Одной из актуальных проблем последних десятилетий в области водоподготовки является необходимость дезодорации питьевой воды. Ухудшение вкусовых качеств природных вод обусловлено их минеральным и органическим составом. Нежелательные привкусы и запахи вызываются неорганическими соединениями и органическими веществами естественного и искусственного происхождения.
Присутствие в природной воде растворенных органических веществ биологического происхождения является результатом процессов разложения и последующей трансформации отмерших высших водных растений, планктонных и бентосных организмов, различных бактерий и грибов. При этом в воду выделяется большое количество низкомолекулярных спиртов, карбоновых кислот, оксикислот, кетонов, альдегидов, фенолсодержащих веществ обладающих сильным запахом.
Органические вещества способствуют развитию микроорганизмов, выделяющих во внешнюю среду сероводород, аммиак, органические сульфиды, дурно пахнущие меркаптаны. Интенсивное развитие и отмирание водорослей способствует появлению в воде полисахаридов; щавелевой, винной и лимонной кислот; веществ типа фитонцидов. В продуктах распада водорослей содержание фенола в 20—30 раз превышает ПДК (0,001 мг/л).
Несмотря на принятые законодательные меры все еще наблюдается сброс промышленных сточных вод в поверхностные водоемы, что приводит к их загрязнению минеральными и органическими соединениями. Среди них соли тяжелых металлов, нефть и нефтепродукты, синтетические алифатические спирты, полифенолы, кислоты, пестициды, СПАВ и др.
Особую опасность представляют пестициды, относящиеся к разным классам органических соединений и находящихся в воде в различных состояниях. Они оказывают отрицательное действие на органолептические свойства воды. Токсичность пестицидов, присутствующих в воде, возрастает в процессе обработай ее хлором или перманганатом калия.
Нефть и нефтепродукты плохо растворимы в воде и очень устойчивы к биохимическому окислению. Большие концентрации нефти придают воде сильный запах, повышают ее цветность и окисляемость, снижают содержание растворенного кислорода. При небольшом содержании нефти в воде ее органолептические показатели заметно ухудшаются.
Попадая в воду с бытовыми и промышленными стоками СПАВ резко ухудшают ее качество, появляются устойчивые запахи (мыльный, керосиновый, канифольный) и горьковатые привкусы. Как правило, СПАВ усиливают стабильность запахов других примесей, катализируют токсичность находящихся в воде канцерогенных веществ, пестицидов, анилина и др.
Присутствующие в природных водах Севера и средней полосы России гуминовые кислоты и фульвокислоты, лигнины и многие другие органические соединения естественного происхождения служат одним из источников образования фенолов, которые ухудшают их органолептические свойства. При хлорировании воды, содержащей фенолы, образуются диоксины — чрезвычайно ядовитые вещества (смертельные дозы: стрихнин 1,5-10~6; ботулин — 3,3-Ю-17, нервнопаралитический газ — 1,6• 10~5 моль/кг). Доза диоксинов — 3,1-10~9 — смертельна, а доза 6',5-10~15 моль/кг для людей в возрасте до 70 лет — риск заболевания раком. В сто раз меньшая доза влияет на иммунную систему («химический СПИД») и репродуктивные функции организма. Самым ядовитым веществом являются 2,3,7,8-тетрахлордибензодиоксин (ТХДД). Основным ядовитым веществом в выбросах целлюлозно-бумажных комбинатов являются полихлорированные дибензфураны (ПХРД) и сильнейшим канцерогеном — продукты сгорания мазута, бензина, угля и т. п. является бенз(а)пирен (синергизм проявляется в паре диоксин-бенз(а)пирен).
Получение пестицида 2,4-дихлорфенола хлорированием фенола сопровождается образованием 2,4,6-трихлорфенола, который самоконденсируется в диоксины, попадающие с питьевой водой к людям, так как современные водоочистные технологии не обладают барьерными функциями в отношении последних. Установлено, что полихлорированный дибензо-я-диоксин (ПХДД) и полихлорированный дибензфуран (ПХДФ) образуйся непосредственно при хлорировании воды, т. е. образование диксинов при предварительном хлорировании воды — неизбежно.
