Технологические и организационные аспекты процессов получения воды питьевого качества

осветление (удаление из воды коагуляцией, отстаиванием и фильтрованием коллоидальных и суспензированных загрязнений);

умягчение (устранение жёсткости воды осаждением солей кальция и магния, известью и содой или удаление их из воды катионированием);

обессоливание и обескремнивание (ионный обмен или дистилляцией в испарителях);

удаление растворённых газов (термическим или химическим методом) и окислов железа и меди (фильтрованием).

биологическая очистка воды от бактерий, вирусов и других микроорганизмов. В настоящее время в основном используется хлор, озон и УФ-стерилизация.

улучшение органолептических свойств воды (удаление из воды веществ, придающих воде запах (сероводород, хлор), и ряда органических веществ).

В задачи водоподготовки входит:

Удаление взвешенных частиц.

Нерастворимые вещества в воде могут присутствовать в твердой или в коллоидной формах, попадая в воду либо из почвы, либо в ходе одной из технологических стадий, например, при фильтровании через фильтры с наполнителем. Как правило, удаление таких частиц осуществляется путем их задерживания, перед чем при необходимости проводят насыщение воды кислородом и/или коагуляцию. В основном задерживание посторонних частиц проводят с помощью фильтров – с наполнителем, рукавных или погружных.

Удаление и дезактивация посторонних микроорганизмов.

Обнаруживаемые в воде посторонние биологические структуры могут попадать в нее из источника происхождения (в случае поверхностных вод) или являться результатом загрязнения в ходе производственного процесса. Перед использованием они должны быть удалены или инактивированы. В зависимости от размера посторонние микроорганизмы подразделяют на простейшие, плесени и водоросли, на бактерии и, наконец, вирусы. Удаление этих микроорганизмов осуществляется путем их физического удержания (адсорбции). Инактивацию, как правило, проводят, разрушая клеточную структуру и генетический материал клетки методами химического окисления (хлором, озоном, перекисью водорода и т.п.) или ультрафиолетового облучения.

Удаление нежелательных химических соединений.

Под нежелательными химическими соединениями, как стабильными, так и нестабильными, понимают вещества природного происхождения (которые отражают геологические характеристики водоносного слоя) и вещества, попавшие в воду вследствие человеческой деятельности (железо, марганец, фториды, мышьяк, органические соединения и др.).

1.4 Правовые основы организации водоснабжения

В рамках деятельности по организации питьевого централизованного водоснабжения предприятия формируют целевые показатели (рис. 1), в числе которых одним из важнейших является качество подаваемой питьевой воды [5]. Согласно [6] питьевая вода должна быть безвредной в эпидемиологическом отношении, химически безопасной и обладать требуемыми органолептическими характеристиками.

Рисунок 1. Целевые показатели деятельности организации

Критериями, определяющими формирование целевых показателей в части качества питьевой водыявляютсясоответствие/не соответствие требованиям после водоподготовки (пробы, %), в сетях (пробы, %), поданной по договорам (объем, %) (рис 2).

Рисунок 2. Данные для установления целевых показателей

Общие принципы организации водоснабжения основаны на выборе водоисточника, формирования зоны санитарной охраны водоисточника и водопровода, проектировании и строительству сооружений и реализации собственно процесса водоподготовки с последующей подачей воды потребителям. Общая схема процесса представлена на рис. 3.

Традиционно полагают, что химическая безопасность питьевой воды определяется соответствием возможных загрязнений уровням ПДК. При этом известно, что поставщики услуг централизованного водоснабжения (водоканалы) зависимы от качества водоисточников и технологически далеко не всегда способны мгновенно удалить из воды ряд исходно имеющихся там загрязнений. Федеральным законом №416 «О водоснабжении и водоотведении» [5], среди прочего, определены действия по ограничению или прекращению подачи воды из систем централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения при «существенном ухудшении качества». Одновременно в ст.23, п.6 [5] сказано, что при несоответствии качества воды по отдельным показателям, на уровнях, не достигающих «существенного ухудшения», максимальный срок от начала реализации мер, обеспечивающих нормативное качество, до их окончания фактически может определяться семью годами (и это без времени учета согласования формирования и технического задания по требуемым мероприятиям), исходя из сроков реализации инвестиционных программ, обозначенных в [7].

Рисунок 3. Организация питьевого водоснабжения

Критерии существенного ухудшения качества питьевой воды и горячей воды установлены приказом главного государственного санитарного врача России от 28.12.2012 №1204 [8]. В этом документе определены уровни «существенного ухудшения» в зависимости от показателей и указаны требования к минимальному количеству проб и срокам наблюдения, формирующие возможную доказательную базу с учетом риска для здоровья населения.

Таким образом, для обеспечения питьевого водоснабжение следует учитывать состояние выбранного водоисточника, соблюдение режимов зоны санитарной охраны, на основании обосновывается применение тех или иных технологических решений по организации водоподготовки.

