С 1 января 1998 г контроль качества питьевой воды в России осуществляется по новому нормативному правовому документу Санитарным правилам и нормам Питьевая
|
|
Скачать 2.66 Mb.
|
|
Meтоды подготовки питьевой воды для предприятий пищевой промышленности • Осветление и обесцвечивание Контактная коагуляция Koppeкция xимического состава |
|
^
Необходимость очистки воды на питьевых водопроводах возникает при несоответствии исходной воды требованиям СанПиН 2.1.4.559—96. Основная цель традиционных схем очистки — улучшение органолептических свойств воды: осветление, обесцвечивание, дезодорация и др. Под осветлением воды понимают удаление из нее взвешенных веществ, под обесцвечиванием — устранение окрашенных коллоидов или истинно растворенных веществ. Осветление и обесцвечивание воды достигается в основном ее отстаиванием (с применением коагулянтов и флокулянтов или без них) в отстойниках, фильтрованием через ткани или сетки на микрофильтрах и барабанных ситах. Последние используют для предварительного удаления из воды фито- и зоопланктона, что позволяет намного улучшить работу сооружений водопровода. Как показывает практика эксплуатации микрофильтров, они снижают содержание взвеси в воде на 30— 40 %, практически полностью задерживают зоопланктон и на 75— 95 % — фитопланктон. Основной частью микрофильтров и барабанных сит является многогранный барабан с фильтрующими элементами из тонкой металлической или пластмассовой сетки с ячейками размером 40— 60 мкм. Обрабатываемую воду подают внутрь барабана. Фильтруясь через сетку, она поступает в камеру микрофильтра, а оттуда — в трубопровод, подающий воду на следующий этап очистки — отстаивание. При отстаивании происходит механическое освобождение воды от взвешенных частиц, которые осаждаются по действием силы тяжести. Простым отстаиванием удается задержать частицы размером более 0,1 мкм. Для удаления из воды взвеси, находящейся в коллоидном состоянии, необходимо предварительно разрушить структуру коллоидов и укрупнить частицы. С этой целью на водопроводах для повышения эффективности осветления прибегают к вспомогательному процессу — коагуляции примесей воды, т. е. укрупнению коллоидных и мельчайших диспергированных частиц благодаря их взаимному слипанию под действием сил межмолекулярного притяжения. Коагуляция завершается образованием видимых невооруженным глазом агрегатов — хлопьев. Для того чтобы вызвать коагуляцию примесей воды, к ней добавляют химические реагенты — коагулянты, в качестве которых в основном применяют соли алюминия или железа. В отечественной практике наиболее широко используют сульфат алюминия Al2(SO4)3. Обычно применяют неочищенный глинозем, содержащий 33 % безводного сульфата алюминия. Некоторые заводы выпускают очищенный глинозем, содержащий не более 1 % нерастворимых примесей. В качестве коагулянтов используют также оксихлорид алюминия и алюминат натрия, при коагулировании которыми рН воды практически не изменяется, что очень важно по технологическим соображениям. Активными коагулянтами являются и соли железа — железный купорос и хлорид железа. Однако необходимость подщелачивания воды при их использовании, а также высокая коррозионная активность ограничивают использование солей железа в практике питьевого водоснабжения. В практике водоподготовки коагуляцию примесей воды осуществляют в слое зернистой загрузки фильтров (контактная коагуляция) или в свободном объеме (хлопьеобразование). Эти два вида коагуляции отличаются механизмом действия и имеют свои характерные особенности. ^ основана на способности иона алюминия (или железа), образующегося в результате диссоциации сульфата алюминия (или соединений железа), вызывать нейтрализацию положительно заряженных коллоидных частиц воды. Обрабатываемую воду смешивают с коагулянтом и подают на фильтры с зернистой загрузкой. Коллоидные и суспендированные частицы, потерявшие стабильность, проникают в толщу слоя с потоком фильтруемой воды, сближаются с поверхностью зерен загрузки, прилипают к ним, образуя вокруг каждого зерна скопления геля с характерной сетчатой структурой. Таким образом, механизм контактной коагуляции состоит в отделении твердой фазы обрабатываемой воды от жидкой под действием сил межмолекулярного притяжения между мельчайшими частицами взвеси и зернами фильтрующего материала. Контактная коагуляция