Степень осветления изменяется в зависимости от мутности и цветности воды и содержания в ней взве-шеных, коллоидных и органических веществ. В соответствии с этим существуют два метода осветления:
— полная коагуляция, флокуляция, отстаивание и фильтрование;
— частичная коагуляция, микрофлокуляция и фильтрация.
Добавление коагулянта снижает отрицательный электрический потенциал частиц в воде. По первому методу добавление достаточно большой дозы снижает практически весь потенциал; это обеспечивает полную коагуляцию коллоидов и оптимальное осветление после флокуляции, отстаивания и фильтрования.
По второму методу вводится небольшое количество коагулянта, что вызывает частичную коагуляцию коллоидов с образованием очень мелких хлопьев (микрофлокуляция), которые могут быть отделены фильтрацией, с добавлением или без добавления коагулирующих вспомогательных веществ. Таким методом нельзя достигнуть минимальных значений цветности или содержания взвешенных и органических веществ, но можно добиться соответствия предъявляемым требованиям, если поступающая необработанная вода не слишком сильно загрязнена.
Осветление с использованием полной коагуляции, флокуляции, отстаивания и фильтрования
Эти процессы предназначены для обработки воды, имеющей один или несколько следующих качественных показателей:
- содержание взвешенных веществ более 20—40 г/м3 в течение всего или части года;
- цветность более 30 мг/л по платино-кобалътовюй шкале (другие процессы очистки, которые можно использовать, если цветность воды является единственным недостатком, обсуждаются далее);
- высокое содержание органических веществ, которое должно быть сведено к минимуму;
- концентрация тяжелых металлов свыше максимально допустимых величин;
- высокое содержание планктона, даже если он появляется только периодически; эта очистка комбинируется с предварительным хлорированием, количество планктона снижается на 95—99%, а остатки планктона удаляются фильтрованием. Как описано в гл. 9, с помощью микрофильтрации нельзя достигнуть такого результата.
Процесс осветления может изменяться в зависимости от количества взвешенных в воде веществ.
Осветление очень мутной воды. Если в воде содержится более 2000—3000 г/м3 взвешенных веществ в течение длительного времени, необходимо применить один из следующих способов:
- Одноступенчатое отстаивание и осветление во флокуляторе или осветлителе скребкового типа. Этот процесс возможен тогда, когда максимальное содержание взвешенных веществ не слишком велико, а осадка образуется не очень много. Обычно принимают скорость восходящего потока от 1 до 1,5 м/ч.
- Двухступенчатое отстаивание (первичный и вторичный осветлители). Этот процесс используется для воды с очень высоким содержанием глины.
Для того чтобы первичный осветлитель работал эффективно, нельзя рассматривать его как сооружение для удаления частиц песка диаметром от 0,1 до 0,2 мм. Последние должны быть удалены на предшествующей стадии, иначе скребок будет заклиниваться или повреждаться.
При высоком содержании взвешенных веществ в воде очистные сооружения будут иметь очень большие размеры, если « очистка должна быть обеспечена без применения реагентов.
В случае же осветлителя малых размеров устойчивая эксплуатация сооружения имеет место при обработке воды со средней мутностью. Поэтому в пиковые периоды (свыше 5000—10000 г/м3) при первичном осветлении в «воду добавляют меньшую дозу коагулянта или флокулянта, определяемую джар-тестом; это обеспечивает необходимую степень предварительной очистки при относительно высокой восходящей скорости потока. Необходимая скорость устанавливается в зависимости от характера и количества веществ, подлежащих удалению, а также от объема образующегося осадка и количества добавляемых коагулянтов. В период внезапного разлива реки может возникнуть необходимость добавления нейтрализующих веществ для поддержания нужной величины pH воды; в другое время добавлять такие реагенты не нужно.
Во вторичный осветлитель поступает вода, качество которой изменяется в допускаемых пределах, и после окончательной коагуляции и флокуляции выпускают осветленную воду хорошего качества.
В интересах здоровья потребителей после осветления применяется фильтрование как конечный процесс, совершенствование которого может еще повысить качество обработанной воды.
Можно отметить, что добавление реагентов в сверхдозах в две стадии в пиковые периоды не дает лучшего результата по сравнению с одностадийным процессом. Подача реагентов должна быть определена очень точно для обработки воды в пиковые периоды, которые могут изменяться из года в год. Поэтому необходимо хорошо знать все вопросы, связанные с водоснабжением, и иметь большой запас реагентов, используемых в процессах очистки.
