Очистка подземных и поверхностных вод по озоно-сорбционной технологии для хозяйственного назначения

Введение
Мировоесообщество, подводя итоги ХХ столетия, приходит к выводу, что угроза существованиютаится не столько в атомной опасности, сколько в катастрофической экологическойситуации. Одно из наиболее серьезных опасений вызывает недостаток питьевойводы, ее качественные изменения, несоответствие санитарно-гигиеническимтребованиям, серьезные последствия потребления недоброкачественной питьевойводы для здоровья населения.
По оценкамэкспертов дефицит пресной воды быстро растет. Только за текущее десятилетие(1991-2000) потребность в воде на Земле увеличивается более чем на четверть. Потем же оценкам для индивидуального пользования необходимо не менее 5 тыс. м3воды в год, тогда как в Центральной Азии и Казахстане в целом доступно не более 700 м3. Уже сейчас дефицит воды в Казахстане — один из главныхлимитирующих факторов развития экономики. С учетом тенденций развития хозяйстваи совершенствования технологий промышленного производства суммарная потребностьсвежей воды на ближайшую перспективу оценивается в 55-60 млрд. м3 вгод, что в 1,5 ¸ 1,8 раза больше современного водопотребления. Эксплуатирующиесяводоочистные сооружения построены, как правило, по устаревшим технологическимсхемам, предназначенным для кондиционирования природных вод с небольшимтехногенным и антропогенным загрязнениям, в настоящее время они не в состоянииобеспечить снабжение потребителей доброкачественной водой, так как их барьерныефункции в отношении ионов тяжелых металлов, хлорорганических соединений,фенолов, нефтепродуктов и других распространенных загрязнений чрезвычайно малы.
Поэкономическим причинам происходит задержка внедрения новых технологическихпроцессов, в частности, озонирования, сорбции, флокуляции и ряда других.
Данные о качествепитьевой воды основаны на действующем ГОСТе 2874-82 и ограничены 28 ведущимипоказателями. Однако нормативно-методическая база действующего ГОСТа несоответствует современным требованиям, предъявляемым к контролю качествапитьевой воды. В то же время “Руководство по качеству питьевой воды”, изданноеВсемирной организацией здравоохранения в 1993 году, предполагает контрольболее, чем по 100 показателям. Задержка в принятии новых нормативных документовобъективно обусловлена неудовлетворительным состоянием систем водоподготовки иметодическими трудностями в осуществлении контроля за качеством воды.
В рамкахэкологических программ фундаментальных исследований удалось организовать работылишь по отдельным аспектам, что не решает ключевых задач.

1. Основная часть
 
1.1 Анализсуществующей системы водоснабжения
 
Проблема обеспеченияпитьевой водой населения в Мангистауской области стоит особо остро, так какрегион расположен в полупустынной зоне, водные ресурсы ограничены. Освоениеприродных богатств области, создание достаточных условий для интенсивногоразвития экономики требуют большого количества качественной воды. Ухудшениесанитарно-эпидемиологической обстановки, неудовлетворительное техническоесостояние систем водоснабжения, а также постепенное загрязнение и минерализацияисточников воды усугубляет проблему.
Основными потребителямипитьевой воды в области являются г. Актау и г. Жанаозен с прилегающими к нимнаселенными пунктами их доля в общем объеме водопотребления составляет 75,2% и18,6% соответственно. На долю остальных населенных пунктов области остается6,2% объема питьевой воды, как для питьевых и бытовых нужд, так и длясельскохозяйственных и промышленных потребностей.
Общий объемводопотребления населением области составляет в среднем 2,4 млн. м3/мес.(около 30 млн. м3/год).
Таблица 1. Общееводопотребление по районам и административным единицам области
Наименование административных единиц
Численность населения, тыс.чел.
Объем водопотребления, млн.м3
Удельное водопотребление на 1 жителя, л/сут 2002 г. 6 мес. 2002 г. 2002 г. г. Актау 166,8
а) питьевая вода
б) техническая вода
в) горячая вода
2,75
4,61
3,36
85,2
151,0
110,0 г. Жана Озен 69,7 2,76 185,93 Бейнеуский район 27,4 0,227 47,3 Тупкараганский р-он 14,2 0,252 37,96 Мангистауский район 29,3 0,322 44,58 Каракиянский район 23,5 0,237 47,2 ВСЕГО по области 330,9 14,51 94,53 /> /> /> /> /> />
Потребление воды напромышленные нужды из общего объема водопотребления составляет 95,4%, нахозяйственно-бытовые нужды населения и сельскохозяйственное водоснабжение иорошение земель — 2,0% и 2,6% соответственно.
Фактическое удельноеводопотребление на одного жителя для сельских населенных пунктов составляет от47,3 л/сут в Бейнеуском районе до 44,58 л/сут в Мангистауском районе, в Тупкараганскомрайоне эта цифра достигает 37,96 л/сут., в Каракиянском районе 42,2 л/сут., а внекоторых населенных пунктах оно не превышает 20 л/сут., что значительно ниженормы. Только в городах Актау и Жанаозен водопотребление достигает большегообъема и составляет 94,53 л/сут. Среднее же водопотребление по области, сучетом гг. Актау и Жанаозен, составляет 44 л/сут.
Питьевое водоснабжениеобеспечивается тремя источниками и участие источников в общем объемеводопотребления имеет соотношение:
— морская вода — 52,4%;
— волжская вода 12,5%;
— подземные воды- 35,1%;
Имеющиеся запасы пресныхподземных вод ограничены, а существующие системы водоснабжения в основномтребуют замены и реконструкции.
В относительноблагоприятных условиях находятся города Актау и Жана Озен, где сосредоточенопреобладающее большинство жителей области и промышленные объекты. В другихнаселенных пунктах, особенно в сельской местности, проблема обеспеченияпитьевой водой населения является более острой.
Водообеспеченность сельскогонаселения питьевой водой в среднем составляет 36% от нормативного. Из-задороговизны и нехватки питьевая вода используется только дляхозяйственно-питьевых нужд.
Большинство сельскихнаселенных пунктов области почти полностью лишено централизованной системыводоснабжения, либо водопроводы находятся в неисправном состоянии, поэтому населениевынуждено потреблять воду, привозимую автоводовозами или железнодорожнымицистернами.
Но даже при наличииводопроводных сетей и источников водоснабжения, качество воды в них не всегдаотвечает требованиям ГОСТа и СанПиНу 3.01.067-97 «Вода питьевая». Вомногих населенных пунктах централизованные системы водоснабжения нефункционируют из-за неплатежеспособности населения, в связи с чем, практическивсе водопроводные сети, находятся в неудовлетворительном состоянии. Большинствоводопроводов были введены в эксплуатацию 20-25 и более лет назад и не отвечаютсанитарным требованиям в связи с длительным сроком эксплуатации и устаревшейтехнологией водоочистки и не обеспечивают подачу воды нормативного качества.
Высокая аварийностьводопроводной сети способствует вторичному загрязнению, длительным перебоям вподаче воды, большим утечкам в сети и непроизводственным потерям воды, чтоведет к перерасходу электроэнергии и, в конечном счете, к увеличениюсебестоимости 1м3 воды. В настоящее время почти все водопроводные иканализационные сети области изношены на 80-100%.
В связи с ограниченнымраспространением прогнозных ресурсов и малым количеством разведанных запасов,пригодных для хозпитьевого водоснабжения, Мангистауская область относится кплохо и частично обеспеченным территориям и занимает одно из последних мест вКазахстане по объемам водопотребления. Но даже при большом дефиците пресныхподземных вод, не все разведанные месторождения используются в полном объеме,или вообще не эксплуатируются.
В связи с отсутствием натерритории области открытых водоемов, пригодных для водоснабжения, обводнения иорошения, удаленностью региона от крупных рек и ограниченностью запасов пресныхподземных вод, в настоящее время, наиболее актуальной является задача повыявлению и всесторонней оценке региональных ресурсов слабоминерализованных вод(1,0-1,5 г/л) и определению возможности их использования, разработке наиболееэффективных и экономичных систем водоочистки. Необходима также разведка новыхместорождений на перспективных участках и эксплуатация в полном объеме ужеразведанных, а также реконструкция и капитальный ремонт существующих истроительство новых водопроводов и систем водоснабжения, совершенствованиеорганизации подвоза питьевой воды до потребителей.
В свое время былиразработаны мероприятия, предусматривающие меры по улучшению водообеспечения всвязи с возрастающими потребностями экономики и социальной сферы области.Однако, в ходе их осуществления в конце 90-х годов, произошел спад в экономике,ухудшение ситуации в социальной сфере, что привело к уменьшению объемовводопотребления.
Из мероприятий, которыебыли приняты ранее, реализованы только отдельные пункты:
— в 1996-1997 годы на РГП«МАЭК» частично выполнены мероприятия по повышению надежности системыводоснабжения питьевой водой за счет опреснения морской воды с добавлениемслабоминерализованных подземных вод Куюлуского месторождения;
— в 1997 году в г.Жанаозен введены в эксплуатацию очистные установки «Дегремон»(Франция), осуществляющие очистку волжской воды, производительностью 35,5 тыс.м3/сут.;
— в том же году в пос.Жетыбай завершено строительство и введены в эксплуатацию аналогичные очистныесооружения (Россия), проектной производительностью 3тыс. м3/сут;
— в 1999 году в г.Форт-Шевченко введены в эксплуатацию опреснительные установки (Израиль),производительностью 1тыс. м3/сут;
— в целях увеличенияобъема поставки волжской воды был проведен ряд работ на водоводе«Астрахань-Мангышлак».
Со стабилизацией и ростомразвития экономики региона в последние годы увеличивается потребность в воде,реабилитация промышленных предприятий и возобновление работы простаивающихпроизводств требуют пересмотра и принятия действенных мер в вопросах водообеспеченияобласти.
В 2002 году общаяпотребность Мангистауской области в питьевой воде составила 27824 тыс. м3, втом числе 20295 тыс. м3 потребность населения области и 7529 тыс. м3 потребностьпромышленного сектора.
 