протекает особенно успешно при смешении коагулянта с обрабатываемой водой непосредственно перед ее поступлением в зернистую загрузку. Даже при малых дозах коагулянта процесс осуществляется полно и быстро. На контактную коагуляцию не оказывают заметного влияния температура воды и отсутствие у нее щелочного резерва. Сооружения, работающие по методу контактной коагуляции, называют контактными фильтрами или контактными осветлителями. Их применение не требует строительства отстойников и камер хлопьеобразования, что позволяет значительно сократить капитальные и эксплуатационные затраты. Однако, как показал опыт эксплуатации осветлителей, они могут удовлетворительно работать лишь при осветлении воды, содержащей взвешенных веществ не более 120 мг/л, и при цветности воды до 120°. В основе механизма коагуляции в свободном объеме лежит не только предварительная дестабилизация примесей воды, как при контактной коагуляции, но и образование хлопьев гидроксида алюминия или железа, обладающих высокой сорбционной способностью. Следует подчеркнуть, что именно образование золя гидроксида алюминия или железа является ведущим в механизме коагуляции в свободном объеме. Образующиеся хлопья коагулянта сорбируют на поверхности своих частиц взвешенные вещества, бактерии, клетки планктона, гуминовые соединения, соли тяжелых металлов и оседают, осветляя воду. На скорость и полноту процесса коагуляции в свободном объеме в значительной степени влияют факторы, важнейшими из которых являются щелочность и температура обрабатываемой воды, концентрация водородных ионов, наличие в воде грубодисперсных примесей и, конечно, доза коагулянта. Предварительный расчет оптимальной дозы коагулянта производится с учетом щелочности и цветности обрабатываемой воды. Однако, учитывая сложность физико-химических процессов, лежащих в основе коагуляции, предварительно рассчитанную дозу обязательно уточняют опытным путем (пробную коагуляцию проводят в лаборатории водопровода). В составе сооружений для коагуляции должны быть дозатор, смеситель и камера хлопьеобразования. Назначение сооружений ясно из их названия. Известно большое количество конструкций, различающихся материалоемкостью, сложностью монтажа и эксплуатации, эффективностью работы и производительностью. Указанные различия учитываются проектантами при разработке технологических схем обработки воды. Как показала практика, обработка воды минеральными коагулянтами далеко не всегда обеспечивает должный эффект ее очистки. Для интенсификации и улучшения процесса хлопьеобразования в ряде случаев применяют так называемые флокулянты — высокомолекулярные синтетические соединения. Введенные в воду флокулянты связывают взвешенные и коллоидные частицы воды и хлопья коагулянта, в результате чего образуются крупные, неустойчивые в воде агрегаты. Следовательно, применение флокулянтов позволяет резко ускорить процесс образования и оседания коагуляционной взвеси, повысить эффект осветления и обесцвечивания воды. В практике водоподготовки применяют флокулянты анионного (полиакриламид, препараты полиакрилнитрила — К-4 и К-6, активированная кремниевая кислота) и катионного (ВА-2) типов. Флокулянты анионного типа требуют предварительной обработки воды минеральными коагулянтами, флокулянты катионного типа в предварительном введении коагулянта не нуждаются. Необходимо отметить, что при обработке воды коагулянтами и флокулянтами в нее вносят химические соединения, способные при определенных условиях неблагоприятно влиять на качество питьевой воды. В связи с этим для применения в практике питьевого водоснабжения допускаются лишь коагулянты и флокулянты, прошедшие гигиеническую апробацию, остаточные их количества в питьевой воде должны постоянно контролироваться и не превышать предельно допустимых концентраций. Как отмечалось выше, коагуляция лишь подготавливает воду для дальнейшего осветления и обесцвечивания. В ряде случаев в схеме обработки воды коагуляция может отсутствовать. Первым этапом осветления воды, прошедшей или не прошедшей коагуляцию, является осаждение взвешенных веществ в отстойниках. Принцип работы отстойника — замедление скорости движения воды при увеличении сечения ее потока. В этих условиях находящиеся в воде грубодисперсные примеси, скоагулированные коллоидные частицы и хлопья коагулянта под действием силы