Подготовка питьевой воды. Как очищают воду в мосводоканале Очистка городской воды

Вода на современных водопроводных станциях подвергается многоступенчатой очистке для удаления твердых примесей, волокон, коллоидных взвесей, микроорганизмов, для улучшения органолептических свойств. Максимально качественный результат достигается сочетанием двух технологий: механической фильтрации и химической обработки.

Особенности технологий очистки

Механическая фильтрация . Первый этап водоподготовки позволяет удалить из среды видимые твердые и волокнистые включения: песок, ржавчину и т. д. При механической обработке воду последовательно пропускают через ряд фильтров с уменьшающимся размером ячеек.

Химическая обработка . Технология используется для приведения химического состава и качественных показателей воды к норме. В зависимости от первоначальных характеристик среды обработка может включать несколько этапов: отстаивание, обеззараживание, коагуляцию, умягчение, осветление, аэрацию, деминерализацию, фильтрацию.

Методы химической очистки воды на водопроводных станциях

Отстаивание

На водопроводных станциях устанавливают специальные резервуары с переливным механизмом или устраивают железобетонные отстойники на глубине 4–5 м. Скорость движения воды внутри емкости поддерживается на минимальном уровне, причем верхние слои перетекают быстрее, чем нижние. В таких условиях тяжелые частицы оседают на дно резервуара и удаляются из системы через отводные каналы. В среднем на отстаивание воды уходит 5–8 часов. За это время оседает до 70 % тяжелых примесей.

Обеззараживание

Технология очистки направлена на удаление из воды опасных микроорганизмов. Установки обеззараживания присутствуют во всех без исключения водопроводных системах. Дезинфекция воды может выполняться облучением или добавлением химических реагентов. Несмотря на появление современных технологий, использование обеззаражи.вающих средств на основе хлора является предпочтительным. Причина популярности реагентов заключается в хорошей растворимости хлорсодержащих соединений в воде, способности сохранять активность в подвижной среде, оказывать дезинфицирующее действие на внутренние стенки трубопровода.

Коагуляция

Технология позволяет удалять растворенные примеси, которые не улавливаются фильтрующими сетками. В качестве коагулянтов для воды используют полиоксихлорид или сульфат алюминия, калийно-алюминиевые квасцы. Реагенты вызывают коагуляцию, то есть слипание органических примесей, крупных белковых молекул, планктона, находящегося во взвешенном состоянии. В воде образуются крупные тяжелые хлопья, которые выпадают в осадок, увлекая за собой органические взвеси, некоторые микроорганизмы. Для ускорения реакции на станциях очистки используют флокулянты. Мягкую воду подщелачивают содой или известью для быстрого образования хлопьев.

Умягчение

Содержание соединений кальция и магния (солей жесткости) в воде строго регламентировано. Для удаления примесей используют фильтры с катионными или анионными ионообменными смолами. Когда вода проходит через загрузку, ионы жесткости замещаются водородом или натрием, безопасным для здоровья человека и водопроводной системы. Поглощающая способность смолы восстанавливается обратной промывкой, но емкость уменьшается с каждым разом. Ввиду высокой стоимости материалов такая технология умягчения воды используется в основном на локальных очистных сооружениях.

Осветление

Методику используют для очистки поверхностных вод, загрязненных фульвокислотами, гуминовыми кислотами, органическими примесями. Жидкость из таких источников часто имеет характерный цвет, привкус, зеленовато-коричневый оттенок. На первом этапе воду направляют в смесительную камеру с добавлением химического коагулянта и хлорсодержащего реагента. Хлор разрушает органические включения, а коагулянты выводят их в осадок.

Аэрация

Технология используется для удаления из воды двухвалентного железа, марганца, других окисляющихся примесей. При напорной аэрации жидкость барботируется воздушной смесью. Кислород растворяется в воде, окисляет газы и соли металлов, выводя их из среды в виде осадка или нерастворимых летучих веществ. Аэрационная колонна наполняется жидкостью не полностью. Воздушная подушка над поверхностью воды смягчает гидроудары и увеличивает площадь контакта с воздухом.

Безнапорная аэрация требует более простого оборудования и проводится в специальных душевальных установках. Внутри камеры вода распыляется через эжекторы для увеличения площади контакта с воздухом. При высоком содержании железа аэрационные комплексы могут дополняться озонирующим оборудованием или фильтрующими кассетами.

Деминерализация

Технология используется для подготовки воды в промышленных водопроводных системах. Деминерализация выводит избыточное железо, кальций, натрий, медь, марганец и другие катионы и анионы из среды, увеличивая срок службы технологических трубопроводов и оборудования. Для очистки воды используют технологию обратного осмоса, электродиализа, дистилляции или деионизации.

Фильтрация

Воду фильтруют пропусканием через угольные фильтры, или углеванием. Сорбент поглощает до 95 % примесей, как химических, так и биологических. До недавнего времени для фильтрации воды на водопроводных станциях использовались прессованные картриджи, но их регенерация является достаточно дорогостоящим процессом. Современные комплексы включают порошкообразную или гранулированную угольную загрузку, которую просто высыпают в емкость. При перемешивании с водой уголь активно удаляет примеси, не изменяя своего агрегатного состояния. Технология более дешевая, но такая же эффективная, как блочные фильтры. Угольная загрузка выводит из воды тяжелые металлы, органику, поверхностно-активные вещества. Технология может применяться на очистных сооружениях любого типа.

Воду какого качества получает потребитель

Вода становится питьевой только после прохождения полного комплекса очистных мероприятий. Затем она поступает в городские коммуникации для доставки потребителю.

