Технология подготовки питьевой воды

Подготовка питьевой воды на станции «ТАУРУС» основана на технологии комплексной электрокоагуляционной обработки воды с предварительной эжекционной обработкой, разработанной в соответствии с МДС 40-3.2000 «Методические рекомендации по обеспечению выполнения требований санитарных правил и норм СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» на водопроводных станциях».

Применяемая технология электрокоагуляционной подготовки питьевой воды исключает дополнительное применение реагентов: коагулянтов, флокулянтов, окислителей, кислот и щелочей.

Блок прямого электролиза воды

Блок прямого электролиза воды предназначен для высокоинтенсивного процесса окисления органических веществ, за счет пропускания электрического тока через движущийся поток обрабатываемой воды, сопровождающегося рядом процессов.

Электрохимический процесс

В воде расположены параллельно две пластины (электроды): анод и катод. Напряжение постоянного тока, подаваемое на электроды, приводит к электролизу воды.

На аноде производится кислород: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e− (вода подкисляется).

На катоде образуется незначительное количество водорода: 2H2O + 2e− → H2 + 2OH− (вода подщелачивается).

Использование специальных электродов позволяет производить из воды озон и перекись водорода.

На аноде производится озон: 3H2O → O3 + 6e− + 6H+ (вода подкисляется).

На катоде производится перекись водорода: O2 + 2H2O + 2e− → H2O2 + 2OH− (вода подщелачивается).

Естественная пресная (не дистиллированная) вода всегда содержит минеральные соли – сульфаты, карбонаты, хлориды. В целях получения хлора для пролонгированного эффекта обеззараживания воды интересны только хлориды. В воде они представлены в основном хлоридом натрия (NaCl), хлоридом кальция (CaCl) и хлоридом калия (KCl).

На примере с хлоридом натрия реакция образования хлора электролизом будет следующей.

Соль, растворенная в воде: 2NaCl + H2O → 2Na+ +2Cl– + 2H2O

Во время электролиза на аноде формируется хлор: 2Cl– → Cl2+2e– (вода подкисляется).

А у катода образуется гидроокись натрия: Na+ + OH– → NaOH (вода подщелачивается).

Эта реакция является недолгой, поскольку любой хлор, произведенный у анода, быстро потребляется для формирования гипохлорита натрия: Cl2 + 2NaOH → H2 + 2NaOCl.

Подобные реакции электролиза происходят и с хлоридами кальция и калия.

Электромагнитный процесс

Молекула воды представляет собой маленький диполь, содержащий положительный (со стороны водорода) и отрицательный (со стороны кислорода) заряды на полюсах. В электромагнитном поле водородная часть молекулы воды притягивается к катоду, а кислородная часть к аноду. Это приводит к ослаблению и даже разрыву водородных связей в молекуле воды.

Процесс кавитации

В результате электрохимического и электромагнитного процесса происходит образование микроскопических газовых пузырьков кислорода и водорода. Вблизи поверхности электродов появляется белесое облачко, состоящее из возникших пузырьков. Увлекаемые потоком воды, пузырьки смещаются в область, где скорость потока меньше, а давление выше, и происходит их схлопывание с большой скоростью.

Мгновенное схлопывание пузырька высвобождает огромную энергию, которая разрушает водную стенку пузырька, т.е. молекулы воды. Следствием разрушения молекулы воды является образование ионов водорода и кислорода, атомарных частиц водорода и кислорода, молекул водорода и кислорода, гидроксилов и других веществ.

Блок прямого электролиза воды представляет собой электролизер с кассетой электродов. В результате прохождения воды через блок прямого электролиза в воде синтезируются ряд окислителей, таких как: гипохлорит натрия, кислород, озон, перекись водорода.

Обеззараживание воды прямым электролизом является разновидностью окислительной обработки воды, но кардинально отличается от распространенных методов обеззараживания тем, что окислители производятся из самой воды, а не вносятся извне и, выполнив свою функцию, переходят в прежнее состояние.

Эффективность обеззараживания воды прямым электролизом в несколько раз выше по сравнению с химическими методами. Прямой электролиз воды способствует удалению цветности, железа, сероводорода, аммония исходной воды. Для прямого электролиза не требуются дозирующие насосы и использование реагентов.