Присутствующее в воде железо является катализатором до- хлорирования фенолов, переводя малотоксичные диоксины высокотоксичные при хлорировании воды. Органические вещества, присутствующие в воде, практически беспрепятственно проходят через загрузку скорых фильтров, в том числе и их токсичная диоксинсодержащая часть.
Иногда органолептические свойства воды ухудшаются при передозировке реагентов или в результате неправильной эксплуатации водоочистных сооружений. Так, при обесцвечивании воды коагулированием без последующей стабилизации возрастает коррозионная активность воды и вследствие этого ухудшаются ее органолептические показатели. При хлорировании воды наблюдается ухудшение ее органолептических показателей как при нарушении режима процесса, так и в результате образования хлорорганических соединений, вызывающих неприятные привкусы и запахи.
Установлено, что традиционные приемы очистки воды обладают слабо выраженным барьерным действием в основном по отношению к тем химическим загрязнениям, которые находятся в. воде в виде взвесей и коллоидов или переходят в нерастворимую форму в процессе очистки и предварительной обработки хлором (например, эмульгированные фракции нефти, плохо растворимые пестициды, некоторые металлы). По отношению к таким загрязнениям барьерная роль очистных сооружений может быть повышена путем соответствующего подбора реагентов на высокой степени осветления воды.
Дезодорация воды в некоторых случаях достигается при коагулировании примесей и их флокулировании с последующим фильтрованием, однако часто для устранения нежелательных запахов и привкусов требуется применение специальных технологий. Их выбор диктуется характером примесей и состоянием, в котором они находятся (взвеси, коллоиды, истинные растворы, газы).
Универсальных методов дезодорации воды на сегодня — не существует, однако, использование некоторых из них в сочетании обеспечивает требуемую степень очистки. Если вещества, вызывающие неприятные привкусы и запахи, находятся во взвешенном и коллоидном состоянии, то хорошие результаты дает их коагулирование. Привкусы и запахи, обусловленные неорганическими веществами, находящимися в растворенном состоянии, извлекают дегазацией, обезжелезиванием, обессоливанием . и др. Запахи и привкусы, вызываемые органическими веществами, отличаются большой стойкостью. Обычно их извлекают Вещества, обладающие сильными восстановительными свойствами (гумусовые кислоты, соли железа (II), дубильные вещества, сероводород, нитриты, поли- и одноатомные фенолы 0 т. п.) хорошо извлекаются из воды путем оксидации. Более устойчивые соединения (карбоновые кислоты, алифатические спирты, углеводороды нефти и нефтепродукты и т. п.) в условиях обработки хлором и его производными, а иногда и озоном окисляются плохо. Иногда сильные окислители, воздействуя на эти вещества, значительно усиливают первоначальные привкусы и запахи (например, фосфороорганические пестициды). Вместе с тем действие окислителей на легкоокисляемые соединения приводит к их полной деструкции, либо к образованию веществ, не влияющих на органолептические показатели воды. Таким образом, действие окислителей эффективно лишь по отношению к ограниченному числу загрязнений.
Недостатком окислительного метода является также необходимость дозирования окислителя в исключительно точном соответствии с уровнем и видом загрязнения воды, что крайне затруднительно, принимая во внимание сложность и длительность многих химических анализов.
Более надежным и экономичным является применение фильтров с гранулированным активным углем, используемым в качестве фильтрующей загрузки. Фильтры, загруженные гранулированным активным углем независимо от колебания уровня загрязнения воды, являются постоянно действующим барьером по отношению к сорбируемым веществам. Однако, серьезным затруднением для применения этого метода очистки воды является сравнительно малая поглощающая способность угля, что вызывает необходимость частой его замены или регенерации.
Кроме того, установлено, что из воды хорошо сорбируется активным углем гидрофобные вещества, т. е. плохо растворимые в ней и слабо гидратирующиеся в растворах (слабые органические электролиты, фенолы и др.). Менее эффективно сорбируются активным углем более сильные органические электролиты и многие органические ациклические соединения (карбоновые кислоты, альдегиды, кетоны, спирты).
В условиях повышенного антропогенного загрязнения водоемов для дезодорации воды, удаления токсичных микрозагрязнений необходимо сочетать методы оксидации, сорбции и аэрации.
Дезодорация воды аэрацией
Для удаления из природных вод летучих органических соединений биологического происхождения, вызывающих запахи и привкусы, широко применяют их аэрирование.
