Сырая вода, используемая для подготовки питьевой воды на отдельных водопроводных станциях, часто различается по составу и содержанию вредных примесей, подлежащих удале­нию. Поэтому разработка единого технологического подхода для всех систем водоподготовки нереальна. Ниже подробно рассматриваются типичные примеры сочетания адсорбционной техники с другими процессами на созданных в последние годы новых установках водоподготовки, использующих активный угли.

Дюссельдорфский процесс [16—18]. С 1961 г. на различных установках городских станций водоподготовки в Дюссельдорфе использовали преимущественно береговой фильтрат, т. е. грун­товые воды, в значительной степени очищенные фильтрацией речной воды через почву в колодцы. Несмотря на это, сырая вода содержала, кроме железа и марганца, растворимые орга­нические вещества, придающие ей дурной привкус и запах, а иногда обладающие ток­сичностью.

На первой стадии сырая вода прежде всего озонируется; время контакта в среД’ нем составляет около 30 мин. Расход озо­на в последние годы поднялся от 2 з — 3 г/м3 в связи с возросшим загрязнен» сырой воды. Кроме известного действ озона на органические примеси в воде,

Рис. 9.2. Двухступенчатый угольный фильтр для подгото"" питьевой воды:

1 — перепускное устройство; 2 — форфильтр; 5 ■— ДРен’" 4 — активный уголь.

0кисляет двухвалентное железо и марганец, присутствующие в береговом фильтрате при содержании в 1 м3 воды 0,5 г jvln и 0,1 г Fe. Вторая и третья стадии водоподготовки в Дюс­сельдорфе проводятся в двухступенчатых фильтрах (рис. 9.2). верхняя часть фильтра диаметром до 5 м представляет собой слой слабоактивированного фильтрующего материала высотой около 1,15 м, который помещен на днище с дренажными кол­пачками (около 30 колпачков на 1 м2 днища). Размер зерен такого угля с насыпной плотностью, близкой к 600 г/л, состав­ляет 0,5—2,5 мм. В верхнем фильтрующем слое удаляется оста­точный озон, а также органические вещества, вызывающие мутность. Важнейшей особенностью этой стадии является вос­становление на активном угле перманганата до диоксида мар­ганца по реакции:

4МП04" + ЗС + Н20 —> 4МП02 + 2НС03~ + COf

В верхней части этого фильтра можно получить четырехва­лентный марганец в форме гидроксида марганца и гидроксид железа. Глубина пенетрации составляет около 0,5 м. В нижней части фильтра в результате биологического действия происхо­дит снижение содержания аммиака в воде. Затем в течение 48-часового перерыва фильтрующий слой промывается обрат­ным потоком.

Нижний слой двойного фильтра, показанного на рис. 9.2, представляет собой слой зерненого активного угля (размер зе­рен 0,5—2,5 мм) высотой 2—2,5 м. Этот активный уголь слу­жит для адсорбции органических примесей, особенно соедине­ний хлора, хотя на третьей стадии очистки в нем могут проте­кать реакции биологического разложения. При снижении ско­рости потока с 22 до 12 м/ч можно сократить длину зоны массопередачи и повысить Таким образом степень использова­ния угля. Через каждые 50 ч этот слой промывается обратным потоком через нижнее дренажное днище в течение 15 мин со скоростью потока около 15 м/ч. Удельный расход угля в за­висимости от качества сырой воды составляет около 3 г на 1 м3 рейнской воды.

На четвертой стадии дюссельдорфского процесса добавля­ется небольшие количества каустической соды для связывания Агрессивной» угольной кислоты.

Подготовка воды из Цюрихского озера. Появление блуждаю­щего ракушечника (Dreissena Polymorpha Pallas) в Цюрих — сКом озере в 1970 г. привело к тяжелым авариям в местах 3абора воды на водоочистных станциях. Наиболее эффектив — способом борьбы с ракушечником оказалось хлорирование с высокими исходными концентрациями хлора (от 1,0 до мг/л), позволяющее быстро уничтожить личинки ракушеч — ‘ика. В таких случаях остаточная концентрация хлора состав­ила 0,5—1,0 мг/л. В Швейцарии допускается максимальная концентрация хлора в питьевой воде 0,05 мг/л, поэтому иеоб-

151

Ходимо дехлорирование. Кроме того, в Цюрихском и Боде ском озерах нередки аварии, сопровождающиеся загрязнение воды химическими веществами, иногда сильно ухудшающие качество питьевой воды, поэтому после испытаний различщ процессов дехлорирования было принято решение использова дополнительную очистку на активном угле. В большинстве случаев применялись уже действующие медленные песчаные фильтры, на которые наносится слой активного угля толщиной 5—10 см. Типичной комбинацией является слой кварцевой, песка толщиной 60—80 см с размером зерен 0,5—1,0 мм и на — несенный на него слой активного зерненого угля высотой око ло 10 см с размером зерен 0,5—2,5 мм. При низких скорости потока (5—6 м/ч), характерных для фильтров этого тип.’ можно достичь хорошей степени дехлорирования. На мноп станциях водоподготовки в Цюрихском и Боденском озер; этот тип фильтров применяется и в настоящее время, одна высота слоя угля увеличилась.

