Сложившаяся на сегодняшний день в большинстве регионов страны экологическая ситуация требует принципиально новых подходов к решению задач водоподготовки питьевой воды. Многие источники водозабора содержат различные органические примеси как природного, так и, прежде всего, антропогенного происхождения в концентрациях, значительно превышающих пдк.
Чрезвычайно высока эпидеомиологическая опасность в связи с высоким бактериальным загрязнением окружающей среды, в том числе патогенными микроорганизмами существующих водоисточников.
При этом барьерная роль существующих водоочистных сооружений невелика, и в питьевой воде, потребляемой населением, содержатся практически те же химические загрязнения, что и в воде водоисточников. Вынужденное же применение всё более высоких доз хлорирования для обеззараживания воды неизбежно приводит на этом фоне к образованию чрезвычайно опасных мутагенных токсикантов, таких как хлорорганические соединения.
Водозабор предприятий целлюлозно-бумажной промышленности, как правило, осуществляется из речных водоёмов или больших озёр, вода которых имеет все вышеперечисленные недостатки. В то же время, питьевая вода для нужд комбината и прилегающих к ним малых городов и посёлков в подавляющем числе случаев готовится на самих комбинатах. При этом используются старые классические схемы: механическая очистка - предхлорирование - коагуляция - осветление - постхлорирование. При такой технологической схеме обработки воды всегда в большей или меньшей степени образуются хлорорганические соединения, общее количество которых определяется параметром АОХ (общие адсорбированные органические соединения). Во всём мире, кроме России и стран СНГ, эта величина строго нормируется, т.к. включает в себя сильнейшие токсиканты хлорорганической природы.
Ликвидировать опасность попадания в питьевую воду хлорорганических супертоксикантов возможно, заменив предхлорирование на обработку воды активными формами кислорода, например, озоном.
В рамках проекта "СЕВЕРНЫЙ КЛЮЧ", 000 "РОСЭТ" (г.Санкт-Петербург) разработана и передана в серийное производство (АО "Спецмашмонтаж" г.Северодвинск) модульная установка подготовки питьевой воды производительностью 50 м/сутки, полностью исключающая возможность образования токсичных хлорорганических веществ.
Предлагаемая модульная установка во-доподготовки питьевой воды отличается высокой универсальностью, как по технологическим параметрам очищаемой воды, так и по конструктивному исполнению. Базовая модель представляет собой полностью комплектную установку в контейнерном исполнении, выполненную в соответствии с современными требованиями эргономики и дизайна, ос-нащённую необходимыми технологическими блоками, системами жизнеобеспечения, автономной силовой установкой (возможно также энергообеспечение от внешних энергоси-стем), системами КИП и А.
В зависимости от характеристик водоза-бора, региональных требований к качеству очистки, климатических условий эксплуатации, эксплуатационных требований (в частности, требования к автономности и уровню автоматизации), базовая модель установки может комплектоваться заводом-изготовителем унифицированными технологическими блоками применительно к конкретным условиям Заказчика по представлению последним исходных данных компонентного состава исходной воды. Базовые технологические элементы (предварительная очистка от взвешенных веществ на гидроциклонах и предфильтрах, двухступенчатое озонирование, электрокоагуляция, обессоливание и постфильтрация) варьируемы и обеспечивают заданное качество питьевой воды независимо от источника водозабора.
Установка поставляется полностью комп-лектной и требует минимальных монтажных и пуско-наладочных работ при вводе в эксплуатацию. Безреагентная технологическая схема сводит к минимуму эксплуатационные затраты, Поставка расходуемых материалов и сервисное обслуживание гаранируются предприятием-разработчиком (000 "РОСЭТ").
