Пречиствателни станции за питейна вода

Осигуряването на безвредна и качествена питейна вода е най-важното условие за запазване живота на хората. Изборът на технология за получаване на качествена питейна вода зависи от физикохимичния и микрибиологичния състав на природната вода, определен от климатичните и хидродинамичните условия, от характера на водната растителност. Пречиствателните станции за питейна вода осигуряват санитарната защита на населението и изискваното качество на питейната вода. В статията ще разкажем за нормативните изисквания и състоянието на питейните води в България, за основните методи и съоръжения за пречистване на повърхностните води за централно питейно-битово водоснабдяване, за технологията на пречистване на повърхностните води в пречиствателните станции за питейна вода, за съвременните технологии на пречистване на повърхностните води.

Основните нормативни изисквания към питейните води са регламентирани в Закона за водите, Закона за здравето и Наредба №9 за качеството на водата за питейно-битови цели-ДВ, бр.30/2001г. Наредба №9 е изцяло хармонизирана с европейската Директива 98/83/ЕС за качеството на питейната вода за населението.

Министерството на здравеопазването, чрез регионалните инспекции за опазване и контрол на общественото здраве - РИОКОЗ, провежда държавен здравен контрол на водите за питейно-битово водоснабдяване. Извършва се мониторинг за качеството на питейните води-8600 пункта за наблюдение на водата от водопроводната мрежа в населените места. Контролира се санитарно-хигиенното състояние на обектите и съоръженията за централно питейно-битово водоснабдяване. Проучват се и се анализират проблемите с питейната вода.

Проблемите с качеството на питейната вода са несъответствия по микробиологичните показатели, отклонения по органолептичните показатели - цвят, мирис, вкус, мътност, отклонения по тежки метали - хром, отклонения по нитрати, режимно водоснабдяване и остарели водопроводи.

За подобряване качеството на питейните води е необходимо изграждането на нови модерни и ефективни съоръжения за обеззаразяване и пречистване на водата от всички повърхностни водоизточници за централно питейно-битово водоснабдяване, подмяна на остарелите и амортизирани водопроводи, строго съблюдаване на санитарно-хигиенното състояние на водоснабдителните обекти. Необходимо е изготвянето на проекти за реконструкция на съществуващите и новостроящи се пречиствателни станции за питейни води, базирани на иновационните технологии за пречистване на водата в условията на антрапогенните и климатичните въздействия.

Методи и съоръжения за пречистване на повърхностни води
Основните методи за пречистване на повърхностните води - реки, езера, язовири, са избистряне, обезцветяване и обеззаразяване. Избистрянето на природната вода се извършва чрез утаяване на неразтворените в нея вещества. Тази функция се изпълнява в пречиствателните съоръжения - избистрители, утаители и филтри. В избистрителите и утаителите водата се движи по-бавно, така че да се получи утаяване на суспендираните частици. За утаяването на колоидните частици се добавя към водата разтвор на коагулант - обикновено алуминиев сулфат, железен сулфат или железен хлорид. Реакцията на коагуланта със солите на многовалентните метали води до образуването на пухкави късчета. Те при утаяването си увличат и колоидните частици. Следователно извършва се процесът коагулация.

Филтруването е най-общият метод за разделяне на твърди вещества от течности. Така от разтвор могат да се отделят не само диспергираните частици, но и колоидите. По време на филтруването твърдите вещества се задържат в порите на филтърната среда и в биологичния филм около частиците на филтриращия материал. Така водата се освобождава от суспендираните частици, пухкавите късчета на коагуланта и голямата част от бактериите.

Обезцветяването на водата е отстраняване или обезцветяване на различните цветни колоиди или напълно разтворените вещества. Постига се с коагулация и използването на различни окислители, като хлор и неговите производни, озон, калиев перманганат и сорбенти - активен въглен, синтетични смоли.

Обеззаразяването на водата, или дезинфекцията й, е пълното й освобождаване от вредните болестотворни бактерии. Постига се с хлориране. Пречиствателните станции за питейна вода се състоят от пречиствателни съоръжения, като смесител-смесване на разтвора на коагуланта от реагентното стопанство с обработваната природна вода, реакционна камера-завършване на химическата реакция и образуване на пухкави късчета на коагуланта, утаители-отделяне на пухкавите късчета на коагуланта от водата и образуване на утайка, филтри-дълбоко избистряне с преминаване на водата през слой от кварцов пясък, резервоари за чиста вода-химическо обеззаразяване на водата с хлор или озон.

Технология на пречистване в пречиствателните станции за питейна вода
За пречистването на природните води, съдържащи различни вещества, се прилагат различни технологични решения. Те се определят в зависимост от състоянието на замърсителите във водата, степента на дисперсност - суспендирани частици, специфичното състояние на частиците-колоиди, молекулярно разтворени вещества, йони, патогенни микроорганизми.