1.1.1 Существующиеисточники водоснабжения Мангистауской области
Питьевое водоснабжениеМангистауской области в настоящее время обеспечивается:
— опреснительнымиустановками РГП «МАЭК», производящими питьевую воду путем опресненияморской воды из Каспийского моря;
— водоводом«Астрахань-Мангышлак», доставляющим в регион волжскую воду;
— за счет эксплуатацииподземных источников.
1) Морская вода
Основным производителемпитьевой воды в городе Актау является РГП «МАЭК». В г. Форт-Шевченкотакже функционирует опреснительная установка производительностью 1,0 тыс.м3/сут производства Израиль.
Питьевой водой,приготовленной на ЗПД РГП «МАЭК», обеспечиваются жители г. Актау ипригородные населенные пункты. Технология приготовления искусственной питьевойводы заключается в смешении в определенных соотношениях дистиллированной воды,полученной методом термической дистилляции из морской воды, с минерализованнойводой из подземного месторождения «Куюлус», на станции приготовленияпитьевой воды производительностью 75 тыс.м3/сут. Перед подачей воды потребителямразличными методами выполняется ее обеззараживание.
Водоснабжениецентрализованное, питьевая вода подается всем потребителям непрерывно 24 часа всутки через сеть разветвленных магистральных трубопроводов. Ежесуточно станцияприготовления производит до 20 тыс.м3 питьевой воды, полностью обеспечиваяпотребности населения.
2) Волжская вода
Природная вода изповерхностных источников протока Кигач в дельте реки Волга подается в регион поводоводу «Астрахань Мангышлак».
Объем волжской воды,поставляемый по водоводу составляет 12,5% от общего количества потребляемойнаселением области питьевой воды. Водовод «Астрахань-Мангышлак»проходит по территории Бейнеуского, Мангистауского и Каракиянского районов,имея общую протяженность 1100 км. Волжской водой обеспечивается в среднем 52,3%населения вышеуказанных районов, составляя по районам: Бейнеуский 87% (селаБейнеу, Боранкул, Жангельдино, Сынгырлау, Есет, Толеп), Каракиянский 53% (селаЖетыбай, Мунайши, ж/д ст. Жетыбай) и Мангистауский 17% (села Отес, Акшимрау,Кызан), а также 100% населения г. Жанаозен. Очистка волжской воды в г. ЖанаОзендо соответствующего качества, отвечающего требованиям ГОСТа и СанПиНа«Вода питьевая», производится на установке «Дегремон»(Франция).
Поставляемый по водоводуобъем воды на технологические и хозяйственно-питьевые нужды области составляет80-100 тыс. м3/сутки.
3) Подземные воды
Количество воды,получаемое населением из подземных артезианских источников и источниковгрунтовых вод и используемое на хозяйственно-бытовые нужды, животноводство иполивное земледелие, составляет 35,1% от общего объема потребляемой пресной ислабоминерализованной воды.
В настоящее время натерритории Мангистауской области разведано 19 месторождений подземных водхозяйственно-питьевого, технического, бальнеологического назначения ииспользуемые для орошения земель. Эксплуатационные запасы месторожденийутверждены в Государственных территориальных комиссиях по запасам полезныхископаемых.
Почти на всех разведанныхместорождениях подземных вод истек расчетный срок эксплуатации и требуетсяпровести переоценку их эксплуатационных запасов на новый расчетный срок.
Кроме того, на 24участках выполнены поисково-разведочные работы, подсчитаны эксплуатационныезапасы и прогнозные ресурсы по категории.
Данные о количествеэксплуатационных разведанных и прогнозных запасов подземных вод Мангистаускойобласти приведены в таблице.
 
1.1.2 Состояниесистемы водоснабжения населенных пунктов региона
Существующая схемаводообеспечения населения области в разрезе городов и районов выглядитследующим образом: г. Актау обеспечивается питьевой водой искусственногоприготовления по водоводам РГП «МАЭК»;
С учетом населенияг.Актау и пригородной зоны в 166 тыс.человек в области охваченоцентрализованным водоснабжением 245 590 человек или 78%, снабжается привозимойавтоводовозами водой 84 510 человек.
При этом населениег.Актау и прилегающих к нему населенных пунктов полностью обеспечено центральнымводоснабжением;
Имеются 11 подземныхскважин для забора воды, 15 насосных станций.
г.Актау обеспеченводопроводными сетями питьевой воды РГП «МАЭК» протяженностью 181,05 км;
Многие действующие вобласти водопроводы не отвечают санитарным требованиям в силу длительного срокаэксплуатации, устаревшей технологии водоочистки и не обеспечивают подачу водынормативного качества.
Часть населенных пунктовотключены от водоснабжения эксплуатирующими организациями из-за хроническихнеплатежей. В настоящее время не эксплуатируются водопроводы Акжигит Каргайлы Сам,Беке — Баскудук, Кызылкум — Кызан Акшимрау, Торорпа Таучик и прочие.
Наличие громоздскойсистемы групповых водопроводов и крайне неудовлетворительное их техническоесостояние, высокие эксплуатационные затраты при наличии на отдельныхтерриториях разведанных месторождений подземных вод свидетельствуют омалоэффективности управления этим водохозяйственным комплексом и требуютвыполнения мероприятий по его реорганизации.
 
1.1.3 Качествопотребляемой питьевой воды
В области, особенно всельских районах, проблема качественного водообеспечения населения стоитособенно остро в связи с загрязнением водоисточников, ухудшением санитарноэпидемиологической обстановкой, отсутствием в ряде случаев системводоснабжения.
Качество подаваемойнаселению водопроводной воды по микробиологическим показателям в целом пообласти по удельному весу загрязненных проб составляет 2,5%, по химическимпоказателям 27,3%.
В г.Актау по химическимпоказателям, согласно ГОСТу и СанПиНу не соответствует от 31,5% до 61,7%подаваемой населению водопроводной воды. В 90% случаях это связано с повышеннымсодержанием в воде солей железа (ржавчина, мутность).

Таблица 2. Показателикачества водопроводной воды по области на 2002год.
Населенные пункты
 