Необходимо учесть, что даже при полном соответствии параметров воды на очистных сооружениях санитарно-гигиеническим нормам в точках водоразбора ее качество может быть значительно ниже. Причина в старых, проржавевших коммуникациях. Вода загрязняется при прохождении по трубопроводу. Поэтому установка дополнительных фильтров в квартирах , частных домах и на предприятиях остается актуальным вопросом. Грамотно подобранное оборудование гарантирует соответствие воды нормативным требованиям и даже делает ее полезной для здоровья.

Говорят, если не хочешь испортить себе аппетит, не стоит ходить на предприятия пищепрома и смотреть, из чего делают то, что мы едим. Чтобы увидеть, что мы пьем, и ходить никуда не надо вот она, мутная грязноватая вода равнинных водоемов. Но что с ней происходит, прежде чем она попадает к нам в кран?

От реки к реке Миллионы кубометров воды совершают ежесуточный круговорот от водозабора станции водоподготовки до финальной стадии очистки. На фото – водослив на одном из московских очистных сооружений

Олег Макаров

Чуть больше года назад житель города Портленда, столицы штата Орегон, Джошуа Ситер, будучи навеселе, помочился в водоем, который, по несчастью, оказался резервуаром с подготовленной питьевой водой. Негодник попал в объективы камер слежения, а запись с них — на телевидение. Город ужаснулся — что же мы пьем?! Чтобы погасить панику и утихомирить общественное мнение, властям пришлось слить весь резервуар объемом 30 млн литров. Чиновники решили, что так проще закрыть вопрос, нежели объяснять, что содержимое человеческого мочевого пузыря, растворенное в 8 млн галлонов чистой воды, никак себя не обнаружит — ни по вкусу, ни по цвету. Те же, кто сохранил хладнокровие и здравый смысл, и вовсе недоумевали: человеческая моча — это едва ли не самое безобидное, что может попасть в такой резервуар. В открытых водоемах хозяйничают птицы, земноводные и насекомые, и все они не только справляют в воде естественные надобности, но и погибают, а значит, разлагаются.

Фильтры для процесса, называемого ультрафильтрацией. Благодаря мельчайшим порам диаметром 0,01 мкм такие фильтры из ацетатцеллюлозных мембран способны удалять из воды даже бактерии и вирусы.

Где нам взять чистую воду?

Даже в лаборатории получить абсолютно чистую воду, не содержащую никаких растворов, невозможно, равно как невозможно получить 100%-ный вакуум. Взять ее в природе тем более неоткуда — в ней обязательно растворены какие-то минералы, присутствуют коллоидные и твердые взвеси, а также живые организмы, их останки и продукты жизнедеятельности. Вода, добываемая из артезианских скважин, обычно более минерализована, более жестка, зато относительно свободна от антропогенных загрязнений и органики. Однако если вести речь, например, о Москве, являющейся крупнейшим в стране потребителем воды (около 3,7 млн кубометров питьевой воды в сутки), то для столицы местные запасы артезианской воды невелики и совершенно не соответствуют запросам мегаполиса. Москва забирает воду из двух основных поверхностных источников — Волги (через канал им. Москвы и цепь водохранилищ) и Москвы-реки, а точнее, из водохранилищ, находящихся в верховьях реки и на ее притоках. Вазузская система водохранилищ на границе Тверской и Смоленской областей может дополнительно подпитывать как Волгу, так и москворецкий источник. Гидроузлы регулируют сток рек и не дают уходить талым водам, аккумулируя их в водохранилищах. Но что несут с собой талые воды? Нефтепродукты и продукты их сжигания, химические удобрения с полей и много других не очень полезных для здоровья следов деятельности человека в относительно густо заселенном Подмосковье. Таким образом, чтобы вся эта вода стала питьевой, ее необходимо очень серьезно чистить, причем технологии очистки должны постоянно совершенствоваться, чтобы соответствовать новым условиям.

Ульрафильтрация и озоносорбция — наиболее современные технологии, внедряемые сегодня в сфере водоподготовки. Метод озоносорбции (применяется на новых блоках рублевской и западной станций) заключается в совместном применении процессов озонированиясорбции с помощью порошкообразного или гранулированного активного угля.

На Москву работают четыре станции водоподготовки. Две из них — Северная и Восточная — заняты очисткой волжской воды, поступающей по каналу Москва-Волга, две другие — Рублевская и Западная — забирают воду, приходящую по Москве-реке. Подготовка питьевой воды давно уже не хайтек, и основные этапы этого процесса хорошо известны. Это предварительное хлорирование, реагентная обработка, отстаивание, фильтрование и обеззараживание. Но поскольку к качеству воды сегодня предъявляются новые требования, а «качество» загрязнения поверхностных вод тоже, увы, повышается, в последние годы на объектах «Мосводоканала» внедряются новые технологии удаления из питьевой воды всевозможных неприятных примесей — от тяжелых металлов до вирусов. В 2006 году на базе Западной станции водоподготовки создана Юго-Западная водопроводная станция, где современные технологии нашли свое наиболее радикальное воплощение.

