Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение
высшего образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Хакасский технический институт
РЕФЕРАТ
Водоснабжение и водоотведение с элементами гидравлики наименование дисциплины
Подготовка питьевой воды
Абакан 2018
Реферат
Реферат по теме «Водоснабжение городов» содержит 58 страниц текстового документа, 3приложения, 6 использованных источников, 6 рисунков.
ПИТЬЕВОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ, ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА, ИСТОЧНИКИ ПРЕСНОЙ ВОДЫ, МЕТОДЫ ВОДОПОДГОТОВКИ, ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ВОДЫ.
Объект - Подготовка питьевой воды.
Цели:
В данной работе в связи с поставленными целями стоят задачи:
- познакомится с методами водоподготовки;
- ознакомиться с методами очистки воды;
- рассмотреть рациональное использование водных ресурсов;
- рассмотреть природные источники водоснабжения и требования, предъявляемые к ним.
Рассмотрены: проблемы питьевой воды, показаны методы водоочистки, их бытовая и промышленная эффективность
Введение
Питьевое водоснабжение является важнейшим элементом жизнеобеспечения городов и фактором национальной безопасности в области охраны здоровья населения. Многие поверхностные и подземные водоисточники загрязнены; химическими веществами, в отношении которых барьерная роль существующих водоочистных сооружений чрезвычайно мала. По данным Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП) в России ежегодно регистрируется около 30 инфекционных вспышек дизентерии, брюшного тифа, гепатита, менингита и др., связанных с употреблением некачественной питьевой воды. Материальный ущерб от потери здоровья населения оценивается почти в 34 млрд. рублей в год.
Более трети поверхностных источников России характеризуются высоким содержанием органических, веществ, интегрально оцениваемым окисляемостью и цветностью воды, достигающими 3 ПДК и более. Кроме того, воды имеют малую мутность (до 50 мг/л).
Органические вещества, поступающие в открытые водоемы в результате вымывания гумусовых веществ из почв, торфяников, а также отмирания и разложения водных организмов в самих водоемах, являются главной причиной появления в воде привкусов и запахов. Природный гумус, представлен гуминовыми и фульвокислотами, которые придают воде желто-коричневую окраску и образуют с металлами (в первую очередь с железом и марганцем) растворимые в воде, устойчивые к окислению комплексные соединения. Образование комплексных соединений алюминия в процессе коагуляционной очистки и защитное действие гуминовых кислот увеличивает концентрацию остаточного алюминия в очищенной воде. В результате хлорирования воды образуются токсичные галогенорганические соединения: хлороформ, дихлорбромметан, хлорфенол и др.
Многие подземные водоисточники также имеют повышенное содержание природных органических соединений связанных с интенсивным отбором подземных вод и притоком в них загрязненных аллювиальных и поверхностных вод. В ряде источников поверхностных и подземных вод отмечено присутствие специфических органических примесей - фенолов, нефтепродуктов и др.
Наиболее широко используемые двухступенчатые реагентные технологии очистки, соответствующие СНиП 2.04.02-84 на первой ступени очистки предусматривают осветление в отстойниках, осветлителях со взвешенным ч . осадком и контактных префильтрах, на второй ступени - очистку на скорых фильтрах. Отстойники и осветлители со взвешенным осадком при очистке маломутных вод с высоким содержанием органических веществ работают неудовлетворительно. В первую очередь это обусловлено неэффективным протеканием процесса коагуляции из-за невысокой концентрации твердой фазы в исходной воде. В маломутной воде отсутствуют центры конденсации продуктов гидролиза коагулянта, поэтому не создаются условия для возникновения зародышей твердой фазы и осадок не образуется. Нагрузка по взвешенным веществам приходится на скорые фильтры, барьерная роль которых оказывается недостаточной. Применение контактных префильтров перед скорыми фильтрами требует большого расхода промывной воды (до 15% и более от расхода очищаемой воды), что снижает их производительность, увеличивает стоимость эксплуатации. Рациональное функционирование станций очистки природных вод связано с комплексным решением проблем ресурсосбережения и охраны водоемов от загрязнения очисткой, повторным использованием промывных вод фильтров и утилизацией водопроводных осадков. Таким образом, проблема разработки эффективных технологий очистки маломутных природных вод с высоким содержанием органических соединений для питьевого водоснабжения и с решением экологических вопросов требует глубокого изучения и проведения специальных исследований.