Реализираните технологични решения за пречистване на суровата вода в пречиствателните станции, трябва да осигуряват необходимото качество на питейна вода в съответствие с изискванията на нормативно-техническата документация. За по-голяма яснота ще разгледаме накратко отделните последователни процеси, извършвани в технологичното оборудване на пречиствателните станции, гарантиращи качеството на питейната вода за населението.

В стадия на предварителната обработка на водата са включени процеси, като прецеждане и предварително окисление. С прецеждането се цели отстраняване на едрите и плуващи примеси в природната вода с решетки. Предварителното окисление може да се извърши с аерация или с прибавяне на химични реагенти. С аерацията водата се обогатява с кислород. С нея могат да се отстраняват и газове - сероводород, въглероден диоксид и др. Химичните реагенти, които се използват като предокислители, са хлора, хлорния диоксид, калиевия перманганат и озона. Озонът е широко използван предокислител на суровата вода.

В стадия на избистряне на водата от нея се отстраняват неорганичните и органичните вещества. Част от разтворените органични вещества се отсраняват с процесите на коагулация и флокулация. В зависимост от концентрацията на веществата в природната вода, в пречиствателните станции се прилагат едностъпални и двустъпални технологични схеми за пречистване. Едностъпалните технологични схеми за пречистване включват процеси като предварително окисление на водата с озон, контактна коагулация - директно във филтрите и филтрация. Например, такава едностъпална технологична схема се използва за пречистване на водите от язовир Искър.

Двустъпалните технологични схеми за пречистване включват процеси, като предварително окисление на водата, коагулация, флокулация, утаяване-избистряне, филтрация. Тези схеми намират широко практическо приложение поради високата мътност на повърхностните води.

Първото стъпало на пречистване в технологичната схема е утаяването. То може да се осъществи чрез избистрители със суспендиран слой, чрез камери за флокулация и утаители. Второто стъпало на пречистване в технологичната схема са безнапорните или напорните бързи филтри.

Съвременни технологии за пречистване на повърхностните води
Съвременните системи за пречистване на вода позволяват да се гарантира качеството на водата, съответстваща на най-високите световни стандарти. Принципната технологична схема в пречиствателните станции за питейни води, базирана на класическите технологии за третиране на суровата вода, е двустепенна. В нея е включена химическата обработка на природна вода с последващо утаяване и филтрация. Тази технологична схема е универсална и гарантира качеството на питейната вода според действащата нормативна уредба. Все по-строгите нормативни стандарти за качеството на питейната вода за населенито, диктуват необходимостта от повишаване на бариерната функция на пречиствателните станции.

Основното направление за подобряване на процеса на пречистване на водата е създаването на мултибариерна технология. Тя включва класическата коагулация и избистряне, допълнена с озониране, съчетано със сорбция върху активен въглен и мембранно филтруване.

В Западна Европа - Франция, Германия, Швейцария и др., приложението на озонирането е съставна част от общия технологичен процес за пречистване на водата.

С озонирането се постига дестабилизация на колоидите и окисление на органичните съединения-феноли, нефтопродукти, повърхностно-активни вещества и др. Премахва се мирисът и вкусът. Подобрява се извършването на процесите коагулация и филтрация. Обеззаразява се обработваната вода. Понякога се използва за премахване на предхлорирането в технологичната схема, с цел предотвратяване образуването на остатъчни хлорорганични съединения. Ефективността на озонирането зависи от технологичните показатели на изходната вода - алкалност, твърдост, мътност, цветност, рН и др., от дозирането и мястото на въвеждане на озона. Предозирането може да предизвика не само подобряване, но и влошаване на процеса на коагулация. Озонирането видоизменя замърсяванията - образуват се съединения с най-малка маса без да се отделят от водата. За отделяне на специфичните органични замърсявания се прилага окислително-сорбционен метод за пречистване с озон и гранулиран активен въглен.

Филтрирането през зърнеста среда осигурява задържане на основната част от замърсителите. С активния въглен се сорбира останалата част от органичните замърсители.

Предназначението на активния въглен в пречистването на питейните води, е подобряване на органолептичните показатели на водата - цвят, мирис, вкус. Може да се използва както като прахобразен активен въглен, така и гранулиран активен въглен. По-често се използва гранулиран въглен. В европейските страни - Германия, Франция, Холандия, Белгия и др., сорбционната обработка на природната вода е краен технологичен процес в пречиствателните станции.

В двуслойните пясъчно-сорбционни филтри, гранулираните активни въглени избистрят водата и сорбират разтворените в нея замърсители. Но сорбционните им свойства бързо се влошават и работното им време се намалява. По-добрият вариант е използване на окислители за предварителна обработка на водата и активни въглени в самостоятелни филтри. Така се намалява натоварването на въглена и се увеличава работното му време до регенерация и замяна.

Освен различните видове активни въглени определен интерес представляват природните сорбенти, като перлити, зеолити, керамзити и др. Високите им сорбционни, йонообменни и филтрационни свойства, значителните запаси и ниската им цена ги правят приложими в пречистването на природните води. Природните сорбенти могат да се модифицират и активират с термично, киселинно и солево обработване. Целта на това обработване е да се изменят физикохимичните им свойства и повишаване на сорбционната им способност.