Санитарно-химические показатели
 
Микробиологические показатели
 
Кол-во проб
из них неуд.
% неудовл.
Кол-во проб
из них неуд.
%
неудов г. Актау 470 250 61,7 640 38 5,8 г. Жана — Озен 244 77 31,5 402 11 2,7 Бейнеуский район 228 11 4,8 282 7 2,48 Мангистауский район 245 2 0,81 294 2 0,68 Всего по области 1522 416 27,3 2359 58 2,5
Примечание: вТупкараганском и Каракиянском районах в связи с изношенностью водопроводнаясеть не эксплуатируется.
Лабораторные анализы пробводы, проводимые облСЭС, показывают повышенное содержание примесей, ухудшающихорганолептические свойства изменение мутности, цветности в 1,5-2 раза в с.Таучик,с. Жынгылды, г. Форт-Шевченко.
По г.Форт-Шевченкорезультаты анализа показывают, что показатели по содержанию натрий + калийпревышают предельно допустимую норму (ПДК) почти в 2 раза (фактическоесодержание 414,0 мг/л, ПДК 200 мг/л), марганца — в 2 раза (фактическоесодержание — 0,24мг/л, ПДК 0,1 мг/л), хлорида — в 1,6 раза (фактическоесодержание 561,2мг/л, ПДК 350мг/л).
Из общего числапроанализированных проб воды, отобранных в населенных пунктах, из скважин иместорождений больше половины (75%) не соответствуют требованиям ГОСТа иСанПиН.
Динамика некоторыхпоказателей здоровья населения области за последнее время показывает некотороеухудшение в целом по области и отдельным регионам и свидетельствует онеудовлетворительной ситуации в качественном водообеспечении региона.
Дефицит питьевой водысоответствующего качества, неудовлетворительное санитарно-техническое состояниеводопроводов способствует высокой заболеваемости населения вирусными гепатитом«А», острыми кишечными инфекциями.
Нестабильный химическийсостав питьевой воды, употребляемой населением области, является одной изпричин высокого уровня соматической заболеваемости, в первую очередь мочевыводящейсистемы (невриты, неврозы, инфекции почек и мочеточников).
Крайненеудовлетворительное санитарно-техническое состояние сооружений по очисткесточных вод не позволяет повторное использование доочищенных вод для поливадачно-огороднических участков, что сегодня еще практикуется.
На снижение качества идоступности воды, потребляемой населением региона на питьевые нужды, оказываютвлияние факторы:
общее техногенноезагрязнение водных источников сбросами промышленных, хозяйственно бытовыхстоков;
значительный износводопроводных и канализационных сетей и сооружений, не обеспечивающихсоответствующую водоподготовку и очистку сточных вод;
вторичное загрязнениепитьевой воды продуктами бактериальной деятельности, связанной разрушениемантикоррозийного покрытия поверхности труб;
несовершенство механизмаценовой политики, тарифов по оплате за питьевую воду, недостатки в управлении иэксплуатации коммунально бытового сектора;
низкая платежеспособностьопределенной категории населения;
недостаток инвестиций встроительство и реконструкцию и восстановительные работы систем водоснабжения;
недостаточноеиспользование разведанных месторождений подземных вод;
отсутствие в некоторыхнаселенных пунктах региона источников питьевого водоснабжения.
1.2 Проблемы загрязнения воды
 
Проблемы экологии внастоящее время приобрели исключительную остроту. Научно-технический прогресспривел к высоким темпам развития промышленности и сельского хозяйства, что, всвою очередь, отразилось на уровне загрязнения окружающей среды. На глазахвсего одного поколения произошло резкое ухудшение экологической обстановкипрактически на всех континентах нашей планеты, снизилось качество природнойводы. Естественные процессы самоочищения, происходящие в природе, давноперестали быть доминирующими. Прогрессирующие темпы загрязнения окружающейсреды уже привели к катастрофическим последствиям в ряде регионов мира, в томчисле и в нашей стране.
В последнее время в сферупроизводства вовлекаются огромные массы материалов и природных ресурсов,сопоставимые с масштабами процессов в природе. Так, за один день населениеЗемли для всех видов хозяйственной деятельности использует столько воды,сколько оно добывает за год всех полезных ископаемых — 7,5 млрд. тонн. Впроцессе использования воды и в результате обмена ее с атмосферой в неепопадают различные вещества. Воды, побывавшие в употреблении и загрязненныеразличными веществами, называют сточными. Сточные воды, попадая в водныебассейны, загрязняют их. Именно в этом заключается основная причина истощенияводных ресурсов.
Все загрязняющиевещества, попадающие в водную среду, по их поведению, характеру превращения иэкологическому воздействию можно разделить условно на следующие группы:
1) неорганические вещества, в первую очередь соединениятяжелых металлов и переходных металлов, радиоактивные вещества.
2) нефть и нефтепродукты;
3) обширный комплекс органических веществ, среди которыхследует особо отметить получаемые искусственным путем пестициды и детергенты;
В результате протеканияестественных геохимических процессов и производственной деятельности человека ватмосферу и в водные бассейны попадают в различных формах металлы и среди нихтяжелые металлы. Преобладающее количество свинца и ртути попадают в водныебассейны из атмосферы. Эти металлы относятся к группе глобальных загрязнителей.Из сопоставления скоростей поступления металлов в океан и скоростей выпаденияих в осадки видно, что в водах океанов в настоящее время идет накопление нетолько свинца и ртути, но также цинка, меди, кадмия и кобальта. Значительноповысилось содержание сурьмы, хрома, марганца и железа.
Для нормального развитияорганизма очень важно наличие в окружающей среде необходимого набора элементови присутствие их в определенных количественных соотношениях. Когда этиоптимальные соотношения нарушены, металлы начинают действовать как токсиканты,угнетая или подавляя те функции в организме, которые они стимулируют, будучи вмалых количествах.
Наглядным примеромявляется медь. Отсутствие меди (II) впище приводит к развитию анемии, или дефициту железа, поскольку медь используетсяв организме наряду с железом в некоторых метаболических процессах. Минимальнаяпотребность человеческого организма в меди составляет около 2 мг в день. Нопотребление меди в больших количествах (50 мг) может вызвать рвоту и другиеболезненные явления.
Действие определеннойконцентрации какого-либо металла в сочетании с незначительным количествомдругого может быть в несколько раз сильнее (синергизм). Например, никельсравнительно мало токсичен, но если он попадает в воду, где присутствуют следымеди, его токсичность увеличивается в 10 раз.
Большое значение имеют иформы нахождения металлов в природной воде. Например, медь в ионной формевредна для фотосинтеза и роста одноклеточных даже при обычной концентрации, нов органических комплексах или коллоидах — безвредна.
Многие загрязнителиспособны накапливаться в организмах (биологическое накопление). Как CH3Hg+, так и (CH3)2Hg способны накапливаться в растениях и организмах рыб. В рыбеконцентрация ртути, да и других металлов, может быть в 1000 раз выше, чем вводе. В организме людей, питающихся отравленной ртутью рыбой, черезопределенный период времени накапливается слишком высокий уровень содержания ртути.
Нефтедобыча,транспортировка, нефтепереработка, потребление нефтяного топлива являютсяодними из главных источников загрязнения природных вод.
Присутствие нефтянойпленки и нефтепродуктов на поверхности водоемов оказывает отрицательноевоздействие на водную растительность и население водного бассейна, вызывает массовуюгибель моллюсков, рыб, морских животных и птиц. Нефтедобывающие инефтехимические производства загрязняют используемую воду большим количествомразличных веществ. Сточные воды этих предприятий содержат фенолы, альдегиды,метанол, диметилформамид, карбоновые кислоты, бензол, пиридиновые соединения,различные масла, взвешенные частицы, соли тяжелых металлов.
Такой химический составсточных вод определяет свойства и характер возможного воздействия на водоемы. Впервую очередь, оно может проявляться в поглощении кислорода на окислениеорганических веществ; в изменении органолептических свойств воды; в образованиидонных полимерных отложений; в токсическом воздействии на флору и фаунуводоемов. Углеводороды нефти, в отличие от многих других веществ, способныпроникать в жировую ткань водных организмов и накапливаться в ней без контактас нефтеокисляющими бактериями, а затем попадать в продукты питания человека.
Среди продуктовхимического производства, входящих в состав сточных вод, особое место занимают детергенты-синтетические моющие средства (СПАВ). Они оказывают отрицательное воздействиена внешний вид водоемов и здоровье гидробионтов. Все детергенты обладаютспособностью образовывать стойкую пену. Физические свойства СПАВ позволяют имлегко переходить в почвенные слои, увлекая за собой различные загрязнители,содержащиеся в сточных водах. Вследствие этого обнаружение СПАВ в подземныхводах является индикатором загрязнения последних.
Попадая в природные воды,СПАВ сорбируются взвешенными частицами и оседают на дно водоемов, где создаютвторичные очаги загрязнения. Кроме того, присутствие поверхностно-активныхвеществ вызывает нарушение работы всего комплекса очистных сооружений(образование пены, снижение эффективности отстаивания, торможение биохимическихпроцессов).
Серьезную проблемувызывает и рост масштабов производства пестицидов. Синтез пестицидов сопряжен собразованием значительного количества сильно загрязненных вод, содержащихпомимо высоких концентраций минеральных веществ, повышенные количества органическихпримесей и фосфорорганических ядов. Так, эти пестициды или продукты ихпревращения, часто не менее токсичные, поступают в коллекторные, грунтовые водыи открытые бассейны, накапливаясь в них. Они вызывают гибель многихмикроорганизмов и обитателей вод. Вместе с тем, следуя биологическим законамтрофической цепи, токсичные вещества поступают с питьевой водой и пищей ворганизм человека, аккумулируются в нем и вызывают тяжелые заболевания. Потенциальнаяопасность загрязнения воды пестицидами в значительной степени зависит от иххимической природы и устойчивости. Если их дезактивация, протекающая подвлиянием биологических и физико-химических факторов, завершается в течениенескольких недель после применения, то такие ядохимикаты не представляютсущественной опасности. Однако, многие используемые в настоящее время пестицидыявляются достаточно стойкими соединениями. К ним, в первую очередь, относятсяазот- и хлорсодержащие гербициды и фунгициды. Поэтому разработка новыхвысокоэффективных способов дезактивации таких препаратов играет особую роль врешении проблемы защиты водных ресурсов от загрязнения.
Таким образом, вкладорганических веществ в загрязнение водной среды огромен. Проблема осложняетсямногообразием этих загрязнителей, даже их детальный анализ представляет весьмасложную, иногда трудноразрешимую задачу. Вместе с тем известно, что врезультате биохимических превращений, протекающих в водных экосистемах подвлиянием комплекса микроорганизмов, значительная часть органических веществ,при этом в воде образуются относительно биохимически устойчивые гуминоподобныесоединения.
Полная количественная икачественная характеристика органических веществ, содержащихся в водномобъекте, практически недоступна. Как правило, приходится оценивать лишьсуммарное содержание органических веществ в воде по таким показателям, какобщее содержание углерода органических соединений (обычно называемое«общим органическим углеродом» — ООУ) или «химическое поглощениекислорода» — ХПК Количественное описание обычно базируется на подходе, прикотором реальная смесь многих веществ, находящихся почти в постоянныхсоотношениях, заменяется неким одним условным веществом, поведение которогоисследуется и описывается.
 
