, смягчение, фторирование, обезжеле-зивание, детоксикация, дезодорация, дезактивация).

Микрофильтрация— это предварительное удаление из воды зоопланк­тона (мельчайших водных животных) и фитопланктона (мельчайших расти­тельных организмов), способных к разрастанию на очистных сооружениях, что затрудняет их работу. Для предварительной очистки воды от планктона и крупных примесей используют микрофильтры и барабанные сита (рис. 11).

Микрофильтрыпредставляют собой барабаны, на которые натянуты фильтрующие сетки из никелевой или бронзовой проволоки с размером ячеек 25—50 мкм. Скорость вращения барабана микрофильтра не должна превы­шать 0,1—0,3 м/с. Скорость фильтрации определяют из расчета 10—25 л/с на 1 м² полезной площади сетки, погруженной на 4/5 диаметра в воду.

Микрофильтры целесообразно применять при содержании в 1 см³ исход­ной воды более 1000 клеток фитопланктона. Производительность микрофильт­ров составляет от 4 до 45 000 м³/сут. Микрофильтры могут задержать до 75%

Рис. 11. Микрофильтр: (а — разрез по А-А; б — продольный разрез): 1,10 — соответственно каналы отвода и подачи воды; 2 — сточная труба; 3 — воронка для сбора промывной воды; 6 — барабан с микросеткой; 7 — водослив; 8 — пластинчатые разбрызгиватели; 9 — входная труба; 11 — камера микрофильтра; 12 — фильтрую­щие элементы

диатомовых, до 95% сине-зеленых водорослей, зоопланктон — полностью и до 35% взвешенных веществ, находившихся в исходной воде.

Барабанные ситаиспользуют для грубого процеживания воды. Их мож­но устанавливать на водозаборах вместо ленточных сеток. Размер ячеек бара­банных сеток — 0,5 х 0,5 мм, а защитных — 10x10 мм.

Осветление и обесцвечиваниеводы достигается в зависимости от нача­льных показателей мутности и цветности естественным отстаиванием и филь­трацией на медленных фильтрах или коагуляцией, отстаиванием и фильтраци­ей на скорых фильтрах.

Отстаивание воды.Суть отстаивания состоит в том, что в стоячей или в медленно текущей воде взвешенные вещества, относительная плотность кото­рых выше, чем воды, выпадают под действием силы тяжести и оседают на дно. Отстаивание происходит и в источниках водоснабжения, и в ковшах. Кроме того, на водопроводных станциях для осаждения взвешенных веществ приме­няют специальные сооружения — отстойники. Однако естественный процесс отстаивания происходит медленно и эффективность осветления и обесцвечи­вания при этом низкая.

Нахождение взвешенных веществ в толще воды во взвешанном состоянии и выпадение их в осадок зависит от: 1) скорости течения; 2) относительной плотности и диаметра частиц. Чем медленнее течет вода и чем тяжелее части­цы, тем быстрее и полнее они оседают на дно. Осаждением удается удалить из воды грубодисперсные примеси (частицы размером более 100 мкм).

Природный способ осаждения взвеси не удовлетворяет современным тре­бованиям очистки воды на водопроводах. Его основные недостатки — низкая скорость осаждения и необходимость в увеличении объема отстойника для продления процесса осаждения. Кроме того, наиболее мелкие взвешенные час­тицы не успевают осесть, а коллоидные частицы размером 0,001—0,1 мкм не выделяются вообще. Поэтому для повышения эффективности осветления и обесцвечивания проводят предварительную коагуляцию воды.

ВОДОПРОВОД ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Коагуляцией водыназывают процесс укрупнения коллоидных и диспер­гированных частиц, происходящий вследствие их слипания под действием сил молекулярного притяжения. Коагуляция завершается образованием видимых невооруженным глазом агрегатов — хлопьев и отделением их от жидкой сре­ды. Различают два типа коагуляции: коагуляцию в свободном объеме (проис­ходит в камерах реакции или хлопьеобразования) и контактную (в толще зер­нистой загрузки контактных осветлителей и контактных фильтров или же в массе взвешенного осадка отстойников-осветлителей).

