Водоснабжение. Часть 2. Водоподготовка
Покупка
Тематика:
Водоснабжение и канализация
Издательство:
Поволжский государственный технологический университет
Год издания: 2018
Кол-во страниц: 152
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-8158-1972-6
Артикул: 786531.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Рассмотрены вопросы подготовки воды для питьевого и промышленного водоснабжения: нормативные документы, регламентирующие качество используемой воды, методы водоподготовки, применяемые технологии, материалы, оборудование, принципы расчетов их использования.
Издание предназначено для студентов, обучающихся по направлению 20.03.02 «Природообустройство и водопользование» и изучающих дисциплины «Водоснабжение и водоотведение» и «Инженерные системы водоснабжения и водоотведения».
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
А. М. СИБАГАТУЛЛИНА ВОДОСНАБЖЕНИЕ Часть 2 ВОДОПОДГОТОВКА Учебное пособие Йошкар-Ола 2018
УДК 628.1(075.8) ББК 38.761.1я7 С 34 Рецензенты: профессор кафедры СКиВ ИСА ПГТУ доктор технических наук В. П. Сапцин; начальник Верхне-Волжского бассейнового ВУ по РМЭ кандидат технических наук А. Г. Обухов Печатается по решению редакционно-издательского совета ПГТУ Сибагатуллина, А. М. С 34 Водоснабжение. Ч. 2: Водоподготовка: учебное пособие / А. М. Сибагатуллина. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2018. – 152 с. ISBN 978-5-8158-1635-0 ISBN 978-5-8158-1972-6 (Ч. 2) Рассмотрены вопросы подготовки воды для питьевого и промышленного водоснабжения: нормативные документы, регламентирующие качество используемой воды, методы водоподготовки, применяемые технологии, материалы, оборудование, принципы расчетов их использования. Издание предназначено для студентов, обучающихся по направлению 20.03.02 «Природообустройство и водопользование» и изучающих дисциплины «Водоснабжение и водоотведение» и «Инженерные системы водоснабжения и водоотведения». УДК 628.1(075.8) ББК 38.761.1я7 ISBN 978-5-8158-1972-6 (Ч. 2) © Сибагатуллина А. М., 2018 ISBN 978-5-8158-1635-0 © Поволжский государственный технологический университет, 2018
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ........................................................................................................ 5 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД ............................................. 6 Контрольные вопросы .......................................................................... 12 2. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ПРИРОДНОЙ ВОДЫ .... 13 2.1. Органолептические показатели .................................................... 13 2.2. Обобщенные показатели качества природных вод ..................... 19 2.3. Неорганические соединения природных вод ............................... 27 2.4. Органические вещества природных вод ...................................... 37 Контрольные вопросы .......................................................................... 39 3. НОРМАТИВЫ КАЧЕСТВА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ............................... 40 Контрольные вопросы .......................................................................... 50 4. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ .................................... 52 Контрольные вопросы .......................................................................... 54 5. ВОДОПОДГОТОВКА ............................................................................ 55 5.1. Определение производительности станции водоподготовки..... 57 5.2. Основные технологические схемы водоподготовки ................... 58 5.3. Осветление и обесцвечивание воды ............................................. 59 5.4. Сооружения предварительной очистки воды. Сетчатые барабанные фильтры ............................................................................. 62 5.5. Реагентное хозяйство ..................................................................... 64 5.6. Аппаратура для приготовления реагентов ................................... 69 5.7. Смешение реагентов с водой......................................................... 72 5.7.1. Вертикальный (вихревой) смеситель ................................ 73 5.7.2. Лотковый смеситель дырчатого типа................................ 76 5.7.3. Смеситель гидравлического типа с разделением потока 78
