Водоочи́стка, техническое доведение качества воды, поступающей в водопроводную сеть, до установленных нормативами показателей. Водоочистка – это технологический процесс последовательных операций специальной обработки воды, конечной целью которой является препарация для нужд питьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения.

Основные задачи, решаемые при водоочистке

Специальная обработка заключается в трансформации первоначального минерального состава воды, содержащего нежелательные или вредные примеси, до требуемых кондиций, улучшении природных свойств воды за счёт обогащения необходимыми компонентами посредством последовательного чередования физических, химических и биологических методов. Вода является эффективным растворителем, имеет большую влекущую способность потока, поэтому в практическом обиходе пресные воды источников включают бесконечное сочетание растворенных минеральных и биологических веществ, наряду с взвешенными частицами и влекомыми наносами. Это обстоятельство объясняет полиморфизм существующих методов водоочистки, которые классифицируются по функциональным группам: обеспечение эпидемиологической безопасности (хлорирование, озонирование, ультрафиолетовая радиация и др.); улучшение органолептических свойств воды (осветление, обесцвечивание, устранение неприятного запаха, дезодорация и др.); кондиционирование минерального состава (фторирование и обесфторивание, извлечение ионов тяжёлых металлов, обезжелезивание, деманганация, умягчение или обессоливание и др.). Для водоочистки природных вод используются сочетания методов из перечисленных групп.

Первичное исследование природных вод

Разработка технологических систем повышения качества водоочистки осуществляется на основе предварительного изучения состава и свойств природной воды, предназначенной для использования. Сначала устанавливается производственное или потребительское назначение воды, затем определяются требования по качеству из нормативных документов и технических условий потребителей к её физическим, химическим и бактериологическим параметрам. Важно иметь сведения о режиме изменения состава воды в источнике водоснабжения по сезонам года, а также о степени загрязнения бытовыми и промышленными сточными водами. Учитываются обстоятельства и возможности появления примесей в воде, которые вызывают неприятный привкус, запах, цвет, помутнение, наличие взвеси и т. д. Изучаются химические и биологические процессы, сравнивается состав и концентрация примесей, содержащихся в воде, с эталонным значением.

Методы водоочистки и оборудование очистных сооружений

Утверждаемый производственный метод водоочистки зависит от целевого направления использования вод и является отправной точкой для определения состава комплекса очистных сооружений, типов основного и вспомогательного оборудования, видов применяемого фильтровального материала. Проектирование принятой технологической схемы определяется составом и производительностью комплекса очистных сооружений и оборудования, рельефом и гидрогеологией участка, климатическими данными и возможностью создания санитарно-защитных зон, а также техническими и экономическими расчётами.

Габариты и вертикальная увязка оборудования для водоочистки рассчитывается в соответствии со временем, необходимым для протекания определённых физико-химических процессов (флотации, адсорбции, коагуляции и т. п.), необходимых для удаления нежелательных примесей и поллютантов из определённых объёмов загрязнённой воды. При непрерывной работе оборудования комплекса водоочистки время пребывания воды в различных элементах производственного контура определяется скоростью потока, соответствующей нормальному похождению процесса очистки.

При водоочистке на питьевые нужды, когда водозабор осуществляется из поверхностных источников, последовательно производятся мероприятия по осветлению, обесцвечиванию и обеззараживанию. В случае использования для питьевого водоснабжения грунтовых напорных или безнапорных вод из скважин очистка ограничивается только дезинфекцией (обеззараживанием).

Наиболее распространёнными методами дезинфекции воды являются хлорирование, озонирование и бактерицидное облучение. Дезинфекция воды проводится для уничтожения патогенных бактерий.

Осветление воды достигается отстаиванием с последующим фильтрованием через зернистый материал различной дисперсности. Для коагуляции коллоидных примесей и абсорбции окрашенных веществ, содержащихся в воде, к ней добавляют электролиты – сульфаты алюминия и железа. Осветление может осуществляться отстаиванием воды в отстойниках, пропуском её через взвешенный слой осадка в осветлителях и фильтрованием через зернистую загрузку в фильтрах.

Механическая водоочистка – это технологичный и недорогой метод очистки путём осаждения и фильтрации механических примесей в виде – взвешенных частиц песка и глины, окалины, суспензий, нерастворённой органики, удаляемых из воды. Грубые примеси, присутствующие в воде, улавливаются решётками-мусоросборниками, сетками, пескоуловителями, септиками и фекальными уловителями различной конструкции в зависимости от размера фракций. Загрязнения в поверхностном слое потока рекуперируются нефтяными ловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками. Механическая водоочистка позволяет изолировать до 60–75 % нерастворимых примесей из бытовых сточных вод и до 95 % промышленных сточных вод, многие из которых могут использоваться в качестве ценных ингредиентов в производстве.

Дегазация – удаление растворённых газов из воды. Осуществляется с помощью химического процесса, в котором газы поглощаются химическими реагентами (например, для удаления углекислого газа используется гидроксид кальция) или физических методов тепловой вентиляции на воздухе или в вакууме.

Умягчением называется обработка воды для понижения её жёсткости, то есть уменьшения концентрации ионов Са⁺² различными физическими, химическими и физико-химическими методами.

Опреснение, в том числе и обессоливание, достигается путём ионного обмена, дистилляции и электродиализа. Опреснение воды используется при производстве полупроводниковых материалов, химически чистых реагентов, фармацевтических препаратов в отраслях, где к воде предъявляются особенно повышенные требования к чистоте (до степени дистиллированной воды).

Обратный осмос – энергоёмкая и кардинальная технология водоочистки, в основном используется в опреснительных установках. Метод базируется на использовании мембраны обратного осмоса, способной очищать воду от поллютантов различного генезиса, как природного, так и техногенного.

Физико-химический метод очистки воды удаляет тонкодисперсные и растворённые неорганические примеси, разрушает органические и плохо окисленные вещества. Физико-химические методы очистки включают следующие процессы: коагуляции, сорбции, окисления, электролиза, гидролиза, экстракции.

Химическая обработка воды достигается способом разбавления в загрязнённой воде ионообменных химических реагентов, которые вступают в реакцию с примесями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химическая очистка воды снижает содержание нежелательных нерастворимых примесей в воде до 95 %, а растворимых – до 25 %.

Биологический метод очистки воды используется как в быту, так и на промышленных предприятиях. Метод основан на процессах биохимического и физиологического самоочищения природных водоёмов. Очищение от неорганических соединений происходит в результате жизнедеятельности микроорганизмов и успешно комбинируется с механическими и химическими воздействиями. В основе биологической очистки находится естественный процесс, который воспроизводится искусственным путём в специализированном оборудовании и сооружениях: биофильтрах, аэротенках, мембранных биореакторах, биологических прудах, станциях биологической очистки.