Качеството на питейната вода е мощен фактор, определящ здравето на околната среда. Управлението на качеството на питейната вода е основен жалон на първичната профилактика, за повече от един и половина века и продължава да бъде в основата на профилактиката и контрола на заболяванията, причинявани от води. Водата е от съществено значение за живота, но тя може и предава болести в страните от всички континенти - от най-бедните до най-богатите. Милиони хора са изложени на опасни нива на химически замърсители в питейната вода. Това може да се дължи на липса на правилно управление на градските и индустриалните отпадни води или на оттичането на селскостопанските води, потенциално пораждащи дългосрочното излагане на замърсители, които могат да предизвикат набор от сериозни последици за здравето (URL 1).

Изборът на подходящия процес на пречистване е критична стъпка в осигуряването на безопасна, надеждна и с добро качество питейна вода на рентабилна цена. Налице е необходимост от данни за качеството на суровата вода, които да обхващат продължителен период от време, достатъчен да покаже сезонни и екстремни събития, за да се вземе решение относно подходящите процеси на пречистване. Преди окончателния избор на пречиствателен процес, важно е да се извърши тестване на потенциалната заплаха на даден водоизточник. Всички води показват различия и те могат да окажат значително влияние върху процеса на подбор и изпълнение (Muntisov, 2005).

Изборът на метод на пречистване на водите е сложна задача. Обстоятелствата, най-вероятно са различни за всяко съоръжение и вероятно могат да бъдат различни за всеки източник, използван от това съоръжение. Изборът на един или повече процеса за пречистване на водите, използвани на дадено място се влияе от необходимостта да се отговори на регулаторните цели за качество, желанията на съоръжението и на клиентите да отговаря на други цели за качество на водата (като естетически, например), както и необходимостта от осигуряване на водни услуги на най-ниски разумни цени (Logsdon et al., 1999).

Изборът на дейности по пречистване зависи от качеството и променливостта на суровия водоизточник и целите на пречистването, които може да варират за индустрията и за общинските нужди. Задълбоченото проучване на качеството и количеството на всички възможни източници е първата и най-важна стъпка за проектиране на процес по водоснабдяване. Компрометирането на такова проучване може да се окаже много скъпо в дългосрочен план, поради заплащане на по-сложни и скъпи операции по пречистването й. Операциите за пречистване на водата трябва да са проектирани така, че да се справят с крайностите и вариациите на качеството на суровите води за осигуряване на приемлив краен продукт по всяко време (Droste, 1997).

Както е показано в таблица 7.1, обобщение на най-често срещаните процеси за пречистване на водата за пиене, на разположение на проектанта са много възможности за пречистване, за да се постигнат желаните резултати за качеството на водите.

Таблица 7.1. най-често срещаните процеси за пречистване на водата за пиене (Fulton, 2005)

7.1. Подходи при водоснабдяването

Използването на водоизточника с най-добро качество, който може да се получи икономично, е концепция, поискана от държавните здравни власти. В миналите времена, стандарти за питейната вода на службите по обществено здраве от 1962 г. (Health Service Public, 1969) посочват, че "Водоснабдяването трябва да бъде получавано от най-желания източник, който е възможен и да се полагат усилия, за да се предотврати или контролира замърсяването на този източник. Ако източникът не е адекватно защитен с естествени средства, доставката трябва да бъде адекватно защитена чрез пречистването". Основната концепция за придобиване на най-доброто качество на водоизточника, което е икономически оправдано е важен фактор при вземането на решения за избор и пречистване на източника (Logsdon et al., 1999).

Много често водата не е налична в местата и по време, където и когато е най-необходима. В резултат на това, са конструирани инженерни съоръжения, за разпространение на водата от места с изобилие към места в нужда. Независимо от мащаба на водоснабдителната система, разработването на всеки един източник на подпочвени или повърхностни води в крайна сметка може да засегне друг такъв (Winter et al., 1998).

7.1.1. Алтернативни източници

Източникът на суровата вода може да е река, езеро, изкуствен резервоар, подземни води, а в някои случаи - регенерирана канализационна или морска вода. Оценката и подбора на правилния източник на вода трябва да се основава на следните положения: (1) необходимо количество вода, (2) качество на суровата вода, (3) климатични условия, (4) потенциални трудности при изграждането на входящия канал, (5) безопасност на оператора, (6) осигуряване на минимална дейност и разходи при поддържането на пречиствателната станция, (7) възможност за бъдещо замърсяване на водоизточника и (8) леснота при разширяването на входящия канал, ако е необходимо в бъдеще време (Kawamura, 2000).

