CC BY
109
Горелкина Г.А., Маджугина А.А., Ушакова И.Г., Корчевская Ю.В. Условия эффективной водоочистки маломутных природных вод высокой цветности // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. -2015. -№2(2) июль-сентябрь. - URL http://e-journal.omgau.ru/index.php/2015-god/2/19-statya-2015-2/173-00044
УДК 628.1 (571.13)
Горелкина Галина Александровна
Старший преподаватель
ФГБОУВПО ОмГАУ имени П.А.Столыпина, г.Омск ga.gorelkina@omgau.org
Маджугина Анастасия Александровна
Старший преподаватель
ФГБОУ ВПО ОмГАУ имени П.А.Столыпина, г.Омск aa. madzhugina@omgau.org
Ушакова Ирина Григорьевна
Кандидат географических наук, доцент
ФГБОУ ВПО ОмГАУ имени П.А.Столыпина, г.Омск
ig.ushakova@omgau.org
Корчевская Юлия Владимировна
Кандидат сельскохозяйственных наук, доцент ФГБОУ ВПО ОмГАУ имени П.А.Столыпина, г.Омск yuv.korchevskaya@omgau.org
Условия эффективной водоочистки маломутных природных вод высокой цветности
Аннотация: В данной статье представлены результаты оценки качества природных вод с подбором соответствующих технологий водоочистки, пригодных для условий эксплуатации в условиях севера.
Ключевые слова: мутность, цветность, биологическая очистка природных вод, обезжелезивание.
Введение
Известно, что вода играет чрезвычайно важную роль в жизни человека. Его организм -это совокупность водных растворов, коллоидов, суспензий и других, сложных по составу водных систем. Для нормальной работы всех систем человека, необходимо воду рассматривать как сложную систему, включающую растворенные, коллоидные и взвешенные химические компоненты. Обладая свойствами универсального растворителя, вода постоянно несет большое количество самых различных ионов (компонентов), состав и соотношение которых определяется условиями формирования источника воды [11].
Из естественных вод наиболее важную роль для человека, играют поверхностные (наземные: речные воды и воды прудов пресных озер) и грунтовые воды (подземные: ключи, колодцы, скважины). Состав естественных вод весьма разнообразен и меняется в широких границах, кроме того, зависит от климата и времени года. Большое влияние на состав
природных вод оказывает техногенный фактор - поступление в водные объекты промышленных и бытовых сточных вод, сток с сельскохозяйственных полей и др.
Вода многих пресных водоисточников непригодна для питьевого назначения, так как она не отвечает требованиям стандартов качества воды [3].
Для эффективной очистки воды питьевого качества предложена технология водоподготовки для системы водоснабжения п.г.т. Белоярский, расположенного на реке Казым Ханты-Мансийского автономного округа.
Объекты и методы
В качестве материала использованы результаты химического анализа природных вод реки Казым в районе п.г.т. Белоярский Ханты-Мансийского автономного округа.
Результаты исследований
Статистические данные реки Казым по основным качественным показателям загрязненности имеет значительные сезонные колебания. Вода характеризуется невысокой мутностью, до 13,4 мг/дм3, цветностью до 70 градусов, обусловленной наличием в воде растворенных органических соединений и избыточным содержанием железа [8].
Вода реки Казым не отвечает нормативным требованиям и относится к третьему классу водоисточника в соответствие ГОСТ 2761-84 [4]. Несоответствие выявлено по таким показателям как мутность, цветность, железо, поэтому требуется доведение качества воды до требований СанПиН 2.1.4.1074-01 [8].
На основе классификатора технологий водоочистки с учетом антропогенных загрязнений определен код технологии Т3, а также соответствующая ему технологическая схема [4,8]:
БПБ^К(Ф)^СкФР^ОЗ^СрПУ^СкФР^ХЛ
Процесс очистки воды является многоступенчатым.
Для окисления избытка железа в технологической схеме предусмотрен промежуточный резервуар речной воды (РРВ) и контактная камера озонирования.
Вариант очистки предполагает прохождение воды от насосной станции I подъема через резервуар речной воды (РРВ) с биологической предочисткой с использованием прикрепленной микрофлоры (БПБ). Это необходимо для окисления железа и удаления нефтепродуктов. После микрофильтра вода попадает в смесительное устройство (на входе вводится коагулянт, на выходе из смесителя - дозируется флокулянтом). Затем вода поступает в контактную камеру озонирования. Окончательную очистку вода проходит в контактном осветлителе. Очищенная вода после обеззараживания направляется в резервуар чистой воды (РЧВ).
