• Озонирование, применяемое как самостоятельная ступень в технологии очистки воды, не всегда позволяет решить поставленную задачу повышения ее эффективности. Поэтому сорбционная ступень очистки воды в большинстве случаев является обязательной.
- Обобщая отмеченные выше недостатки и ошибки в практике применения озона при очистке воды, видно, что обеспечить наиболее рациональные решения по его использованию возможно только на основе изучения взаимодействия озона с другими технологическими приемами очистки.
Из этого следует, что в каждом конкретном случае необходимы: проведение предпроектных технологических исследований, в результате которых можно обоснованно судить о целесообразности и эффективности озонирования, необходимости использования сорбционной очистки воды; определение места ввода озона в общей технологической схеме и оценка его влияния на основные процессы очистки воды, применяемые на данной водоочистной станции, а также установление расчетно-конструктивных параметров метода.
- Для повышения технико-экономических показателей метода озонирования и его эффективности, как показывает зарубежный опыт, озон может быть использован совместно с УФ-облучением, применением пероксида водорода и пр., что также требует экспериментальной проверки и обоснования.
4.1.2. Сорбционная очистка воды
Сорбционный метод применяется в основном для повышения глубины очистки воды от антропогенных неорганических и органических загрязнений, а также для удаления продуктов хлорирования и озонирования на заключительном этапе обработки воды.
Преимущества сорбционного метода: удаление загрязнений чрезвычайно широкой природы до любой остаточной концентрации, отсутствие вторичных загрязнений и возможность управления процессом.
Наряду с этим повышается надежность работы водоочистной станции в целом и гарантируется требуемое качество питьевой воды.
В качестве сорбционных материалов применяются активные угли отечественного и зарубежного производства.
Возможны два способа использования активных углей:
- введение порошкообразных активных углей (углевание воды);
- применение зернистых активных углей (гранулированных и дробленых) в качестве загрузки сорбционных фильтров.
4.1.2.1. Применение порошкообразных углей
- Наиболее сложные ситуации на водопроводах возникают в период паводков, когда в водоисточник попадают загрязнения, накопленные на водосборной территории. Особую опасность представляют залповые выбросы при промышленных и транспортных авариях, нарушениях производственных режимов и стихийных бедствиях. Они влекут за собой попадание в воду и почву значительных количеств химических веществ техногенного происхождения, в том числе ксенобиотиков, которые практически не обезвреживаются в ходе естественных процессов самоочищения водоемов.
Паводковые и аварийные периоды характеризуются многократным (в 10 раз и более) увеличением содержания примесей в воде, но продолжаются недолго — от 1 до 10—20 су т.
В практике часто встречаются ситуации с резким увеличением загрязнений в воде в 3—10 раз в течение нескольких дней по таким показателям, как запах, нефтепродукты, фенолы, бенз(а)пирен и т. п. Строительство полного комплекса очистных сооружений на этот уровень и период экономически нецелесообразно, а необходимо принимать срочные меры, осуществляемые в данных условиях.
Для таких случаев ГНЦ РФ НИИ ВОДГЕО и ГУП "Институт МосводоканалНИИпроект" разработана технология очистки воды с применением новых специальных марок порошкообразных активных углей.
Данная технология очистки воды реализуется наличием запаса специфического сорбента с длительно сохраняемой активностью, который используется в экстраординарной ситуации с любой необходимой интенсивностью.
- Для этой цели предлагаются более эффективные модификации известных порошкообразных активных углей: ОУ-А11, ОУ-Б12, ОУ-В15, АРА-23 и АГ-3ПМ. Все указанные сорбенты могут выпускаться в промышленном масштабе на действующих российских предприятиях.
Разработанная технология применена на нескольких водоочистных станциях, где порошкообразный уголь используется в течение 10— 20 сут/год, в основном решая проблемы пиковой дезодорации воды, а также позволяет снизить ее окисляемость на 30—50 %, цветность и содержание железа — на 15—30 %.
4.1.2.2. Применение зернистых углей
- При использовании зернистых активных углей в качестве загрузки фильтров необходимо иметь в виду следующие моменты.
• Наиболее предпочтительны следующие марки активных углей: ДАУ, АГОВ, АГМ, СКТ-6А, АГ-3, которые могут быть выпущены российскими предприятиями, а также активные угли "Фильтрасорб-300" и "Фильтрасорб-400" фирмы "Чемвирон Карбон" (Бельгия) и других производителей.