КОМПОНОВОЧНАЯ СХЕМА
1. ГИДРОЦИКЛОН 2. ФИЛЬТР ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ 3. БАК ПЕРВИЧНОГО ОЗОНИРОВАНИЯ 4. ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯТОР 5. ФИЛЬТР С ПЛАВАЮЩЕЙ ЗАГРУЗКОЙ 6. ТРУБОПРОВОД ПОДАЧИ ОЗОНА 7. БАК ВТОРИЧНОГО ОЗОНИРОВАНИЯ 8. БАК-НАКОПИТЕЛЬ 9. НАСОС РАЗДАЧИ 10 БЛОК ОБЕССОЛИВАНИЯ 11. ТРАССА ПРОХОЖДЕНИЯ ВОДЫ 12. ФИЛЬТР ТОНКОЙ ОЧИСТКИ 13. УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ ОБЛУЧАТЕЛЬ 14. ГЕНЕРАТОР ОЗОНА 15. ПУЛЬТ УПРАВЛЕНИЯ 16. ОБОГРЕВАТЕЛЬ 17. ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА
Многофункциональная технологическая схема водоочистки.
После очистки от различных крупных частиц, песка и т.д. размерностью до 10 мкм на оригинальной гидроциклонной установке (расчёт и оптимизация гидроциклона приво-дится ниже), вода подаётся на фильтры пред-варительной очистки, обеспечивающие очистку от взвешенных частиц крупностью более 5 мкм (все используемые в установке комплектующие имеют подтверждённый междуна-родный и Российский сертификаты качества). Затем в необработанную воду добавляется небольшая доза озона (первая ступень озонирования). Процесс предварительного озонирования используется для разрушения двойных связей у органических ингредиентов, а также для окисления железа и марганца, если они присутствуют в форме ионов. Оставшее-ся количество озона также окисляет часть органических веществ,содержащихся в воде, значительно улучшаются при этом и органолептические показатели (запах, цветность, мутность). Первая ступень озонирования полностью исключает возможность образования хлорорганических соединений. Кроме того, она обеспечивает оптимальный режим и максимальную эффективность последующей электрокоагуляции коллоидных органических веществ. За счёт использования первой ступени озонирования необходимая доза коагулянта снижается на 20 - 30 %. Поскольку предлагаемая установка рассчитана на работу с различными водоисточниками, доза озона, используемого для предварительного озонирования, может изменяться в пределах 1,5-4 мг/л. Точная доза устанавливается в процессе пусконаладочных работ регулировкой расхода озоновоздушной смеси.
Следующей ступенью обработки является напорная электрокоагуляция. Электрокоагулятор состоит из электролизера и фильтра с плавающей загрузкой. Электролизер служит для обработки воды частицами гидроксида алюминия, полученными в резу
В результате коагулирования устраняется мутность и цветность воды, снижается интен-сивность привкусов и запахов и, главное, большое количество органических веществ, включая образовавшиеся в результате предозонирования промежуточные вещества - озониды.
Фильтр с плавающей загрузкой используется для задержания и удаления укрупнённых в результате процесса коагуляции примесей. Для промывки фильтров используется насос второй ступени (см.схему). Опыт использования электрокоагуляционной очистки воды показывает, что практически для любого водоисточника, используемого для нужд хозяйственно-питьевого водоснабжения, удаётся по-лучить воду с ХПК не более 20 мг/л. Электролизер вырабатывает количество коагулянта, достаточное для обработки высокоцветных (цветность до 250 град) и высокомутных (мут-ность до 1500 мг/л) вод.
Согласно СНИП доза коагулянта для обработки таких вод реагентными методами не превышает 80 мг/л по безводному сернокислому алюминию, что эквивалентно 15 мг/л по электрохимически растворённому алюми-нию. Поэтому максимальная доза алюминия на один куб.метр обрабатываемой воды принята в настоящей установке равной 15 г. Расход электроэнергии при этом не превышает 0,5 кВт/м3 Точная доза алюминия, используемая для обработки воды конкретного водоисточника, устанавливается в процессе пуско-наладочных работ. Изменение дозы осуществляется регулировкой тока, потребляемого электролизером.
В последующем процессе основного озонирования (вторая ступень озонирования) добавляется необходимая доза озона для доокисления различных органических веществ, содержа-щихся в воде, и её обеззараживания. Вторичное озонирование позволяет осуществить более глубокое окисление оставшихся в воде загрязнений, обеспечивает полное обеззараживание воды и необходимые огранолептические показатели. Использование второй ступени озонирования значительно повышает эффективность постфильтрации, а также надёжность и долговечность фильтров тонкой доочистки со сменными картриджами, используемыми на этой ступени.