1.3 Сущность процессафильтрования воды
 
В подавляющем большинстветехнологических схем водоподготовки завершающим процессом являетсяфильтрование, в ходе которого из воды извлекаются не только дисперсии, но иколлоиды. В этом состоит отличие метода фильтрования от всех методовпредварительной очистки воды.
Сущность методазаключается в фильтровании обрабатываемой воды, содержащей примеси, черезфильтрующий материал, проницаемый для жидкости и непроницаемый для твердыхчастиц.
Водоочистные сооружения,на которых осуществляется процесс фильтрования, называют фильтрами. Фильтры повиду фильтрующей среды делят на тканевые или сетчатые, каркасные или намывные(диатомовые), зернистые (песчаные, керамзитовые и др.). Из вышеперечисленныхтрех групп фильтров наиболее значительной является последняя.
Фильтры с зернистойзагрузкой можно классифицировать по ряду основных признаков:
1) по скоростифильтрования — медленные (0,1...0,3 м/ч), скорые (5...12 м/ч) и сверхскоростные(36...100 м/ч);
2) по давлению, подкоторым они работают — открытые (или безнапорные) и напорные;
3) по направлениюфильтрующего потока — однопоточные, двухпоточные, многопоточные;
4) по крупностифильтрующего материала — мелко-, средне- и крупнозернистые;
5) по количествуфильтрующих слоев — одно-, двух- и многослойные.
Устройство открытогоскорого фильтра показано на рисунке 1.
Прошедшая предочисткувода поступает в боковой карман, а из него — в резервуар фильтра. Высота слояводы над поверхностью загрузки должна быть не менее 2 м. В процессе фильтрования вода проходит фильтрующий и поддерживающие слои, а затем поступает враспределительную систему и далее в резервуар чистой воды. Максимальная потерянапора в фильтрующей загрузке допускается 3...3,5 м. Во время промывки фильтрапромывная вода подается в распределительную систему и далее снизу вверх вфильтрующий слой, который она расширяет (взвешивает). Дойдя до верхней кромкипромывных желобов, промывная вода вместе с вымытыми ею из фильтрующего слоязагрязнениями переливается в желоба, а из них в боковой карман и отводится насооружения оборота промывной воды.
Поддерживающий слойвысотой 0,45...0,55 м с крупностью зерен 2...40 мм, на котором лежитфильтрующая загрузка, укладывают для того, чтобы мелкий фильтрующий материал невымывался из фильтрующего слоя и не уносился вместе с фильтруемой водой черезотверстия распределительной системы.
Распределительная(дренажная) система является важным элементом фильтра. Она должна собирать иотводить профильтрованную воду без выноса зерен фильтрующего материала и припромывке равномерно распределять промывную воду по площади фильтра.
Промывка скорых фильтровпроизводится обратным током профильтрованной воды путем ее подачи под напором вподдонное пространство или в дренажную трубчатую систему. Промывная вода,проходя со скоростью в 7...10 раз большей, чем скорость фильтрования, черезфильтрующую загрузку снизу вверх, поднимает и взвешивает ее. Зернарасширившегося фильтрующего материала, хаотично двигаясь, соударяются друг сдругом, при этом налипшие на них загрязнения оттираются и попадают в промывнуюводу, которая собирается и удаляется сборными желобами, расположенными надповерхностью фильтрующей загрузки, в водосток.
1.4 Теоретические основыочистки воды фильтрованием через зернистые материалы
Изизвестных теорий процесса очистки воды фильтрованием наибольшее признаниеполучила теория Д.М.Минца, которая экспериментально подтверждена и внедрена. Наоснове этой теории разработана методика технологического анализа процессафильтрации, позволяющая определять параметры процесса и использовать их дляоптимизации режима работы фильтровальных сооружений.
Согласнотеории Д.М. Минца, при движении воды, содержащей взвешенные вещества, череззернистую загрузку фильтровальных аппаратов последние задерживаются загрузкой ивода осветляется.
Осветлениеводы в каждом элементарном слое загрузки происходит до тех пор, покаинтенсивность прилипания частиц превышает интенсивность их отрыва. По меренакопления осадка интенсивность отрыва частиц увеличивается. Кинетикаприлипания и отрыва частиц определяет ход процесса осветления воды по толщинеслоя фильтрующей загрузки и во времени (рисунок 2, где показаны кривыеизменения концентрации взвеси в воде по высоте загрузки). Каждая криваяотносится к определенному моменту времени. Кривая 1 характерна для начальногопериода процесса после того, как первые порции фильтруемой воды пройдут черезслой загрузки, а кривая 4 — предельному насыщению загрузки осадком. Кривая 1показывает, как изменяется концентрация взвеси в воде по высоте загрузкитолщиной х0только под действием сил прилипания.
По меренакопления осадка в загрузке явление отрыва ранее прилипших частиц начинаетпроявляться все более заметно. Они показывают, что роль слоев загрузки,расположенных вблизи от поверхности, в осветлении воды уменьшается. Послепродолжительной работы фильтра насыщение этих слоев осадком становитсяпредельным и они перестают осветлять воду.
Время, в течение которогозагрузка способна осветлять воду до требуемой степени, называется временемзащитного действия загрузки.
1.4.1 Технологическоемоделирование процесса фильтрования
Моделированиетехнологических процессов основано на предположении, что при изменении процессав определенных пределах физическая сущность явлений, воспроизводимых напроизводстве, не изменяется и силы, действующие на объект разработки, не меняютсвоей природы, а только величину. Технологическое моделирование особенноэффективно, когда чисто математическое описание процесса затруднительно иэксперимент является единственным средством его изучения. В этих случаяхприменение методов моделирования избавляет от необходимости экспериментированияс большим числом возможных вариантов выбора параметров процесса, сокращаетдлительность и объем экспериментальных исследований и позволяет путем несложныхвычислений найти оптимальный технологический режим.
Применениеметодов технологического моделирования в области очистки воды имеет важноезначение как научная основа интенсификации и улучшения работы действующихочистных сооружений. Эти методы указывают на систему сравнительно простыхэкспериментов, обработка результатов которых позволяет обнаружить скрытыерезервы производительности и установить оптимальный технологический режимработы сооружений. Использование технологического моделирования дает такжевозможность обобщить и систематизировать экспериментальные и эксплуатационныеданные по различным типам водоисточников. А это позволяет значительно сократитьобъем экспериментальных исследований, связанных с проектированием новых иинтенсификацией существующих сооружений.
Для проведенияфильтрационного технологического анализа необходимо иметь установку, схемакоторой представлена на рисунке 3. Основным элементом установки являетсяфильтровальная колонка, оборудованная пробоотборниками. Для снижения влиянияпристеночного эффекта, а также для того, чтобы расход воды, отбираемойпробоотборниками, не был больше допустимого для практических экспериментовзначения, фильтровальная колонка должна иметь диаметр не менее 150...200 мм.Высота колонки принимается равной 2,5...3,0 м, что обеспечивает расположение вней достаточного слоя фильтрующего материала и образование достаточногопространства над загрузкой для повышения уровня воды при увеличении потеринапора в фильтрующем материале.
Пробоотборникиустанавливают равномерно по высоте загрузки фильтровальной колонки нарасстоянии 15...20 см друг от друга. Пробоотборник, расположенный до входа водыв загрузку, служит для контроля концентрации взвеси в исходной воде.Пробоотборник, расположенный за загрузкой, служит для контроля качества фильтрата.Остальные пробоотборники предназначены для определения изменения концентрациивзвеси в толще зернистой загрузки. Для получения достоверных результатовфильтровальная колонка должна иметь не менее 6 пробоотборников. В ходепроведения опыта обеспечивают непрерывное истечение воды из пробоотборников.Суммарный расход воды из пробоотборников не должен превышать 5 % общего расходаводы, проходящей через колонку. Колонка оснащается также двумяпьезометрическими датчиками для определения общей потери напора в толщефильтрующей загрузки.
Фильтровальнуюколонку загружают возможно более однородным зернистым материалом. Желательно,чтобы средний диаметр зерен загрузки составлял от 0,7 до 1,1 мм. Толщина слоя песка должна быть не менее 1,0...1,2 м. Необходимое количество загрузкирассчитывают по формуле
m = r ( 1 — n ) V,
где m — масса отмытого иотсортированного фильтрующего материала, кг; r — плотность загрузки, кг/ м3;n — межзерновая пористостьфильтрующей загрузки; V- требуемый объем загрузки, м3.
Послезаполнения фильтрующей колонки фильтрующий материал уплотняют постукиванием постенке колонки, пока верхняя поверхность материала не дойдет до метки,соответствующей заданному объему загрузки, когда пористость загрузки будетравна пористости этого материала в реальном крупномасштабном фильтре. (5...10м/ч.)

