Вода первое очистное сооружение

Как речная вода становится питьевой?

Открыть кран и налить воду в чайник — что может быть проще? Взять речную воду, очистить её до состояния питьевой, а потом грязный канализационный сток превратить обратно в чистую воду — что может быть сложнее? И затратнее. Разбираемся, как вода из рек попадает к нам в кран и сколько приходится платить за её очистку.

Основные источники пресной воды

71% нашей планеты покрыт водой. В основном, солёной водой, абсолютно непригодной для питья. В общем количестве мировой воды всего 3% пресной. Если из этого скромного объёма убрать 68% льдов на полюсах и 30% подземных пресных источников, останется 0,8% в вечной мерзлоте, 0,2% в озёрах, 0,006% в реках и ещё чуть-чуть в атмосфере. То есть, количество легкодоступной пресной воды на планете мало, а та, что есть, чаще всего не подходит для питья без обработки. Так что примем за отправную точку тот факт, что питьевая вода — дорогой и дефицитный ресурс.

Россия лидирует по количеству поверхностной пресной воды, поэтому чаще всего воду для городского водоснабжения берут из крупных озёр и рек. Для небольших поселений используются артезианские скважины. Но даже в тех местностях, где протекают относительно чистые реки или прорыты скважины, вода требует подготовки перед тем, как её можно будет использовать для центрального водоснабжения, ведь в воде могут быть вирусы, опасные бактерии, тяжёлые металлы и прочие химические загрязнения. Так железистая вода бьёт по печени и сердечно-сосудистой системе, избыток фтора портит зубы и кости, диоксины, оставшиеся от сжигания мусора, вредят нервной системе и вызывают рак, слишком жёсткая вода провоцирует образование камней в почках, а свинец отрицательно влияет на развитие детей и вызывает анемию. А уж про бактерии и вирусы и так всё понятно — заболевания, аллергии и расстройства ЖКТ обеспечены. Да и использованную воду тоже хорошо бы очищать, а не просто сливать обратно в реку.

Городской цикл очистки воды состоит из двух этапов: забор воды из водоёмов и очистка для использования в водопроводах, а затем очистка получившихся канализационных стоков и сброс воды обратно в водоёмы. То есть водоснабжение и канализация.

Очистка воды для водопровода

Сперва на примере Москвы разберёмся, как вода попадает в водопровод. Как сообщает сайт Мосводоканала, «централизованное водоснабжение московского региона осуществляется, в основном, из поверхностных водоисточников. Ими являются Москворецко-Вазузская и Волжская водные системы, в которые входят 15 водохранилищ и тракты подачи воды — река Москва с притоками и канал им. Москвы.» Общая суточная водоотдача водозаборных станций столицы составляет 11 млн кубометров, что почти вчетверо превышает потребление.

Москвичи пьют воду из протекающей через весь город реки Москвы, хотя эта мысль сперва пугает. На самом деле, прежде чем содержимое судоходных рек попадёт в квартиры, вода проходит комплексную очистку на одной из четырёх станций водоподготовки. Места забора воды из рек закрыты и тщательно охраняются — это буквально стратегические объекты.

После грубой фильтрации воду озонируют, избавляясь от органики всех размеров, и смешивают с коагулянтами и флокулянтами. Эти реагенты «сбивают» оставшиеся загрязнения в хлопья, которые затем оседают. Смешивание воды с реагентами происходит в течение десяти минут — при меньшем времени хлопья не образуются, при более длительном смешивании уже начинают разрушаться. После отстоя осадка, воду вновь озонируют и отправляют фильтроваться.

Тонкие струйки воды после отстоя хлопьев. Источник: Мосводоканал

В качестве фильтра выступает двухметровый слой песка, сквозь который вода проходит естественным образом. Очищают такой фильтр примерно раз в сутки напором чистой воды с обратной стороны. Далее воду переливают в другой резервуар, где она так же, под собственным весом проходит через полутораметровый слой древесного угля.