тяжести выпадают в осадок. В зависимости от направления движения воды различают горизонтальные и вертикальные отстойники. Одна из важнейших характеристик отстойников — скорость движения воды, которая колеблется для горизонтальных отстойников в пределах 4—6 мм/с; вертикальных — 0,4—0,6 мм/с. При эксплуатации отстойников нельзя допускать увеличения скорости воды, так как при этом появляется возможность взмучивания осадка, что создает благоприятные условия для «выноса» взвешенных веществ, бактерий и т. п. Коагулированная вода осветляется значительно интенсивнее, если осветленная вода проходит через слой ранее образованного осадка, находящегося во взвешенном состоянии. Контакт воды с осадком способствует получению более крупных и плотных хлопьев, чем в отстойниках, значительно улучшает гидравлическую характеристику взвеси. Это свойство взвешенного осадка было использовано отечественными инженерами для разработки принципиально новых типов водоочистных сооружений — осветлителей со взвешенным осадком. Ввиду того что процесс осветления воды в осветлителе значительно интенсивнее, чем в отстойниках, продолжительность пребывания воды в нем сокращается. Снижается также расход коагулянта. Осветлители в настоящее время успешно вытесняют отстойники, особенно при осветлении мутных вод с концентрацией взвешенных веществ от 500 до 5000 мг/л. Известно несколько конструкций осветлителей со взвешенным осадком, но все они дают примерно одинаковое качество осветляемой воды. Эффект осветления воды в осветлителях зависит во многом от выполнения правил их эксплуатации: обеспечения равномерности поступления воды, своевременной очистки, промывки и дезинфекции сооружения. При правильно выбранных сооружениях для осаждения взвешенных веществ концентрация их в обработанной воде составляет 8—12 мг/л, допустимая мутность питьевой воды не должна превышать 1,5 мг/л. Таким образом, несмотря на высокую техническую эффективность сооружений для предварительного осветления воды, получаемая вода не соответствует гигиеническим требованиям, или, другими словами, отстойники и осветлители не дают достаточной гигиенической эффективности очистки. Оставшаяся в воде взвесь представлена в основном тонкодисперсными суспензиями минеральных веществ, бактериями и вирусами. Для ее задержки воду фильтруют через фильтры с зернистой загрузкой. Фильтрование воды через зернистые материалы является одним из основных методов улучшения качества воды, позволяющим довести ее состав по показателям мутности и цветности до требований СанПиН 2.1.4.559—96, а также значительно уменьшить бактериальное загрязнение воды. В большинстве случаев фильтрование — это последний этап осветления воды, его проводят после предварительного отстаивания воды в отстойниках или осветлителях. Фильтры с зернистой загрузкой классифицируют по скорости фильтрования — медленные (0,1—0,3 м/ч), скорые (5—12м/ч) и сверхскорые (36—100 м/ч); по рабочему давлению—открытые (или безнапорные), напорные; по направлению фильтрующего потока — однопоточные, двухпоточные: по числу фильтрующих слоев — однослойные, двухслойные, многослойные. Скорый фильтр с зернистой загрузкой (рис. 2) представляет собой железобетонный резервуар, заполненный фильтрующим материалом в два слоя.  Фильтрующий слой выполняют из материала, обладающего достаточной механической прочностью (кварцевый песок, антрацитовая крошка, керамзит, шунгизит, дробленый мрамор). Можно применять и другие материалы, удовлетворяющие санитарным требованиям и обладающие достаточной химической стойкостью и механической прочностью. В связи с этим все новые фильтрующие материалы проходят санитарную экспертизу, в ходе которой устанавливают их состав, скорость и степень вымываемости отдельных элементов (особенно тяжелых металлов) водой. Материалы, получившие положительную оценку, вносят в «Перечень материалов, реагентов и малогабаритных устройств, разрешенных Госкомитетом санитарно-эпидемиологического надзора РФ для применения в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения» №01-19/32-II от 23.10.92 г. Поддерживающий слой служит для того, чтобы мелкий фильтрующий материал не вымывался вместе с фильтруемой водой через отверстия распределительной системы. Он состоит из гравия или щебня разной крупности, постепенно увеличивающейся сверху вниз. Распределительная