2 Расчетно-технологическая часть
2.1 Применение фильтрующихматериалов в водоподготовке
2.1.1 Основные параметрыфильтрующей загрузки
Фильтрующаязагрузка является основным рабочим элементом фильтровальных сооружений, поэтомуправильный выбор ее параметров имеет первостепенное значение для их нормальнойработы. При выборе фильтрующего материала основополагающими являются егостоимость, возможность получения в районе строительства данного фильтровальногокомплекса и соблюдение определенных технических требований, к числу которыхотносятся: надлежащий фракционный состав загрузки; определенная степеньоднородности размеров ее зерен; механическая прочность; химическая стойкостьматериалов по отношению к фильтруемой воде.
Степеньоднородности размеров зерен фильтрующей загрузки и ее фракционный составсущественно влияют на работу фильтра. Использование более крупного фильтрующегоматериала влечет за собой снижение качества фильтрата. Использование болеемелкого фильтрующего материала вызывает уменьшение фильтроцикла, перерасходпромывной воды и удорожание эксплуатационной стоимости очистки воды.
Важнымпоказателем качества фильтрующего материала является его механическаяпрочность. Механическую прочность фильтрующих материалов оценивают двумяпоказателями: истираемостью (т.е. процентом износа материала всдледствие трениязерен друг одруга во время промывок — до 0,5) и измельчаемостью (процентомизноса вследствие растрескивания зерен — до 4,0).
Важнымтребованием, предъявляемым к качеству фильтрующих материалов, является иххимическая стойкость по отношению к фильтруемой воде, то есть, чтобы она необогащалась веществами, вредными для здоровья людей (в питьевых водопроводах)или для технологии того производства, где она используется.
Кромевышеизложенных технических требований фильтрующие материалы, используемые вхозяйственно-питьевом водоснабжении, проходят санитарно-гигиеническую оценку намикроэлементы, переходящие из материала в воду (бериллий, молибден, мышьяк,алюминий, хром, кобальт, свинец, серебро, марганец, медь, цинк, железо,стронций).
Наиболеераспространенным фильтрующим материалом является кварцевый песок — речной иликарьерный. Наряду с песком применяют антрацит, керамзит, горелые породы,шунгизит, вулканические и доменные шлаки, гранодиорит, пенополистирол и др.(таблица 2).
Керамзитпредставляет собой гранулированный пористый материал, получаемый обжигом глинистогосырья в специльных печах (рисунок 4).
Горелыепороды представляют собой метаморфизированные угленосные породы, подвергнутыеобжигу при подземных пожарах.
Вулканическиешлаки — материалы, образовавшиеся в результате скопления газов в жидкой остывающейлаве.
Шунгизитполучают путем обжига природного малоугленосного материала, — шунгита, которыйпо своим свойствам близок к дробленому керамзиту.
В качествефильтрующих материалов могут быть использованы также отходы промышленныхпроизводств, доменные шлаки и шлаки медно-никелевого производства.
В качествефильтрующего материала на фильтрах также используется пенополистирол. Этотзернистый материал получают вспучиванием в результате тепловой обработкиисходного материала — полистирольного бисера, выпускаемого химическойпромышленностью.

Таблица 3. Основныехарактеристики фильтрующих материаловМатериалы
Крупность,
мм
Насыпная объемная масса
кг/см3
Плотность,
г/см3
Пористость,
%
Механическая прочность,
%
Коэффициент
формы
зер-
на стираемость измельчаемость Кварцевый песок 0.6¸1.8 2.6 42 1.17 Керамзит дробленый 0.9 400 1.73 74 3.31 0.63  - Керамзит недробленый 1.18 780 1.91 48 0.17 0.36 1.29 Антрацит дробленый 0.8¸1.8 1.7 45 1.5 Горелые породы 1.0 1250 2.5 52¸60 0.46 3.12 2.0 Шунгизит дробленый 1.2 650 2.08 60 0.9 4.9 1.7 Вулканические шлаки 1.1  - 2.45 64 0.07 1.05 2.0 Аглопорит 0.9 1030 2.29 54.5 0.2 1.5  - Гранодиорит 1.1 1320 2.65 50.0 0.32 2.8 1.7 Клиноптилолит 1.15 750 2.2 51.0 0.4 3.4 2.2 Гранитный песок 0.8 1660 2.72 46.0 0.11 1.4  - Доменные шлаки 1.8 2.6 44.0  - Пенополистирол 1.0¸4.0 0.2 41.0 1.1 Габбро-диабаз 1.0 1580 3.1 48.0 0.15 1.54 1.75
Указанныефильтрующие материалы не охватывают всего многообразия местных фильтрующихматериалов, предложенных в последние годы. Имеются данные о примененииаглопорита, фарфоровой крошки, гранодиорита и так далее.
Находят применениеактивные фильтрующие материалы, которые благодаря своим свойствам могутизвлекать из воды не только взвешенные и коллоидные примеси, но и истиннорастворенные загрязнения. Все широко применяют активные угли для извлечения изводы веществ, обусловливающих привкусы и запахи. Применяют природныйионообменный материал цеолит для удаления из воды различных растворенныхсоединений. Доступность и дешевизна этого материала позволяют все более широкоприменять его в качестве загрузки фильтровальных аппаратов.
 