1. Источники пресной воды
Пресные водные ресурсы существуют благодаря вечному круговороту воды. В результате испарения образуется гигантский объем воды, дости-гающий 525 тыс. км3 в год. 86% этого количества приходится на соленые воды Мирового океана и внутренних морей - Каспийского. Аральского и др.; остальное испаряет-ся на суше, причем половина благодаря транспирации влаги растениями. Каждый год испаряется слой воды толщиной примерно 1250 мм. Часть ее вновь выпадает с осадками в океан, а часть переносится ветрами на сушу и здесь питает реки и озера, ледники и подземные воды. Природный дис-тиллятор питается энергией Солнца и отбирает примерно 20% этой энер-гии. Всего 2% гидросферы приходится на пресные воды, но они постоянно возобновляются. Скорость возобновления и определяет доступные человечеству ресурсы. Большая часть пресных вод - 85% - сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Скорость водообмена здесь меньше, чем в океане, и составляет 8000 лет. Поверхностные воды суши обновляются примерно в 500 раз быстрее, чем в океане. Еще быстрее, примерно за 10 - 12 суток, обновляются воды рек. Наибольшее практическое значение для человечества имеют пресные воды рек. Реки всегда были источником пресной воды. Но в современную эпоху они стали транспортировать отходы. Отходы на водосборной территории по руслам рек стекают в моря и океаны. Большая часть использованной реч-ной воды возвращается в реки и водоемы в виде сточных вод. До сих пор рост очистных сооружений отставал от роста потребления воды. И на пер-вый взгляд в этом заключается корень зла. На самом деле все обстоит гораздо серьезнее. Даже при самой совершенной очистке, включая биоло-гическую, все растворенные неорганические вещества и до 10% органичес-ких загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Такая во-да вновь может стать пригодной для потребления только после многократ-ного разбавления чистой природной водой. И здесь для человека важно соотношение абсолютного количества сточных вод, хотя бы и очищенных, и водного стока рек. Мировой водохозяйственный баланс показал, что на все виды водопользования тратится 2200 км воды в год. На разбавление стоков уходит почти 20% ресурсов пресных вод мира. Расчеты на 2000 г. в предположении, что нормы водопотребления уменьшатся, а очистка охватит все сточ-ные воды, показали, что все равно ежегодно потребуется 30 - 35 тыс. км3 пресной воды на разбавление сточных вод. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Количество пресной воды не уменьшается, но ее качество резко падает, она становится не пригодной для потребления. Человечеству придется изменить стратегию водопользования. Необхо-димость заставляет изолировать антропогенный водный цикл от природно-го. Практически это означает переход на замкнутое водоснабжение, на маловодную или малоотходную, а затем на "сухую" или безотходную технологию, сопровождающуюся резким уменьшением объемов потребления воды и очищенных сточных вод. Запасы пресной воды потенциально велики. Однако в любом районе мира они могут истощиться из-за нерационального водопользования или загрязнения. Число таких мест растет, охватывая целые географические районы. Потребность в воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения мира. Объем потребляемой воды зависят от региона и уровня жизни и составляет от 3 до 700 л в сутки на одного человека. Потребление воды промышленностью также зависит от экономического развития данного района. Например, в Канаде промышленность потребляет 84% всего водозабора, а в Индии - 1%. Наиболее водоемкие отрасли промыш-ленности: сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бу-мажная и пищевая. На них уходит почти 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. В среднем в мире на промышленность уходит примерно 20% всей потребляемой воды. Главный же потребитель пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 70-80% всей пресной воды. Орошае-мое земледелие занимает лишь 15-17% площади сельскохозяйственных угодий, а дает половину всей продукции. Почти 70% посевов хлопчатника в мире существует благодаря орошению. Суммарный сток рек СНГ (СССР) за год составляет 4720 км3. Но распределены водные ресурсы крайне неравномерно. В наиболее обжитых регио-нах, где проживает до 80% промышленной продукции и находится 90% при-годных для сельского хозяйства земель, доля водных ресурсов составляет всего 20%. Многие районы страны недостаточно обеспечены водой. Это юг и юго-восток европейской части СНГ, Прикаспийская низменность, юг Западной Сибири и Казахстана, и некоторые другие районы Средней Азии, юг Забайкалья, Центральная Якутия. Наиболее обеспечены водой северные районы СНГ, Прибалтика, горные районы Кавказа, Средней Азии, Саян и Дальнего Востока. Сток рек изменяется в зависимости от колебаний климата. Вмешательство человека в естественные процессы затронуло уже и речной сток. В сельском хозяйстве большая часть воды не возвращается в реки, а рас-ходуется на испарение и образование растительной массы, так как при фотосинтезе водород из молекул воды переходит в органические соедине-ния. Для регулирования стока рек, не равномерного в течение года, построено 1500 водохранилищ (они регулируют до 9% всего стока). На сток рек Дальнего Востока, Сибири и Севера европейской части страны хозяйственная деятельность человека пока почти не повлияла. Однако в наиболее обжитых районах он сократился на 8%, а у таких рек, как Те-рек, Дон, Днестр и Урал - на 11 - 20%. Заметно уменьшился водный сток в Волге, Сырдарье и Амударье. В итоге сократился приток воды к Азовс-кому морю - на 23%, к Аральскому - на 33%. Уровень Арала упал на 12,5 м. При получении питьевой воды различают две основные группы по ее происхождению: подземные воды и поверхностные воды. Группа подземных вод подразделяется на:
1. Артезианские воды. Речь идет о водах, которые с помощью насосов поднимаются на поверхность из подземного пространства. Они могут залегать под землей в несколько слоев или так называемых ярусов, которые полностью защищены друг от друга. Пористые грунты (особенно пески) оказывают фильтрующее и, следовательно, очищающее действие, в отличие от трещиноватых горных пород. При соответствующем длительном нахождении воды в пористых грунтах артезианская вода достигает средних температур почвы (8-12 градусов) и свободна от микробов. Благодаря этим свойствам (практически постоянная температура, хороший вкус, стерильность) артезианская вода является особо предпочтительной для целей питьевого водоснабжения. Химический состав воды, как правило, остается постоянным.
2. Инфильтрационная вода. Эта вода добывается насосами из скважин, глубина которых соответствует отметкам дна ручья, реки или озера. Качество такой воды в значительной мере определяется поверхностной водой в самом водотоке, т. е. вода, добытая при помощи инфильтрационного водозабора, является тем более пригодной для питьевых целей, чем чище вода в ручье, реке или озере. При этом могут иметь место колебания ее температуры, состава и запаха.
3. Родниковая вода. Речь идет о подземной воде, самоизливающейся естественным путем на поверхность земли. Будучи подземной водой, она в биологическом отношении безупречна и по своему качеству приравнивается к артезианским водам. Вместе с тем родниковая вода по своему составу испытывает сильные колебания не только в кратковременные периоды времени (дождь, засуха), но и по временам года (например, таяние снега).
Поверхностные воды, в свою очередь, подразделяют таким образом:
1. Речная вода. Речная вода сильнее всего подвергается загрязнениям, поэтому в последнюю очередь пригодна для целей питьевого водоснабжения. Она загрязняется продуктами жизнедеятельности людей и животных. В еще большей степени загрязнение речных вод происходит поступающими сточными водами от мастерских и промышленных предприятий. Самоочищающая способность реки может лишь частично справиться с этими загрязнениями. Подготовка речной воды для целей питьевого водоснабжения затрудняется, кроме этого из-за сильных колебаний загрязнения речной воды как в количественном отношении, так и по составу.
2. Озерная вода. Эта вода, даже добытая из больших глубин, крайне редко является безупречной в биологическом отношении и поэтому должна проходить специальную очистку до питьевых кондиций.
3. Вода из водохранилищ. Речь идет о воде из небольших речек и ручьев, которые запружены в верхнем течении, где вода наименее загрязнена. Вода из водохранилищ распределяется по категориям так же, как Озерная вода. Во всех случаях при выборе способа и объема необходимых мероприятий по водоподготовке решающим является то, насколько сильно эта вода загрязнена и насколько высока самоочищающая способность этого «хранилища питьевой воды».