Водните съоръжения и техните инженери трябва да имат предвид използването на алтернативни източници, когато се оценява нова пречиствателна станция или се разширява основния капацитет на съществуваща инсталация, или когато един различен и по-скъп подход към пречистването е в процес на проучване. Когато разходите за пречистване са много високи, разработването на източник с по-високо качество може да бъде икономически привлекателно. Сред възможностите за това са следните (Logsdon et al., 1999):

• Различен източник на повърхностни води или друг източник на подземни води
• Подземни вместо повърхностни води
• Инфилтрация на речен вираж вместо пряко оттегляне на повърхностните води

За средните или големите водни системи, преминаването към друг източник на повърхностни води или подземни води може да е трудно, заради размера на търсене на сурова вода. Малките водни системи с малки изисквания могат по-лесно да получат други източници в рамките на разстояния, за които предаването на водата е икономически оправдано (Logsdon et al., 1999).

7.1.2. Алтернативи на пречистването

В някои случаи водните съоръжения могат да бъдат в състояние да избегнат инвестирането на големи суми за пречистване, като се избере алтернатива на пречистването. Един от вариантите, които могат да бъдат на разположение за малките водни системи е закупуване на вода от друго съоръжение, вместо пречистване на водата. Този вариант може да се избере, когато са отправени по-строги изисквания за пречистване от регламенти, или когато съществуващият капацитет на системата трябва да бъде разширен, за да се отговори на търсенето. Това може да е особено привлекателен избор, когато близко разположено съоръжение има неизползван капацитет и може да осигури пречистена вода с необходимото качество (Logsdon et al., 1999).

Други алтернативи за повишаване капацитета за пречистване на водата, могат понякога да бъдат на разположение. Ако е необходимо да се разшири водното съоръжение, но още не е прието универсално измерване на клиентските битови води, търсенето на системата може да бъде значително намалено, ако универсалното мерене е поставено на мястото си. Клиентите с фиксиран размер на таксите могат да имат нисък цялостен стимул и същевременно да нямат определен икономически стимул, за да бъдат предпазливи при използването на водата (Logsdon et al., 1999).

Когато разпределителните системи имат висок процент на загуби на вода, една програма за откриване и ремонт на течове може да доведе до увеличаване на количеството вода на разположение на потребителите, без увеличение на производството. Разглеждането на алтернативи за пречистване може в много случаи да разкрие отсъствието на практика на икономически атрактивни алтернативи за пречистване на използвания в момента или нов водоизточник. При такива обстоятелства ще бъдат необходими модифицирани, разширени или нови съоръжения за пречистване на водата (Logsdon et al.,1999).

7.2. Фактори, влияещи на подбора на процес

The design of treatment facilities will be determined by feasibility studies, considering all engineering, economic, energy and environmental factors. All legitimate alternatives will be identified and evaluated by life cycle cost analyses. Additionally, energy use between candidate processes will be considered. For the purpose of energy consumption, only the energy purchased or procurred will be included in the usage evaluation. All treatment process systems will be compared with a basic treatment process system, which is that treatment process system accomplishing the required treatment at the lowest first cost (Technical Manual, 1985).

7.2.1. Отстраняване на замърсяването

Отстраняването на замърсяването е основното предназначение на пречистването за много водни източници, особено на повърхностните води. Качеството на пречистената вода трябва да отговаря на всички настоящи регламенти за питейни води (Pontius, 1998). Нещо повече, внимателният анализ на предложените регламенти за питейни води може да предскаже бъдещите регламенти и във връзка с това процесите за пречистване на водата трябва да се избират така, че да се даде възможност на съоръжението да бъде в съответствие с тези бъдещи регламенти, когато те влязат в сила (Logsdon et al., 1999).

Агенцията за защита на околната среда на САЩ (EPA) определя два вида стандарти (URL 2):

Основни стандарти,определени да предоставят максимална възможна защитата на общественото здраве. Те регулират нивата на замърсяване, основаващи се на токсичност и неблагоприятни последици за здравето. Целта на определянето на стандарта е да се идентифицират максималните нива на замърсяване (MCLs), които предотвратяват неблагоприятните последици за здравето.

