ПРАКТИКА ЗАЩИТЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ОТ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ В СИСТЕМАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ
М.Г. Тарнопольская, к.т.н , директор ООО «МИУ-Сорб», Hagger I, director Ssoosh Ltd, England
Круговорот воды в природе - логотип неразрывной связи двух технических систем, обеспечивающих жизнедеятельность человека- водоснабжение и водоотведение. Распределение инвестиций между этими двумя отраслями хозяйства взаимосвязано и зависит от качества неочищенной воды каждой из систем и нормативов качества для очищенной воды.
В системах водоснабжения для очистки воды от естественных примесей из поверхностных водоемов применяют фильтрование с предварительной коагуляцией и последующим обеззараживанием. При использовании подземных водоносных слоев фильтрование обычно предваряется окислительной обработкой. Включение в состав сооружений очистки воды фильтров с различными загрузочными материалами является повсеместным.
Антропогенное и техногенное воздействие на поверхностные и подземные водоемы, изменяя качественный состав и концентрацию примесей воды, увеличивает стоимость ее очистки перед водопотреблением. Большая часть вредных веществ попадает в воду с производственными и поверхностными стоками, поступающими с городских и производственных территорий. Для уменьшения влияния жизнедеятельности человека на источники водоснабжения в разных странах используют различные методы.
В Европейских странах допускается присутствие в воде поверхностных водоемов относительно больших концентраций техногенных примесей (1): до 5 мг/л нефтепродуктов, до 20 мг/л железа, до 4 мг/л меди, до 7 мг/л цинка и т.д. Очистка такой воды перед подачей в муниципальные системы водоснабжения требует больших капиталовложений.
Поэтому реки, в основном, используются в качестве гидроэнергетических и транспортных объектов, а также в спортивных целях – для рафтинга, спортивного рыболовства (выловленная рыба возвращается в реку) и пр. Для водоснабжения изыскиваются другие источники воды. Например, в Англии поверхностными водоисточниками служат многочисленные естественные озера и искусственно образованные резервуары с зонами рекреации по берегам (2). Объем воды в последних пополняется за счет атмосферных осадков и частично - перекачиванием по акведукам избытка речной воды при переполнении рек атмосферными осадками в зимний период.
Вокруг резервуара Карсингтон
Общая площадь поверхности озер и резервуаров, используемых в системах водоснабжения, составляет около 2000 квадратных километров.
В частности, системы водоснабжения одной из самых крупных частных компаний Англии «Severn Trent Water» включают 9 резервуаров емкостью по 30-50 тысяч кубометров воды.
В хозяйственном водоснабжении европейских стран, где не требуется соблюдение гигиенических норм питьевой воды, широко используется так называемая «серая вода», полученная доочисткой на фильтрах хозяйственно-бытовых сточных вод.
В соответствии с российским законодательством качество воды в очищенных ливневых и сточных водах, сбрасываемых в водоемы, должно соответствовать санитарно-гигиеническим нормативам водоемов рыбохозяйственного назначения.
В результате большая часть инвестиций в очистку воды из системы водоснабжения переносится в системы водоотведения, так как извлекаемые до нормативных концентраций примеси сточных и ливневых вод характеризуются большим разнообразием и более высокой концентрацией, чем примеси воды в поверхностных водоемах. В этих условиях особенно целесообразно использовать фильтры с активной загрузкой, обеспечивающей не только механическое задерживание нерастворенных частиц в порах между частицами загрузки, но и эффективную сорбцию растворенных в воде веществ во внутренних порах частиц фильтрующего материала вследствие действия различных физико-химических сил В частности, применение в системах водоснабжения и водоотведения фильтров, загруженных сорбентом МИУ-С, решает указанную проблему. При этом в зависимости от исходного качества очищаемой воды и принятых инженерных решений качество воды после фильтров или полностью соответствует требуемым параметрам очистки, или значительно облегчает доочистку воды до требуемых параметров.
Активность МИУ-С по отношению к растворенным примесям обусловлена его пористой структурой и наличием активных радикалов на поверхности. Большая часть внутренних пор имеет диаметр 3,5-4 нм, что создает условия для более эффективной сорбции крупных органических нейтральных молекул типа нефтепродуктов под действием сил физической сорбции. Активные радикалы, связанные с поверхностью сорбента общими углеродными атомами, вступают во взаимодействие с полярными группами растворенных в воде органических веществ типа красителей, фенолов и пр., а также обмениваются ионами водорода или гидроксилов карбоксильных и фенольных групп с неорганическими катионами и анионами. Присутствие на поверхности МИУ-С катионов водорода и анионов гидроксильных групп, способных к ионному обмену, создает условия для сохранения нейтральности контактирующей с сорбентом щелочной или кислотной среды, что позволяет не применять дополнительную нейтрализацию.