Хлор, необходимый для предотвращения вторичного бактериального загрязнения воды в распределительных сетях, активируется из естественных минеральных солей в воде, проходящей через электролизёр, и моментально растворяется в ней. Прямой электролиз разрушает хлорамины, преобразуя их в азот и соль.

Остаточное содержание активного хлора после блока прямого электролиза воды контролируется станцией контроля хлора.

В зависимости от химического состава исходной воды, для обеспечения оптимальной электропроводимости (снижения энергопотребления блоками электрокоагуляции и прямого электролиза воды), в неё добавляют раствор хлорида натрия до достижения концентрации 50-100 мг/дм3. Добавление раствора хлорида натрия также способствует улучшению вкусовых качеств очищаемой воды. Процесс корректировки электропроводимости воды осуществляется системой корректировки электропроводности. Дозирование раствора соли в линию осуществляется дозирующим насосом. Контроль электропроводимости воды и управление дозирующим насосом осуществляется кондуктометрическим датчиком.

Блок предварительной обработки

Блок предварительной обработки исходной воды предназначен для удаления из воды крупных взвешенных частиц, насыщения исходной воды кислородом, и удаления растворённых в исходной воде газов, таких как сероводород, аммиак, метан, углекислоту.

После эжекторов вода проходит через форсунки для разбрызгивания, размещённые в резервуаре предварительной обработки исходной воды. При разбрызгивании воды из форсунок происходит резкое снижение давления в воде, вследствие чего из неё выходят растворённые газы, а также обеспечивается интенсивное окисление соединений различных металлов. Вышедшие из воды газы удаляются в атмосферу системой вентиляции.

Также блок предварительной обработки исходной воды служит контактной емкостью для обеспечения времени реакции окисления органических веществ.

После блока предварительной обработки исходной воды, вода поступает в блок электрокоагуляционной обработки.

Блок электрокоагуляционной обработки

Блок электрокоагуляционной обработки воды предназначен для электрохимического производства гидроксида алюминия (коагулянта) с заданной концентрацией и равномерным распределением его по объему воды, проходящей через электрокоагулятор. Электрохимические процессы на электродах из алюминия сопровождаются адсорбцией на них неорганических и органических веществ, которые могут ускорять или замедлять электрохимические реакции, выделением на электродах пузырьков водорода, кислорода, которые способны выносить вещество из жидкости на поверхность (электрофлотация), электрофорезом (движение в воде взвешенных твердых и коллоидальных частиц, пузырьков газа).

Т.е. в результате электрохимического взаимодействия атомов алюминия с молекулами удаляемых из воды веществ, происходит образование хлопьев. По своей структуре хлопья представляют собой цепочки гидроксида алюминия, на поверхности которых адсорбированы коллоидные и мелкодисперсные примеси. В свою очередь, эти цепочки могут прилипать к поверхности грубодисперсных примесей. Кроме того, в составе хлопьев находится некоторое количество молекул воды. При этом грубодисперсные примеси являются как бы центрами коагуляции, способствуя не только интенсификации процесса, но и формированию более крупных и плотных хлопьев, которые в дальнейшем удаляются в блоке осаждения взвешенных частиц и осветления воды.

Электрокоагулятор расположен горизонтально. Для препятствия формированию отложений на пластинах электрокоагулятора предусмотрены:

• автоматическая смена полярности на электродах;
• циркуляционная импульсная водо-воздушная система очистки электродов. Воздух на очистку электродов поступает от компрессора.

После электрокоагуляционной обработки вода поступает в блок осаждения взвешенных частиц и осветления воды.

Блок осаждения взвешенных частиц и осветления воды

Блок осаждения взвешенных частиц и осветления воды предназначен для интенсификации процесса агрегации загрязняющих веществ и хлопьеобразования, а также осветление воды от мелких взвешенных частиц. Процесс электрокоагуляции протекает в двух фазах. В перекинетической фазе после реакции взаимодействия коагулянта (гидроксида алюминия) с взвешенными веществами, образуются первичные мельчайшие хлопья. Под действием броуновского движения первичные хлопья контактируют друг с другом и укрупняются, а их число в единице объема уменьшается. В результате энергии броуновского движения недостаточно для перемещения первичных агрегатов с целью их дальнейшей агломерации. На этом перекинетическая фаза заканчивается и наступает ортокинетическая фаза, для успешного протекания которой создаются условия для дальнейшего контактирования уже сформировавшихся агрегатов. Укрупнение образующихся в процессе гидролиза коагулянта хлопьев происходит в течение 30 минут согласно СНиПу.