На практике аэрирование проводят в специальных установках — аэраторах барботажного, разбрызгивающего и каскадного типов.
В аэраторах барботажного типа воздух, подаваемый воздуходувками, распределяется в воде дырчатыми трубами, подвешенными в резервуаре (рис. 15.1), распылительными устройствами, расположенными на его дне. Преимущество первого способа заключается в простоте демонтажа установки.
Распределение воздуха распылительными устройствами часто применяется в аэраторах со спиральным движением воды, которые применяются на крупных установках.
Глубина слоя воды в аэраторах такого типа колеблется от 2,7 до 4,5 м. Исследования показывают, что поскольку равновесие между концентрациями веществ, имеющих запах, в жидкой и газообразной фазах достигается мгновенно, высота слоя воды при барботировании не играет существенной роли и может быть уменьшена до 1—1,5 м. Максимальная ширина резервуара обычно в два раза больше, чем глубина. Площадь
Рис. 15.1. Аэратор барботажного типа (а) и инка-аэратор (б)
6 — магистральный воздухопровод; 2 — ввод воды в барботажную камеру 5; 3 — дырчатые пластины; 4 — воздухораспределитель; 7,1 — отвод аэрированной и подача исходной воды; 8 — водослив; 9 — стабилизацинная перегородка; 10 — слой пены; 11 — вентилятор; 12 — дырчатое дно; б — барботажная камера поверхности выбирают произвольно. Длительность продувация воздуха, как правило, не превышает 15 мин. Расход воздуха составляет 0,37—0,75 м3/мин на 1 м3 воды.
Барботажные установки открытого типа могут работать при температуре ниже 0°С. Степень аэрирования легко регулируется изменением количества подаваемого воздуха. Стоимость установок и их эксплуатации невысока.
В разбрызгивающих аэраторах вода распыляется соплами на мелкие капли, при этом увеличивается поверхность ее контакта с воздухом. Основным фактором, определяющим работу аэратора, является форма сопла и его размеры. Продолжительность соприкосновения воды с воздухом, определяемая начальной скоростью струи и ее траекторией, обычно составляет 2 с "(Для вертикальной струи, которая выбрасывается под напором 6 м).
В аэраторах каскадного типа обрабатываемая вода падает струями через несколько последовательно расположенных водосливов. Длительность контакта в этих аэраторах может быть изменена за счет увеличения количества ступеней. Потеря напора на аэраторах каскадного типа колеблется от 0,9 до 3 м.
В аэраторах смешанного типа вода одновременно разбрызгивается и стекает тонкой струей с одной ступени на другую. Для увеличения площади соприкосновения воды с воздухом применяют керамические шары или кокс.
Общим недостатком аэраторов, построенных на принципе контакта пленки воды с воздухом, является их неэкономичность из-за большой площади, невозможность использования зимнее время, потребность в мощной вентиляции при установке их в помещениях, и, наконец, склонность к обрастанию.
Аэрирование воды в пенном слое осуществляется в инка аэраторе (рис. 15.1,6) представляющем собой бетонный резервуар, на дне которого находится перфорированная пластина из нержавеющей стали. Вода равномерно распределяется по пластине распределительной трубой. Для стабилизации слоя пены применяется специальная перегородка. Аэрируют воду воздухом, подаваемым вентилятором. Вода, пройдя инкааэратор, выпускается через водослив.
Образование огромной пограничной поверхности между жидкой и газообразной фазами обеспечивает высокую интенсивность процесса дезодорации. Нормальное соотношение воздуха и воды в инкааэраторах колеблется в пределах 30 : 1 — 300 : 1. Несмотря на большой расход воздуха, интенсивное аэрирование экономически оправдано (благодаря незначительной потере напора воздух подается вентилятором).
Однако, аэрированием невозможно устранить стойкие запахи и привкусы, обусловленные наличием примесей, имеющих незначительную летучесть.
Список используемой работы
Черкинский С.Н. Санитарные условия спуска сточных вод в .водоёмы, М.: Стройиздат, Абрамов Н.Н. Водоподготовка, М.:Стройиздат 1974
Фрог Б.Н. Левченко А.П. Водоподготовка, М.:Стройиздат 1996