Способность этого сорбента частично или полностью обеззараживать воду улучшает гигиенические показатели очищенной воды и предотвращает бактериальное обрастание фильтра и водораспределительных систем очищенной воды. С учетом устойчивой несложной эксплуатации таких фильтров в течение длительного периода времени общая стоимость сооружений очистки воды значительно снижается по отношению к набору других сооружений для достижения того же качества воды.
Фильтры очистки поверхностного стока Индустриального парка (г. Ногинск)
Эффективность очистки воды фильтрами, загруженными МИУ-С, зависит от технологических параметров фильтрования - высоты слоя сорбента, скорости фильтрования, а также от концентрации и индивидуальных особенностей каждого присутствующего в воде вещества - размера извлекаемой частицы, заряда и пр.
Эффективность очистки воды фильтрами, загруженными МИУ-С, зависит от технологических параметров фильтрования - высоты слоя сорбента, скорости фильтрования, а также от концентрации и индивидуальных особенностей каждого присутствующего в воде вещества - размера извлекаемой частицы, заряда и пр.
Соревновательный характер сорбционных процессов, обусловливающий больший эффект очистки от веществ с большей энергией сорбции, приводит к тому, что в очищенной от смеси загрязняющих ингредиентов воде наблюдается изменение их компонентного состава по отношению к начальному. Например, в присутствии катионов двухвалентного железа снижается эффект извлечения из этой воды катионов аммония и марганца.
Большая емкость МИУ-С по железу позволяет длительное время использовать фильтр без промывки и регенерации при отсутствии превышения ПДК по железу. Недопустимая концентрация марганца и аммония, присутствующих в очищаемой воде вместе с железом, может появиться в фильтрате значительно раньше, чем будет исчерпана емкость фильтра по железу. В этом случае могут потребоваться различные технологические решения: предочистка окислением катиона железа до гидроокиси трехвалентного железа, задерживаемой в фильтре в виде взвеси, или доочистка воды от катионов марганца и аммония в фильтре с другим материалом, или проведение регенерации МИУ-С солевым раствором прежде, чем требует очистка воды от железа (3).
Фильтры для очистки артезианской воды
Выбор проводится на основе технико-экономического расчета.
Изменение количественного соотношения отдельных компонентов примесей воды после фильтрования через МИУ-С может привести к улучшению качества воды, делающего ее безвредной для дальнейшего использования при более высоких концентрациях, чем требуемые санитарными органами. Например, санитарно-гигиенический норматив на содержание в воде нефтепродуктов по органолептическому признаку, равный 0,05 мг/л. был установлен на основе исследования воды, содержащей нефть и промышленные нефтепродукты (4), отличающихся компонентным составом углеводородов от компонентного состава углеводородов очищенной сточной воды.
При очистке воды сорбентом МИУ-С от смеси углеводородов, содержание которых описывается обобщенным показателем «нефтепродукты», происходит более эффективное извлечение малополярных углеводородов по отношению к неполярным (5). В результате изменения углеводородного состава нефтепродуктов порог чувствительности запаха в очищенной воде может увеличиться до концентрации нефтепродуктов в воде, равной 0,2 мг\л (6).
Сорбент МИУ-С выпускается в трех модификациях, отличающихся фракционным составом: МИУ-С1 2-5 мм, МИУ-С2 0.7-3 мм и МИУ-СЗ 0,7-2 мм. Он использован для загрузки фильтров различных конструкций на многих очистных сооружениях. МИУ-С1 широко применяется в безнапорных фильтрах с небольшим гидростатическим напором. Сочетание слоев МИУ-С1 с МИУ-С2 или с МИУ-СЗ, особенно при восходящем фильтровании, обеспечивает наименьшее сопротивление загрузки фильтра, максимальную емкость по взвешенным веществам и предохраняет отверстия распределительной системы от заиливания.
Безнапорный фильтр из стеклопластика фирмы Эколайн (г. Тольятти)
В напорных фильтрах обычно применяется МИУ-С2 для очистки поверхностной воды и сточных вод, а МИУ-СЗ используют при малой концентрации взвешенных частиц. Высота слоя МИУ-С варьируется от 0,5 м до 4-6 м.