Интенсификация процесса агрегации загрязняющих веществ и хлопьеобразования происходит в резервуаре осветления, в который исходная вода, обработанная коагулянтом, с малой скоростью, поступает в расположенную в центральной части резервуара камеру хлопьеобразования и затем, после ее прохождения, вместе с образующимися укрупненными хлопьями проходит последовательно распределительную зону и тонкослойные наклонные элементы. Тонкослойные элементы расположены под углом 50-60°. При малой скорости, поток почти полностью теряет свою транспортирующую способность, обусловленную интенсивным турбулентным перемешиванием. Коагулированная взвесь, постепенно агломерируясь, достигает таких размеров, что скорость ее падения становится больше скорости восходящего потока. Осветленная вода через сборные желоба отводится из резервуара.

В резервуаре осветления для предотвращения образования повышенной концентрации взвеси нижняя кромка тонкослойного элемента располагается непосредственно над верхней отметкой осадкоприемного окна. Осадок из резервуара осветления удаляется через систему удаления осадка прямо во время работы резервуара осветления.

После резервуара осветления вода самотеком проходит в буферную ёмкость, в которой происходит освобождение воды от мелких взвешенных частиц.

Резервуар осветления и буферная ёмкость оборудованы системами сброса накопленного осадка в линию дренажа через заданные промежутки времени в автоматическом режиме.

После блока осветления вода из буферной ёмкости подается насосом в блок фильтрации воды.

Блок фильтрации воды

Блок фильтрации воды предназначен для удаления остатка мелких взвешенных загрязняющих веществ.

Извлечение оставшихся примесей из воды и их закрепление на зернах фильтрующей загрузки происходит под действием сил адгезии. Осадок, накапливающийся в загрузке из задержанных примесей, имеет непрочную структуру. Под влиянием гидродинамических сил потока эта структура разрушается, и некоторая часть ранее прилипших частиц отрывается от зерен загрузки в виде мелких хлопьев и в результате суффозии переносится в последующие слои загрузки.

Процесс происходит при напорной фильтрации через слой загрузки, с обеспечением на выходе требуемого качества воды.

Сигналом для выключения фильтра на промывку является завершение времени защитного действия загрузки и как следствие потеря напора. Промывка фильтрующей загрузки в фильтре проводится обратным током воды и воздуха. При промывке фильтра используется уже фильтрованная вода.

Режим промывки, в зависимости от сложности воды, может быть следующий: продувка воздухом с интенсивностью 15-20 л/(с·м2) в течение 2 минут, затем совместная водо-воздушная промывка с интенсивностью подачи воздуха 15-20 л/(с·м2) и воды 3-4 л/(с·м2) в течение 5 минут и последующая подача воды с интенсивностью 6-8 л/(с·м2) в течение 4 минут.

Данный режим промывки позволяет добиться высоких результатов очистки фильтрующей загрузки фильтра. Прямой контакт воздуха с мокрой фильтрующей загрузкой позволяет осуществить процесс ее разрыхления. В результате использования водо-воздушной обработки при промывке, фильтрующая загрузка переходит во взвешенное состояние и ее зерна непрерывно соприкасаются друг с другом и пузырьками воздуха. Данный процесс служит интенсификацией отделения загрязнений от зерен загрузки. Последующая подача промывной воды служит для укладки фильтрующей загрузки и удаления остатка загрязнений в канализацию.

Управление промывкой фильтра осуществляется в автоматическом режиме при помощи контроллера. Для подачи воздушной смеси на промывку предусмотрен компрессор.

Блок АСУ ТП

Блок АСУ ТП предназначен для управления технологическим оборудованием станции.

Блок АСУ ТП с диспетчерским управлением верхнего уровня обеспечивает непрерывную работу системы датчиков измерения и контроля параметров работы технологического оборудования всей станции, работу системы исполнительных механизмов и устройств.