Коагуляция происходит с участием химических реагентов — коагулянтов (солей алюминия и железа): алюминия сульфата — A1₂(S0₄)₃ • 18Н₂0; алюми­ния оксихлорида — [А1₂(ОН)₅]С1 • 6Н₂0; натрия алюмината — NaA10₂; железа сульфата — FeS0₄ • 7Н₂0; железа хлорида — FeCl₃ • 6Н₂0 и др. Кроме алюмо-и железосодержащих, используют комбинированные коагулянты, которые со­держат соли (сульфаты или хлориды) одновременно обоих металлов.

Наиболее часто на хозяйственно-питьевых водопроводах в качестве коа­гулянта применяют неочищенный алюминия сульфат, который содержит 33% безводного алюминия сульфата и до 23% нерастворимых примесей. В настоя­щее время промышленность выпускает также и очищенный алюминия суль­фат, который содержит не более 1% нерастворимых примесей.

При добавлении к воде алюминия сульфат (сернокислый глинозем) всту­пает в реакцию с кальция и магния гидрокарбонатами, которые всегда содер­жатся в природной воде и обусловливают ее устранимую жесткость и щелоч­ность:

A1₂(S0₄)₃ + ЗСа(НС0₃)₂ = 2А1(ОН)₃ + 3CaS0₄ + 6С0₂, A1₂(S0₄)₃ + 3Mg(HC0₃)₂ = 2А1(ОН)₃ + 3MgS0₄ + 6С0₂.

Основным для процесса коагуляции является образование алюминия гид-роксида. А1(ОН)₃ образует в воде коллоидный раствор, который придает ей опалесценцию и быстро коагулирует, образуя хлопья во всей толще воды. Они имеют заряд, противоположный заряду коллоидных частиц гуминовых ве­ществ, которые содержатся в природной воде. Благодаря этому коллоидные частицы коагулянта нейтрализуют заряд коллоидных гуминовых частиц воды. Они устраняют взаимное отталкивание, нарушают кинетическое равновесие коллоидного раствора. Частички становятся неспособными к диффузии, объе­диняются (агломерируются) и выпадают в осадок. Хлопья же самого коагулян­та адсорбируют коллоидные и мелкие взвешенные частицы и выпадают на дно, механически захватывая с собой крупную взвесь.

Вследствие процесса коагуляции не только повышается скорость и эффек­тивность осаждения взвеси, но и значительно уменьшается природная цвет­ность воды, обусловленная наличием в ней гуминовых соединений. Обесцвечи­вание, которого невозможно добиться другими способами очистки, происходит вследствие адсорбции гуминовых веществ на поверхности хлопьев коагулянта и дальнейшего выпадения в осадок. Уменьшение количества взвеси способст­вует также значительному уменьшению количества бактерий и вирусов, содер­жащихся в воде.

РАЗДЕЛ I. ГИГИЕНА ВОДЫ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

Коагуляция происходит эффективно при условии, если концентрация гид­рокарбонат-ионов в воде будет хотя бы эквивалентна количеству алюминия сульфата, который добавляется. В противном случае гидролиз не происходит, алюминия гидрооксид не образует коллоидного раствора и не коагулирует.

Каждый градус щелочности воды соответствует содержанию в ней 10 мг/л СаО и делает возможной реакцию с 20 мг/л безводного алюминия сульфата или приблизительно с 40 мг/л товарного коагулянта — A1₂(S0₄)3 • 18Н₂0. Для осуществления реакции необходим некоторый избыток щелочности (2°). При­родная щелочность воды большинства рек достаточна для обеспечения коагу­ляции даже высокими дозами алюминия сульфата. Однако иногда реки болот­ного, озерного или ледникового происхождения не имеют необходимого резе­рва природной щелочности. Кроме того, щелочность воды в реках может резко снижаться весной вследствие попадания большого количества талых вод. В та­ких случаях воду приходится искусственно подщелачивать, для чего одновре­менно с коагулянтом добавляют гашеную известь — Са(ОН)₂ из расчета, что­бы 1° жесткости соответствовал 10 мг/л СаО. Реакция происходит следующим образом:

A1₂(S0₄)₃ + ЗСа(ОН)₂ = 2А1(ОН)₃ + 3 CaS0₄.