На станции подготовки озерной воды в Ленге [20] медле.. ный фильтр заменен на скоростной уже несколько лет назал Хлорированная в месте забора озерная вода вначале подвей гается обработке коагулянтами, а затем механическому фил,, трованию. Наконец озонированная вода пропускается чере большие бетонные резервуары, содержащие слой тонкопористо го активного угля высотой 1,2 м на подложке из кварцевом песка толщиной 50 см. Скорость фильтрования составля, 21 м/ч, скорость промывки в противотоке 25—50 м/ч. Иссл дование отработанного активного угля показывает, что кро: хлора он адсорбирует органические вещества [в количестве н скольких % (масс.)]; это указывает на возрастающее загрязь ние сырой воды.

Подготовка питьевой воды на угольных фильтрах биолог ческого действия. Мюльгеймский процесс. Первые системати1 ские испытания по использованию фильтров с активным угл( биологического действия проводились в течение нескольких л на пилотной установке городской водопроводной станции Be дер в Бремене [21]. После предварительной механически очисткн вода пропускалась через слой активного угля высот’ 6 м с линейной скоростью 10 м/ч. Через 3 мес работы фил тра установился равномерный процесс разложения органич скнх примесей, содержащихся в воде: па 1 м3 активного уг. при суточном потреблении кислорода 200—350 г разлагало около 60—100 г DOC. Сравнение качества воды до и пос.; такой очистки показало, что слой активного угля служил только жизненной средой для микроорганизмов, но благода] своей адсорбционной способности мог выполнять роль буфе] при случайных выбросах примесей в сырую воду.

Вещества, стойкие к биологическому разложению, загрязн ют систему активный уголь—микроорганизмы, поэтому в пр сутствии подобных веществ эффективная работа системы и

Возможна. Во многих случаях биологически стойкие вещества образуются в процессе предварительного хлорирования, напри­мер при окислении аммиака.

Эта стадия водоподготовки уже давно применяется на во­допроводной станции Доне в Мюльгейме на Руре, земля ве­дерный Рейн-Вестфалия. Однако в последние годы содержание ммиака в водах Рура возросло до 4—5 мг/л, и для его ней — рализации необходимо добавлять больше хлора; это неизбеж — о приводит к повышению концентраций органических соеди­нений хлора в воде. На некоторых станциях установили [22], что низкомолекулярные органические соединения хлора слабо удерживаются даже активным углем и могут вытесняться вы­сокомолекулярными аналогами; поэтому при высокой степени хлорирования существует опасность загрязнения питьевой воды галоформами и другими подобными соединениями.

Положительный опыт с озоном при подготовке берегового фильтрата на Нижнем Рейне [23] в 1977 г. позволил усовер­шенствовать технологию очистки на крупной пилотной установ­ке мощностью более 1000 м3/ч [24]. После предварительного озонирования озонсодержащим воздухом производилась коагу­ляция солями алюминия и известью; затем следовало озониро­вание при концентрации озона 1 мг/л и времени контакта около 5 мин. После механического фильтрования через смешан­ный фильтр вода поступает в слой зерненого угля высотой 5 м и затем фильтруется через слой почвы толщиной 50 м. В от­личие от хлорирования в процессе озонирования происходит, снижение содержания растворенного органически связанного ‘ углерода и увеличение содержания неорганического углерода (С02). Исследования показывают, что в верхнем слое актив­ного угля высотой 2,5 м происходит интенсивное размножение микроорганизмов, которые независимо от типа угля оказывают сильное восстанавливающее действие на органические вещества и аммиак. При этом нижняя часть слоя активного угля посто­янно выполняет функцию адсорбента при резких аварийных повышениях концентраций примесей. Такая квазибиологиче­ская регенерация исключает необходимость регулярной терми­ческой реактивации, обычной для адсорбционных фильтров в Дюссельдорфском процессе. Биологическая активация фильтру­ющей среды, в частности активного угля, связана с заменой хлора на озон; озонирование способствует образованию ве­ществ, разлагаемых биологическим действием. Неизбежное на­копление бактерий в стоке с фильтра (около 4000 микроорга — !1измов в 1 мл) можно уменьшить до некоторой степени по — сРедством фильтрации через слой почвы.

Фильтрование через слой порошкового угля на подложке. % ^пыт эксплуатации водопроводной станции в Висбадене. Преи­муществом порошкового активного угля является короткое вРемя адсорбционного цикла, тогда как зерненые угли обеспе­чивают лучшую технологичность процесса. В новом процессе

На станции в Висбадене сочетаются оба преимущества: порощ ковый уголь наносится на подложку из зерненого материал [25]. Подложкой служат синтетические шарики с диаметрами в определенном интервале: 0,9—1,3 мм или 1,6—2,2 мм. На первой стадии процесса в свободном пространстве на дне за­крытого резервуара (выполняющего функцию адсорбера) со — здается взвесь порошкового угля. За малое время при высокой скорости потока (50—70 м/ч) уголь равномерно распределя­ется в фильтрующем слое, а затем осаждается па синтетиче­ских шариках при скорости потока 10—20 м/ч. После такой подготовки фильтра процесс очистки ведется в направлении снизу вверх с линейиой скоростью потока 5—7 м/ч.

Эффективное снижение DOC на свежем фильтре обеспечи­вается за время контакта несколько минут. С увеличением срока эксплуатации для снижения DOC в среднем на 50 % при обработке 75 л сырой воды на 1 г активного угля потре­буется уже 20 мин. Удельный расход в таком процессе выше, чем в Дюссельдорфском процессе, что по-видимому объясняет­ся отсутствием биологических процессов. Однако короткий срок службы намывных угольных фильтров исключает возмож­ность вытеснительных процессов. Процесс, предлагаемый в па­тенте DOS 2628118, еще находится на стадии испытаний и mi жет быть усовершенствован.