Последним этапом очистки выступают мембраны, способные задержать частицы с размером всего 0,01 микрон (это не опечатка). Каждый час мембраны чистятся обратным потоком воды. С этого момента вода считается питьевой, то есть полностью безопасной для здоровья. Анализ воды на всех этапах производится каждые четыре часа, а в условиях повышенного риска (например, весеннее половодье) раз в час.

Мембранные модули и их содержимое. Источник: Мосводоканал

Кстати, хлором воду не чистят — его, вернее безопасный гипохлорит натрия, добавляют в самом конце, чтобы предупредить заражение воды во время прохождения по городским трубопроводам. По крайней мере в Москве холодная вода из-под крана официально считается полностью безопасной для питья без дополнительной очистки и кипячения.

Очистка канализационных стоков

Превратить речную воду в питьевую непросто, но ещё сложнее канализационный сток очистить до состояния чистой и безопасной для экологии воды. Столицу обслуживают четыре водоочистных станции, куда стекается сточная вода из канализаций. Самая крупная и современная из них, Курьяновская, после модернизации способна обрабатывать до 3,1 млн кубометров в сутки. Люберецкие сооружения при необходимости примут ещё 3 млн кубометров, Зеленоградские и Бутовские вместе — 220 тыс. кубометров. То есть запас мощности очистных сооружений, которые превращают московские стоки в чистую безопасную воду, вдвое превышает текущее потребление города.

Работают они так. Сперва по трубам сток поступает в приёмную камеру очистной станции — это большие резервуары, до недавних пор открытые, от которых невыносимый запах разносился на километры вокруг. К счастью, московские очистные сооружения накрыли специальными крышками, поэтому жители окрестных домов наконец смогли забыть о запахе канализации.

Невыносимо грязная вода с огромным количеством мусора, спущенного в канализацию, проходит грубую механическую очистку, в ходе которой удаляются все посторонние предметы, видимые глазом. Сухой остаток прессуется и вывозится на полигоны хранения.

Далее в отстойниках часть грязи оседает естественным образом, после чего воду, всё ещё грязную и дурно пахнущую, можно отправлять на аэрирование. В ходе этого процесса в аэротенках (это не опечатка!) воду смешивают со специальным илом и бактериями, которые «съедают» большую часть загрязнений и органики.

В тёплой, насыщенной кислородом воде бактерии быстрее очищают воду. Источник: Мосводоканал

Оседающий ил медленно убирается илососами. Вы, наверное, встречали фотографии очистных сооружений, где в круглых бассейнах от центра к краю построен мостик. Это и есть илосос, который медленно вращается, словно стрелка часов, и собирает со дна ил. К концу работы илососа вода становится визуальной чистой, но ещё не безопасной.

Отстойники с илососами — самая узнаваемая часть очистных сооружений. Источник: Мосводоканал

На последнем этапе воду на московских очистных сооружениях обеззараживают мощными кварцевыми лампами и затем сбрасывают в реку. Формально бывший канализационный сток чище, чем вода, забранная из реки для первичной очистки для водопровода. Кстати, ни хлорировать, ни озонировать канализационную воду нельзя, иначе остаточные следы газа и химикатов попадут в реку и заодно с бактериями уничтожат всё живое.

Наглядная схема современной очистки от Мосводоканала. Источник: Мосводоканал

Очиститель воды в кармане

Идея портативного средства для очистки любой воды до уровня питьевой была актуальна всегда. Во время Первой мировой солдаты изготавливали фильтры из песка, гравия и кирпича, для индивидуального использования предназначались таблетки с хлором и дехлорирующий агент. Сейчас в российские военные ИРП вкладывают таблетки для обеззараживания воды с натриевой солью дихлоризоциануровой кислоты.