В технологическую схему современного оборудования и устройств очистки воды должны закладываться принципы экономичности и эффективности, компактности, модульности и системности устройств, использования новых эффективных материалов и технологий, комплексного конструирования систем
водоподготовки, автоматизации процессов водоподготовки, энергосбережения, создания локальных водоочистных устройств.
В ходе работы выполнен патентный поиск на тему: «Обезжелезивание природных вод. Применение новых технологий способов обезжелезивания воды».
Преобладающей формой существования железа в подземных водах является гидрокарбонат двухвалентного железа, который устойчив только при наличии больших количеств углекислоты и отсутствии растворенного кислорода. При уменьшении концентрации углекислоты, т.е. при повышении рН и появлении в воде растворенного
кислорода или других окислителей, происходит процесс гидролиза, и железо переходит в малорастворимый гидроксид двухвалентного железа:
Fe2+ + 2НСОз- + 2Н20 ^ Fe(OH)2 + 2Н2СОз
Выявление форм содержания железа в воде является очень важной задачей, разрешение которой позволяет предопределить метод его удаления.
Содержание железа в воде питьевого качества не должно превышать значений 0,3 мг/л. Главной целью является окисление ионов Fe, поскольку в окисленном состоянии они, как правило, нерастворимы, и отделение образующейся взвеси фильтрацией или отстаиванием.
Для очистки подземных вод от Fe в небольших концентрациях целесообразно применять безреагентные методы. При высоком содержании железа необходимо использовать более эффективные окислители, такие как озон или хлор.
Многообразие методов обезжелезивания воды исключает их равноценность в отношении надежности, технологичности, экономической целесообразности, простоты, области применения и т.п.
Одним из современных направлений нехимической очистки подземных вод является биологический способ, который основывается на использовании микроорганизмов. Самыми распространенными среди них являются железобактерии. Эти бактерии переводят закисное железо (Ре2+) в окисное (ржавчина Feз+). Сами по себе эти бактерии не представляют опасности для организма человека, однако продукты их жизнедеятельности токсичны.
Современные биотехнологии основаны на использовании свойств каталитической пленки, образующейся на песчано-гравийной загрузке или на другом подобном мелкопористом материале, например, колонне из активированного кокосового угля, различных синтетических материалов, а также на способности тех самых железобактерий обеспечивать течение сложных химических реакций без каких-либо затрат энергии и использования реагентов [1].
Этапом биологического обезжелезивания является сорбционная очистка для задержания продуктов жизнедеятельности железобактерий и окончательное обеззараживание воды бактерицидными лучами. Широкое распространение находят окислительные и ионообменные методы обезжелезивания.
Технологическая схема водоподготовки комплектуется контактной камерой озонирования. Введение озона способствует удалению избытка двухвалентного железа из воды до нерастворимого гидроксида трехвалентного железа.
2Fe2++Oз+5H2O^2Fe(OH)зi+O2+4H+
В качестве сооружения для предварительной очистки природной воды в проекте предусмотрены блоки биологической очистки, использующие при работе аккумулирующую способность гидробионтов.
Узел предварительной обработки природной воды в проекте представлен таким образом, что речная вода забирается из ковшового водозабора насосной станцией первого подъёма, и подается в резервуар речной воды, который оборудован блоками биологической очистки, состоящими из сетчатых пластин, на которых естественный биоценоз, поглощающий из воды органические и минеральные загрязнения. Из приемного лотка микрофильтра вода поступает в фильтрующий барабан, где механически задерживается фито- и зоопланктон, зеленые, сине-зеленые водоросли и частично взвешенные вещества, а так же хлопья биоценоза, уносимые водой с сетчатых пластин[2].
Процесс естественного биоценоза происходит на волокнистой загрузке (например, капрон, лавсан и др.). По мере зарастания загрузки проводится ее промывка.
Очистка воды озоном является одной из основных технологий, позволяющих получить воду высокого питьевого качества [6].
Роль озонаторной установки в технологической схеме водоподготовки сводится к удалению из природной воды органических соединений, а также окисление двухвалентного железа.