2.2 Технологическаяналадка комплекса очистных сооружений
Контактные резервуары.
Контактные резервуарыслужат для осуществления контакта очищенной сточной воды с хлором.
Очищенная сточная водапосле второченных отстойников смешивается с хлорной водой и поступает вконтактные резервуары, где и осуществляется контакт в хлорам в течении 30 мин.На скребковых механизмах были восстановлены полупогруженные доски для сбораплавающих вв. В контактных резервуарах производится дополнительное отстаивание,в результате чего выпадает осадок. Осадок, выпавший в контактных резервуарах,не загнивающий и не может привести ко вторичному загрязнению поэтомунепрерывное его удаление нецелообразно.
Удалить осадокрекомендовано 1-2 раза в сутки. При подходе скребка, задвижку на трубопроводеудаления осадка открывать, при отходе закрывать. Вынос взвешенных веществ изконтактных резервуаров не увеличился.
/>
(Рис.1)
На чертеже показаноустройство, реализующее предлагаемый способ. Устройство состоит изцилиндрического корпуса (1), разделенного на отсеки (2), (3) и (4). Нижняячасть корпуса (1) погружена в емкости (5). Отсеки (2) и (4) заполнены насадкойв виде колец и отделены от отсека (3) поддерживающими решетками. Отсек (3)заполнен вертикально установленными пластмассовыми трубами и отделен от отсека (4)решеткой (6). Жидкость, выходящая из отсека (3), направляется в центральнуючасть отсека (4) конфузором (7). В центральной части отсека (4)установленэрлифт-аэратор (8), через который осуществляют рециркуляцию активного ила потрубопроводу (9). Под нижней поддерживающей решеткой смонтированы аэраторы (10).
Емкость (5) разделена назоны: дегазации (11), отстаивания (12) и денитрификации (13). Камеры дегазациии денитрификации емкости (5) сверху закрыты герметичной крышкой (14). Камераденитрификации (13) снабжена переливом (15.1), который регулирует циркулирующийпоток иловой смеси из отсека (4) вертикально установленными междуподдерживающими решетками пластмассовыми трубами (16) и донной щелью (17).Камера дегазации (11) снабжена переливом (15.2), и в ее центральной и доннойчастях имеются щели для разделения потоков.
Камера отставания (12)состоит из отстойной зоны, в которой смонтированы тонкослойные модули (18) исборный лоток осветленной воды (19), и конического днища (20), из которогоотводится активный ил по трубопроводу (9) в отсек (4). Избыток активного илаудаляют по трубопроводам с задвижкой (21).
Илоуплотнители
Назначение илоуплотнителейсводится к уменьшению влажности избыточного активного ила. Под ил о уплотнителиреконструированы двухъярусные отстойники. Избыточный актив ил подается насосамив илоуплотнители, где он отстаивается, отстойная вода поступает в аэротенк на повторнуюочистку, а уплотненный ил в камеру № 65 для смешения с сырым осадком перед подачей8 метантек. В результате того, что у активного ила улучшился иловой индекс, а следовательноулучшились его седиментационные свойства, т.е. улучшились свойства осаждения, уменьшиласьвлажность уплотненного ила с 88,4% до 88,2%.
Иловые площадки
Иловые площадки предназначенодля обезвоживания и дальнейшей сушки сбреженного осадка. Сбреженный осадок из метантанковпо трубопроводу поступает на иловые площадки с искусственным основанием и дренажнымиканалами.
Отслоенная вода удаляетсячерез колодцы- монахи, а часть воды удаляется через загрузку дренажных каналов.
В период обследования былообнаружено, что дренажные каналы загружены на проектной фракцией щебня, о чем былосоставлено заключение. В период наладочных работ была полностью произведена перегрузкадренажных каналов, что позволило нормально осуществлять процесс обезвоживания осадков.
Отстойники первичные
Назначение первичных отстойников-выделение нерастворенных примесей. Действия отстойников основываются на принципеотстаивания. Сточная вода после песколовок по лотку направляется в центр отстойникаи пройдя по центральной трубе отражательным щитом направляется в сторону и вверх.Скорость воды принимают не более 0,7 мм /с. Нижняя часть отстойника конусная длясбора выпавшего осадка. Удаление осадка из отстойника производиться гидростатическимдавлением воды. Во время наладки были произведены мелкие ремонтные работы: восстановленыполупогружные доски и водосливы треугольного профиля. Это позволило улучшить задержаниеплавающих веществ в отстойнике. Для равномерную распределения потока воды поочередям была произведена регулировка шиберов на распределительной камере.Контроль за равномерным распределением воды по очередям механической очистки производитсявизуально по переливным гребням и путем химического контроля за данными по выносувзвешенных веществ.
До регулировки шиберов данныепо выносом взвешенных вв. после отстойников:
1. очередь – 40-50мг/л.
2. очередь-110-120мг/л.
3. очередь –80-80мг/л.
После регулировки потока выровнялисьи вынес взвешенных вв. по очередям в средним составе 80-100мг/л.
Отстойники вторичные
Назначение- отделениебиологически очищенной сточной воды от активного ила. Принцип действие-отстаивание. Удаление активного ила из приямка осуществляется гидростатическимдавлением воды. Сбор активного ила к приямку механическим скребком.
В период проведения работбыли восстановлены полупогруженные доски на скребках для сбора плавающих вв. Врезультате улучшение илового индекса активного ила улучшились и егоседиментационные свойства, соответственно уменьшился вынос взвешенных вещества.Удаление, активного ила из вторичных отстойников производится непрерывно, ноосновная масса активного ила удаляется при подходе скребка к приямку. Тем самымбыло увеличение время регенерации активного ила и соответственно его активныхсв.
А) В) С)
/>/>
/>
Рис.2 Отстойники
2.3 Расчетныепараметры устройств по очистке СВ
 
2.3.1Сооружения по обработке осадка
Иловыеплощадки
Вэксплуатации находятся 15 иловых карт с размерами в плане 50x20м и 8 иловыхкарт с размерами в плане 48 х 18 м на искусственном асфальтобетонном основании.Выпуск иловой воды производится через дренаж. Дренаж выполнен изасбестоцементных перфорированных труб.
Поверочныйрасчет
Годовоеколичество уплотненного осадка, поступающего на площадки в соответствии п.3.3.1 и п.4.2.3:
100-99,5
Qi = 517,4 —  365= 37770,2 м3/год
100-97,5
Нагрузкана иловые площадки:
N i = Qi /Fi = 37770,2 /(15•50•20 +8•48•18) = 1,7 м3/м2

Удельнаянагрузка на иловые площадки Ni= 2,4 м3/м2 в год. Необходимая площадьпри Ni = 2,4 м3/м2 вгод:
F i = Qi /N i= 37770,2 /2.4= 15738 м2.
 
Отстойник
Рассчитатьотстойник для сгущения водной суспензий по следующим данным:
Gсм– 8600 кг/ч
Xсм– 0.2
Xос– 0.4
Xосв– 10-4 кг/кг
Dт– 19 мкм – 19*10-6 м
ρт – 1990 кг/м3
μж – 0.001219 Пс – (1.219*10-3)2м
g– 9.81
ρж– 1000
ρосв– 1000
Основнаяформула:
Gсм     Xос-Xсм
F=K3-------------*-------------- [ м2 ]
ρосв*ωст  Xос-Xосв
К3=1.3
           8600                           0.4-0.2           8600 0.2
F=1.3*----------------------*-------------=1.3*---------*------------- =
           1000*(-0.000003)    0.4-10-4 -0.003  0.3999
 
=- 3.726666.66*0.5=-1863333.33м=186.3м2
 
Фильтры
Реконструкциясооружений доочистки — фильтров производится по следующим позициям:
• внедрение новойтехнологии — фильтра Оксипор;
• бетонированиестен, днищ и сборных лотков 8 фильтров;
• заменафильтрующей загрузки из кварцевого песка на цеолит Чанканайского происхождения;
• замена дренажнойраспределительной системы из полиэтиленовых труб на трубофильтры «Экотон» D=140 мм.
Краткиесведения об элементах фильтрующих серии ЭФТ фирмы «ЭКОТОН»
Дренажно-распределительнаясистема фильтров служит для сбора и равномерного распределения воды припромывке фильтрующей загрузки.
Дренажно-распределительнаясистема фильтров выполнена из полиэтиленовых фильтрующих элементов «Экотон»,серии ЭФТ с защитно-фильтрующим покрытием.
Конструкциятрубофильтра представляет собой трубчатое изделие, в котором перфорированныйнесущий каркас меньшего диаметра размещен внутри волокнисто-пористой трубы собразованием воздушного зазора между ними (ЭФТ/В). Соединение фильтрующихэлементов между собой в систему резьбовое-труба в трубу. Элементы фильтрующиеизготавливаются согласно ТУ 4859-002-41901146-00.
Дренажныетрубофильтры «Экотон» по сравнению с традиционным дренажем позволяют:-отказаться от поддерживающих слоев;
-устранитьопасность неравномерного распределения воды при фильтрации и промывке;
-уменьшитьна 15-30% расход промывной воды;
-избежатьвыноса фильтрующей загрузки при промывке.
Краткие сведения офильтрах ОКСИПОР
В целяхобеспечения более полного удаления загрязнений, на основании рассмотренияпрактического опыта, предпочтение было отдано фильтрам «ОКСИПОР».
Втехнологии фильтра «ОКСИПОР» создается благоприятный кислородный режим взагрузке, что приводит к минерализации активного ила и развитию аэробныхмикроорганизмов обладающих высокой окислительной способностью по отношению корганическим веществам, в том числе и к трудноокисляемым, таких как СПАВ,нефтепродукты, при этом отмечается незначительный прирост биомассы и высокая еефлокулирующая способность. Нет ярко выраженной зависимости эффекта очистки открупности загрузки, т.к. основное изъятие органических загрязнений происходитза счет биологических процессов, обусловленных жизнедеятельностьюмикроорганизмов биопленки.
Технологияводовоз душной промывки фильтров «ОКСИПОР», обеспечивает сокращение расходовпромывной воды примерно в 2 раза. Водовоздушная промывка фильтров проводится втри этапа:
• первый этап — подача воздуха в течение 2 ÷ 3 мин. с интенсивностью 14 ÷ 16л/с-м2;
• второйэтап-подача воздуха с интенсивностью 14÷ 16 л/с•м2 и воды синтенсивностью 5 ÷ 6 л/с-м2 в течение З ÷ 4 мин;
• третий этап — подача воды в течение 5÷ 8 мин. с интенсивностью 12 ÷ 13 л/с•м2.
Прииспользовании сточной воды в техническом водоснабжении необходима коагуляция — сернокислым алюминием с дозой 6÷8 мг/л, который вводится в четвертыйкоридор аэротенка.
При использовании сточнойводы в сельском хозяйстве реагент не используется.
Пускв работу реконструированного фильтра №5
Передзасыпкой фильтров фильтрующим материалом — цеолитом, производилсяпредварительный пуск в режиме промывки путем полного открытия задвижки натрубопроводе промывной воды. Вода поступала в фильтр через трубофильтры«Экотон» с интенсивностью 9 — 12,5 л/(с • м2) и через 2-3 минутыпроисходило переполнение фильтра. Вода не успевала отводиться в существующиерезервуары. Выход воды из элементов по всей длине на каждом луче не равномерен,но по всей площади постели фильтра на поверхности резкого выхода потока ивидимых зон застоя не наблюдалось. При прекращении подачи воды и резком еевпуске в систему изменений не наблюдалось. После опорожнения фильтра визуальноосмотрена конструкция системы на отсутствие повреждений. Обнаруженныенеисправности устранялись по ходу испытания.
Послесоставления акта гидравлических испытаний, производилась засыпка фильтровцеолитом.
Принципработы фильтра
Фильтрацияводы происходит сверху вниз, интенсивность аэрации при фильтровании 3-3,5 л/с•м2.Промывка фильтров, согласно проекту, предусмотрена в два этапа: -верхняяпромывка водой в течении 5-10 минут с интенсивностью 3-4 л/с•м2 длявзрыхления образовавшейся корки на поверхности;
-нижняяпромывка водой в течении 5-8 минут с интенсивностью 12-13 л/с•м2; — интенсивность подачи воздуха при промывке 3-3,5 л/с•м2.
Распределениепромывной воды в фильтре производится через ответвления (трубофильтры «ЭКОТОН»)из подводящего коллектора D = 600 мм.
Вприложении № 4 приведена схема раскладки фильтрующих элементов НПФ «Экотон».
• Расчетдренажно-распределительной системы фильтров
Потерянапора в дренажно-распределительной системе,
п.6.237[1], при промывке не должна превышать 7 м вод. ст:

ξ •Vk2                                Vo2
h =------------------------ +---------- = 1,2 м
2-g                     2-g
где ξ- коэффициент гидравлического сопротивления,
определяемаяпо формуле:
ξ =2,2/К2п+1=5,4;
Кп-коэффициент перфорации — отношение суммарной площади отверстий в ответлениях кплощади одного ответвления:
Кп= (180•29•3,14•0,0072/4): (3,14•0,12/4) = 0,71;
vк2 — скорость в начале коллектора:
vк =Qпром. /s = 0,52/(3,14•0,62/4) = 1,8м/с;
Vo2 — средняя скорость на входе в ответвления:
Vo =Qпром. /s = 0,52:29 / (3,14•0,12/4) = 2,3 м/с.
Приколичестве сточных вод, которые поступают в настоящее время Qcp= 1076,46 м3/ч (и вбудущем = 3 000 м3/ч) можно сделать следующие выводы:
• Решёткиочистной станции обеспечат ожидаемую эффективность очистки по количествузадерживаемых отбросов, с учётом, что сточная вода подаётся на сооружениясистемой насосных станций, оборудованных решётками, на которых часть крупныхотбросов задерживается.
•  Недостаток установленных решеток — это их ручная очистка.
•  Отбросы с решёток допускаетсясобирать в контейнеры с герметически закрывающимися крышками и вывозить их на иловыеплощадки.
 
Выводыпо разделу:
По илоуплотнителям:
Времяуплотнения в одном илоуплотнителе достаточно (норма -10 час).
Поиловым площадкам:
• Фактическиколичество иловых площадок не достаточно, из-за несовершенной системы дренажа,
• Необходимо дополнительнопостроить иловые площадки с дренажем, уложенным перпендикулярно, изаэраторов фирмы «Экотон».
Пофильтрам:
•        Дляпромывки фильтров вода забирается из резервуара W= 8 000 м3 и сбрасывается в 2 резервуара W= 40 м3 каждый При интенсивности промывки 12,5 л/с•м2 фильтр переполняется, так как промывная водане успевает отводиться в резервуары сбора промывной воды.
•        Отсутствиеавтоматики фильтров (верхнего и нижнего уровня) и то, что комната дежурногоперсонала находится без обзора сооружений доочистки затрудняет их эксплуатацию.
• Необходимопроизвести ремонт резервуара W= 2 000 м3 для сбора промывной воды фильтров.
• Заменить насосподачи воды на фильтры Д2000/22 на насос производительностью до 1000 м3/ч-1 шт. и автоматизировать работу насоса.
• Установитьуровнемеры с показаниями рабочего и аварийного уровня воды в фильтрах и врезервуаре W= 10000 м3.

3. Эколого-экономическая часть
 
3.1 Очистка подземныхи поверхностных вод по озоно-сорбционной технологии для хозяйственного назначения
Производительность 10-300 м3 /час;
Состав исходной воды:взвешенные вещества — 127 мг/л; нефтепродукты — 0,31 мг/л, жесткость — 8,5мг-экв/л, нитриты — 0,26 мг/л, сульфаты — 283 мг/л, хлориды — 451 мг/л, аммоний— 0,34 мг/л, железо — 0,69 мг/л, медь — 0,02 мг/л, марганец — 0,1 мг/л, БПК5 —5,6 мг/л; СПАВ — 0,6 мг/л, цветность — 27 градусов, общее микробное число в 1л- 1500;
Очищенная водасоответствует СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03;
Перечень основногооборудования и материалов:
фильтр механическойочистки;
озонатор;
сорбционный фильтр;
фильтрующая загрузка:природный цеолит, каталитически активный сорбент типа МЖФ, угольный сорбенттипа МИУ-С, активные угли типа СКД-515 и т.д.;
/>
Рис.3 Технологическаясхема очистки
1.Емкость для исходнойводы, 2. Фильтр механической очистки, 3.Озонатор, 4.Смеситель, 5.Сорбционныефильтры, 6.Емкость очищенной воды,7.Задвижки
 
3.2 Технология адсорбционной очистки воды от органическихтоксикантов
 
Органические токсиканты,к числу которых относится и диоксин (тетрахлордифенил), определяются какнаиболее опасные загрязнители воды. В настоящее время не найдены или вдостаточной степени не исследованы методы очистки воды от диоксина и подобныхему веществ. Однако существует возможность по результатам исследований одноготоксиканта рассчитать адсорбционные характеристики других, и таким образом,предложить метод очистки воды от любых органических токсикантов, в том числе иот наиболее опасных. В качестве объекта исследования был взят фенол. Средимногих методов очистки воды от фенола наиболее эффективным является методадсорбции активированным углем. На рис.4 изображены изотермы адсорбции фенолаактивированным углем марки АГ-3. По изотерме адсорбции можно определить максимальную(предельную) адсорбцию в статических условиях Гпр=7,97 моль/кг и вдинамических условиях Гпр=9,55 моль/кг. Динамические условиясоздаются в реакторе с кипящим слоем АУ при избытке адсорбента (Кизб=10).
/>
Для выведения формулыпредельной адсорбции других токсикантов был рассчитан мольный объем фенола Vм=М, который составил 8,7*10-5 м3/моль, где М — молекулярная масса,  — плотность. Число молей фенола в активированном угле при предельной адсорбции Гпрравно объему пор Vпор, см3/г, деленному намольный объем фенола:
Гпр=(Vпор/Vм)Кз,
где Кз –коэффициент заполнения пор (для статических условий Кз=0,95, для динамическихусловий Кз=1).
Вычислим Vпор для фенола при статических условиях:
Vпор=(ГпрМ)/=0,67 см3/г.
При динамических условияхVпор=0,83 см3/г.
Приведенные формулы могут быть использованы для расчета Гпр,например, хлорбензола, толуола, диоксана и диоксина (табл. 1)
Таблица 4. Предельныеадсорбции некоторых органических токсикантовВещество Молекулярная масса, г/моль Плотность, г/см3 Предельная адсорбция, моль/кг
Диоксан (C4H8O2) 88 1,134 1,3
Диоксин(C12H4Cl4O2) 304 1,408 3,8
Толуол (C6H5CH3) 92 0,867 7,8
Хлорбензол (C6H5Cl) 112,6 1,107 8,16
Исследование кинетикиадсорбции фенола (рис.2) показало, что в динамических условиях оптимальноевремя адсорбции при 10-кратноми избытке адсорбента составляет 2,7 мин. [1]
Разработана и рассчитана установка непрерывного действия дляочистки воды от фенола (рис.5).
Известно, что в кипящемслое происходит перемещение более тяжелых частиц АУ в нижнюю часть реактора,которые вытесняют легкие частицы. В этих перемещениях принимают участие частицыАУ, насыщенные водой и насыщенные токсикантом. Поэтому необходимо рассчитать ихскорости седиментации Uв и Uт.
Для расчета скорости седиментации необходимы следующиеданные: размеры и объем частиц, плотность частиц, вязкость воды.
/>
Для расчета принимаем,что все частицы АУ имеют одинаковый размер d = 1,5·10–3 м, предельная адсорбция 9,55 моль/кг,плотность сухой частицы 1450 кг/м3. Объем частицы равен:
/>.
Масса сухой частицыравна:
mч = V·rч = 1,767·10–9·1450 = 2,56·10–6кг.
Масса токсиканта (фенола) адсорбированного частицей равна:
mт = mч·Гпр·М = 2,56·10–6·9,55·94,11= 2030,8·10–6 кг.
Масса насыщенной феноломчастицы равна:
mн = mч + mт = 2,56·10–6 + 2030,8·10–6 = 2303,36·10–6кг
Плотность насыщенной фенолом частицы равна:
/>
т.е. плотность насыщеннойфенолом частиц меньше, чем сухой.
Скорость седиментациинасыщенной водой частицы равна:
/>.
То же для насыщеннойфенолом частицы:
/>.
/>