Максимальную дозу коагулянта, которую можно добавить к природной воде без искусственного подщелачивания, рассчитывают по формуле:

где D_max — максимальная доза коагулянта (мг/л), А — щелочность воды (мг-экв/л), 0,5 — желательный избыток щелочности, обеспечивающий пол­ноту реакции коагуляции (мг-экв/л), 0,0052 — коэффициент эквивалентности.

На процесс коагуляции влияет не только щелочность воды, но и активная реакция (оптимальное значение pH 5,5—6,5), температура, наличие гуминовых веществ, количество грубой взвеси, частицы которой служат своеобразными "ядрами коагуляции", интенсивность перемешивания и пр.

По этой причине теоретический расчет для определения оптимальной до­зы коагулянта является недостаточным. На водопроводах экспериментально определяют условия, при которых коагуляция будет происходить наилучшим образом. Обычно оптимальная доза алюминия сульфата для речной воды коле­блется в пределах 30—200 мг/л. Эта доза изменяется в зависимости от сезон­ных колебаний мутности воды в реке или эпизодически под влиянием ливне­вых стоков.

Ориентировочно оптимальную дозу коагулянта можно определить по фор­муле:

Д_к=4л/К,

где D_K — максимальная доза коагулянта (мг/л), К — цветность воды (градусы). Для ускорения коагуляции и интенсификации работы очистных сооруже­ний применяют флокулянти — высокомолекулярные синтетические соедине­ния. Различают флокулянты анионного (полиакриламид, К-4, К-6, активиро-

ВОДОПРОВОД ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

ванная кремневая кислота) и катионного (ВА-2) типа. Перед применением флокулянтов анионного типа следует обработать воду коагулянтом, чего не требуется при использовании катионных флокулянтов. Флокулянты ускоряют процесс коагуляции, нисходящее движение воды в осветлителях со взвешен­ным осадком, уменьшают длительность пребывания воды в отстойниках за счет повышения скорости осаждения хлопьев, ускоряют фильтрацию и увеличи­вают продолжительность фильтроцикла¹. К использованию в практике водо­снабжения допускаются только флокулянты, которые прошли гигиеническую апробацию, имеют научно обоснованные ПДК и включены в список веществ, разрешенных для использования при водоподготовке. С осторожностью сле­дует использовать высокомолекулярные флокулянты группы полиакрилами-дов, при производстве которых происходит полимеризация мономера акрила-мида. Его остатки, не вступающие в реакцию в ходе синтеза, обычно невелики (0,1—0,05%). Однако акриламид относится к генотоксическим канцерогенам (группа 2Б по классификации МАИР) и по рекомендациям ВОЗ его ПДК в воде должна составлять 0,0005 мг/л.

Процесс коагуляции на водопроводах состоит из следующих операций: растворение коагулянта, дозирование, смешение с коагулируемой водой и соз­дание оптимальных условий для образования хлопьев. Коагуляция только под­готавливает воду для дальнейшей обработки — осветления и обесцвечивания, и в этом смысле не являются самостоятельным процессом водоподготовки. В ряде случаев в схеме обработки воды коагуляция может отсутствовать.

Смесители. Эффективность процессов осветления и обесцвечивания во­ды в значительной степени зависит от условий смешения обрабатываемой во­дь: с применяемыми реагентами. Для смешения реагентов с обрабатываемой водой применяют смесительные устройства (сопла Вентури, диафрагмы) или специальные сооружения — смесители. Они должны удовлетворять требова­нию быстрого и полного смешения реагента со всей массой воды. Кроме того, смесители выполняют функции камер гашения напора, созданного насосами насосной станции I подъема.

Различают два типа смесителей: гидравлические и механические. К гидрав­лическим относятся (рис. 12): смеситель коридорного типа (с вертикальным или горизонтальным движением воды); дырчатый смеситель; перегородчатый с разделением потока и вертикальный (вихревой). Выбор типа смесителя обос­новывается технологической схемой, компоновкой водопроводной станции с учетом ее производительности, а также конструктивными соображениями.

Камеры реакцииустраивают с целью создания благоприятных условий для завершения второй стадии процесса коагуляции — хлопьеобразования.