Хлор в отставке

Воспользовавшись схемой водоподготовки именно на этой станции, рассмотрим вкратце, как именно грязная и мутная вода из открытых водоемов становится чистой питьевой. С самого начала забираемая с помощью насосов первого подъема вода Москвы-реки может быть подвергнута предварительному хлорированию (в случае сильного загрязнения). Уже много лет хлорирование является наиболее эффективным методом обеззараживания, избавления воды от болезнетворных бактерий. Проблема лишь в одном: жидкий хлор ядовит и является сильным окислителем. Разумеется, в тех концентрациях, которые присутствуют в подготовленной воде, никаких неприятностей от него ждать не приходится, но для обеспечения бесперебойного процесса хлорирования жидкий хлор необходимо запасать в больших количествах, и тогда он может стать серьезным поражающим фактором в случае техногенной катастрофы или теракта. Поэтому с 2009 года на московских станциях водоподготовки началось внедрение другого вещества, содержащего активный хлор, — гипохлорита натрия. Это вещество по обеззараживающему действию хлору не уступает, однако более безопасно.

Озонирование — один из главных методов очистки воды. Это историческое фото контактного бассейна, в котором происходило озонирование на Восточной водопроводной станции (Москва).

Если начальное хлорирование не требуется, вода сразу поступает в камеру предварительного озонирования. Озонирование — давно взятый на вооружение способ очистки воды. Будучи мощным окислителем, неустойчивые молекулы из трех атомов кислорода разрушают химические соединения, образующие вкус, запах и цвет воды, а также окисляют металлические примеси. Озон сам по себе работает как коагулянт, превращая часть растворенных веществ во взвеси, которые гораздо проще осадить или отфильтровать. Озонирование происходит в закрытых камерах, исключающих утечки газа. Используется кислород атмосферного воздуха, который забирают, охлаждают и иссушают, а затем пропускают через электрический разряд. Озоно-воздушная смесь вдувается в воду сквозь керамические диффузоры с мелкими отверстиями, а затем отработанный газ принудительно (с помощью катализаторов и высокой температуры) возвращается к исходному состоянию О 2 .

Прошедшая предварительное озонирование вода, конечно, еще далека от полной очистки — в ней достаточно примесей в виде коллоидных взвесей и мелкодисперсных суспензий. В специальном смесителе, состоящем из четырех последовательных бассейнов, в воду добавляют коагулянт (полиоксихлорид алюминия) — вещество, заставляющее мелкие взвеси собираться в более крупные комки. Специальные реагенты вносятся для осаждения примесей и для образования хлопьев (хлопьеобразующие химикаты носят название флокулянтов).

Схем очистки воды на Юго-Западной водопроводной станции

После этого вода поступает в отстойник, где примеси оседают, образуя так называемый контактный ил (частично он сливается в канализацию, а частично возвращается в смеситель, где способствует коагуляции). По завершении отстоя воду осветляют и отправляют в камеру повторного озонирования.

Вирус не пролезет

Терзания воды на этом отнюдь не заканчиваются. При необходимости в следующей камере в воду добавляются коагулянт и сорбент в виде порошкообразного активированного угля. Уголь вбирает в себя остатки органических веществ (например, пестицидов), вместе с которыми он будет удален из воды при последующей многослойной фильтрации. Фильтры, загруженные слоем песка (внизу) и гидроантрацита (вверху), примут на себя последние остатки твердых взвесей. На этом традиционный цикл очистки практически завершен, однако для более качественной водоподготовки к нему добавлено еще одно высокотехнологичное звено — ультрафильтрация.

В систему водоснабжения Москвы входят 15 водохранилищ с суммарным полезным объемом 2,3 млрд. м 3 . Суммарная водоотдача составляет 11 млн. м 3 /сут, что в 2,5 — 3 раза превышает нынешние потребности столицы в воде, используемой на хозяйственно-питьевые нужды.

Зал ультрафильтрации вмещает целый массив баллонообразных фильтров, расставленных блоками в четыре линии. В каждом таком пластиковом баллоне 35 500 ацетатцеллюлозных половолоконных мембран. Пористость волокон составляет 0,01 мкм, что вполне достаточно для удержания в фильтрах бактерий и вирусов. При этом даже после стольких стадий очистки вода сохраняет необходимый человеку набор растворенных в ней минеральных микроэлементов. Венчает водоподготовку финальное обеззараживание: для хлорирования вновь используется гипохлорит натрия, также добавляется аммиачная вода. Это было бы лишним (бактерии и вирусы отфильтрованы), если бы вода поступала потребителю непосредственно со станции водоподготовки, но… прежде чем вода потечет из крана в квартире, ей предстоит долгий путь по трубопроводной сети, качество которой, мягко говоря, неравномерно, и через водопроводные подстанции с резервуарами, где очень вероятно повторное проникновение вредной органики. Обработанная же реагентами вода еще долго будет сопротивляться заражению.

Сточные воды рассматриваются сегодня не только как объект очистки, но и как ресурс. Из органического осадка, отделенного от стоков, методом анаэробного брожения в метантенках получают биогаз. Эти же осадки используются в качестве компоста для удобрения почв. Из стоков добывается энергия с помощью теплонасосов.

И снова чистить!

Воду, которую забирают из водоемов для потребностей большого города, чистят дважды — когда превращают ее в питьевую и когда она сама превращается в канализационные стоки. Очисткой стоков в Москве занимаются также четыре станции, однако технология возврата влаги природе несколько отличается от водоподготовки.

Сначала стоки процеживаются через металлические решетки, в результате чего от воды отделяются твердые бытовые отходы (их увозят на полигон как обычный мусор). Затем в так называемых песколовках осаждаются твердые минеральные примеси, после чего вода идет в первичный отстойник, где на дно выпадает осадок органического происхождения. Далее в аэротенках происходит биологическая очистка сточных вод с помощью активного ила. Отработав свое, активный ил отделяется от жидкости во вторичном отстойнике. Остается процедура обеззараживания, и здесь она производится с использованием УФ-излучения (а не хлора или его производных), после чего очищенная вода сливается в реки Москворецкого бассейна. Круговорот завершен.