• ГНЦ РФ НИИ ВОДГЕО разработаны новые марки активных углей для извлечения из воды различных загрязнений: СКД-515 и СПДК-27Д — для удаления из воды диоксинов и токсичных ксенобиотиков, СППЗ-5К и СППЗ-7Д — для дезодорации воды, СДН-13Д и СДН-120К — для очистки воды от нефтепродуктов.
• Применение активного угля в качестве верхнего слоя в двухслойных угольно-песчаных загрузках фильтров может быть рекомендовано только как временная мера, поскольку в таких случаях сорбционная емкость угля существенно уменьшается или полностью исчерпывается через 3—6 мес эксплуатации в результате кольматации пор угля гидроокисью алюминия. После этого уголь начинает работать как обычная осветляющая загрузка.
• В мировой практике нашел широкое применение уголь TL-830. Этот уголь специально разработан и предназначен для замены песка. По данным эксплуатации за рубежом, фильтр с углем TL-830 ориентировочно работает как механический, очищая воду после отстойников от взвешенных веществ, и как сорбционный — удаляет растворенные органические загрязнения, в т. ч. и антропогенные.
Отечественный опыт применения угля TL-830 в России отсутствует. В связи с этим для решения вопроса о целесообразности применения этого угля необходима его проверка в опытных или производственных условиях.
• Наиболее целесообразно использовать активный угль на станции в отдельно стоящих сорбционных фильтрах, представляющих собой третью ступень очистки воды. Этот метод является надежным с санитарно-гигиенической и технологической точек зрения.
Поскольку на сорбционный фильтр поступает очищенная вода, то уголь работает только как сорбент и служит в основном для удаления из воды органических загрязнений. При этом срок службы угля в зависимости от качества воды водоисточника может достигать 3 лет, а как показывает зарубежный опыт, в случае применения предварительного озонирования срок использования угля увеличивается до 5 — 10 лет.
• Так как проектирование и строительство сооружений сорбционной очистки потребует достаточно длительного времени и значительных капитальных затрат, в качестве временного варианта можно рекомендовать переоборудование песчаных фильтров в сорбционные с полной заменой песчаной загрузки на угольную.
- В случае применения активного угля на водоочистной станции необходимо предусмотреть проектирование и строительство цеха реактивации для осуществления периодической реактивации угля.
Наиболее целесообразным по технико-экономическим показателям является термический метод реактивации, при котором уголь подвергается воздействию температуры 700—800 °С без доступа воздуха в течение 15—20 мин.
Организация реактивации угля непосредственно на площадке водоочистных сооружений может быть оправдана лишь в случае обработки значительных объемов угля на крупных станциях очистки воды. Наиболее перспективным является устройство региональных узлов реактивации угля (на область, республику и др.).
При реактивации угля для его перегрузки предусматривается система гидротранспорта (с помощью переносного гидроэлеватора). Потери угля при термической реактивации составляют 15—25 %. Сорбционная емкость угля восстанавливается практически полностью.
Работы по проектированию оборудования и цехов реактивации проводят ЦПКБХМ (г. Санкт-Петербург) и ПО "Сорбент" (г. Пермь).
- В случаях расположения водоочистных станций городов вблизи заводов — производителей активного угля возможна его реактивация на этих заводах путем доставки отработанного сорбента.
- Вместе с тем, одна сорбционная очистка, также как и одно озонирование, не всегда позволяет решить поставленную задачу повышения эффективности очистки воды. Поэтому в большинстве случаев предпочтительно совместное применение озона и сорбции на активных углях в дополнение к традиционным схемам очистки.
4.1.3. Совместное применение озона и активного угля
- Озонирование и сорбционную очистку воды следует применять в случаях, когда водоисточник имеет постоянный уровень загрязнения антропогенными веществами или высокое содержание органических веществ природного происхождения, характеризуемых показателями: цветность, перманганатная окисляемость и др.
- Озонирование воды и последующая сорбционная очистка на фильтрах с активным углем в сочетании с существующей традиционной технологией водоподготовки обеспечивают глубокую очистку воды от органических загрязнений и позволяют получить питьевую воду высокого качества, безопасную для здоровья населения.
- Учитывая неоднозначный характер действия озона и особенности применения порошкообразных и зернистых активных углей, в каждом случае необходимо проведение специальных технологических исследований (или изысканий), которые покажут целесообразность и эффективность использования данных технологий.
Кроме того, в ходе таких исследований будут определены расчетно-конструктивные параметры методов (оптимальные дозы озона в характерные периоды года, коэффициент использования озона, время контакта озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой, тип сорбента, скорость фильтрования, время до реактивации угольной загрузки и режим реактивации с определением его аппаратурного оформления), а также другие технологические и технико-экономические вопросы применения озона и активных углей на водоочистных станциях.