Исходя из имеющегося опыта и требований нормативных документов максимальная доза озона выбрана 15 г на один куб.метр обрабатываемой воды. Расход электроэнер-гии при этом не превышает 0,4 кВт/м3 Доза озона, требуемая для обработки воды конкретного водоисточника, устанавливается в процессе пуско-наладочных работ. Изменение дозы (дискретное) осуществляется подклю-чением необходимого числа озонаторных модулей (до 6). В этом случае, если доза 15 мг/л оказывается недостаточной, она может быть увеличена при подключении резервного озонаторного модуля до 17,5 мг/л.
За второй ступенью озонирования, после накопительного резервуара, следует блок обессоливания (особенно необходим для обработки грунтовых и артезианских вод), обес-печивающий удаление из воды солей жесткости и остаточных ионов железа.
Следующей ступенью очистки является адсорбция на высокоэффективных картриджных в т.ч. углеволоконных) фильтрах тонкой очистки для удаления окисленных органических сое-динений, включая различные "предшественники". Период использования указанных фильтров тонкой доочистки увеличивается в несколько раз при использовании озонирования, т.к. продукты окисления адсорбируются, а затем разлагаются биологически нетоксичными мик-роорганизмами, находящимися в угле.
На конечном этапе перед подачей очищенной воды на водозаборное устройство вводится обработка воды ультрафиолетом для обеспечения дополнительной дезинфекции, необходимой при неравномерном водопотреблении и застаивании очищенной воды в накопительном резервуаре более 2 часов. Ультрафиолетовые лучи с длиной волны 220-280 нм губительно действует на бактерии, причём максимум бактерицидного действия соответствует длине волны 260 нм. Практика использования бактерицидных аппаратов на основе ультрафиолетовых ламп показывает, что мощность, излучаемая источником УФ в бактерицидной области спектра, должна составлять не менее 0,8 Вт при расходе 1 м3/час обрабатываемой воды. Расчётная бактерицидная мощность трёх ламп ДБ-36, используемых в предлагаемом УФ-облучателе, составляет не менее 9 Вт, что является достаточной величиной для обработки максимально возможных потоков воды в режиме пиковой нагрузки до 6 м3/час.
При подаче очищенной воды в существующую систему водораспределения необходимо обеспечить консервацию очищенной воды хлором для предотвращения вторичного заражения воды патогенной микрофлорой. Доза хлора, необходимая для консервации воды, не превышает 10% ПДК.
В отличие от традиционного процесса хлорирования питьевой воды, данная схема пол-ностью исключает образование канцерогенных хлористых органических соединений.
Использование описанной выше схемы водоподготовки питьевой воды позволяет получить здоровую, свободную от токсикантов и канцерогенных веществ, с отличным вкусом и запахом воду, во много раз качественнее воды, получаемой традиционными методами обработки хлором.
Предлагаемая установка водоподготовки питьевой воды не имеет аналогов по своим функциональным и технологическим возможностям. Существующие на внутреннем рынке системы водоподготовки используют, как правило, сорбционные фильтры и различные варианты хлорирования (в т.ч. с использованием гипохлорида). Стоимость отечественных установок, использующих озонирование и/или ультрафиолет, доходит (на условиях арендного ис-пользования) до шести - семи миллионов рублей в сутки при сопоставимой производительности - 50 м3/сутки. На западном (в частно-сти, североамериканском) рынке предлагается несколько моделей модульных установок водоподготовки с использованием озона, ультрафиолета и сорбционных фильтров по цене от 120 до 280 тысяч $ USA за установку произ-водительностью 10 - 20 м3/сутки.
Строительство стационарных станций водоподготовки традиционной схемы производительностью 50 - 100 м3/сутки по оценочной стоимости на август 1995 г. составляет 1 млрд. 400 млн.руб. (в т.ч. по общестрои-тельным работам - 850 млн.руб.).
Эксплуатационные расходы при использовании предлагаемой модульной установки примерно на 40 % ниже, чем при использовании стационарных систем.