По принципу своего действия камеры хлопьеобразования делятся на гид­равлические и механические (флоккуляторы). Из камер гидравлического типа на практике отдают предпочтение водоворотным, вихревым и перегородчатым

Фильтроцикл — промежуток времени от начала работы фильтра до достижения предель­ного снижения напора, при котором фильтр нужно вывести из режима фильтрации для промывки.

Рис. 12. Камеры гашения напора (смесители): 1 — дырчатого типа (вид сверху); 2 — ершового типа (вид сверху); 3 — коридорного типа (вид сверху);

4 — вихревого типа (вид сбоку); а — труба, подающая воду после насосной станции I подъема со скоростью 1,2—1,5 м/с; b — отве­дение воды в камеру реакции (скорость — 0,3—0,5 м/с; с — подача раствора коагулянта)

Рис. 13. Перегородчатая (а) и вихревая (б) камеры хлопьеобразования

камерам. Как правило, камеры всех типов, за исключением перегородчатых, встраивают в отстойники (рис. 13).

Для получения достаточно крупных хлопьев необходимо, чтобы вода на­ходилась в камере хлопьеобразования от 10 до 40 мин (иногда и дольше) при условии постоянного плавного перемешивания. Скорость воды должна быть в пределах 0,005—0,1 м/с. При повышении скорости воды (больше 0,1 м/с) хло­пья в камере реакции разбиваются, а при ее снижении (менее 0,05 м/с) начина­ют оседать, что приводит к ухудшению процесса коагуляции.

Отстойники. Осаждение взвешенных веществ достигается в отстойниках благо­даря замедлению скорости движения воды и действию силы тяжести. Поступая из труб в резервуар, вода продолжает двигаться, но в участке перехода из узкого русла в ши­рокое ее движение замедляется настолько (от 1 м до нескольких миллиметров за 1 с), что взвешенные вещества оседают в усло­виях, близких к тем, которые создаются при ее полной неподвижности.

В зависимости от направления движения воды отстойники делятся на го­ризонтальные и вертикальные.

Горизонтальный отстойник — резервуар прямоугольной формы глуби­ной в несколько метров (3—4 м). В нем вода движется с очень низкой скорос­тью (2—4 мм/с) к отверстию, расположенному в противоположном конце. Для улучшения распределения воды по всему объему отстойника после входного отверстия по всей ширине устанавливаются водосливные или дырчатые пере­городки. Дно горизонтального отстойника имеет наклон в сторону входной час­ти, где находится приямок для сбора осадка. Обычно отстойник разбивают на ряд параллельных коридоров шириной до 6 м. Горизонтальные отстойники пе­риодически очищают от осадка струей воды из брандспойта (на время очистки отстойник выводят из режима работы) или при помощи скребков (рис. 14).

В горизонтальном отстойнике на взвешенную частицу действуют две взаим­но перпендикулярные силы: тяжести (и), перемещающая частицу вертикально вниз, и движения (v), которая тянет частицу в горизонтальном направлении. Вследствие этого частица движется по равнодействующей и в зависимости от соотношения сил опускается на дно или выносится течением из отстойника.

В вертикальном отстойнике, который имеет цилиндрическую или четы-

рехугольную форму с конусообразным дном, вода поступает в центральную трубу, опус­кается по ней в нижнюю часть отстойника, поворачивается на 180°, медленно движется вверх, переливается через борт кольцевого желоба и далее попадает через трубу на фильт­ры (рис. 15). Сила тяжести (и) и сила движе­ния воды (v) действуют на взвешенную части­цу в противоположном направлении. Поэтому для эффективного осаждения скорость дви­жения воды в вертикальных отстойниках долж­на быть ниже, чем в горизонтальных. В гори­зонтальных отстойниках расчетная скорость составляет 2—4 мм/с, а в вертикальных — ниже 1 мм/с (0,4—0,6 мм/с). Вода находится в отстойнике в течение 4—8 ч. За это время

РАЗДЕЛ I. ГИГИЕНА ВОДЫ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

оседают преимущественно грубодисперсные примеси. Так как на своей повер­хности они сорбируют микроорганизмы, то в отстойниках задерживается зна­чительная часть бактерий, вирусов и яиц гельминтов.