1.5 Основные методы и технологические схемы водоподготовки предприятий водопроводно-канализационного хозяйства

Общая схема системы централизованного водоснабжения

Под системой водоснабжения подразумевается комплекс сооружений, необходимых для снабжения водой потребителей в необходимом количестве, требуемого качества и под требуемым напором при обеспечении надежности их работы. [9]

Системы водоснабжения можно разделить на хозяйственно-питьевые, производственные и противопожарные. Помимо того, вода используется для мойки улиц, проездов, площадей, а также поливки зеленых насаждений и других целей. В зависимости от вида объекта, снабжаемого водой, системы бывают городскими, поселковыми, промышленными и т. п. При этом система водоснабжения может обеспечивать водой как один объект, так и группу однородных и разнородных потребителей на территории района. [10]

На промышленных предприятиях в зависимости от схемы использования воды системы классифицируются на прямоточные, с последовательным использованием воды, оборотные и замкнутые.

В зависимости от источника питания водой объекта они подразделяются на системы, забирающие воду из поверхностных источников и из подземных источников. По способу подачи воды потребителям системы могут быть напорными и безнапорными. Возможна комбинация этих схем подачи воды. Система водоснабжения состоит из сооружений для забора воды из источника, ее транспортирования, обработки, хранения и регулирования подачи.

Вид водозаборного сооружения зависит от характера источника водоснабжения. Из поверхностных источников водоснабжения (рис.4, а) забор воды осуществляется береговыми и русловыми водозаборами различных конструкций, из подземных (рис.4, б) – водозаборными скважинами, шахтными колодцами, горизонтальными и лучевыми водозаборами, сооружениями для каптажа подземных вод. Подъем и перекачка воды на очистные сооружения или к потребителю осуществляется насосной станцией I подъема. После прохождения процесса кондиционирования вода подается потребителю насосной станцией II подъема. Допускается устройство нескольких последовательно или параллельно работающих станций, что определяется техническими и экономическими требованиями. [10]

Сооружения для кондиционирования воды необходимы для доведения ее качества до требований, предъявляемых к ней абонентами. Резервуары чистой воды (сборные резервуары) служат для сглаживания неравномерности режима работы насосных станций I и II подъемов и хранения аварийных и противопожарных объемов воды.

Водоводы следует рассматривать как сооружения для транспортирования воды к местам ее распределения. Они представляют собой систему труб (напорных и безнапорных) и каналов, по которым вода поступает к городу, поселку или промышленному объекту.

Для распределения воды по территории объекта и раздачи ее потребителям устраивается водопроводная сеть. Сооружения для хранения и аккумулирования воды (водонапорная башня) выполняют ту же роль, что и резервуар чистой воды. Вместо водонапорной башни может быть установлен наземный или подземный напорный резервуар, если вблизи города имеются достаточно высокие отметки земли.

Расположение очистных сооружений возможно вблизи как водозаборных сооружений, так и потребителя. Это зависит от удаленности водопотребителя от источника питания, наличия строительной площадки, санитарных, технических или экономических соображений, а также качества воды в источнике.

Схема водоснабжения будет упрощена в случае соответствия качества воды в источнике требуемому (например, при использовании артезианских вод характерно высокое санитарно-гигиеническое качество).

Рисунок 4. Общая схема систем водоснабжения из поверхностного (а) и подземного (б) источников. [10]

1 – водозаборное сооружение; 2 и 5 – насосные станции соответственно I и II подъема; 3 – очистные сооружения; 4 – резервуар чистой воды; 6 – водоводы; 7 – напорно-регулирующая емкость; 8 – водопроводная сеть.

Таким образом, обязательными элементами системы водоснабжения являются водозаборные сооружения, водоводы и водопроводная сеть.

Как было отмечено ранее, по виду потребления воды системы подразделяются на хозяйственно-питьевые, производственные, противопожарные и поливочные.

Каждый из потребителей предъявляет свои требования к количеству и качеству подаваемой ему воды, напору, создаваемому в системе, и т. д. В городах, как правило, устраивают единую систему водоснабжения для хозяйственно-питьевых и противопожарных целей.

Система водоснабжения в процессе работы должна удовлетворять требованиям надежности и экономичности. Недоучет требований надежности при проектировании, строительстве и эксплуатации систем может привести к нарушениям нормального водоснабжения. Под надежностью понимается способность системы обеспечивать потребителей водой в необходимых количествах, требуемого качества и под требуемым напором. Одним из показателей надежности функционирования системы может служить вероятность её безотказной работы в течение рассматриваемого времени. [10,11]

Различают технологическую и санитарную надежность. Технологическая надежность обеспечивается рядом мер на стадии проектирования, строительства и эксплуатации: созданием запасов воды в источниках водоснабжения, использованием двух и более независимых источников, увеличением числа водозаборных сооружений, прокладкой нескольких параллельно работающих водоводов, устройством кольцевых водопроводных сетей, увеличением объемов запасно-регулирующих емкостей в системе подачи и распределения воды, созданием резервных мощностей очистных сооружений, обеспечением бесперебойного энергоснабжения, разработкой математических моделей распределения воды при авариях. [10,12]