система фильтра представляет собой трубы с отверстиями разной формы и размера. Ее назначение — сбор и отвод профильтрованной воды без выноса зерен фильтрующего материала, а также равномерное распределение воды по площади фильтра при его промывке. Фильтрование воды на водопроводах осуществляется двумя принципиально отличающимися друг от друга методами: объемным и пленочным. При объемном фильтровании на скорых фильтрах механические примеси воды проникают в толщу фильтрующей загрузки и адсорбируются под действием сил межмолекулярного притяжения на поверхности ее зерен. Чем больше скорость фильтрования и чем крупнее зерна загрузки, тем глубже проникают в ее толщу загрязнения и тем равномернее они распределяются. В результате уменьшения размера пор возрастает сопротивление загрузки при фильтровании, происходит потеря напора, ухудшается качество фильтрата. Для восстановления задерживающей способности загрузки фильтр выключают для промывки, проводимой обратным током чистой профильтрованной воды путем ее подачи под необходимым напором в распределительную систему. Несмотря на то что промывка фильтров является лишь вспомогательным процессом, она может оказать решающее влияние на нормальный режим работы фильтров. Если во время промывки фильтрующая загрузка отмывается недостаточно, это приводит к постепенному накоплению остаточных загрязнений, что сокращает время нормальной работы фильтра, а в отдельных случаях и вовсе выводит его из работы. Чтобы обеспечить санитарную надежность фильтра, режим работы и параметры загрузки должны быть такими, чтобы время от начала работы фильтра до потери напора (время фильтроцикла) было меньше времени, в течение которого фильтр выдает воду надлежащего качества (время защитного действия загрузки). В практике питьевого водоснабжения их соотношение должно быть примерно 1:0,8. В отечественной практике наибольшее распространение получили двухслойные фильтры, двухпоточные фильтры Академии коммунального хозяйства (АКХ), двухслойный двухпоточный фильтр ДДФ и контактные фильтры (осветлители). Двухслойный фильтр загружен сверху дробленым антрацитом, а ниже его — кварцевым песком. В этих фильтрах верхний слой, состоящий из более крупных зерен, задерживает основную массу загрязнений, а песчаный слой задерживает остаток, прошедший через верхний слой. Общая грязеемкость двухслойного фильтра в два раза больше грязеемкости обычного скорого фильтра, загруженного песком, что позволяет увеличить скорость фильтрования до 10— 12 м/ч. Поэтому и производительность двухслойного фильтра при одинаковой площади в два раза больше обычного. Сущность работы фильтров АКХ заключается в том, что 70% обрабатываемой воды фильтруется снизу вверх, а 30%— как в обычных фильтрах, сверху вниз. Благодаря этому основная масса загрязнений задерживается в нижней, наиболее крупнозернистой части фильтра, имеющей большую грязеемкость. В связи с тем что задерживающая способность фильтрующей загрузки в фильтрах АКХ используется полностью по всей высоте, скорость фильтрования в них увеличивается до 15 м/ч. Фильтры ДДФ конструктивно отличаются от фильтров АКХ наличием двухслойной фильтрующей загрузки (антрацит и песок, керамзит и песок и т. п.), что позволяет довести скорость фильтрования до 25—30 м/ч, а следовательно, значительно повысить их производительность. Контактные фильтры (осветлители), разработанные Академией коммунального хозяйства, конструктивно почти не отличаются от обычных скорых фильтров, однако принцип их действия совершенно иной, основанный на использовании явления контактной коагуляции, ранее рассмотренной нами. В практике водоподготовки в настоящее время с успехом применяют различные типы контактных осветлителей, которые обеспечивают высокий эффект осветления и обесцвечивания воды. Обязательным условием фильтрования воды на скорых и контактных фильтрах является предварительная реагентная обработка воды (коагуляция). Однако на станциях небольшой мощности применение реагентных методов вызывает серьезные затруднения, связанные с недостатком квалифицированного персонала, сложностью технического обслуживания и трудностями в приобретении необходимых приборов и реагентов. Поэтому на водопроводах малой производительности осветление воды проводят в безреагентном режиме на специальных сооружениях — медленных фильтрах. В