Фильтрацияявляется следующим (после коагуляции и отстаивания) тех­ническим приемом освобождения воды от взвешенных веществ, не задержан­ных на предыдущих этапах обработки (преимущественно это тонкодисперсная суспензия минеральных соединений). Сущность фильтрации состоит в том, что воду пропускают через мелкопористый материал, чаще всего — через песок с определенным размером частиц. Фильтруясь, вода оставляет на поверхности и в глубине фильтров взвешенные вещества.

Фильтры классифицируют с учетом разных характеристик: в зависимости от гидравлических условий работы — открытые (ненапорные) и напорные; по виду фильтрующей основы — сетчатые (микрофильтры, микросита), каркас­ные, или намывные (диатомитовые), зернистые (песчаные, антрацитовые и т. п.); по величине фильтрующего материала — мелкозернистые (0,2—0,4 мм), сред-незернистые (0,4—0,8 мм), крупнозернистые (0,8—1,5 мм); и по скорости фильтрования — медленные (0,1—0,2 м/ч) и скорые (5—12 м/ч); по направле­нию фильтрующего потока — одно- и двухпоточные, и по количеству фильт­рующих слоев — одно-, двух-, трех-, многослойные.

Фильтры медленного действия — это первый тип фильтров, которые на­чали использовать в практике водообработки. В 1829 г. Джон Симпсон постро­ил для лондонского водопровода песчаные фильтры, которые получили назва­ние английских, или медленных. Фильтры медленного действия применяют в том случае, когда мутность воды не превышает 200 мг/л и можно ограничиться предварительным естественным отстаиванием ее без коагуляции. Это резервуа­ры из бетона, железобетона или кирпича, заполненные послойно щебнем, галь­кой, гравием и песком. Размер частиц постепенно уменьшается в направлении снизу вверх (от 40 до 2 мм). Общая толщина слоя песка составляет 0,8—1 м (рис. 16). Фильтр имеет двойное дно — нижняя его часть сплошная, верхняя — перфорированная. Между ними образуется дренажное пространство, в которое и поступает профильтровавшаяся вода. На верхнюю часть дна кладут слой щеб­ня или гравия (толщиной 0,4—0,45 м), а на него — собственно фильтрующий слой кварцевого песка (0,8—0,85 м), на который подают очищаемую воду.

Процесс фильтрации на медленном фильтре приближается к естественно­му: вода проходит через фильтр медленно, со скоростью 0,1—0,2 м/ч. При та­ких условиях достигается практически полное осветление воды и очистка ее от микроорганизмов (на 95—99%).

По мере фильтрации воды на поверхности фильтрующего слоя песка обра­зуется биологическая пленка (толщиной 0,5—1 мм) из задержанных разнооб­разных органических остатков, минеральных веществ, коллоидных частиц и большого количества микроорганизмов. Формируется она в течение несколь­ких суток, и этот период называется периодом "созревания" фильтра. Пленка са­ма является фильтром и задерживает мелкую взвесь, которая прошла бы сквозь поры песка. То есть на медленном фильтре происходит пленочная фильтрация воды. Биологическая пленка способствует также минерализации органических

Рис. 16. Фильтр медленного действия для очистки питьевой воды: 1 — поступление обрабатываемой воды; 2 — трубопровод для осветленной воды; 3 — трубопровод

для сточной воды

веществ и уничтожению микрофлоры, снижению окисляемости (на 20—45%) и цветности (на 20%).

Со временем поры биологической пленки забиваются взвешенными час­тицами, что приводит к повышению сопротивления и тормозит фильтрацию. Поэтому медленные фильтры нужно периодически очищать путем удаления 15—20 мм верхнего слоя и подсыпания чистого песка 1 раз в 10—30 сут. В это время фильтр выводят из работы.

Основными факторами, способствующими очистке воды на медленных фильтрах, являются: механическая задержка взвешенных частиц, адсорбция, окисление (химическое действие растворенного в воде кислорода), фермента­тивная деятельность микроорганизмов, биологические процессы, связанные с жизнедеятельностью простейших.

Несмотря на высокую эффективность очистки, простоту оборудования и эксплуатации, медленные фильтры сегодня используют только на малых во­допроводах, в сельских населенных пунктах по причине их низкой производи­тельности.