Проблема чистоты воды в мегаполисах стоит острее, чем в небольших населенных пунктах. Урбанизация привела к резкому увеличению количества бытовых стоков. Для обеспечения жизнедеятельности человека в водопроводные магистрали ежедневно подаются кубокилометры питьевой воды. Понятно, что водоснабжение отдельного домовладения легко организовать с помощью шахтного колодца. В отдельных случаях поселки и города снабжаются из артезианских скважин или других естественных водоемов, но в общей массе вода забирается из искусственных водохранилищ. Да-да, именно из тез больших водоемов, где водится рыба, купаются отдыхающие, стекают атмосферные осадки, попадают бытовые и промышленные отходы.

Чтобы простая пресная вода превратилась в питьевую, она должна пройти серьезную очистку , состоящую из нескольких этапов, и только тогда, пройдя долгий путь, она потечет из крана. Возможно, недостаточно вкусная, скорее всего с различными примесями и специфическим запахом, но безопасная для здоровья. Теоретически, представители водоканалов регулярно проводят заборы и контролируют ее качество. В этой статье мы собрали информацию, как именно очищают воду и что в нее добавляют в разных городах и странах. Способы очистки отличаются, ведь в каждой части мира есть свои сложности и проблемы. Среди них: повышенные концентрации микроорганизмов, фекальные стоки, тяжелые металлы, пестициды.

Чем и как чистят воду для населения в России

Чистая питьевая вода в городских водопроводах отсутствует не только в России, но и в других странах. Приятное исключение – некоторые европейские страны, которые защищают воду конституцией. Остальным приходится довольствоваться тем, что течет из крана. Качество российской водопроводной воды способствует развитию отрасли бытовых фильтров и бутылированной воды.

Вода, забираемая из открытых водохранилищ чище, чем та, что подается из подземных резервуаров. Эта проблема затрагивает Подмосковье и часть Новой Москвы. К 2025 году планируется полная реконструкция системы водоснабжения

В Москву воду поставляют из Волги и Москвы-реки и обрабатывают на четырех станциях водоподготовки. После забора она транспортируется в регулирующий бассейн, где она проходит первый этап фильтрации. Из воды отсеивают крупные фракции мусора, растительность и рыбу. Процеженная вода отправляется в смесительную емкость для дезинфекции.

Сначала добавляют порошок активированного угля. В следующей емкости ее под высоким напором смешивают с коагулянтом полиоксихлоридом алюминия. От такой процедуры сначала смесь покрывается пеной. Добавление флоакулянта собирает пену в крупные хлопья. В ней содержатся все связанные вредные вещества. В отстойниках под собственным весом загрязнения осаждаются и убираются со дна. Повторный цикл фильтрации, проходя через песчаные и угольные фильтры.

Несколько последних лет московский водоканал начал практиковать обеззараживание и очистку питьевой воды с помощью озоносорбции. Озон получают искусственным путем. Это опасный газ, вдыхание которого приводит к летальному исходу.

После фильтрации и озонирования вода становится пригодной для питья и отвечает всем санитарно-гигиеническим нормам. К сожалению, ее нельзя сразу подавать в водопровод. Тысячи километров труб, недостаточная циркуляция и тупиковые ответвления станут отличной средой для микроорганизмов.

Мировая практика – использовать для санитарной обработки питьевой воды хлор. Он дешевый и эффективный, хотя и не безвредный. Раньше применяли жидкий хлор, поэтому сейчас переходят на его менее опасный аналог – гипохлорит натрия. На выходе из станции водоподготовки остаточные концентрации хлора в воде находится в пределах 0,8-1,2 мг/л. Превышение или занижение нормы – влечет за собой уголовную ответственность. Соблюдение технологии контролируется Роспотребнадзором.

В питерском университете Петра Великого создали электролизный агрегат, который в будущем сможет заменить хлорирование. Активный реагент феррат натрия расщепляет токсины на малотоксичные производные и уничтожает микроорганизмы, не оставляя в воде опасных остаточных продуктов

Специалисты отмечают, что специфический запах водопроводной воды должен ощущаться, если его нет, возможно, были нарушения технологии обеззараживания. Он оценивается по пятибалльной шкале. Летом запах сильнее из-за того, что высокие температуры способствуют размножению бактерий, и приходится использовать больше хлора для обработки воды.

Отношения между местным предприятием водоканала и потребителем водопроводной воды регулируются законодательно. Если из крана течет вместо питьевой воды, странная жидкость с цветом и физическими примесями, то вы имеете право подать на поставщика некачественной услуги в суд, собрав анализы и пакет документов.

Очистка воды заграницей

В разных странах практикуются разные алгоритмы водоподготовки. Главная задача – получить безопасную воду, но, например, в Японии вода должна быть еще и вкусной. Оказывается, что из японских кранов течет вода, которая вкуснее многих видов бутылированной. Этого добиваются озонированием и фильтрацией. Здесь самые строгие стандарты. Хлорирование питьевой воды в Японии обязательно, но содержание остаточного хлора составляет до 0,4 мг/л. Чтобы поддерживать концентрацию без превышения, она отслеживается и в случаи снижения препарат добавляется на насосных станциях.

Хлорированием очищается более 90% водопроводной воды во всем мире. Около сотой доли приходится на озонирование и другие методы. Недостаток альтернативных методик – нет долгосрочного обеззараживающего эффекта. Обработанная хлором вода безопасна в микробиологическом плане, но содержит в себе галогенсодержащие соединения, в основном – тригалометаны. Использование гипохлоритов только способствует их образование. Самый простой способ снизить концентрации органических веществ природного происхождения на стадиях водоподготовки предшествующих хлорированию.