5.8. Камеры хлопьеобразования ........................................................... 81 5.8.1. Перегородчатая камера хлопьеобразования ..................... 82 5.8.2. Вихревые камеры хлопьеобразования .............................. 83 5.8.3. Пути повышения эффективности хлопьеобразования .... 84 5.9. Отстаивание воды .......................................................................... 87 5.9.1. Типы отстойников и область их применения ................... 87 5.9.2. Осветлители со взвешенным слоем осадков .................... 95 5.10. Фильтровальные сооружения. Классификация фильтров. Подбор фильтрующих материалов ...................................................... 99 5.10.1. Скорые фильтры ............................................................ 103 5.10.2. Напорные фильтры ........................................................ 108 5.10.3. Контактные осветлители ............................................... 112 5.11. Обеззараживание воды. Ультрафиолетовое облучение воды ................................................. 116 5.12. Обезжелезивание природных вод. Методы обезжелезивания .................................................................. 124 Контрольные вопросы ....................................................................... 134 6. КОМПОНОВКА ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ВОДОПРОВОДА ..................................................................................... 135 6.1. Технологические трубопроводы станции водоподготовки ..... 136 6.2. Высотное расположение сооружений на станции водоподготовки .................................................................................. 137 Контрольные вопросы ....................................................................... 139 Заключение ............................................................................................... 140 Библиографический список .................................................................... 141 Глоссарий ................................................................................................. 146 Приложения .............................................................................................. 142
ВВЕДЕНИЕ Природная вода, предназначенная для хозяйственно- питьевых или для различных технологических целей, до поступ- ления к потребителю проходит определенные этапы подготовки, в результате которых качество воды доводится до установленных показателей. Для использования природной воды из источников водо- снабжения в качестве питьевой ее предварительно очищают, при этом удаляются как болезнетворные организмы, так и вредные химические вещества. Кроме того, водоочистка предназначена для того, чтобы сделать ее приятной на вкус. Неприятный вкус и запах могут быть удалены с помощью аэрации – насыщения воды кислородом воздуха. Вода рек, водохранилищ и озер обычно бывает мутной, так как в ней содержится большое количество взвешенных частиц. Чтобы их удалить (осветлить воду), к ней добавляют реагенты – соли алюминия или железа. Образующаяся хлопьевидная масса гидрок- сида алюминия или железа захватывает частицы примесей. После отстаивания воду фильтруют через слой песка и сетчатые фильтры. Наличие в воде болезнетворных микроорганизмов и вирусов делает ее непригодной для питья, поэтому воду дезинфицируют. Для обеззараживания воды используют озонирование и ультрафиолетовое облучение. Пресная природная вода может быть жесткой или мягкой. При нагревании жесткой воды на стенках сосуда образуется накипь, представляющая собой смесь малорастворимых карбонатов. Это приводит, в частности, к нарушению работы водяных котлов и теплосетей. Существующие различные способы позволяют устранить жесткость воды. Содержание этапов подготовки воды для питьевого и промышленного водоснабжения и их последовательность подробно рассмотрены в данном учебном пособии.
