Vandens ruošimo technologinė schema – tai technologinių procesų, per kuriuos paruošiamas norimos kokybės vanduo, visuma ir jų eiliškumas.
Gamtinių šaltinių vandens kokybė yra labai įvairi. Kita vertus, labai smarkiai skiriasi ir vartotojų reikalavimai paruošto vandens kokybei. Šios dvi aplinkybės sąlygoja didelę vandens ruošimo technologinių schemų įvairovę.
Gamybos reikmėms ruošiamas vanduo dažniausiai yra skaidrinamas, neretai minkštinamas, arba iš jo aplamai šalinamos visos druskos. Nereti atvejai, kai jis aušinamas ir stabilizuojamas.
Geriamasis vanduo gali būti ruošiamas iš paviršinio ir požeminio vandens. Pirmuoju atveju jis dažniausiai būna daugiau ar mažiau drumstas ir šias drumzles reikia pašalinti. Lengviausiai tai padaryti įdėjus į vandenį tinkama koagulianto (aliuminio ar geležies druskos) dozę ir po to vandenį nufiltruoti per kvarcinio smėlio sluoksnį. Belieka vandenį dezinfekuoti ir patiekti vartotojams. Mano daugiametė patirtis rodo, kad iš paviršinio vandens paruošti labai geros kokybės geriamąjį vandenį yra nepalyginamai lengviau negu iš požeminio. Vienok, pas mus yra kitos tradicijos ir todėl mes kankinamės ruošdami geriamąjį vandenį iš požeminio vandens. Šiuo atveju iš jo pirmiausiai šalinami reduktoriai (H2S, Fe2+, NH4+, Mn2+, kartais organinės medžiagos ir CO2), po to jis dezinfekuojamas.
Specialiose vandens ruošimo technologijose – vandens minkštinimo, druskų šalinimo iš vandens ir kt.– skaidrinimas dažnai atliekamas tiek technologinės schemos pradžioje, tiek ir jos pabaigoje. 1 pav. pateiktos svarbiausios vandens ruošimo technologijos.
1 pav. Svarbiausios vandens ruošimo technologijos
Vandens ruošimo technologines schemas (technologijas) galima klasifikuoti pagal įvairius požymius. Pagal ruošiamojo vandens tekėjimo pobūdį technologinės schemos gali būti beslėgės (savitakės)ir slėginės. Beslėgėse technologinėse schemose visuose ruošimo įrenginiuose vandens paviršius yra laisvas (kontaktuoja su atmosfera) ir jo aukštis (altitudė) kiekviename tolesniame technologiniame įrenginyje vis žemesnis. Aukščių skirtumas parenkamas taip, kad slėgio užtektų hidrauliniams pasipriešinimams įrenginiuose ir vamzdynuose tarp jų įveikti. Beslėgių technologinių schemų įrenginiuose tekančio vandens paviršius yra laisvas ir slėgį juose sudaro tiktai vandens svoris, todėl įrenginių konstrukcijos spaudžiamos gerokai mažiau negu slėginėse schemose. Įrenginių konstrukcijos gali būti gelžbetoninės ir ne tik cilindrinės, bet ir stačiakampės. Tai yra beslėgių technologinių schemų privalumas. Turi šios schemos ir kitų privalumų; beslėgės technologinės schemos ypač tinka tada, kai žaliame požeminiame vandenyje yra H2S ir dideli kiekiai laisvojo CO2. Jau atviros aeracijos metu iš vandens pasišalina didžioji dalis H2S bei nemaža dalis CO2, didėja vandens pH ir susidaro palankesnės (lyginant su slėginėmis technologinėmis schemomis) sąlygos geležiai, amoniui ir manganui oksiduoti ir šalinti. Tačiau naudojant beslėgę technologinę schemą reikalingos dvi siurblinės; pirmojo kėlimo siurblinė žaliam vandeniui į įrenginius tiekti, antrojo kėlimo siurblinė – paruoštam vandeniui tiekti į tinklą. Slėginėse technologinėse schemose pakanka vienos – pirmojo pakėlimo siurblinės. Jos siurblių sukelto slėgio pakanka vandeniui pratekėti pro ruošimo įrenginius ir vandeniui tiekti vartotojams. Tai yra slėginių technologinių schemų privalumas lyginant su beslėgėmis. Tekant spaudžiamam vandeniui visi technologinės schemos įrenginiai turi būti uždari ir atlaikyti pirmojo kėlimo siurblių sukeltą slėgį. Todėl jie būna plieniniai, cilindro formos ir palyginti nedidelio skersmens. Pastaruoju metu pakankamai plačiai (ypač mažesnio skersmens) pradėti naudoti armuoto plastiko filtrų korpusai, ir plastikiniai vamzdžiai.
