Очистка подземных и поверхностных вод с применением алюмосиликатных сорбентов

УДК 502: 504

Для обеспечения населения Урало-Сибирского региона качественной питьевой водой необходимым условием является планомерное осуществление мероприятий по строительству и вводу в эксплуатацию современных станций водоподготовки. При этом технологии водоподготовки строящихся, проектируемых и эксплуатируемых поселковых станций должны учитывать качественный состав подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевых нужд в том или ином районе региона.

Ключевые слова: питьевая вода, станции водоподготовки, алюмисиликатные сорбенты, хозяйственно-питьевое водоснабжение.

В подземных водах, используемых для хозяйственно-питьевых нужд, наблюдаются превышения предельно допустимых концентраций по марганцу, железу, кремнию, которые и являются основными загрязняющими компонентами. Помимо этого, вода зачастую обладает повышенной коррозионной активностью и неудовлетворительными органолептическими показателями (цветность, мутность, запах и привкус).

В настоящее время в технической литературе описано и подробно рассмотрено несколько типовых технологических схем кондиционирования подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения. В зависимости от качества подземной воды (содержание железа, марганца, углекислоты, щелочность, рН) рекомендуются методы упрощенной аэрации, использования щелочных агентов, биокаталитического окисления соединений железа и марганца, применения сильных окислителей и их различные комбинации. Выделение образующейся твердой фазы соединений железа и марганца возможно как в объеме, так и на поверхности фильтрующей загрузки.

Указанные технологии не во всех случаях позволяют достичь необходимого эффекта очистки. Поэтому надежные и эффективные технологические решения проблемы очистки питьевой воды и подготовки воды для технологических нужд по-прежнему остаются актуальными.

НПФ «Эко-проект» совместно с УГЛТУ была разработана высокоэффективная технология очистки подземных вод с целью получения воды питьевого качества, соответствующего всем требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01.

Технология основана на применении нового поколения водоочистного оборудования и высокодисперсных реагентов-гидрозолей.

Основным технологическим аппаратом является отстойник-флокулятор, характеризующийся высокой гидравлической нагрузкой и небольшими габаритными размерами. Его преимуществами являются: высокая эффективность очистки воды за счет проведения процессов сорбции, флокуляции и осаждения в оптимальных гидродинамических режимах; высокая устойчивость процесса очистки при изменяющихся расходах и концентрациях примесей. Использование таких аппаратов позволяет снизить стоимость очистных сооружений в сравнении с аналогами в 2-2,5 раза.

Второй важной отличительной особенностью технологии является применение алюмосиликатных реагентов. Высокодисперсные реагенты позволяют: круглогодично обеспечивать качество питьевой воды согласно требованиям СанПиН 2.1.4.559-96, увеличить продолжительность фильтроциклов и грязеемкость фильтрующих загрузок, сократить водопотребление очистных сооружений. Такие результаты обеспечиваются за счет большой сорбционной емкости высокодисперсных алюмосиликатных сорбентов по отношению к большинству токсичных загрязнителей воды.

Высокодисперсные алюмосиликатные сорбенты имеют сорбционную емкость по отношению к катионам металлов, органическим, металл-органическим соединениям и радионуклидам от 6,5 до 8,0 мг-экв/г, что значительно превышает характеристики известных природных сорбентов. Одновременно с этим они интенсифицируют коагуляционные и гетерокоагуляционные процессы выделения и осаждения коллоидно-растворенных загрязнителей воды.

Очистка воды от коллоидно-растворенных веществ с помощью высокодисперсных алюмосиликатных сорбентов более эффективна по сравнению с традиционными методами очистки воды. Размеры слоев модифицированных природных алюмосиликатов составляют от 200 до 250 (20-25 нм). Удельная поверхность наночастиц реагента при этом составляет примерно 600 м 2 /г.

При разработке технологии кондиционирования и проектировании сооружений для очистки подземных вод Урало-Сибирского региона необходимо учитывать следующие факторы:
- влияние условий окисления соединений железа и марганца - количество подаваемого воздуха, степень пересыщения по железу, продолжительность контакта с окислителем и последующего гидролиза на дисперсность твердой фазы;
- вероятность образования высокоустойчивой дисперсной системы;
- модификация фильтрующей загрузки в процессе эксплуатации;
- вероятность биообрастания оборудования и сооружений.