Фильтры скорого действия. Объемная фильтрация при помощи скорых фильтров является физико-химическим процессом. При объемной фильтрации механические примеси воды проникают в толщу фильтрующего слоя загрузки и абсорбируются под действием сил молекулярного притяжения на поверхности

РАЗДЕЛ I. ГИГИЕНА ВОДЫ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ

его зерен и приставших ранее частиц. Чем выше скорость фильтрации и круп­нее зерна загрузки, тем загрязняющие вещества глубже проникают в толщу и равномернее распределяются.

В настоящее время скорые фильтры нашли широкое применение в практике очистки питьевой воды. Они пропускают за час столб воды высотой 5—10 м, то есть их производительность в 50—100 раз выше медленных и следователь­но уменьшается площадь и объем сооружений. Вот почему медленные фильт­ры уступили место скорым на больших водопроводах. Схема устройства ско­рых фильтров приведена на рис. 17. Вода, прошедшая коагуляцию, отстойник или осветлитель, поступает через боковой карман в резервуар фильтра. Высота слоя воды над поверхностью загрузки должна быть не менее 2 м. В процессе работы фильтра вода проходит через фильтрующий (кварцевый песок толщи­ной 0,7—1,0 м) и поддерживающий (щебень, гравий толщиной 0,4—0,6 м) слои и распределительной системой направляется в резервуар чистой воды. Важно, чтобы скорость фильтрации была постоянной на протяжении фильтро-цикла, то есть не уменьшалась по мере его загрязнения. С этой целью на трубо­проводе, который отводит профильтрованную воду, устанавливают автомати­ческие регуляторы скорости фильтрации. Благодаря регуляторам, через фильтр проходит постоянное количество воды.

Скорые фильтры пропускают значительно больше воды, чем медленные, поэтому они быстрее загрязняются. В результате задержки взвешенных частиц в толще фильтрующего слоя уменьшается размер пор, что приводит к повыше­нию сопротивления загрузки во время фильтрации и потере напора. Продол­жительность фильтроцикла колеблется в предалах 12—24 ч. Поэтому скорые фильтры нуждаются в очистке 1—2 раза в сутки, а в паводок, при высокой мут­ности воды, — чаще. По окончании фильтроцикла фильтр промывают струей чистой профильтрованной воды, направленной снизу вверх (обратным током), которую подают под давлением в распределительную систему. Промывная во­да, проходя с высокой скоростью (в 7—10 раз большей, чем скорость фильтро­вания) через фильтрующую загрузку снизу вверх, поднимает и взвешивает ее. Промывная вода вместе с грязью переливается в сборные желоба над поверх­ностью фильтрующего материала и отводится в водосток. Продолжительность промывки скорых фильтров — 7—10 мин. Количество воды, используемой для промывки фильтра, зависит от типа загрузки и колеблется от 12 до 18 л/с на 1 м².

Для интенсификации процесса фильтрации пытаются повысить грязеем-кость фильтров, под которой понимают массу загрязнений (в кг), задержанных 1м² фильтрующей загрузки фильтра в течение фильтроцикла. Повышенную гря-зеемкость имеют фильтры с двухслойной загрузкой, двухпоточные фильтры системы АКХ и ДЦФ.

В фильтрах с двухслойной загрузкой над слоем песка толщиной 0,4—0,5 м насыпается слой измельченного антрацита или керамзита. В таком фильтре верхний слой, состоящий из более крупных зерен, задерживает основную массу загрязнений, а песчаный — их остаток, прошедший через верхний слой. Общая грязеемкость двухслойного фильтра в 2—2,5 раза больше грязеемкости

Рис. 17. Скорые фильтры: а — однослойный фильтр; б — двухслойный фильтр; в — двухпоточный фильтр

обычного скорого фильтра. Плотность антрацита (керамзита) меньше плотнос­ти песка, поэтому после промывки фильтра послойное расположение загруз­ки восстанавливается самостоятельно. Скорость фильтрации в двухслойном фильтре составляет 10—12 м/ч, что в 2 раза больше, чем в однослойном скором. Сущность работы двухпоточных фильтров АКХ заключается в том, что ос­новная масса воды (70%) фильтруется снизу вверх, а меньшая часть (30%) — как и в обычных скорых фильтрах — сверху вниз. Благодаря этому основная

Рис. 18. Контактный осветлитель

масса загрязнений задерживается в нижней части фильтра, наиболее крупно­зернистой, имеющей большую грязеемкость. Толщина фильтрующего слоя в фильтре АКХ — 1,45—1,65 м. На глубине 0,5—0,6 м от поверхности фильтру­ющего слоя загрузки устанавливается трубчатый дренаж, через который отво­дится профильтрованная вода.