Для станции в п.г.т. Белоярский подобрана озонаторная установка марки П-60, рассчитанная по принципу контактной камеры озонирования барботажного типа. Принцип работы аппарата основан на подаче озоно - воздушной смеси, которая через распределитель поступает в диспергаторы. Из диспергаторов озоно-воздушная смесь, в виде мелких пузырьков поднимается навстречу потоку жидкости [2].
Озонирование воды позволяет осуществлять дальнейшее, более глубокое окисление оставшихся загрязнений. Для сорбирования окисленного соединения железа и других загрязнений контактный осветлитель дооборудован слоем гранулированного угля. Озон повышает эффективность сорбционной очистки и продлевает срок службы активного угля до реактивации, в данном случае озон вводится в контактный резервуар перед контактным осветлителем.
На заключительной стадии обеззараживания принята установка АКВАХЛОР-500М [6]. АКВАХЛОР, является более сильным дезинфицирующим агентом способным уничтожать вирусы и споры. Это обусловлено тем, что в растворе находится смесь оксидантов (хлор, хлорноватистая кислота, диоксид хлора, озон, гидропероксидные соединения) [10].
Выводы
Технологии и сооружения, предлагаемые в проекте для станции подготовки питьевой воды п.г.т. Белоярский, обеспечивают ее соответствие нормативам качества, установленным ФЗ «О питьевой воде и питьевом водоснабжении», как в обычных условиях, так и в условиях сезонных изменений качества воды в источнике питьевого водоснабжения.
Ссылки на источники:
1. Комбинированные установки биологической фильтрации. / Кадысева А.А., Денисов А.А. // Научные основы производства ветеринарных биологических препаратов. Материалы международной научно-практической конф (Щелково, декабрь 2009) с. 630-632.
2. Разработка оптимальных схем водоснабжения и водоотведения с учетом состояния водных ресурсов региона / Ушакова И.Г., Разумовская О.М., Горелкина Г.А., Регер А.Ф. // Проблемы и перспективы мелиорации и водного хозяйства Западной Сибири в современных социально-экономических условиях: Материалы международной научно-практической конф., посвященной 75-летию факультета ВХС ОмГАУ (Омск, 2-3 декабря 2004г.) - Омск: Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2004. -С.41-42.
3. .Ушакова И.Г., Горелкина Г.А., Корчевская Ю.В. Анализ и разработка инженерных систем водоснабжения и водоотведения / И.Г.Ушакова, Г.А. Горелкина, Ю.В. Корчевская // Информационный листок: №55-035-12 ГРНТИ 70.19.17, подписано в печать 25.09.2012. -Омский центр научно-технической информации. - Омск, 2012. -4с.
4. ГОСТ2761-84. Вода питьевая. Методы анализа. Контроль качества. М., 1984. - 7 с.
5. Классификаторы технологий очистки природных вод / под ред. М.Г. Журбы. - М., 2000. - 118 с.
6. Озонирование воды. Области применения озонаторов воды. Электронный адрес http://digidrol.com.ua/index/0-25
7. Процессы очистки и кондиционирования воды. Электронный адрес: http://www. delfin-aqua. com/ aquahlor/
8. СанПиН 2.1.4.1074 - 01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. - М.: Госкомсанэпиднадзор РФ, 2000. - 130с.
9. Свод правил СП 31.13330.2012 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84*. - Москва: 2012.
10. Электрохимические системы и технологии в водоподготовке. Электронный адрес: http://www.bakhir.ru/rus/publications/ARTICLE
11. Эффективная водоочистка питьевой воды. Анализ воды. Электронный адрес http://www. analizvod.ru/ statyi-1. html
Galina Gorelkina
Senior Instructor
Omsk State Agrarian University n. a. P.A. Stolypin, Omsk
Anastasia Madzhugina
Senior Instructor
Omsk State Agrarian University n. a. P.A. Stolypin, Omsk Irina Ushakova
Candidate of Geographical Sciences, Associate Professor Omsk State Agrarian University n. a. P.A. Stolypin, Omsk
Yulia Korchevskaya
Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor Omsk State Agrarian University n. a. P.A. Stolypin, Omsk
Conditions For Effective Treatment Of Natural Low Turbidity Waters Having High Water
Colour Index
Abstract: The results of evaluation of the quality of natural waters with the selection of appropriate water treatment technologies suitable for the operating conditions in the North regions are presented.
Keywords: turbidity, water colour index, biological purification of natural waters, deferrization.