Стран, которые отказались от хлорирования питьевой воды немного, а результаты противоречивые. В Германии – все хорошо, требования к водопроводной воде строже, чем к бутылированной, в Перу – случилась эпидемия холеры

Финляндия входит в топ-10 стран с самой чистой водой. Для очистки используется сульфат железа, который связывает органические вещества. Дальше вода последовательно проходит песчаные фильтры, озон, активированный уголь и ультрафиолет. Уже в распределительной системе добавляется хлорамин.

Во Франции алгоритм похож, но без ультрафиолета. Кроме того для защиты труб используется ортофосфорная кислота. Жители Австрии наслаждаются водой с минимальными количествами двуокиси хлора.

Как правило, чем более развита страна, тем жестче прописаны предельно допустимые концентрации побочных продуктов хлорирования. Они находятся в пределах 0,06-0,2 мг/л. В российской водопроводной воде ПДК в несколько раз выше.

Альтернативные методы очистки

Заменой хлорированию могут стать обработка ультрафиолетом, ультразвук и озонирование. В продаже есть стационарные установки для подготовки воды, но хлорка пока остается однозначным монополистом в сфере дезинфекции. Отказаться от нее без введения достойной антибактериальной обработки, значит поставить здоровье и жизни потребителей под угрозу.

Ультрафиолет считается самым эффективным из нехимических вариантов. Технология развивается почти четверть века, как только ученые обнаружили, что любой химический способ очистки дает вредные для человеческого организма побочные эффекты.

Пока в отечественных водопроводах со старыми трубами течет вода не совсем питьевого качества, потребителям приходится тратиться на доочистку с помощью кипячения, отстаивания и фильтрования. Это объясняет почему, растет спрос на строительство колодцев. Выбрав хорошую компанию, клиент получит более качественную воду.

Вода. Любой человек обойтись без воды не может, а уж сколько воды в день в среднем использует житель России я даже гадать не хочу… Давайте поговорим о том, что происходит с водой перед тем, как она оказывается в кране. Для этого отправимся на Юго-западную водопроводную станцию Москвы.

Вода для Москвы берётся из Москвы-реки и из Волги. В случае с Юго-западной водопроводной станцией – это Москва-река. Насосная станция “первого подъема”, расположенная рядом с деревней Раздоры (МО, Одинцовский район) поднимает воду с глубины пяти метров и по трубам отправляет на Юго-Западную (сюда) и Западную водопроводные станции.

1. Первый этап – первичное озонирование воды. Затем вода поступает в камеру смешения, где к ней добавляются специальные реагенты

2. Процесс смешения длится 10 минут. Реагенты способствуют, грубо говоря “сбиванию” загрязнений в хлопья

3. Далее вода идёт в отстойник, где эти самые хлопья оседают и убираются специальным механизмом на дне

4. Через наклонные пластинчатые модули вода расслаивается, что с одной стороны способствует отделению грязи, а другой ускорению движения воды

После этого вода снова озонируется

5. Качество воды – штука непостоянная и если вода на станцию придёт слишком загрязненная – в процесс добавится ещё одна стадия очистки

По словам сотрудников, такой необходимости за 10 лет существования станции не возникало

6.

7. Следующая стадия – многослойные фильтры. Всего их 20 с двухслойной загрузкой (песок + антрацит), площадь каждого – 78 квадратных метров

Цикл очистки фильтров производится в зависимости от загрязнения. В среднем – раз в сутки.

8. Последняя стадия – мембранная ультрафильтрация

9. Вода пропускается через трубочки толщиной 0,01 микрона. Всё, что толще – задерживается

10. Каждый час мембранный модуль прочищается (в направлении противоположном фильтрации воды) и 4 раза в год чистится химически

11. Это последняя стадия, на выходе получается готовая питьевая вода

12. Вот она! 40 тысяч кубометров чистой воды. В этот подземный резервуар вода попадает примерно на 3-4 часа промежуточного хранения

13. И потом уходит к потребителю, т.е. нам в краны

Завершая цикл статей об очистке городских сточных вод, мы расскажем про обработку осадка - последний этап всего процесса. Статья получилась большая, однако тема обработки осадка при очистке городских сточных вод настолько же интересна, насколько и масштабна. Она касается многих аспектов: от сложных технологий и множества их видов, до экономической целесообразности их применения и соблюдения норм экологии. Для начала напомним, что полноценная технологическая схема очистки ГСВ должна включать в себя 4 основных процесса: механическую очистку, биологическую очистку, обеззараживание очищенной воды и обработку осадка. В ряде случаев могут применяться так называемые «урезанные схемы», в которых отсутствует какой-то процесс - это оправдано в исключительных условиях.

Рис. 0 Этапы очистки в полноценной технологической схеме ГСВ

Факт 1. С технической точки зрения сточные воды являются «жидкими отходами»

Сточные воды - это те отходы, которые с помощью воды приобретают текучую консистенцию, позволяющую отводить их в сооружение для очистки сточных вод. Задача очистки сточных вод состоит в том, чтобы надежно и экономично удалять из них нежелательные загрязняющие вещества, которые при спуске их в водоем могут вызвать недопустимые нагрузки на его экосистему. Для этого применяются методы, которые в конечном итоге способствуют разделению изначальных стоков на очищенные сточные воды и на остаточные вещества - осадок.