Вторичните стандартирегулират нивата на замърсяване въз основа на естетически критерии като цвят и мирис, които не представляват риск за здравето. Тези вторични максимални нива на замърсяване (SMCLs) са насоки, а не изпълними граници. Те идентифицират приемливите концентрации на замърсители, които предизвикват неприятни вкусове, миризми или цветове във водата. SMCLs са замърсители, които няма да доведат до неблагоприятни последици за здравето.

Когато водата за комунални клиенти и управлението на комунални водни услуги поставят силен акцент върху отличното качество на водата, максимално допустимите регламентирани количества замърсители (MCLs) на питейната вода може да се разглеждат като по-горно ниво на водни замърсители, които рядко или никога не се достигат, а не като насока за завършено качество на водата. Много ВиК дружества избират да произвеждат вода, която е с много по-добро качество, в сравнение с вода, която просто отговаря на нормативните изисквания. Такива дружества могат да използват същите процеси на третиране, които биха били необходими за осигуряване на качеството, което е в съответствие с регламентите, но да оперират тези процеси по-ефективно. Други дружества могат да използват допълнителни процеси на пречистване, за да постигнат високо завършено качество на водата, към което се стремят (Logsdon et al., 1999).

Както повърхностните, така и подземните води могат да имат естетически характеристики, които не са приемливи за потребителите, въпреки че не са нарушени MCLs. Дружествата в някои държави, могат да бъдат задължени да осигурят пречистване, за да се подобри качеството на водата, която има проблеми с вкус, мирис, цвят, твърдост, високо съдържание на минерали, желязо, манган, или други естетични проблеми, водещи до несъответствие с вторичните MCLs. Подобряването на естетическото качество е много важно, тъй като възприятията на клиентите за качеството на водите често се формират на базата на пазарни фактори за качеството на водата, повечето от които са естетически. Водата, която има лош вкус или мирис или други естетични проблеми, може да се възприеме като опасна от клиентите. Това може да доведе до загуба на доверие към дружествата от техните клиенти и може да бъде причина за някои хора да се обърнат към несигурен източник на вода, вместо да използват безопасното, но естетически нежелателно обществено водоснабдяване (Logsdon et al., 1999).

Много се знае като цяло за възможностите на различните процеси за пречистване на вода за премахване на регулираните замърсители и замърсителите, причиняващи естетични проблеми. Цялостен преглед на процесите, подходящи за отстраняване на регламентираните замърсители от станциите за питейни води се извършва от Националния съвет за научни изследвания (NRC) в контекста на осигуряване на чиста питейна вода за малки водни системи (Национален съвет за научни изследвания, 1997 г.), но много от констатациите на NRC са по отношение на процесите на пречистване, приложими независимо от размера на станцията. За отстраняване на прахообразните замърсители използваните процеси са филтрация и избистряне (седиментация или флотация с въздух). Може да е необходима специфична информация за възможностите на процеса, зависими от мястото, преди инженерите да изберат процес за пречистване за станцията, особено когато не съществува предишен опит в пречистването на източника на въпросната вода. Пилотните проучвания на инсталацията могат да бъдат подходящо средство за натрупване на информация за процесите на пречистване и качеството на водата, които могат да бъдат постигнати чрез една или повече поточни линии в процеса на оценка. Веднага след като се идентифицират кандидат—процесите за пречистване, евентуалната необходимост от пилотно проучване на инсталацията трябва да се преразгледа и спора да бъде разрешен. Провеждането на пилотното проучване преди избора на процес може да отнеме от 1 до 12 месеца за изпитване на мястото и още 2 до 6 месеца за подготовка на доклада, но понякога такова проучване държи ключа към разходно-ефективен проект и гарантира, че целите за качество ще бъдат изпълнени (Logsdon et al., 1999).

