Хлорирование может быть достигнуто с использованием сжиженного газообразного хлора, раствора гипохлорита натрия или гранул гипохлорита кальция и генераторов хлора на месте. Сжиженный газообразный хлор поставляется в емкостях под давлением. Газ забирается из баллона и дозируется в воду с помощью хлоратора, который контролирует и измеряет расход газа. Раствор гипохлорита натрия дозируется с помощью объемного электрического дозирующего насоса или системы самотечной подачи. Гипохлорит кальция необходимо растворить в воде, затем смешать с основной подачей. Хлор, будь то в виде газообразного хлора из баллона, гипохлорита натрия или гипохлорита кальция, растворяется в воде с образованием хлорноватистой кислоты (HOCl) и иона гипохлорита (OCl-). Можно использовать различные методы хлорирования, в том числе хлорирование до точки распада, маргинальное хлорирование и суперхлорирование/дехлорирование. Хлорирование до критической точки – это метод, при котором дозы хлора достаточно для быстрого окисления всего аммиачного азота в воде и сохранения подходящего свободного остаточного хлора для защиты воды от повторного заражения с момента хлорирования до места использования.

Суперхлорирование/дехлорирование

Суперхлорирование/дехлорирование — это добавление большой дозы хлора для быстрой дезинфекции и химической реакции с последующим уменьшением избыточного остаточного свободного хлора. Удаление избытка хлора важно для предотвращения проблем со вкусом. Применяется в основном при непостоянной бактериальной нагрузке или недостаточном времени пребывания в баке. Предельное хлорирование используется там, где имеется вода высокого качества, и представляет собой простое дозирование хлора для получения желаемого уровня свободного остаточного хлора. Потребность в хлоре в этих источниках очень низкая, и точка останова может даже не наступить. Хлорирование используется в основном для микробной дезинфекции. Однако хлор также действует как окислитель и может удалять или способствовать удалению или химическому преобразованию некоторых химических веществ, например, при разложении легко окисляемых пестицидов, таких как алдикарб; окисление растворенных соединений (например, марганца(II)) с образованием нерастворимых продуктов, которые можно удалить последующей фильтрацией; и окисление растворенных веществ в более легко удаляемые формы (например, арсенит в арсенат).

Недостатком хлора является его способность реагировать с природными органическими веществами с образованием тригалометанов и других галогенсодержащих побочных продуктов дезинфекции. Однако образование побочных продуктов можно контролировать путем оптимизации системы обработки.

Озонирование

Озон является мощным окислителем и имеет множество применений при очистке воды, включая окисление органических химикатов. Озон можно использовать в качестве основного дезинфицирующего средства. Газообразный озон (O3) образуется при пропускании сухого воздуха или кислорода через электрическое поле высокого напряжения. Полученный воздух, обогащенный озоном, дозируется непосредственно в воду с помощью пористых диффузоров в основании резервуаров контактора с перегородками. Резервуары контактора, обычно глубиной около 5 м, обеспечивают время контакта 10–20 минут. Должна быть обеспечена возможность растворения по крайней мере 80% нанесенного озона, а остальная часть содержится в отходящем газе, который проходит через деструктор озона и выбрасывается в атмосферу. Эффективность озонирования зависит от достижения желаемой концентрации после заданного периода контакта. Для окисления органических химикатов, таких как некоторые окисляемые пестициды, обычно используется остаточная концентрация около 0,5 мг/л после времени контакта до 20 минут. Дозы, необходимые для достижения этого, зависят от типа воды, но обычно находятся в диапазоне 2–5 мг/л. Более высокие дозы необходимы для неочищенных вод из-за потребности в озоне естественных фоновых органических веществ. Озон реагирует с природными органическими веществами, увеличивая их биоразлагаемость, измеряемую как усвояемый органический углерод. Чтобы избежать нежелательного роста бактерий при распределении, обычно используется озонирование с последующей обработкой, такой как биологическая фильтрация или гранулированный активированный уголь (ГАУ), для удаления биоразлагаемых органических веществ с последующим удалением остаточного хлора, поскольку озон не обеспечивает остаточного дезинфектанта. Озон эффективен для разложения широкого спектра пестицидов и других органических химических веществ.