Возникающие остаточные вещества (рис. 1) можно разделить на следующие группы:

• Отбросы, задержанные на решетках или ситах;
• Песок, задержанный на песколовках;
• Масла и жиры;
• Осадок сточных вод (первичный, вторичный и третичный).

Отбросы с решеток/сит, песок с песколовок, а также жиры и масла удаляются из сточных вод уже в ходе механической предварительной очистки, чтобы они не мешали дальнейшим процессам очистки. Осадок сточных вод, напротив, является собственно продуктом очистки сточных вод, который содержит вещества, удаляемые из сточных вод путем обработки. По сравнению с другими остаточными веществами осадок сточных вод возникает в существенно больших количествах. Вопрос целесообразного экономического и одновременно экологического использования осадка до сих пор не решен однозначно.

Рис. 1. Возникновение остаточных веществ в очистном сооружении в зависимости от стадий процесса

В целом все остаточные вещества очистки сточных вод требуют надежного экологически безопасного удаления. Для всех остаточных веществ верно то, что по естественному закону сохранения материи и энергии они не могут быть уничтожены в собственном смысле этого слова, вследствие чего в распоряжении имеются только два способа:

• Возвращение в круговорот веществ (переработка);
• Вывод из круговорота веществ (устранение).

Однако, как правило, остаточные вещества имеют различные критические свойства/компоненты, которые препятствуют их непосредственному возвращению в круговорот веществ, либо изъятию из него. Вследствие этого становится необходима предварительная, «ориентированная на удаление» обработка с целью изменить критические свойства/компоненты таким образом, чтобы остаточные вещества более не вызывали критических нагрузок на окружающую среду.

Факт 2. Тип и объем обработки осадка зависят от количества и структуры осадка сточных вод, а также от имеющихся в распоряжении способов удаления

Задача по обработке осадка состоит в подготовке возникающего при очистке сточных вод осадка таким образом, чтобы он мог быть удален в соответствии с правилами, экономично и безвредно, т.е. без негативного общеэкологического влияния. Целью обработки осадка является изменение или улучшение важнейших свойств осадка (объема, запаха, гигиеничности и т.п.). Уменьшение содержания вредных веществ в осадке при этом не является задачей обработки осадка. Для этого требуются меры со стороны источника, т.е. производителей сточных вод. К важнейшим свойствам осадка, которые могут и должны быть изменены в ходе его обработки, относятся высокие доли воды, органического вещества и возбудителей заболеваний.

Если осадок сточных вод будет использоваться в сельском хозяйстве или земледелии, то он должен быть гигиенически безупречен и стабилен, т.к. не должно происходить образования запаха вследствие быстрого бактериального разложения. Для складирования на свалках органические твердые вещества должны быть удалены практически полностью (ПП < 5%). В обоих случаях осадок сточных вод должен транспортироваться, вследствие чего требуется отделить воду для уменьшения количества и объема. Как можно меньшее содержание воды важно также при термическом удалении в целях экономии применяемой энергии.

Для решения поставленных для обработки осадка задач в распоряжении имеется множество методов, которые могут быть систематически объединены в четыре основные операции (табл. 1.).

Таблица 1. Основные операции по обработке осадка сточных вод

Многочисленные варианты методов комбинируются как модули процессов удаления с учетом качества и количества осадка сточных вод, а также в соответствии с желаемыми целями удаления. Гибкость процесса удаления при этом важна для безопасности удаления. Она достигается, когда первые модули выбранного процесса удаления допускают максимальное количество мест включения модулей альтернативных процессов удаления. Как правило, вначале находятся отделение воды и стабилизация.

Рассмотрим последовательно вышеперечисленные операции.

Факт 3. Осадок образуется в очистных сооружениях при содержании воды от 96 до 99,5%

Отделение воды.

Образование осадка приводит к техническим проблемам во всех последующих процессах обработки (или при удалении) и повышает издержки на строительство, оборудование и эксплуатацию. Поэтому каждый процесс обработки осадка должен содержать одну или несколько стадий, при которых вода отделяется от осадка в целях обеспечения оптимизированных условий для следующих стадий. Методы отделения воды подразделяются в зависимости от возможности выделять различные типы воды из взвеси осадка сточных вод:

• На уплотнение (естественное или механическое) - удаление воды промежуточного пространства примерно до 15% СО (85% содержания воды (СВд/WG));
• Обезвоживание (естественное или механическое) - удаление капиллярной и отчасти поверхностно связанной воды примерно до 45% Со (55% СВд);
• Сушка - удаление оставшейся поверхностно связанной воды и внутренней воды более чем до 95% СО (5% СВд).

Уплотнение.

Уплотнение представляет собой наиболее простой и наименее затратный вид увеличения концентрации твердых веществ либо отделения твердой фракции от жидкой при обработке осадка сточных вод и используется почти на каждом очистном сооружении. Помимо своей основной цели - сокращения объема - уплотнение оказывает положительное воздействие на процесс очистки в области промежуточного накопления, на стабилизацию процесса, а также на оптимизацию результата и затрат (меньшие емкости, насосы, перемешивающие и нагревательные приборы, а также меньшие транспортные затраты).

Обычно методы уплотнения могут различаться в зависимости от того, действуют ли естественные (гравитационные) или искусственные силы (рис. 2). Также разделяют методы по применяемой технике - на статические и механические.

Рис. 2. Методы уплотнения осадка сточных вод

Обезвоживание.