Взаимодействието на различните процеси по отношение на качеството на пречистената вода трябва да се разглежда в регулаторен контекст и в по-широкия контекст на качеството на водите. Регламентите за питейни води обикновено са написани в тесен контекст, който се фокусира върху регулацията на замърсителя или замърсителите. Понякога един подход за пречистване, отговаряйки на даден MCL може да предизвика проблеми при съответствие с други регламенти. Например, използването на увеличен свободен остатъчен хлор може да бъде един подход към изпълнението на изискванията на CT за повърхностните води, но това може да доведе до натрупване на трихалометани (THMs) в разпределителната система, които надвишават MCL и евентуално могат да доведат до вкусови проблеми и проблеми с мириса. Поддържането на високо рН в разпределителната система може да бъде полезно за посрещане на изискванията за оловото и медта, но високото рН увеличава възможността за образуване на THM и намалява ефективността на дезинфекцията чрез свободен хлор (Logsdon et al., 1999).

Някои взаимодействия между процесите на пречистване са полезни. Озонът може да се използва за различни цели, включително за контрол на миризми и вкусове, дезинфекция и окисление на желязо и манган. Подобрената производителност на филтъра от гледна точка на по-дълъг живот или подобрено отстраняване на частиците, или и двете може да бъде допълнителна полза от използването на озон; озониращите продукти обаче, трябва да се контролират, за да се предотвратят биологични проблеми с развитието на повторен растеж в разпределителната система (Logsdon et al., 1999).

7.2.2. Качество на източника на вода

Сравнение на качеството на източника на водата и желаното завършено качество на водата е от съществено значение за процеса на подбор на пречистване. Със знанието за промените в качеството на водата, които трябва да бъдат постигнати, инженерът може да идентифицира един или повече процеси на пречистване, които биха били способни да постигнат подобряване на качеството. В зависимост от предишния опит на ВиК дружествата с източници на води, данните на разположение за качеството на водоизточниците могат да варират от почти несъществуващи до доста големи (Logsdon et al., 1999).

Качеството на източника на вода е въпрос, който може да се използва за пренасочване на вниманието от процеса, ако не е доказано че той е способен успешно да пречиства обхвата на източника на качествена вода, която се среща във въпросното място (Logsdon et al., 1999).

За почти всеки вид употреба на вода, независимо дали общинска, промишлена или селскостопанска, концентрациите на разтворените съставки или температурата след тяхното използване се повишават. Следователно, качеството на водите от водните източници, които получават освободения или обратния поток се повлиява от тази употреба. В допълнение, тъй като водата се движи надолу по веригата, допълнителното използване на водата може допълнително да влоши качеството на водата. Ако се обратния поток от напояване или освободеният от общинско или промишлено предприятие поток се движи надолу по веригата и се изтегля обратно във водоносния пласт, заради отдръпване на подземните води, системата на подземните води също ще бъде засегната от качеството на повърхностните води (Winter et al., 1998).

Източникът на сурова вода може да бъде привлекателна цел за недоброжелателна намеса. Дали това е езеро, река или поле от кладенци, много източници са отдалечени и предлагат многобройни възможности за злонамерено замърсяване или физическа атака. Смята се, че големи количества замърсители са необходими за успешното отравяне на източник на вода, като езеро или река (Winslow, 2005). Разучаването на източника или произхода на суровата вода може да бъде полезно за оценка на характера на възможните проблеми с качеството и разработване на програма за наблюдение, за да се определи качеството на водата. За повърхностните води, информацията за водосборните басейни може да разкрие източниците на замърсяване, предизвикани от човека или природни. Освен това, потребител нагоре или надолу по течението може да притежава данни за качеството на водоизточника. За подземните води, познаването на специфичния водоносен пласт, от който се изтегля водата може да бъде много полезно, особено ако други близки водни съоръжения използват същия водоносен пласт (Logsdon et al., 1999).

Способността на пречиствателната станция постоянно да доставя пречистена качествена вода, отговаряща на регулациите и целите на ВиК дружествата е силно повишена, когато обхватът на източника на качествена вода е винаги в обхвата на качеството, което станцията може успешно да обработи. Често, базата данни за източника на водата е ограничена. Характеристиките за качеството, които могат да варират в широки граници, като мътност, могат да бъдат изследвани с помощта на вероятностни методи на плотиране. С такива плотирания, могат да бъдат направени оценки на мътността на водата от източника, които могат да се очакват 90 или 99 процента от времето. Когато се взимат предвид процесите на пречистване, като бавен пясък, диатомитна пръст или директна филтрация, е необходимо внимателно проучване на качеството на източника на водата, за да се гарантира успешното функциониране на тези процеси, необходимо за гарантиране на постоянно високо качество. Проблеми с качеството на източника на водата понякога може да са сигнал за необходимостта от даден процес, като например използване на флотация с въздух за пречистване на натоварена с водорасли вода. Когато се пречистват повърхностни води, следва да се има предвид концепцията за множествената бариера за опазване на общественото здраве. Източниците, обект на тежки фекални замърсявания от хора или от животни (едър рогат добитък, свине, овце, коне и други животни, способни да предаватCryptosporidium) вероятно ще изискват бариери за множествено физическо отстраняване [утаяване или флотация с въздух (DAF), последвани от филтриране] (Logsdon et al. 1999).