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД Природная вода – сложная дисперсная система, содержащая множество разнообразных минеральных и органических примесей. Она состоит из мелких частиц вещества, распределенного в другом веществе (среде). Система называется гомогенной, если внутри нее нет поверхностей раздела, отделяющих друг от друга части системы, различающиеся по свойствам. Гетерогенные системы – системы, внутри которых есть такие поверхности раздела. Гомогенная система – однофазная, гетерогенная состоит не менее чем из двух фаз. При размере частиц примесей воды меньше 10-3 мкм – это гомогенная система (однофазная из двух или более индивидуальных веществ). Если размер частиц ≥10-3 мкм, то примеси образуют с водой гетерогенную (неоднородную многофазную) систему. Истинные растворы, где примеси находятся в молекулярно- растворенном виде или в виде ионов, – это гомогенные системы. Гетерогенные системы – коллоиды (размер частиц 10-2 – 10-1 мкм) или суспензии (частицы >10-1 мкм). Суспензии могут быть представлены взвесями, эмульсиями, пенами (частный случай эмульсий). Вода – один из лучших растворителей. Изначально в Мировом океане были – в той или иной степени – растворены все вещества Земли. И это растворение продолжается: количество поровых вод илов и горных пород составляет около 19 % всей гидросферы. Уже несколько столетий разрабатываются системы классификации природных вод и способы как можно более краткой характеристики качества воды (индекс качества воды). Выделено 625 и даже более классов, групп, типов и разновидностей вод. В.И. Вернадский считал, что число видов природных вод больше 1500 единиц. Оказалось невозможным оценить пригод-
ность воды для питьевых, технических, других целей только на основе предложенных универсальных индексов воды. По- прежнему качество воды, пригодность ее для использования оце- нивается по комплексу показателей, и нужно признать, что такой подход дает лишь приблизительное знание о качестве воды. Сегодня наиболее часто употребляются классификационные системы С.А. Щукарева, О.А. Алёкина, Л.А. Кульского, А.И. Пе- рельмана и фирмы Rohm & Haas («Ром и Хаас», США). Классификация С.А. Щукарева. Классификация основана на принципе преобладания одного или нескольких из трех глав- ных катионов (Na +, Ca 2+, Mg 2+) и трех главных анионов (Cl -, SО42-, HCO3). Вода относится к тому или другому классу в зави- симости от содержания упомянутых ионов в количестве, превы- шающем 25%-экв. (суммы процент-эквивалентов анионов и кати- онов в отдельности принимают за 100). Комбинируя типы вод по содержанию катионов, получают 49 классов вод. Например, вода может называться гидрокарбонатной натриево-кальциевой или сульфатно-гидрокарбонатной кальциевой. По общей минерализации каждый класс разделен на группы: А – менее 1,5 г/л; В – от 1,5 до 10 г/л; С – от 10 до 40 г/л; D – более 40 г/л. Классификация Щукарева очень проста и удобна для сопо- ставления различных по химическому составу вод, но громоздка (49 классов, 4 группы). Кроме того, деление на классы носит формальный характер, вследствие чего часть классов – нереальная. Классификация Л.А. Кульского. Практический интерес представляет фазово-дисперсная классификация примесей воды, разработанная Л.А. Кульским (табл. 1). Для задач, связанных с
очисткой воды, эта классификация полезна тем, что, определив фа- зово-дисперсное состояние примесей в воде и установив ее принад- лежность к какой-то группе, можно предварительно выбрать ком- плекс методов и стадий очистки воды. Методы обработки воды, определенные Л.А. Кульским на основе фазово-дисперсного анали- за примесей воды, описаны ниже (предложения Кульского допол- нены А. Ашировым – V и VI группы). Часть перечисленных мето- дов применяется в специальных промышленных системах и не ис- пользуется в коммунальном и энергетическом водоснабжении. Таблица 1 Классификация вод по фазово-дисперсному состоянию примесей Груп- па Наименование примесей Размер частиц, мкм Характеристика примесей Гетерогенная система I Взвеси >10-1 Суспензии и эмульсии, обусловлива- ющие мутность воды; микроорганиз- мы и планктон II Коллоидно- растворенные ве- щества 10-1 – 10-2 Коллоиды и высокомолекулярные соединения, обусловливающие окис- ляемость и цветность воды; вирусы Гомогенная система III Молекулярно- растворенные ве- щества 10-2 – 10-3 Газы, растворимые в воде; органиче- ские вещества, придающие воде запах и привкус IV Вещества, диссо- циированные на ионы(электролиты) <10-3 Соли, кислоты, основания, придающие воде жесткость, щелочность и минера- лизованность Группа I. Воздействие на взвеси (например, седиментация, осветление во взвешенном слое, осадительное центрифугирова- ние, центробежная сепарация в гидроциклонах, флотация, филь- трование на медленных фильтрах и на скорых фильтрах по без- напорной схеме и др.).