Цель обезвоживания - максимально возможное уменьшение объема осадка сточных вод в целях подготовки осадка к последующим процессам утилизации (например, компостированию, сушке, сжиганию) и транспортировке. Чаще всего практикуется обезвоживание стабилизационного осадка. В принципе наряду с обычными механическими методами в распоряжении имеются также естественные, однако они по причине большой потребности в площадях и из-за проблем с запахом теряют свое значение.

Сушка.

Если остаточную воду необходимо удалить из осадка после механического обезвоживания, то она должна подвергаться испарению или выпариванию путем сушки. В пользу сушки после обезвоживания говорят следующие доводы:

• Уменьшается количество осадка сточных вод и повышается теплота сгорания;
• Улучшается сохраняемость и транспортируемость;
• Улучшаются возможности перемещения и дозирования;
• Стабилизируется микробиологическая и гигиеническая безопасность;

Для последующего термического удаления, прежде всего, имеет значение последний пункт, так как достигаемого обезвоживанием содержания твердых веществ часто недостаточно для обеспечения автотермичности процесса сжигания. Автотермичность возможна, как правило, для сброженного осадка при СО = 40-45%, а для необработанного - при СО = 35%.

Однако по техническим причинам может потребоваться дальнейшая сушка перед сжиганием.

Рис. 3. Типы сушилок для сушки осадка сточных вод в зависимости от области применения

Стабилизация.

Стабилизация осадка сточных вод - наиболее важная из основных операций по обработке осадка. Главной целью стабилизации является воздействие на примеси осадка или их разложение, чтобы при дальнейшей обработке осадка сточных вод можно было избежать образования запаха и прочих гигиенических или эстетических нарушений. Фактически этого можно достичь биологическими, химическими и термическими методами.

Требуемое для этого эффективное сокращение примесей, образующих запах, и органических твердых веществ осадка приносит ряд положительных эффектов, а именно:

• Сокращение количества осадка/твердых веществ;
• Улучшение возможности обезвоживания осадка;
• Уменьшение количества возбудителей заболеваний (частичное обеззараживание);
• Получение биогаза (только при анаэробной стабилизации).

Биологическая аэробная стабилизация.

Аэробная стабилизация осадка основана на тех же процессах обмена веществ, которые известны по биологической очистке сточных вод (рис.4): разлагаемое органическое вещество при потреблении О 2 окисляется до неорганических конечных продуктов (CO 2 , H 2 O, NO 3) (диссимиляция) или при потреблении энергии применяется для строительства нового клеточного вещества и для образования резервных веществ (ассимиляция). В отличие от очистки сточных вод имеющаяся концентрация субстрата должна быть столь мала, чтобы осадок начинал потреблять сам себя, т.е. чтобы показатель гибели микроорганизмов был больше, чем прирост биомассы.

Рис. 4. Процессы обмена веществ при аэробной стабилизации осадка

Биологическая анаэробная стабилизация (сбраживание).

Анаэробное разложение органических составляющих осадка сточных вод (углеводов, жиров, белков) до неорганических конечных продуктов и газов осуществляется в рамках четырехэтапной системы (гидролиз, ацидогенез, ацетогенез и матаногенез) при тесном пространственном соседстве различных групп микроорганизмов. Сначала на стадии гидролиза высокомолекулярные, часто нерастворимые субстраты (углеводы, белки и жиры) переводятся при помощи экзоферментов в низкомолекулярные фрагменты (моносахариды, глицерин, остатки жирных кислот и аминокислоты), из которых затем в ходе ацидогенеза ферментативные бактерии (факультативные или облигатно анаэробные) образуют органические кислоты с короткими цепями (например, масляную, пропионовую, уксусную кислоты), а также спирты, двуокись углерода и водород. Из этих промежуточных продуктов только уксусная кислота (ацетат), СО 2 и Н 2 могут непосредственно преобразовываться ацетотрофными метаногенными бактериями в метан и двуокись углерода. Другие органические кислоты и спирты должны сначала преобразоваться ацетогенными бактериями в уксусную кислоту в процессе ацетогенеза. Затем метаногенные микроорганизмы в процессе метаногенеза образуют из уксусной кислоты, а также из СО 2 и Н 2 конечный продукт - метан. В целом через промежуточный продукт - уксусную кислоту - метаногенными микроорганизмами до метана разлагается около 60-70% всего преобразуемого углерода. Оставшиеся 30-40% получаются непосредственным преобразованием водородными бактериями промежуточно получаемых СО 2 и Н 2 в метан.

Факт 4. Решение в пользу анаэробного сбраживания осадка с использованием биогаза имеет определяющее значение для энергетического баланса очистного сооружения

Получение и использование биогаза.

Получение биогаза и его использование для выработки энергии (тепла и тока) из-за особенностей системы возможно только при анаэробной стабилизации осадка сточных вод. Целью использования биогаза является полное покрытие потребления тепла очистным сооружением и частичное покрытия потребления им электроэнергии.

Обычный сегодня уровень оборудования метатенков и ход технологического процесса при оптимальной эксплуатации обеспечивает высокое газовыделение. Полноценное использование этого энергетического потенциала дает возможность замещения потребляемой от других источников энергии и сокращения результирующего потребления энергии, вследствие чего использование биогаза как вторичного энергоносителя настоятельно рекомендуется с экономической точки зрения.

Обеззараживание.

В целом обеззараживание осадка сточных вод химическими, биологическими и физическими методами возможно при использовании одного из трех следующих механизмов воздействия:

• Высокой температуры;
• Повышения значения pH;
• Сочетания воздействия высокой температуры и повышения значения pH.