Это не рекламный трюк — портативный фильтр LifeStraw действительно позволяет пить воду из любых источников. Ну, или почти из любых… Источник: Vestergaard

В 2008 году настоящим прорывом стал трубчатый фильтр LifeStraw от швейцарской компании Vestergaard, через который можно пить воду буквально из любого водоёма, хоть из лужи. Отличием LifeStraw от типичных угольных фильтров стало применение трубчатой мембраны с порами в 0,2 микрона, которая справлялась с бактериями и паразитами лучше угля. Ранние версии LifeStraw не защищали от тяжёлых металлов и вирусов, но обновлённый LifeStraw Flex смог отфильтровать и их. Разные версии LifeStraw имеют ресурс от 1800 до 4000 литров и стоимость от $19,95.

Пучок тонких трубочек — это и есть мембранная фильтрующая система LifeStraw. Точно такая же, как на мембранных фильтрах московских очистных сооружений. Источник: YouTube

Сейчас в продаже можно найти множество туристических бутылок и трубок с фильтрами, однако, стоит обращать внимание на фильтрующий элемент. Если в описании упоминается только уголь, не стоит рисковать, набирая воду из луж и стоячих водоёмов — ограничьтесь водопроводной водой. Уголь дезодорирует воду, убирает тяжёлые металлы и хлор, но пропускает вирусы и бактерии.

Сколько стоит очистка воды

Научно-техническая магия по превращению миллионов тонн отходов в воду звучит здорово, но сколько стоит такой сложный процесс? В открытом бюджете Москвы на сбор, удаление отходов и очистку сточных вод выделено около 900 млн. рублей в год, и это только обеспечение работы уже действующей инфраструктуры. А затраты на обновление и строительство новых сооружений могут исчисляться миллиардами.

Это при том, что меры эффективного использования и экономии позволили снизить траты воды даже в Москве, хотя население столицы за 20 лет выросло на треть. По данным всё того же Мосводоканала, в 2018 году москвичи тратили около 3 млн кубометров воды. Если в 1995 году каждый житель города сливал в канализацию порядка 450 литров в день, то теперь около 202 литров.

Важен и тот факт, что немалые деньги при очистке воды уходят на энергоснабжение. В США, к примеру, это 4% всей потребляемой электроэнергии.

Можно ли дешевле?

Если под рукой у предприятий водоснабжения нет дешёвых и экологически безопасных (редкое сочетание) источников энергии, то придётся обходиться тем, что есть, то есть использовать местные энергокомпании и платить им по установленным тарифам. Некоторую экономию в перспективе может дать обновление оборудования станции, но для этого требуются серьёзные инвестиции. Остаётся один путь: повысить эффективность энергопотребления, не снижая качества очистки.

Для Японии энергозатратность очистки воды тоже стала проблемой — на это уходит 0,7% электроэнергии страны, а электричество на острове значительно дороже российского. Юкио Хираока, главный специалист подразделения Water & Environmental Systems в Toshiba Infrastructure Systems & Solutions Corporation, предложил идею динамического изменения воздушного потока для аэрации воды в течение суток. На аэрацию, необходимую для жизнедеятельности бактерий, приходится до 60% электроэнергии очистных сооружений, однако поток стоков меняется в зависимости от времени дня — в утренние и вечерние часы больше, ночью новых стоков почти нет, излишняя аэрация уже очищенной воды ничего не даст. А значит, вместо постоянного аэрирования на одной мощности, можно менять подачу воздуха, сохраняя эффективность очистки воды.

Система аэрации с надстройкой от Toshiba. Источник: Toshiba

Для определения качества воды используется маркер NH4-N, количество которого говорит о готовности стоков к дальнейшей очистке. Основываясь на этом факте, Toshiba создала сенсор, который проверяет концентрацию NH4-N и количество растворенного в воде кислорода. Специальный софт считывает показания датчика и при необходимости «подкручивает вентиль», прекращая бессмысленную избыточную аэрацию.

Разработка Toshiba снизила воздушный поток на 10,3%, что позволило окупить её чуть больше, чем за два года и впоследствии снизить затраты на очистку воды за счёт уменьшения потребления электричества воздушными насосами. Решение Toshiba не требует переоснащения очистных сооружений — это лишь сенсор, компьютер и ПО, но в случае применения решения в масштабах целой страны, например, России, экономия на очистке воды будет исчисляться миллиардами рублей.

Источник

Очистные сооружения водоснабжения: вариант для загородного дома

Чистая вода – залог здоровья и долголетия

Специалисты Всемирной организации здравоохранения установили, что огромное количество болезней человека связано с употреблением некачественной воды. Если вы не оканчивали институт по специальности: «Водоснабжение водоотведение и очистка сточных вод», то вряд ли сами сможете решить, как добиться идеального качества воды, поступающей в ваш дом из централизованной системы или автономного источника.

Не каждый владелец загородного дома разбирается и в том, как работают системы очистки воды, какие фильтры нужны именно в его случае. Поэтому небольшой ликбез по этой теме многим будет полезен и интересен.

Зачем очищать воду из скважины или водопровода

Если вода поступает в дом из централизованного водопровода, необходимость в её доочистке обычно решается на основании органолептических характеристик – вкуса и цвета жидкости. Реже потребители делают её анализ, чтобы точно узнать состав воды.

В этом случае, для получения питьевой воды используют обычные бытовые фильтры – проточные или кувшинного типа.

Кувшинный фильтр со сменным картриджем

Если же дом снабжается водой из скважины или колодца, то она требует гораздо более качественной очистки и обеззараживания. Причем количество ступеней очистки и их функции тоже зависят от состава воды, который трудно определить без лабораторного анализа.

Но предположить можно – по такому признаку, как уровень залегания водоносного слоя.

Источники водоснабжения из разных водоносных слоев

• Первый водоносный слой, так называемая верховодка, расположен под слоем почвы. Она является хорошим механическим фильтром и задерживает большую часть нерастворимых частиц, проникающих в грунт вместе с осадками и талыми водами. Но совершенно не препятствует просачиванию растворенных в такой воде вредных веществ. Их на поверхности скапливается очень много: это и пестициды, и удобрения, и осаждающиеся выхлопы от машин. А если водоснабжение и очистка сточных вод предприятий или ферм, расположенных поблизости, выполняется с нарушением норм, то вода в вашем колодце может быть совершенно непригодной для питья.

Чистая на вид колодезная вода может содержать вредные примеси

• Второй водоносный слой расположен в песчаном горизонте на глубине до 50 метров. В «песчаных» скважинах вода по химическому составу гораздо чище, чем в колодцах на верховодке. Но в ней больше механических примесей – песка и ила.

Вода с песком из скважины

• Третий водоносный слой – артезианский, залегает на глубине более 50 метров. От проникновения в него вредных веществ, бактерий и микроорганизмов с поверхности земли он надежно защищен водонепроницаемым слоем глины. Нерастворимых частиц в такой воде тоже очень мало, поэтому в глубокой очистке она не нуждается. Но в ней могут присутствовать соли жесткости и железа, негативно влияющие как на здоровье человека, так и на состояние сантехники и бытовых приборов.

Ржавый цвет воды как на фото указывает на присутствие в ней большого количества солей железа

Итак, вода в загородных коттеджах требует серьезной очистки, потребляется её много, а иногда на одной скважине «сидит» несколько домов или даже небольшой поселок. Поэтому использовать укрупненные бытовые фильтры – не вариант, так как частая замена картриджей сделает её очень дорогой.

В таких случаях, необходимо устанавливать на выходе из скважины или на входе в дом установки со сменными или регенерируемыми реактивами. По принципу действия они схожи с промышленными сооружениями водоподготовки, но отличаются меньшим объемом и менее сложной системой управления.

Очистка воды для промышленного водоснабжения – сложный многоступенчатый процесс

Этапы очистки воды из автономного источника

Полная система водоподготовки включает себя шесть ступеней:

• Грубая очистка от механических примесей;
• Удаление солей железа и марганца;
• Смягчение воды;
• Тонкая очистка;
• Обеззараживание;
• Подготовка питьевой воды.

Обратите внимание. Не обязательно использовать все из них. Лучше сделать анализ воды и тогда уже решать, без каких фильтров можно обойтись.

Четырехступенчатая схема очистки воды

Рассмотрим подробно каждый этап.

1 ступень – грубая очистка

Исходная вода, содержащая песок, волокнистые включения, окалину и другие нерастворимые примеси, должна проходить механическую очистку. Такие включения кроме того, что опасны для здоровья, могут повредить запорно-распределительную арматуру, сантехнические приборы и ухудшить работу последующих фильтров.

Эта ступень обязательна — даже на централизованное городское водоснабжение фильтр грубой очистки устанавливается в каждой квартире. Но с водой из колодца или песчаной скважины он не справится, либо его придется очень часто очищать.

Поэтому в таких системах используются усовершенствованные сетчатые или патронные фильтры.

• В сетчатые фильтры устанавливают сетчатые вкладыши из нержавейки с размером ячеек от 20 до 500 мкм.
• Патронные фильтры оснащаются сменными картриджами из вспененного полипропилена, нетканого полиэстера, полипропиленовой нити, целлюлозы или их комбинаций. Размер фильтрующих ячеек 10-50 мкм и более.

Такие фильтры могут быть частично восстановлены от загрязнений путем периодической прокачки через них чистой воды в обратном направлении. После чего вода с песком уходит в канализационную или дренажную систему.

Обратите внимание. Из экономических соображений предпочтение следует отдавать сетчатым фильтрам, не требующим во время эксплуатации покупки расходных материалов. При сильном засорении вкладыша его можно достать и промыть своими руками, тогда как исчерпавший свой ресурс картридж патронного фильтра необходимо менять на новый.

2 ступень – обезжелезивание воды

Как правило, без этого этапа очистки не обойтись, если вода добывается из артезианской скважины. Кроме растворенных солей железа и марганца в ней могут присутствовать метан, сероводород, аммиак и другие газы. В процессе обезжелезивания удается избавиться и от них.

Чтобы понять, как воздействуют на водоснабжение очистные сооружения этой ступени, посмотрите на картинку:

Установка для обезжелезивания и деманганации

• После предварительной очистки вода по трубопроводу подается в смеситель, в который с помощью компрессора под давлением нагнетается воздух;
• Смешанная с воздухом вода поступает в аэрационную колонну, где насыщается кислородом воздуха. В результате химической реакции железо меняет валентность и окисляется;
• Также в процессе аэрации посторонние газы выделяются из воды и через воздушный клапан выводятся наружу;
• Вода с окисленными железом и марганцем поступает в фильтрующую колонну, где эти вещества задерживаются фильтрующей засыпкой.

Для справки. В качестве фильтрующего элемента можно использовать кварцевый песок или специальную засыпку для обезжелезивателей отечественных и зарубежных производителей. Менять её нужно раз в три-четыре года.

Железистый осадок, скопившийся в засыпке, удаляется в дренаж обратной промывкой. Её периодичность настраивается индивидуально при пуско-наладке установки. Как правило, она выполняется ежесуточно, в ночное время, и длится не более получаса. За этот процесс отвечает управляющий клапан с электромеханическим приводом.

3 ступень – умягчение воды

Водоснабжение и очистка воды в большинстве случаев не обходятся без удаления из неё солей жесткости и ионов тяжелых металлов.

Современное потребляющее воду бытовое оборудование очень чувствительно к этому показателю. Образующаяся на поверхности нагревательных элементов накипь быстро выводит приборы из строя, требуя дорогостоящего ремонта или замены. О накипи в чайниках и говорить не приходится.

Испорченный ТЭН стиральной машины

Для умягчения воды в систему очистки включают ионообменные колонны, роль фильтра в которых выполняет Na-катионитовая смола. Разберемся с принципом их работы.

Схема напорного ионообменного фильтра

• Вода по подводящему трубопроводу 6 подается в колонну 1 с фильтрующей засыпкой 2.

• Здесь она обменивается ионами со смолой: отдает ей ионы магния и кальция, получая взамен ионы натрия. После чего через отводящий трубопровод 7 подается на следующую ступень очистки.
• Когда ионов кальция и магния становится много, рабочие функции фильтра снижаются. Для его восстановления по команде блока управления 4 в колонну по трубе 11 подается раствор поваренной соли, который готовится в баке-солерастворителе 5 из таблетированной соли 9.

Таблетированная соль для регенерационного раствора

• Промывочная вода через дренажно-распределительные устройства 3 и 10 отводится в дренаж по трубопроводу 8.

Как и в случае с обезжелезивателем, промывка фильтра осуществляется по команде многоходового управляющего клапана, настроенного на определенное время. Длительность промывки составляет около двух часов.

Для справки. В зависимости от режима использования фильтра и химического состава воды, замена смолы осуществляется раз в три-пять лет.

4 ступень – кондиционирование и тонкая очистка воды

Несмотря на пройденные этапы, пока нельзя надеяться на качественное водоснабжение – фильтры очистки воды загрязняют её механическими примесями, состоящими из мелких частиц фильтрующей засыпки.

Они удаляются с помощью таких же патронных фильтров, которые использовались на первом этапе. Но их картриджи для кондиционирования воды и улучшения её органолептических показателей наполняются активированным углем в виде гранул или спрессованного порошка.

Фильтры тонкой очистки

Такие фильтры задерживают частицы размером от 1 до 50 мкм. Картриджи подлежат периодической замене, срок их службы зависит от объема потребляемой воды и может составлять как один месяц, так и год.

5 ступень – обеззараживание

В воде из скважин и колодцев могут содержаться болезнетворные бактерии. Поэтому для обеспечения микробиологической безопасности и предотвращения заболеваний, связанных с употреблением зараженной воды, инструкция требует её обеззараживания.

Раньше эта задача решалась с помощью хлорирования, реже применяли озонирование. Сегодня наиболее эффективным, экономичным и простым способом признано облучение воды ультрафиолетом.

Ультрафиолетовый стерилизатор для воды

Принцип действия прибора предельно прост: вода протекает вдоль прозрачной стеклянной трубки, в которую встроен ультрафиолетовый излучатель. Лучи с длиной волны 253,7 нм полностью уничтожают все находящиеся в ней микроорганизмы.

Устройство фильтра для обеззараживания воды

Для работы прибора не нужны расходные материалы и сменные элементы, срок его действия не ограничен. Но самый главный его плюс заключается в том, что вода не насыщается посторонними химическими веществами, отрицательно воздействующими на наше здоровье.

6 ступень – доочистка питьевой воды

Полученную в результате 5-ступенчатой очистки воду можно использовать для любых хозяйственно-бытовых нужд, в том числе и для питья и приготовления пищи. Но если вы стремитесь к идеалу, получить воду самого высокого качества можно с помощью мембранного фильтра.

Устройство мембранного фильтра

• Вода под давлением подается на полупроницаемую обратноосмотическую мембрану, пропускающую через себя только частицы, размеры которых сравнимы с размером молекулы воды.
• Чистая вода, преодолевшая эту преграду, по водосборной трубке поступает в накопительный мембранный бак, а вода с примесями вымывается в дренаж.
• Накопившись в баке, вода проходит через угольный фильтр и подается в специально установленный на мойке кран питьевой воды.

Установка для доочистки питьевой воды монтируется под мойкой на кухне

Совет. Если вас устраивает качество воды без финальной доочистки, её лучше не использовать, так как на выходе получается жидкость, лишенная всех полезных микроэлементов.

Заключение

Дополнительную информацию по этой теме можно получить, посмотрев видео в этой статье.

Нам же осталось сказать, что автономное водоснабжение и очистка питьевой воды в загородном доме должны выполняться специалистами, хорошо разбирающимися в этих вопросах, и способными определить необходимость того или иного этапа очистки.

Источник