Рис.6 Технологическая схема очисткиводы от органических токсикантов.
1 – вводная ступень; 2 –адсорбционный реактор; 3 – разделительная ступень; 4 – выход очищенной сточнойводы; 5 – регулируемый выпуск насыщенного адсорбента.
Основной частью установкиявляется реактор кипящего слоя, содержащий избыточное количествоактивированного угля (Кизб = 10). В реакторе активированный уголь адсорбируеторганический загрязнитель, в результате чего происходит насыщение частицтоксикантом. Скорость седиментации насыщенных токсикантом частиц уменьшается, иони перемещаются в верхнюю часть адсорбционного реактора и далее в разделительнуюсекцию. Диаметр разделительной секции больше, чем диаметр реактора, скоростьпотока уменьшается, и по наклонному днищу насыщенные частицы скатываются кразгрузочному отверстию, где происходит герметичная разгрузка. Очищенная водапоступает в водоснабжение, а насыщенный АУ — на регенерацию. Установка должнаиметь входную секцию, предназначенную для управления скоростью движения загрязненнойводы в реактор.
Для обеспечениянепрерывности процесса и предупреждения прорыва частиц необходимо выполнитьследующие условия (при Qв = 3,6 м3/ч = 0,001 м3/с= 1 л/с):
1) ненасыщенные токсикантом частицы не должны опускаться изреактора во входную ступень, что обеспечивается соотношением:
/>,
что дает D1 £ 0,068 м;
2) насыщенные токсикантом частицы должны подниматься вместе спотоком очищенной воды в разделительную ступень, что обеспечивается соотношением:
/>,
что дает D2 £ 0,16 м.
3) насыщенные токсикантомчастицы не должны подниматься вместе с потоком очищенной воды, чтообеспечивается соотношением:
/>,
что дает D3 ³ 0,16 м.
Следовательно, присоблюдении соотношений скорости потока и скорости седиментации насыщенных иненасыщенных частиц АУ, можно рассчитать параметры реактора для очистки воды отлюбых водорастворимых органических токсикантов.

Заключение
Для нуждсовременных городов, промышленных предприятий и энергохозяйств необходимоогромное количество воды, строго отвечающей по своим качествам требованиямГОСТа или технологии. Решение этих важных народнохозяйственных задач требуеттщательного выбора источников водоснабжения, строительства очистных сооружений.Важной водохозяйственной проблемой является плановое проведение широкихкомплексных мероприятий по защите от загрязнения почвы, воздуха и воды,оздоровлению целых рек и речных бассейнов. Основой этому служит закон об охранеприроды.
Осуществляемыйв стране курс на интенсивное развитие народного хозяйства требует, чтобы восновном средства вкладывались в действующее производство, так как этообеспечивает быструю отдачу, уменьшает срок окупаемости капиталовложений,позволяет получить высокий эффект. Прирост объема производства и подачи водыдля удовлетворения возрастающих потребностей населения и других потребителейдолжен идти не только и не столько за счет строительства и освоения новыхмощностей, как это имеет место сегодня, сколько за счет повышенияэффективности, интенсификации действующих сооружений и оборудования,технического перевооружения водопроводно-канализационных предприятий на базедостижений научно-технического прогресса.
Ознакомление сматериалами различных конференций и семинаров, состоявшихся в последние годы вРеспублике Казахстан и за рубежом, а также изучение и анализ тематики ХI – XXYI Международных конгрессов по водоснабжению позволяютзаключить, что наиболее актуальными проблемами являются следующие: сохранениекачества воды при ее транспортировке и распределении, применение синтетическихсорбентов, совершенствование процесса регенерации активного угля и аппаратногооформления при его использовании, обработка осадков водоочистных комплексов,удаление из воды нитратов, использование обратного осмоса для улучшениякачества воды, кондиционирование подземных метано-содержащих вод, а также вод,содержащих марганец, железо, фтор, использование физических методовводоподготовки и биологических методов обработки природных вод, применениеозона в технологии улучшения качества воды, удаление из воды органическихгалогенов, образующихся при ее хлорировании, подготовка воды питьевой кондиции фильтрованиемчерез твердые дезинфектанты. Следует отметить, что в результате антропогенноговлияния на среду обитания, появление новых отраслей промышленности,совершенствования существующих технологий возрастают требования, предъявляемыек воде. Появилась необходимость получения ультрачистой воды. Все это усложняеттехнологию водоподготовки. Поэтому проблема улучшения качества природных водявляется актуальной.

Список использованныхисточников
водоснабжениепитьевая вода фильтрование
1. ФрогБ.Н., Левченко А.П. «Водоподготовка».-М., Изд-во МГУ, 1996 .
2.Николадзе Г.И., Минц Д.М., Кастальский А.А. «Подготовка воды для питьевого ипромышленного водоснабжения».-М., Изд-во “Высшая школа”, 1984.
3. КульскийЛ.А. «Теоретические основы и технология кондиционирования воды». — Киев,Наук.думка, 1983.
4. МинцД.М. «Теоретические основы технологии очистки воды». — М., Стройиздат, 1964.
5. СартбаевМ.К., Нурбеков О.Н. «Очистка воды от радиоактивных загрязнений глинистымиадсорбентами».-Бишкек, КНПЦ Народной медицины “Бейиш”, 1992.
6. ТарасовичЮ.И. «Природные сорбенты в процессах очистки воды». — Киев, Наукова думка,1981.
7. СартбаевМ.К., Клец А.Н и др. «Применение глинистых адсорбентов для решения проблемводной экологии». Бишкекский НПЦ “Бейиш”, ГНПО ПЭ “Казмеханобр”. Бишкек-Алма-Ата,1993.
8. Barrer R.B., Baynham J.W., J. Chem Soc.,2882, 2892, 1956.
9.Barrer R.B., Langley D.A., J. Chem. Soc., 3804, 3817, 1958.
10. РуденкоГ.Г., Тарасович Ю.И., Кравченко Ю.И., Сидорович А.Г. «Опыт примененияклиноптилолита в качестве фильтрующего материала скорых фильтров на промышленнойводоочистной станции». // Химия и технология воды. т.5, № 1, 1983.
11. КоролевА.А., Комяженкова Л.А. «Гигиенические рекомендации по условиям использованияпромывных вод фильтровальных водопроводных сооружений в системаххозяйственно-питьевого водоснабжения». // Экспресс-информация. Вып.7. М.,1990.
12.Северский И. «Горные территории и проблемы устойчивого развития и экологическойбезопасности». // Алма-Ата, Наука Казахстана, №12, 1997.
13. ГОСТ2762-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения».
14. ГОСТ2874-82 «Вода питьевая».
15. АюкаевР.И., Мельцер В.З. «Производство и применение фильтрующих материалов дляочистки воды». — Л., Стройиздат, 1985.
16.Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. «Химия воды и микробиология». — М., Стройиздат,1995.
17. КлячкоВ.А., Апельцин И.Э. «Очистка природных вод». — М., Стройиздат, 1971.
18. Билан Ф.И. «Водоподготовка». — М., Стройиздат, 1979.
19.Когановский А.М. «Адсорбция и ионный обмен в процессе водоподготовки и очисткисточных вод». — Киев, Наукова думка, 1983
20. Журба М.Г. «Очистка воды на зернистых фильтрах». Львов,1980.
Размещено на www.