основе работы этих фильтров лежит метод пленочного фильтрования, при котором из ранее задержанных примесей воды в верхнем слое фильтрующей загрузки образуется биологическая пленка. Вначале вследствие механического осаждения частиц взвеси и их прилипания к поверхности зерен загрузки уменьшается размер пор. Затем на поверхности песка развиваются водоросли, простейшие, бактерии и другие организмы, формирующие биологическую пленку. Образованию пленки в этих фильтрах способствует малая скорость фильтрации, большая мутность воды, значительное содержание фитопланктона. Биологическая пленка дает не только высокий эффект осветления воды, но и задерживает бактерии, уменьшая их количество на 95—99%, обеспечивает снижение окисляемости воды на 20—45 % и цветности на 20 %. Высокая санитарная надежность медленных фильтров в сочетании с простотой их устройства и эксплуатации позволяет рекомендовать эти сооружения для обработки воды на водопроводах небольшой производительности. • ^ Из всего многообразия методов, направленных на улучшение химического состава питьевой воды, предприятиям пищевой промышленности доступны лишь те, которые позволяют снизить концентрацию железа в исходной воде. Концентрация солей железа в воде источников колеблется от нескольких сотых долей до десятков миллиграммов в 1 л. Большие концентрации солей железа чаще встречаются в артезианских водах. Допустимая концентрация железа по СанПиН 2.1.4.559—96 принята не более 0,3 мг/л. Она предупреждает возможное влияние железа на органолептические свойства воды (мутность и цветность). В подземных водах железо содержится обычно в виде растворимых солей двухвалентного железа: бикарбонатов, сульфатов или хлоридов. В поверхностных водах оно может находиться в виде коллоидных и тонкодисперсных взвесей: гуматов железа, гидроксидов, сульфатов железа. Для обезжелезивания воды практическое применение в коммунальном водоснабжении нашли следующие методы: аэрационные, реагентные с использованием окислителей или извести, катионирование. Выбор метода зависит от того, в каком количестве и в каких соединениях присутствует железо в воде. В частности, аэрационные методы применяют преимущественно при обезжелезивании подземных вод. Именно на рассмотрении этих методов кондиционирования воды мы и остановимся, поскольку собственное водоснабжение предприятий пищевой промышленности, как правило, основано на использовании подземных вод. При контакте подземной воды с воздухом двухвалентное железо окисляется кислородом воздуха в трехвалентное, которое при рН воды более 3,5 гидролизуется. Коллоид гидроксида железа при рН 6,5—6,8 коагулирует с образованием бурого хлопьевидного осадка. С повышением рН воды возрастает как скорость окисления закиси железа в основное, так и скорость гидролиза и коагуляции гидроксида железа. Поэтому освобождение воды от железа ведут при рН больше 7. С этой целью из воды удаляют углекислый газ и сероводород. Освобождение обрабатываемой воды от углекислого газа и сероводорода, как и окисление закисного железа, достигается аэрацией. В последние годы в практику водоснабжения внедрен новый метод обезжелезивания воды фильтрованием. Этот метод основан на способности воды, содержащей двухвалентное железо и растворенный кислород, при фильтрации через зернистый слой выделять железо на поверхности зерен, образуя каталитическую пленку, состоящую в основном из гидроксида железа. Эта пленка активно влияет на процесс окисления и выделения железа из воды и значительно его интенсифицирует. Необходимым условием образования и действия пленки является наличие в воде кислорода. При его полном отсутствии процесс прекращается. Образование каталитической пленки сопровождается постепенным снижением концентрации железа в фильтре. Происходит «зарядка» загрузки (один раз, в самом начале при пуске станции), после завершения которой достигается полный и стабильный эффект обезжелезивания. Описанный метод обезжелезивания воды не требует специальных аэрационных условий (обрабатываемая вода обогащается кислородом при поступлении ее на фильтр) и контактных емкостей. Все это упрощает эксплуатацию и удешевляет стоимость очистки, что позволяет рекомендовать метод фильтрования для обезжелезивания воды на предприятиях пищевой промышленности. • |
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям