Задача обеспечения населения качественной водой стоит чрезвычайно остро, так как некачественная питьевая вода оказывает отрицательное действие на здоровье человека и способствует развитию заболеваний инфекционной и неинфекционной этиологии. Для снабжения населения высококачественной водой необходима экологически чистая вода (ЭЧВ).
Исследования, проведенные на кафедре «Водоснабжение и водоотведение» Казанского государственного архитектурно-строительного университета (КГАСУ) совместно с кафедрой коммунальной гигиены Казанского государственного медицинского университета, позволили создать концепцию ЭЧВ [1], согласно которой экологически чистой водой может считаться вода питьевая, которая имеет качественные показатели, отвечающие требованиям СанПиН [6] с некоторыми добавлениями и изменениями (таблица).
При создании концепции экологически чистой воды изучалось влияние качественных показателей питьевой воды по СанПиН [6] на здоровье людей. На основе данной концепции в КГАСУ была разработана установка подготовки экологически чистой воды (УЭЧВ). Технологическая схема УЭЧВ представлена на рис. 1.
В состав установки подготовки экологически чистой воды входят: смеситель 1, озонатор 2, контактная камера конструкции КГАСУ 3, скорые фильтры первой ступени 4, адсорбционные фильтры 5, скорые фильтры второй ступени 6, ионатор серебра 7, резервуар чистой воды 8, емкости промывной воды 9 и 10, насосы Н-1, Н-2 и Н-3, запорно-регулирующая арматура, а также соединительные трубопроводы.
Исходная вода под давлением 0,8–1,0 МПа подается в смеситель 1, представляющий собой эжектор. Озоно-воздушная смесь поступает в смеситель 1 от озонатора 2.
Требования к качеству воды
|
№ п/п |
Наименование параметра |
Единицы измерения |
Величина параметра |
|
|
СанПиН 2.1.4.10.74-01 |
Экологически чистая вода |
|||
|
1 |
Запах |
баллы |
2 |
1 |
|
2 |
Привкус |
баллы |
2 |
1 |
|
3 |
Цветность |
град |
20 |
10 |
|
4 |
Мутность |
мг/л |
1,5 |
0,5 |
|
5 |
Активная реакция среды рН |
6–9 |
6,5–8,5 |
|
|
6 |
Коли-индекс |
мг/л |
3 |
отсутствует |
|
7 |
Сухой остаток |
мг/л |
1000 |
200–400 |
|
8 |
Окисляемость перманганатная |
мг/л |
5 |
3–4 |
|
9 |
Жесткость общая |
мг-экв/л |
7 |
5 |
|
10 |
Фенольный индекс |
мг/л |
0,25 |
отсутствует |
|
11 |
Железо общее |
мг/л |
0,3 |
0,2 |
|
12 |
Марганец |
мг/л |
0,1 |
0,05 |
|
13 |
Хром (Сr6+) |
мг/л |
0,05 |
отсутствует |
|
14 |
Сульфаты |
мг/л |
500 |
250 |
|
15 |
Хлориды |
мг/л |
350 |
50 |
|
16 |
Нефтепродукты |
мг/л |
0,3 |
отсутствует |
|
17 |
Алюминий |
мг/л |
0,5 |
0,1 |
|
18 |
Медь |
мг/л |
1,0 |
0,6 |
|
19 |
Полифосфаты |
мг/л |
3,5 |
1,0 |
|
20 |
Цинк |
мг/л |
5,0 |
0,5 |
|
21 |
Барий |
мг/л |
0,1 |
0,05 |
|
22 |
Бор |
мг/л |
0,5 |
0,1 |
|
23 |
Ртуть |
мг/л |
0,0005 |
отсутствует |
|
24 |
Молибден |
мг/л |
0,25 |
0,1 |
|
25 |
Кадмий |
мг/л |
0,001 |
0,005 |
|
26 |
Мышьяк |
мг/л |
0,05 |
0,01 |
|
27 |
Свинец |
мг/л |
0,03 |
отсутствует |
Рис. 1. Технологическая схема установки подготовки экологически чистой воды
При производстве озона обычно используется атмосферный воздух, который перед подачей его в озонатор необходимо очистить от пыли, осушить и охладить [4], что усложняет эксплуатацию озонаторов. В составе УЭЧВ предусмотрено использование озонатора с тихим разрядом, который потребляет значительно меньше энергии, чем другие аппараты для производства озона. Воздух, подаваемый в такой озонатор, не требует осушки и охлаждения [4].
Под избыточным давлением вода из смесителя 1 поступает в динамическую контактную камеру 3, в которой происходит контакт озона с загрязнениями, содержащимися в обрабатываемой воде, что ведет к их окислению. Контактная камера 1 (рис. 2) представляет собой резервуар, внутри которого располагается струйный элемент 2. Вода на обработку в контактную камеру подается по трубопроводу 3, а озоно-воздушная смесь – по трубопроводу 4. Струйный элемент 2 представляет собой цилиндр с перфорированной боковой поверхностью с диаметром отверстий 10–20 мм [3].
Рис. 2. Схема контактной камеры конструкции КГАСУ
Вода поступает в струйный элемент 2 через приточный патрубок 5. Конструкция струйного элемента такова, что вода, двигаясь в турбулентном режиме, распространяется вдоль его оси и образует в нем прямой и обратный потоки. Вследствие разряжения, создаваемого струей, вода из верхней части смесителя, через отверстия в верхней части струйного элемента, поступает в его внутреннюю полость. Через отверстия, расположенные в нижней части струйного элемента, вода выдавливается в пространство вокруг него. Таким образом, при установившемся движении в струйном элементе образуются прямой и обратный потоки, а также внешний рецикл [3]. В каждом из потоков жидкость внутреннего и внешнего рецикла, вода движется в турбулентных режимах с различной интенсивностью турбулентных пульсаций [3], что способствует ускорению процессов перемешивания, а также улучшает контакт озона с загрязнениями, находящимися в воде.
Из контактной камеры вода, обработанная озоном, отводится по трубопроводу 6. Опорожнение контактной камеры производится по трубопроводу 7.
Из контактной камеры 3 (рис. 1) вода поступает в скорые напорные фильтры I ступени 4, загруженные кварцевым песком [1]. Промывка фильтров производится фильтратом, для чего часть очищенной воды по трубопроводу 12 подается в емкость 9, из которой фильтрат насосами Н-1 по трубопроводу 13 подается на промывку фильтров 4. Отработанная промывная вода из фильтров по трубопроводу 14 отводится на сооружения очистки промывных стоков. После фильтров I ступени вода подается в напорные адсорбционные фильтры 5, загруженные активированным углем. Регенерация фильтрующей загрузки не предусмотрена – отработанный активированный уголь направляется на утилизацию.
После адсорбционной очистки вода передается на фильтры II ступени 6. Промывка фильтров II ступени производится фильтратом, для чего часть очищенной воды по трубопроводу 15 подается в емкость 10, из которой фильтрат насосами Н-2 по трубопроводу 16 подается на промывку фильтров 6. Отработанная промывная вода из фильтров по трубопроводу 17 отводится на очистку.
После фильтров II ступени 6 очищенная вода подвергается обеззараживанию в ионаторах серебра 7 и затем отводится в резервуар чистой воды 8, из которого насосом Н-3 подается в цех розлива или на установку обессоливания.
В качестве исходной воды для получения ЭЧВ может быть использована питьевая вода, соответствующая требованиям СанПиН [6].
Полученная экологически чистая вода может бутилироваться, а также использоваться для производства лечебной (талой) воды или дистиллята для нужд фармакологической промышленности. Для этого экологически чистая вода подвергается обессоливанию [1], которое может осуществляться на установке с мембранными разделителями, представляющими собой одну из разновидностей нанотехнологий [2]. Для обессоливания экологически чистой воды применяются мембранные разделители с размерами пор не более 10–10 м [2, 5].
Установка для обессоливания ЭЧВ (рис. 3) состоит из емкости 1, обратноосмотической обессоливающей установки 2, насоса Н-1, соединительных трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры [2].
Рис. 3. Технологическая схема установки для обессоливания ЭЧВ
Экологически чистая вода из емкости 1 насосом Н-1 подается на мембранную установку обессоливания 2. Обессоленная вода отводится по трубопроводу 3, а рассол – по трубопроводу 4.
Лечебную (талую) воду получают путем последовательного замораживания и оттаивания обессоленной экологически чистой воды. Лечебные свойства талой воды связаны с ее особой молекулярной структурой, благоприятно влияющей на живые организмы, а также с отсутствием в ней молекул дейтериевой «тяжелой» воды [1].
Установка подготовки экологически чистой воды производительностью 5 м3/сутки (УЭЧВ-5) была внедрена в лечебно-оздоровительном комплексе ОАО «Татэнерго» (г. Казань) [1].
Изготовление установок ЭЧВ различной производительности может быть налажено серийно на машиностроительных предприятиях Российской Федерации. Бутилированная экологически чистая вода поможет решить вопросы водоснабжения тех населенных пунктов, где имеются проблемы с водой питьевого качества.