Во всех случаях соответствующая продолжительность воздействия этих механизмов является условием инфекционной безопасности осадка. Так как названные механизмы отчасти действуют на других технологических этапах обработки осадка (стабилизации, кондиционирования, сушки), возможно и целесообразно определить обеззараживание как вторичную цель данных технологических этапов. С включением обеззараживания в имеющийся процесс обработки помимо снижения затрат на адаптацию хода процесса никаких других расходов не возникает. Обеззараживание может также осуществляться в отдельном месте со специальными агрегатами (пастеризация).

Инертизация.

Целью инертизации является разрушение либо как можно более полное преобразование органических составляющих и, как следствие, перевод осадка сточных вод в пригодное к хранению или использованию минеральное вещество. Это требуется, прежде всего, когда осадок сточных вод из-за своей структуры и количества не должен использоваться в окружающей местности ни для сельскохозяйственных, ни для земледельческих целей, а должен вывозиться на свалки.

Для инертизации осадка применяются различные термические методы. Вот наиболее известные из них:

• Сжигание (отдельное и совместное);
• Газификация;
• Пиролиз (в сочетании либо со сжиганием, либо с газификацией);
• Мокрое окисление.

Сжигание.

Сжигание осадка сточных вод дает в основном следующие преимущества:

• Уменьшение массы и объема путем испарения воды и почти полную минерализацию органической доли в осадке сточных вод;
• Разрушение содержащихся в осадке вредных органических веществ;
• Концентрацию и связывание вредных органических веществ в остатке после сжигания и в продуктах газоочистки;
• Использование собственного содержания энергии в осадке.

Таким образом, в отношении защиты природных ресурсов сжигание осадка сточных вод неоднозначно: с одной стороны, теряются ценные питательные вещества для растений, а с другой - при определенных предельных условиях может накапливаться энергия ископаемых веществ. Использование отходов при сжигании осадка сточных вод может рассматриваться в плане получения энергии и возможного применения образующейся золы либо шлака в производстве строительных материалов.

Газификация.

Под газификацией понимается преобразование содержащегося углеводород твердого или жидкого вещества (например, угля, биомассы, масла) с газификационным средством (кислородом/воздухом, водяным паром) в газообразные продукты. При этом образуется синтез-газ, который в качестве основных компонентов содержит H 2 , H 2 O, CO, CO 2 , CH 4 . В качестве прочих компонентов там содержатся H 2 S, COS, HCl, NH 3 , HCN и - в зависимости от способов - более высокие концентрации углеводородов или смоляных масел. Точный состав синтез-газа зависит от:

• Состава применяемого вещества;
• Типа и количества средств(-а) газификации;
• Условий реакции - температуры и давления;
• Кинетических предельных условий, определяемых выбранным методом газификации.

При газификации осадка сточных вод по причине наличия в нем минеральной доли наряду с синтез-газом возникают также склонные к образованию отложений и пригодные к применению (например, в производстве стройматериалов) грануляты либо шлаки. Температура должна составлять не менее 850 о С, а при газификации с последующим расплавление шлака - не менее 1300 о С. Обычно трубется сушка осадка до СО > 90%. В зависимости от того, какой метод применяется, осадок сточных вод должен подготавливаться по-разному (табл. 2).

Таблица 2. Методы газификации осадка сточных вод

Дегазация/пиролиз.

Дегазацией или пиролизом (а также полукоксованием, швелеванием или сухой перегонкой) называется термическое разложение органического материала при удалении кислорода. Продукты реакции пиролиза - это, с одной стороны, газы и газообразные углеводороды (пиролизный газ), а с другой стороны, твердый коксообразный остаток, содержащий остающиеся инертные материалы (пиролизный кокс). Пиролизный газ не может храниться долго, а пиролизный кокс нельзя размещать на свалках, поэтому тот и другой сразу после дегазации должны подвергаться сжиганию или газификации. Итак, что касается возникающих продуктов, то дегазация должна рассматриваться как этап предварительной обработки, который ведет к комбинации методов в целях конечной обработки только в сочетании со вторым термическим этапом обработки.

Существуют две основные реализованные комбинации методов: метод полукоксования-сжигания (пиролиз + сжигание) (рис. 5) и метод «Термоселект» (Thermoselect) (пиролиз + газификация) (рис. 6).

Рис. 5. Метод полукоксования и сжигания

Метод полукоксования и сжигания стал первым комбинированным методом, который был успешно опробован в опытных сооружениях.

Рис. 6. Метод «Термоселект»

Методы мокрого окисления.

Понятием «мокрое окисление» в целом описывается беспламенное окисление веществ в водных растворах или в диспергированном виде кислородом, воздухом или другими окисляющими веществами при повышенном давлении и температуре. Основные этапы реакции мокрого окисления - это термическое разложение, гидролиз и последующее окисление. Вместо мокрого окисления методы кратко называются ОНД (LoPrOx) и ФерТех (VerTech).

По методу ФерТех реакция протекает в расположенном под землей реакторе на глубине 1200 -1500 м (рис. 7).

Рис. 7. Метод ФерТех

Мы рассмотрели 4 основных операции по обработке осадка городских сточных вод, включающих в себя множество различных методов и технологий. Использование каждого из этих методов требует экономического и экологического обоснования в каждом отдельном случае применения.

Завершается цикл статей, посвященных очистке городских сточных вод. Мы рассказали о 4 основных этапах очистки сточных вод в полноценной технологической схеме: механическая очистка, биологическая очистка, обеззараживание очищенной воды и обработка осадка - и подробно рассмотрели методы и технологии каждого из них.

При написании статьи использовались материалы пособий: «Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов», «Очистка промышленных сточных вод», СпБ: Новый журнал