4. Морская вода. Морская вода не может без обессоливания подаваться в сеть питьевого водоснабжения. Она добывается и проходит водоподготовку только у морского побережья и на островах, если нет возможности использовать другой источник водоснабжения.
2. Основные методы водоподготовки
Методы водоподготовки, используемые для приготовления питьевой воды, очень разнообразны. Во всяком случае, применение конкретных методов или их сочетаний определяется химическим составом воды. Ниже приведены основные методы водоподготовки.
2.1 Предварительная очистка
Если в качестве источника водоснабжения для приготовления питьевой воды используются поверхностные воды, требуется проведение тщательной предварительной очистки. Она включает в себя:
Первичное отстаивание, решетки и сетчатые фильтры с размером ячеек от 0,005 мм до 1 см, коагуляцию, т.е. введение в обрабатываемую воду солей алюминия или железа, и при определенных условиях, добавление флокулянта, чтобы укрупнить взвешенные и коллоидные частицы дисперсной системы и перевести их в фильтруемую форму.
Рисунок 1 - Схема съемной водоочистной сетки
2.2 Фильтрование
Фильтрование воды является важнейщим этапом при приготовлении питьевой воды и применяется для самых различных целей.
Основы фильтрования. Скорые фильтры объемные,в целях восстановления задерживающей способности загрузки включаютсяна промывку. Скорость фильтрования определяется составом воды и составляет, как правило, 10-20 м/ч. В качестве фильтрующего материала в зависимости от целей фильтрации. Применяется кварцевый песок, антрацит, активные угли и доломит.
Рисунок 2 - Скорый безнапорный фильтр: а - продольный разрез, б - поперечный разрез, в - вид сверху, г - дренажная система.
Кроме того, используется комбинация различных фильтрующих материалов, применяют также многослойные фильтры. Фильтровальные сооружения для приготовления питьевой воды используются для решения следующих задач.
2.3 Обезжелезивание
Под этим термином понимают удаление ионов железа из исходной воды. В артезианской воде, не содержащей растворенного кислорода, железо присутствует в форме бикарбоната. Обезжелезивание производят следующими способами:
аэрация,т.е. нагнетание воздуха и интенсивный процесс окисления в водонапорном баке. Расход воздуха для насыщения воды кислородом составляет 30л/м3.
В исключительных случаях с целью интенсификации процесса окисления добавляются окислители: озон, хлор, двуокись хлора, или перманганат калия.
Обезжелезивающие фильтры (песчаные, гравийные или многослойные фильтры)
2.4 Деманганация
Деманганация воды - это удаление из нее ионов марганца. Деманганация производится практически теми же методами, что и обезжелезивание. Однако, в большинстве случаев следует использовать более сильные окислители. При этом желательно обеспечивать более высокие значения водородного показателя. Повышение рН достигается, например, введением в процесс доломитовых материалов.
Нейтрализация. Нейтрализация, или снижение кислотности воды, это процесс, который не произошел в природных геологических условиях и перенесен на фильтровальные сооружения. Фильтровальный бак заполняется гранулированным карбонатом кальция или полу обожжённым, содержащим магний, доломитом. При прохождении воды через этот фильтрующий материал, достигается равновесное значение водородного показателя.
При более высоких значениях агрессивной углекислоты, наряду с вышеназванной химической нейтрализацией, имеется возможность удаления углекислоты с помощью открытых аэрационных установок, или скрубберов. Это достигается разбрызгиванием артезианской воды через систему форсунок. Воздух, движущийся от воздуходувки, обеспечивает снижение свободной углекислоты до 10 мг/л. Одновременно в такой «механической нейтрализацией», наступает насыщение кислородом.
Фильтрация на активных углях. Фильтрование на активных углях является предпочтительным способом улучшения качества питьевой воды и чаще всего применяется на последней ступени очистки. Такое дополнительное осветление воды необходимо в тех случаях, когда требуется устранить незначительные нарушения показателей цветности, вкуса и запаха воды. Скорости фильтрования на фильтрах с активными углями устанавливаются как правил она полупромышленных установках.
Обеззараживание питьевой воды производится в тех случаях, когда бактериологическими анализами свежей воды устанавливается наличие возбудителей заболеваний или же повышенное общее содержание бактерий.