Группа II. Воздействие на коллоидные примеси, в том числе высокомолекулярные соединения и вирусы: коагуляция, флоку- ляция, электрокоагуляция, электроискровой (разрядный) метод, биохимический распад, адсорбция на высокодисперсных матери- алах, в том числе глинистых минералах, ионитах, окисление (озонирование), воздействие ультрафиолетовым, γ- и β-излуче- нием, потоками нейтронов и др., ультразвуковая обработка, обра- ботка ионами тяжелых металлов (меди, серебра и др.). Группа III. Воздействие на растворенные органические веще- ства и газы: десорбция газов и легколетучих органических соеди- нений путем аэрирования, термической и вакуумной отгонки, адсорбция на активных углях, природных и синтетических иони- тах и других высокопористых материалах, экстракция не смеши- вающимися с водой органическими растворителями, эвапорация, пенная флотация, ректификация, окисление. Группа IV. Воздействие на примеси ионогенных неорганиче- ских веществ: ионный обмен, электродиализ, реагентная обра- ботка, кристаллизация. Группа V. Воздействие на воду: дистилляция, выморажива- ние, экстракция кристаллогидратами или смешивающимися с во- дой органическими растворителями, магнитная обработка, обрат- ный осмос, напорная фильтрация. Группа VI. Воздействие на водную систему в целом: закачка в подземные горизонты, в глубины морей, захоронение, сжига- ние. Эти методы применяются только в том случае, если методы первых пяти групп экономически неприемлемы. Классификация фирмы Rohm & Haas, США. Классификация вод по материалам фирмы Rohm & Haas подобна классификации Л.А. Кульского, но дополнительно содержит полезные сведения (табл. 2).
Таблица 2 Классификация примесей вод по силам, удерживающим их в воде, и методы их удаления Фазовая характеристика Гетерогенные системы Гомогенные системы Группа I II III IV Физико- химическая характеристика Грубодисперсные примеси: суспензии, эмульсии, планктон, патогенные микроорганизмы Примеси коллоидной степени дисперсности: органические и неорганические вещества, вирусы, бактерии Примеси молекулярной степени дисперсности: газы, органические вещества, соли, кислоты, щелочи, не перешедшие в ионное состояние Примеси ионной степени дисперсности: соли, кислоты, основания Поперечный размер частички, мкм >10-1 10-1 – 10-2 10-2 – 10-3 <10-3 Методы удаления примесей из воды Фильтрация (механическое удаление) Ультрафильтрация Обратный осмос, нанофильтрация Коагуляция Десорбция газов и веществ, эвапорация трудно-летучих веществ Перевод ионов в малорастворимые соединения Окисление хлором, озоном, перманганатом Адсорбция на гидроксидах и дисперсных минералах Адсорбция на активных углях и других материалах Фиксация на твердой фазе ионитов
Окончание табл. 2 Фазовая характеристика Гетерогенные системы Гомогенные системы Группа I II III IV Агрегация при помощи флокулянтов (анионных и катионных) Ассоциация молекул Моляризация и комплексообразование Флотация Электро-форетические методы Экстракция органическими растворителями Сепарация ионов при различном фазовом состоянии воды Электролиз синезе- леных водорослей Бактерицидное воздействие Вирулицидное (дезинфицирующее) воздействие Биохимический распад Использование подвижности ионов в электрическом поле Силы, удерживающие примеси в воде Гидродинамические Электростатические Вандерваальсовые (силы межмолекулярного притяжения и отталкивания) Ионные силы растворов
Контрольные вопросы 1. Перечислите виды природных вод. 2. Качество воды – это … а) комплекс признаков, по которым оценивается пригодность воды; б) установленные значения показателей пригодности воды; в) характеристика состава и свойств воды, определяющая ее при- годность для водопользования. 3. Какие примеси могут присутствовать в природных водах? 4. Какие существуют методы удаления из воды примесей? 5. Какие силы удерживают примеси в природной воде? 6. Индекс загрязнения воды – это … а) степень загрязнения; б) показатель, представленный отдельным числом для каждого критерия качества воды; в) лимитирующий показатель вредности. 7. Приведите краткую характеристику качества воды (индекс каче- ства воды), используя классификации природных вод. Исходные данные приведены в прил. 2.
Доступ онлайн
В корзину