Осветление воды средней мутности (от 20 до 2000— 3000 г/м3)
Коагуляция, скомбинированная с флокуляцией, и одностадийное отстаивание обычно вполне достаточны для этого случая. Процесс может быть проведен во флокуляторе, за которым следует отстойник периодического действия, или во флокуляторе-отстойнике скребкового типа со взвешенным слоем осадка или с рециркуляцией ила.
Для получения хорошего результата необходимо установить правильную дозу коагулянта и нужную величину pH флокуляции, которую можно корректировать добавлением нейтрализующего вещества.
Использование флокулирующих добавок рекомендуется почти всегда, потому что это не только увеличивает скорость осветления, но и обеспечивает получение лучшего качества осветленной воды. Однако опыт показывает, что не существует добавок, которые позволили бы уменьшить дозу коагулянта при таком же качестве воды.
Если допускается низкое качество воды, не соответствующее официальным стандартам, то доза коагулянта может быть уменьшена с использованием или без использования вспомогательных средств для коагулирования.
В странах, где разрешено использование синтетических жиомогательных средств, пытаются уменьшить дозу коагулянта, добавляя катионитовые вспомогательные средства; перед тбавлением вспомогательных средств выполняются лабораторные исследования и выбирается скорость дозирования.
Наконец, для различных реагентов максимальный эффект достигается, если флокуляция проходит в насыщенной хлопьями среде; это определяет размеры флокулятора-отстойника, в котором концентрация флокулируемого ила должна быть высокой.
Можно применить обычный флокулятор, за которым следует осветлитель с коротким временем пребывания в нем воды, что позволяет получить воду, удовлетворяющую стандартам, но не очень высокого качества.
Процесс с использованием коагуляции, флокуляции, одностадийного отстаивания и фильтрования широко распространен; он может сопровождаться одновременным проведением дополнительной очистки, например удалением железа и марганца, и доочистки. Такая схема имеет то преимущество, что может использоваться как целиком, так и частично; например, может быть временно исключена коагуляция. Тогда осветлитель используется как контактный отстойник перед фильтрованием, а при необходимости проводят предварительное хлорирование.
Наконец, для поверхностных вод, которые имеют высокое содержание органических веществ, ассоциированных со значительным количеством железа, может оказаться необходимой очистка в две ступени с проведением коагуляции и флокуляции при различных величинах pH. Этим методом можно снизить содержание органических веществ на 75—80% после фильтрования и тех случаях, когда простое отстаивание не дает эффекта более 50% из-за присутствия комплексов различных загрязнений, но такие исключительные случаи встречаются редко.
Когда характеристики воды и осадков, образованных при флокуляции, удовлетворительны, осадок можно отделить с помощью флотации — процесса, который обусловливает высокую концентрацию осадка и позволяет снизить расход реагентов.
Осветление с использованием частичной коагуляции, флокуляции и фильтрования
Если вода имеет высокую концентрацию примесей только в отдельные периоды (как правило, менее 20-40 г/м3 взвешенных веществ), имеет небольшую цветность (менее 30 единиц) и содержит только небольшое количество органических веществ, железа и марганца, то она может быть очищена с использованием частичной коагуляции с последующим фильтрованием. Добавление коагулянта обычно требует определенного времени для его контакта с водой, подаваемой на фильтры, но вспомогательные добавки вводятся непосредственно перед поступлением воды на фильтр. Доза коагулянта определяет конечную мутность воды после фильтрования, а вспомогательные средства замедляют проникание очень тонких легких хлопьев в загрузку фильтра. Этот тип очистки применяют для довольно ограниченной категории слабо загрязненных вод, иначе конечное качество воды не будет приемлемым, так как здесь удаляется меньше органических веществ, чем при полной коагуляции.
Применение рассматриваемого метода очистки ограничено также максимальной задерживающей способностью фильтрующего материала, которая может быть увеличена при использовании слоя очень большой глубины или загрузок из различных зернистых материалов.
Наконец, возможности метода можно расширить, используя двухступенчатые фильтры, но это не настолько эффективно, как осветление с использованием полной коагуляции, флокуляции, отстаивания и фильтрования. Если слабо загрязненная вода имеет большую цветность или содержит большое количество железа или марганца, то можно использовать частичную коагуляцию и фильтрование при условии, что им предшествовал процесс озонирования. В этом процессе озон действует как окислитель, а не как коагулянт; как показывает опыт, озон не изменяет дзета-потенциал воды. Использование двухслойного фильтра обычно удовлетворяет требованиям данного способа очистки.