Другие процессы дезинфекции

Другие методы дезинфекции включают хлорирование, использование диоксида хлора и УФ-облучения, а также альтернативные методы дезинфекции, которые можно использовать в небольших целях, например, для хозяйственно-питьевой воды. Хлорамины (монохлорамин, дихлорамин и трихлорамин или треххлористый азот) получают реакцией водного хлора с аммиаком. Монохлорамин является единственным полезным дезинфицирующим средством на основе хлорамина, а условия, используемые для хлораминирования, рассчитаны на получение только монохлорамина. Монохлорамин является менее эффективным дезинфицирующим средством, чем свободный хлор, но он стойкий, и поэтому он является привлекательным вторичным дезинфицирующим средством для поддержания стабильного остаточного количества в системе распределения. В последние годы диоксид хлора использовался из-за опасений по поводу производства побочных продуктов дезинфекции, связанных с дезинфекцией хлором. Обычно диоксид хлора получают непосредственно перед нанесением путем добавления газообразного хлора или водного раствора хлора к водному раствору хлорита натрия. Диоксид хлора разлагается в воде с образованием хлорита и хлората. УФ-излучение, испускаемое дуговой ртутной лампой низкого или среднего давления, обладает биоцидным действием в диапазоне длин волн от 180 до 320 нм. Его можно использовать для инактивации простейших, бактерий, бактериофагов, дрожжей, вирусов, грибков и водорослей. Мутность может препятствовать УФ-дезинфекции. УФ-излучение может действовать как катализатор в реакциях окисления при использовании в сочетании с озоном или перекисью водорода. В настоящее время разрабатываются многочисленные возможные методы дезинфекции, которые, как правило, используются в небольших приложениях, например, в бытовых точках использования и в системах очистки воды на входе. Некоторые из них, в том числе бром и йод, перспективны для более широкого применения. Бром и йод являются галогенами, как и хлор, и являются хорошо известными биоцидами. Йод обычно используется для кратковременного применения, например, путешественниками в районах с сомнительным качеством воды. Некоторые формы серебра могут применяться в качестве бактериостатических средств или, возможно, в качестве дезинфицирующих средств медленного действия для некоторых микроорганизмов; однако нет хороших рецензируемых опубликованных данных для количественной оценки последнего. Будет необходимо провести более тщательный анализ биоцидной эффективности, потенциальных побочных продуктов дезинфекции и рисков, связанных с длительным воздействием, а также условий применения этих редко используемых обрабатывающих химикатов, чтобы дать соответствующие рекомендации относительно их потенциального воздействия. более широкие приложения.

Фильтрация

Твердые частицы могут быть удалены из неочищенной воды с помощью гравитационных, горизонтальных, напорных или медленных песчаных фильтров. Медленная песчаная фильтрация — это, по сути, биологический процесс, в то время как остальные — процессы физической очистки. Скорые безнапорные, горизонтальные и напорные фильтры могут использоваться для фильтрации сырой воды без предварительной очистки. Быстродействующие гравитационные и напорные фильтры обычно используются для фильтрации воды, предварительно обработанной путем коагуляции и осаждения. Альтернативным процессом является прямая фильтрация, при которой в воду добавляют коагулянт, который затем поступает непосредственно на фильтр, где удаляются выпавшие в осадок хлопья (с загрязнениями); применение прямой фильтрации ограничено доступной емкостью внутри фильтра для размещения твердых частиц. Скоростные гравитационные фильтры Скоростные гравитационные песчаные фильтры обычно состоят из открытых прямоугольных резервуаров (обычно < 100 м 2 ), содержащих кварцевый песок (диапазон размеров 0,5–1,0 мм) на глубину от 0,6 до 2,0 м. Вода стекает вниз, а твердые частицы концентрируются в верхних слоях слоя. Расход обычно находится в диапазоне 4–20 м3/м2·ч. Очищенная вода собирается через форсунки в днище фильтра. Накопившиеся твердые частицы периодически удаляют обратной промывкой очищенной водой, иногда с предшествующей обдувкой песка воздухом. Образуется разбавленный шлам, требующий утилизации. В дополнение к односредным песочным фильтрам используются двухкомпонентные или мультимедийные фильтры. Такие фильтры включают в себя различные материалы, так что структура меняется от грубой до тонкой по мере прохождения воды через фильтр. Материалы подходящей плотности используются для сохранения разделения различных слоев после обратной промывки. Типичным примером фильтра с двумя фильтрующими элементами является фильтр из антрацита и песка, который обычно состоит из слоя антрацита толщиной 0,2 м толщиной 1,5 мм поверх слоя кварцевого песка глубиной 0,6 м. В мультимедийных фильтрах можно использовать антрацит, песок и гранат. Преимущество двухкомпонентных и мультимедийных фильтров заключается в более эффективном использовании всей глубины слоя для удержания частиц — скорость развития потерь напора может быть вдвое меньше, чем у фильтров с одной средой, которые могут обеспечивать более высокие скорости потока без увеличения потери напора. . Быстродействующие гравитационные фильтры чаще всего используются для удаления хлопьев из коагулированных вод (см. раздел A5.1.6). Их также можно использовать для снижения мутности (включая адсорбированные химические вещества) и окисленного железа и марганца в сырой воде.