Vandens ruošimo technologinė schema gali būti bereagentė – kai vandens ruošimui nenaudojami jokie cheminiai reagentai išskyrus oro deguonį ir reagentinė – kai vandens ruošimui naudojami bent vienas arba keli cheminiai reagentai (stiprūs oksidatoriai, koaguliantai, flokuliantai, šarmai, rūgštys). Koaguliantai gelbsti tuomet, kai iš vandens reikia šalinti smulkiadispersines ir/arba koloidines daleles, organines medžiagas, geležies kompleksinius junginius. Šarminimas slėginėse technologijose padeda iki norimo lygio sumažinti laisvojo CO2 koncentraciją, rūgštinimas ir/arba šarminimas įgalina stabilizuoti paruoštą vandenį, kad vėliau plieniniuose vamzdynuose (pakeliui pas vartotojus) jo kokybė pasikeistų labai nežymiai.
Pagal procesų ir kiekvieno jų laipsnių skaičių skiriamos vienalaipsnės, dvilaipsnės ir daugialaipsnės technologinės schemos. Daugialaipsnėse technologinėse schemose kai kurie vandens ruošimo procesai kartojami kelis kartus. Pavyzdžiui, kai žaliame požeminiame vandenyje yra nemažai geležies ir daug amonio, naudojama dviejų laipsnių aeravimo ir dviejų laipsnių filtravimo technologinė schema, t.y. aeravimas plius filtravimas kartojami du kartus. Technologinių procesų skaičius priklauso tiktai nuo žalio požeminio vandens kokybės ir vartotojo reikalavimų paruošto vandens kokybei.
Svarbiausios vandens ruošimo technologijos buvo pasiūlytos ir išbandytos daugiau nei prieš 100 metų. Tai kas gi per tą laiką pasikeitė? Visų pirma, mes dabar daug geriau suprantame vandens ruošimo įrenginiuose vykstančius procesus. Be to, skirtingai nuo anų laikų, dabar praktiškai visi vandens ruošimo procesai yra automatizuoti ir juos valdo mikroprocesoriai.
Žemiau pateikiame keletą vandens ruošimo technologinių schemų.
2 pav. Bereagentė, atvira vieno laipsnio aeracijos ir vieno laipsnio filtravimo vandens ruošimo technologinė schema su reakcijos talpa.
Iš požemio siurbliu pakeltas žalias požeminis vanduo pirmiausiai aeruojamas, t.y jis krenta iš viršaus žemyn per penkis slenksčius. Aeravimo metu vyksta du svarbūs procesai: iš vandens šalinasi jame esančios dujos (H2S ir CO2) ir dėl to vanduo šarmėja (padidėja jo pH reikšmė) ir tuo pat metu vandenyje pritirpsta šalinamų priemaišų oksidacijai reikalingas deguonis. Aeruotas vanduo patenka į reakcijos talpą, o iš ten į kvarcinio smėlio (SiO2) ar kitokio grūdėtos struktūros filtruojančio užpildo (trupinto granito ar kalcito, trupinto keramzito ir kt) prikrautą filtrą. Šis filtras sulaiko oksidacijos reakcijų metu pasigaminusius geležies hidroksidą (rūdis) ir juodos spalvos netirpius mangano oksidus.
Keičiant reakcijos talpos tūrį, filtruojančio užpildo plotą bei aukštį galima paruošti geros kokybės geriamąjį vandenį iš įvairios kokybės požeminio vandens. 3 pav. pateikta slėginė vandens ruošimo technologinė schema.
3 pav. Slėginė vieno laipsnio aeracijos ir vieno laipsnio filtravimo vandens ruošimo technologinė schema.
Tiek slėginiai, tiek ir beslėgiai filtrai po tam tikro laiko užsikemša (užanka) ir vanduo sunkiai filtruojasi. Todėl filtrai periodiškai (kas 2-4 paras) yra išplaunami. Plaunant filtrus, vanduo paduodamas į filtro apačią. Kildamas aukštyn, jis į paplavas išneša netirpius geležies ir mangano junginius. Dažnai filtrai plaunami ne vien vandeniu, bet vandens ir oro mišiniu. Toks plovimo būdas yra daug efektyvesnis už plovimą vien vandeniu.
Manes dažnai klausia, kuo skiriasi vandens ruošimo įranga dideliuose miestuose ir mažose gyvenvietėse. Norint teisingai atsakyti į šį klausimą, reikėtų pirmiausiai išsiaiškinti ar požeminis vanduo žino, kur jis “gyvena”: po dideliu miestu, po mažu kaimeliu ar po vienkiemiu. Vandens ruošimo (jo kokybės gerinimo) technologija ir įrenginiai priklauso tiktai nuo požeminio vandens kokybės; skiriasi tiktai įrenginių (filtrų) dydžiai (matmenys) ir tuo pačiu paruošiamo vandens kiekiu. Individualiame name filtro skersmuo būna apie 30 cm, o vandenvietėje, kuri per parą turi paruošti bent kelis tūkstančius kūbinių metrų vandens, stovės du-trys ar net daugiau trijų metrų skersmens slėginiai filtrai (žr.4-6 pav.).
bhgb
kiju
lokiu