При промывке фильтра АКХ сначала в течение 1 мин промывную воду по­дают в дренажное пространство для взрыхления верхнего слоя песка, затем в течение 5—6 мин — через распределительную систему, расположенную на дне фильтра. Грязная вода, как и в обычных фильтрах, собирается в желобе и отводится в водосток. Фильтры ДДФ конструктивно отличаются тем, что имеют два слоя загрузки (антрацит и песок, керамзит и песок) в наддренажном слое. В фильтрах АКХ и ДДФ задерживающая способность фильтрующей загрузки используется по всей ее высоте, что позволяет повысить скорость фильтрации до 12—15 м/ч и увеличить производительность фильтра на 1 м² поверхности в 2 раза.

После коагуляции, отстаивания и фильтрации вода становится прозрачной, бесцветной, очищенной от яиц гельминтов и микроорганизмов на 70—98%.

Контактные осветлители. В настоящее время наряду с обычной схемой очистки воды путем коагуляции, отстаивания и фильтрации применяют новый тип сооружений — контактный осветлитель (КО), который заменяет сооруже­ния для обработки воды по указанной схеме (камеру реакции, отстойник и ско­рый фильтр). КО является разновидностью скорых фильтров. Это железобетон­ный или металлический резервуар, загруженный гравием (поддерживающий слой) и песком (фильтрующий слой), величина частиц которого постепенно уменьшается снизу вверх. На дне оборудуют дренаж из железобетонных плит или труб с отверстиями (рис. 18). Очищаемую воду вместе с коагулянтом по­дают в дренажное пространство. Она проходит через загрузку фильтра снизу вверх.

Рис. 19. Флотационное устройство:

1,8 — соответственно подача и отвод воды; 2 — реагентное хозяйство; 3 — смеситель; 4 — флоккуля-

торы; 5 — флотатор; 6 — карман для сбора пены; 7 — скорый фильтр; 9 — подача сжатого воздуха;

10— ресивер; 11 — диспергатор; 12 — рециркуляция шлама

Непосредственно перед подачей в КО обрабатываемой воды к ней добав­ляют раствор коагулянта, приводящий к нарушению агрегативной устойчиво­сти примесей воды за очень короткий промежуток времени, который проходит от момента введения коагулянта до начала фильтрации. Дальнейший процесс осветления воды происходит не в свободном объеме, как в камерах реак­ции (хлопьеобразование), а на поверхности загрузки (контактная коагуляция). Во время прохождения воды через фильтрующий материал КО на поверхности зерен образуется гель, который их обволакивает и адсорбирует диспергиро­ванные взвешенные и коллоидные частицы, обусловливающие мутность и цветность воды. Скорость фильтрации на КО составляет 4,5—5,5 м/ч, продол­жительность фильтроцикла — около 8 ч. Промывают КО в направлении снизу вверх в течение 7—8 мин. Промывная вода отводится желобами. КО удовлет­ворительно работают при мутности воды до 1500 мг/л и цветности — до 120°.

Флотация.Для маломутных вод с большим содержанием органических соединений (а иногда также железа), плохо поддающихся обработке в отстой­никах и осветлителях, эффективным методом кондиционирования является флотация.

Флотация — это процесс, сущность которого заключается в том, что под действием молекулярных сил происходит слияние коллоидных и дисперсных примесей с пузырьками тонко диспергированного в воде воздуха. Комплексы, образовавшиеся при этом, всплывают и образуют на поверхности флотатора пену (рис. 19).

Флотируемость частиц разной величины зависит от размеров пузырьков воздуха и поверхностного натяжения на границе вода — воздух. С понижением поверхностного натяжения эффективность очистки воды методом флотации по­вышается. Для снижения поверхностного натяжения воды добавляют поверх­ностно активные вещества (флотореагенты), например натрия додецилсульфат, спирт оксисинтеза С₆—С₈ и др.

РАЗДЕЛ I. ГИГИЕНА ВОДЫ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