В Западна Европа известен метод за сорбционно пречистване на водата е процесът „биологично активен въглен“. Той представлява комбинация от озониране с последващо филтриране през гранулиран макропорест активен въглен с прикрепени към повърхността му микроорганизми. Предокисляването на водата с озон води до превръщане на органичните вещества от природен произход в лесно биоразградими форми. С помощта на микроорганизми се окисляват - минерализират, част от химичните съединения сорбирани в порите на въглена, т.е извършва се процесът на биосорбция. По този начин се намалява неговото натоварварване и се увеличава дълготрайността му. Така биологичният процес позволява на гранулирания активен въглен да работи до пет години без да се регенарира.

В днешно време биохимичните процеси за прчистване на повърностните води намират все по-голямо приложение. Особено внимание се обръща на имобилизацията - нанасяне на микроорганизми върху твърда повърхност. Така прикрепените микроорганизми имат по-голяма устойчивост към действието на токсичните вещества. Размножават се по-бързо, отколкото когато са в плаващо състояние. Повишава се и метаболитната им активност. Като твърда подложка могат да се използват различни материали - чакъл, кварцов пясък, керамзит, а като порести сорбенти - активен въглен и порести полимерни материали. С биоразграждането на органичното вещество от микроорганизмите в порите на сорбента става изравняване на неговата концентрация в зърната му чрез дифузия.

Антрапогенните и неблагоприятните климатични въздействия върху повърностните води налагат внедряването в пречистването им на иновационни високоефективни коагуланти и флокуланти, но също и на специално оборудване за производство на сорбенти и тяхното регенериране.

Повишаването на нормативните изисквания към качеството на питейната вода води до намаляването на редица остатъчни вещества в нея от процесите на пречистване и обеззаразяване. Например, при обеззаразяване на водата с хлор и използването на коагуланти, във водата се образуват органични съединения, водещи до появяване в суспендирано и разтворено състояние на остатъчен алуминий. За да се намали съдържанието му, когато той е в суспендирано състояние, е необходимо да се интензифицират процесите на избистряне на водата. Това означава да се повиши ефективността на процеса на смесване на водата с реагентите, да се подобри работата на утаителите и филтрите. При наличие на разтворен алуминий във водата, коагулацията трябва да се извършва при оптимални стойности на рН.

Следователно, всички процеси на пречистване на водата са свързани помежду си и си оказват съществено взаимно влияние. Така окисляването на замърсителите оказва влияние върху коагулацията на водата. Коагулирането в началните етапи на обработка на водата оказва влияние на последващите процеси на окисляване и обеззаразяване на водата, на количествения състав на остатъчните продукти. Воденето на оптимален технологичен режим на пречистване на пвърностните води в пречиствателните станции, изисква внимателно отчитане на взимното влияние на отделните технологични процеси.

Интензификацията на традиционните методи за пречистване на водата изисква създаване на нови технологични схеми за пречистване и разработване на средства и устройства за интензифициране на процесите във всички технологични етапи на пречистването на водата.

Усъвършенстването на водопречиствателните съоръжения в пречиствателните станции за повишаване на ефективността и надежността на пречистването на суровата вода изисква създаване на конструктивно устройство за равномерно разпределение на реагентите в потока на пречистваната вода, използване на рециркулация на утайката, тънкослойното утаяване за повишаване на ефективността на преварителното избистряне, подобряване работата на филтрите с използване на български зърнести филтърни материали и природен зеолит-клиноптилолит.

Развитиетието на съвременните технологии за получаване на качествена питейна вода е ориентирано към създаване на многостъпални технологични схеми с филтруване на водата през разнообразни филтриращи устройства. Филтърните слоеве се явяват механична, физикохимична или биологична бариера за извличане на замърсяващите вещества от водата. Особено внимание се обръща на интензифициране на естественото самопречистване на водата от органични съединения чрез биоокисление с филтриращи материали, имащи различен химичен състав. По този начин максимално се намалява използването на химични реагенти, включително и на хлора.

Например, в пречиствателната станция за питейни води в гр. Иври Сюр Сен, Париж, е реализирана съвременна технологична схема за получаване на качествена питейна вода, в която са включени процеси като предварително озониране с възможност за въвеждане на прахообразен активен въглен, контактна коагулация на специален слой, контактна коагулация на пясъчен слой, бавна биофилтрация, постозониране, филтриране през гранулиран активен въглен и обеззаразяване с хлор.

В днешно време все по-голямо практическо приложение намират ултравиолетовото обеззаразяване, микро-, ултра- и нанофилтрацията през мембрани със съответните размери, за задържане от тях на примесните частици. От мембранните методи сега най-бързо се развива и внедрява ултрафилтрацията - 74% от всички мембранни методи. Особено ефективно е приложението на мембранната ултрафилтрация в съчетание с филтриране през гранулиран активен въглен. Така се постига едновременно избистряне, обеззаразяване и отделяне на органични вещества.