В качестве примера приведены водозаборные сооружения, состоящие из четырех скважин (три - рабочие, одна - резервная), оборудованных наземными насосными станциями. Номинальная мощность водозабора составляет 1200 м 3 /сут. Химический состав проб воды из скважин приведен в таблице 1.

Таблица 1. Результаты анализа воды артезианских скважин станции подготовки питьевой воды пос. Пионерский

Из приведенных выше данных видно, что вода скважин не соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 по следующим показателям: запах (обусловлен растворенным в воде сероводородом), мутность, железо (общее), марганец. Расчетный индекс стабильности I равен 2,8, что свидетельствует о высокой коррозионной активности воды.

Как следует из таблицы 1, для обеспечения качества воды по СанПиН 2.1.4.1074-01 при разработке технологии очистки воды должны быть решены две основные задачи:
- удаление из воды вредных примесей - сероводорода, взвешенных веществ, железа, марганца;
- стабилизация воды для исключения ее коррозионной активности.

В результате проведенных исследований разработана реагентная двухступенчатая схема очистки воды, как наиболее надежная, позволяющая обеспечить стабильное качество очистки при изменении количественных и качественных характеристик примесей в исходной воде.

Вода из артезианских скважин подается в блок очистки воды, где последовательно проходит эжектор для насыщения воздухом, смеситель для смешивания воды с реагентами, делитель потока для равномерного распределения воды на три или два потока, три параллельно работающих отстойника-флокулятора, сборный лоток с делителем потока и воздухоотделителем, пять параллельно работающих песчаных фильтров, лоток-смеситель для смешивания с раствором гипохлорита кальция и резервуары-усреднители, из которых готовая вода подается в разводящие сети поселка.

Конструкция основного водоочистного и вспомогательного технологического оборудования разработана в соответствии со СНиП 2.04.02-84. Оборудование имеет внутреннее антикоррозионное покрытие из материалов, допущенных для контакта с питьевой водой.

В результате обработки воды артезианской скважины по приведенной выше технологии очищенная вода имеет показатели, приведенные в таблице 2, сопоставленные с нормативными требованиями СанПиН 2.1.4.1074-01 и исходным качеством воды.

Таблица 2. Показатели очистки воды

Приведенные в таблице 2 результаты показывают, что очищенная вода в полной мере соответствует нормативным требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01.

Помимо артезианских источников водоснабжения данная технология может успешно применяться и для подготовки питьевой воды из поверхностных источников - рек и водохранилищ.
Основными загрязняющими компонентами поверхностных источников являются металл-органические соединения и органические вещества природных вод, которые определяются по показателям цветности и окисляемости воды и в ходе очистки также извлекаются до требуемых СанПиН 2.1.4.1074-01 значений.

Глубокое извлечение загрязняющих компонентов обеспечивает используемый в данной технологии высокодисперсный алюмосиликатный реагент.

Реагент представляет собой продукт механо-химической реакции высокодисперсного природного алюмосиликата с органическими соединениями. В водной среде происходит его диспергирование с образованием высокодисперсных частиц. Высокая удельная поверхность частиц данного реагента, значительная величина дзета-потенциала на поверхности наночастиц и наличие поверхностных ионогенных групп придают реагенту высокоэффективные свойства для обработки подземных вод с широким диапазоном загрязнений в виде ионов тяжелых металлов.

Как показывает практика, высокое качество питьевой воды, получаемой из артезианских источников для условий Урало-Сибирского региона, удалось достигнуть как за счет использования высокотехнологичного водоочистного оборудования, так и за счет применения реагента. Описанная технология позволяет гарантированно получать воду питьевого качества, соответствующую всем требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 из подземных и поверхностных источников Урало-Сибирского региона независимо от исходных концентраций загрязняющих компонентов.

Solution of tasks of water utility supply areas of the Ural-Siberian region with the use of aluminosilicate sorbents

To ensure that the population of the Ural-Siberian region with quality drinking water is essential to systematic implementation of measures for the construction and commissioning of a modern water treatment plants. While water treatment technology is under construction, designed and operated local stations should take into account the qualitative composition of underground waters used for drinking purposes in different parts of the region.

Keywords: drinking water, water treatment station, alumosilicate sorbents, industrial and potable water supply.

Sviridov Vladislav Vladimirovich, doctor of chemistry, Ural state forest engineering University (USFEU), Ekaterinburg. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Galkin Yuriy Anatolyevich, doctor of technical Sciences, Director of NPF «EKO project», Ekaterinburg.

Журнал «Вода Magazine», №4 (128), 2018 г.