Фильтры грубой очистки

Фильтры грубой очистки могут применяться в качестве предварительных фильтров перед другими процессами, такими как медленные песчаные фильтры. Фильтры грубой очистки с крупным гравием или щебнем в качестве фильтрующей среды позволяют успешно очищать воду высокой мутности (> 50 нефелометрических единиц мутности). Основное преимущество грубой фильтрации заключается в том, что при прохождении воды через фильтр частицы удаляются как фильтрацией, так и гравитационным отстаиванием. Горизонтальные фильтры могут иметь длину до 10 м и работают при скорости фильтрации 0,3–1,0 м3/м2·ч. Напорные фильтры Напорные фильтры иногда используются там, где необходимо поддерживать напор, чтобы исключить необходимость подкачки в подачу. Фильтрующий слой заключен в цилиндрическую оболочку. Небольшие напорные фильтры, способные очищать примерно до 15 м 3 /ч, могут быть изготовлены из армированного стекловолокном пластика. Напорные фильтры большего размера, диаметром до 4 м, изготавливаются из стали со специальным покрытием. Эксплуатация и производительность, как правило, такие же, как и у быстродействующего гравитационного фильтра, и для обратной промывки и удаления разбавленного ила требуются аналогичные средства. Медленные песчаные фильтры Медленные песчаные фильтры обычно состоят из резервуаров, содержащих песок (диапазон эффективного размера 0,15–0,3 мм) на глубину от 0,5 до 1,5 м. Неочищенная вода стекает вниз, а мутность и микроорганизмы удаляются преимущественно из верхних нескольких сантиметров песка. Биологический слой, известный как «шмуцдеке», образуется на поверхности фильтра и может эффективно удалять микроорганизмы. Очищенная вода собирается в поддонах или трубопроводах на дне фильтра. Верхние несколько сантиметров песка, содержащие скопившиеся твердые частицы, периодически удаляются и заменяются. Медленные песочные фильтры работают при расходе воды от 0,1 до 0,3 м3/м 2 ·ч. Медленные песочные фильтры больше подходят для воды с низкой мутностью или воды, прошедшей предварительную фильтрацию. Их применяют для удаления водорослей и микроорганизмов, в том числе простейших, а также, если им предшествует микрофильтрация или грубая фильтрация, для снижения мутности (в том числе адсорбированных химикатов). Медленная песчаная фильтрация эффективна для удаления некоторых органических веществ, в том числе некоторых пестицидов, а также аммиака.

Береговая фильтрация

Береговая фильтрация – это процесс, при котором происходит приток поверхностных вод через грунтовые воды, через русло и берега поверхностного водного объекта. Обычно это достигается за счет забора воды из скважин, прилегающих к поверхностному источнику воды. Это относительно простой и недорогой способ удаления твердых частиц и микроорганизмов из поверхностных вод путем размещения насосных колодцев в аллювиальных отложениях на берегах рек или ручьев. Отложения действуют как фильтр и биофильтр, улавливая и снижая концентрацию микроорганизмов и многих органических загрязнителей. Скважины береговой фильтрации могут быть как горизонтальными, так и вертикальными, в зависимости от гидрогеологических условий и требуемой производительности. Горизонтальные скважины часто используются там, где аллювиальные отложения неглубокие или где требуется высокая скорость откачки. Банковская фильтрация может удалять частицы, бактерии, вирусы, паразиты, тяжелые металлы и легко биоразлагаемые соединения. Береговая фильтрация сглаживает пики концентрации, обеспечивая однородное качество исходной воды, подаваемой на дальнейшую очистку. Производительность береговой фильтрации может сильно зависеть от нескольких факторов, включая почвенные и геологические условия, а также качество исходной воды. Банковские фильтры могут засориться, что приведет к падению давления. Для определения наличия соответствующей геологии, а также эффективности и эксплуатационных параметров необходимы испытания на конкретном участке.

Аэрация

Процессы аэрации предназначены для удаления газов и летучих соединений путем отгонки воздухом. Передача обычно может быть достигнута с помощью простого каскада или диффузии воздуха в воду без необходимости использования сложного оборудования. Однако для отпарки газов или летучих соединений может потребоваться специализированная установка, обеспечивающая высокую степень массопереноса из жидкой фазы в газовую. Каскадные или ступенчатые аэраторы спроектированы таким образом, что вода течет тонкой пленкой для достижения эффективного массопереноса. Каскадная аэрация может привести к значительным потерям напора; проектные требования составляют от 1 до 3 м для обеспечения загрузки 10–30 м 3 /м 2 ·ч. В качестве альтернативы сжатый воздух может распространяться через систему погруженных в воду перфорированных труб. Эти типы аэраторов используются для окисления и осаждения железа и марганца. Отгонку воздухом можно использовать для удаления летучих органических веществ (например, растворителей), некоторых соединений, вызывающих вкус и запах, и радона. Процессы аэрации для отгонки воздуха должны быть гораздо более сложными, чтобы обеспечить необходимый контакт между воздухом и водой. Наиболее распространенным методом является каскадная аэрация, обычно в насадочных градирнях, в которых вода течет тонкими пленками по пластиковым носителям с встречным потоком воздуха. Требуемые высота и диаметр башни зависят от летучести и концентрации