7.2.3. Надеждност

Надеждността на процеса е важно съображение и в някои случаи може да бъде ключов аспект при вземането на решение, който процес да се избере. Дезинфекцията на повърхностните води е задължителна, така че това е пример за процес на пречистване, който трябва да бъде по същество безотказен (Logsdon et al., 1999).

Освен ако пречиствателната станцията е извадена от експлоатация за определен период от време за поддръжка и ремонт, трябва да бъдат предоставени два или повече от всички основни елементи, като например помпи, утаяващи корита, флокулатори, филтри и устройства за захранване с химични вещества. Степента на значимост на всяка позиция трябва да се оценява въз основа на всеки отделен случай, като се има предвид, че безопасна вода трябва да бъде предоставяна по всяко време (Technical Manual, 1985).

Единственото приемливо действие в случай на неуспешна дезинфекция в станцията за пречистване на повърхностни води, е да се спре разпространението на водата от процесите на пречистване, докато проблемът се коригира и се осигури подходяща дезинфекция или докато се въведе разпореждане за "преварена вода" с оглед обществеността да не пие недезинфекцирани повърхностни води. За да се избегне неуспешна дезинфекция и сведе до минимум времето за престой в случай на отказ на оборудване, резервни системи или части за дезинфекция трябва да се съхраняват на разположение, за да се справят с извънредни ситуации. Надеждността на процеса е много важен фактор при оценяването на алтернативните системи за дезинфекция, както и други процеси, чиито неуспех би могъл да има непосредствени последици за общественото здраве (Logsdon et al., 1999.).

Надеждността на процеса трябва да бъде оценявана въз основа на всеки отделен случай, тъй като факторите, които влияят на надеждността в една ситуация, не могат да се прилагат при друга ситуация. Факторите, които могат да повлияят на надеждността включват (Logsdon et al., 1999):

• Обхват на качеството на източника на вода спрямо обхвата на качеството, което може успешно да осигури пречиствателния процес
• Скорост на изменение на качеството на водоизточника – бавно, постепенно, много бързо и силно
• Ниво на обучение и опит на оператора
• Режим на работа на персонала - 24 часа на ден или с прекъсвания, като например една смяна на ден
• Режим на работа
• Непрекъснат, или ежедневно включване-изключване
• В съответствие със скоростта на потока, или вариране на потока, спрямо търсенето на вода
• Количество на апаратурата
• Способност на ВиК дружеството да поддържа инструментите в добро работно състояние и да ги държи добре калибрирани
• Надеждност на електроснабдяването
• Възможност да се предотврати или ограничи влошаването на водоизточника в дългосрочен план

Концепцията за устойчивост е важна за надеждността. Устойчивостта на филтриращите станции се определя като "... способността на филтриращата система да осигури отлично отстраняване на частиците/патогените при нормални условия на работа и да се отклонява минимално от тази работа по време на умерени до тежки смущения в процеса". Литературата относно питейната вода не е фокусирана върху устойчивостта през годините, но съществува информация за процесите, които дават вид на добре устойчиви към смущенията и тези, които са по-малко стабилни. В един пример, мътността на филтрираната вода се увеличава от 0.08 до 0.20 нефелометрични единици за мътност (NTU), докато хризотилните азбестови влакна се увеличават от 0.1 милиона на 0,36 милиона фибри/L. След възстановяване на коагулантната емисия мътността на филтрираната вода се намалява до 0,08 NTU и броят на азбестовите влакна спадна до 0.01 млн фибри/L. Докато повече се публикува за устойчивостта, инженерният опит и преценката могат да бъдат най-доброто ръководство за разглеждане на този аспект от надеждността (Logsdon et al., 1999).

7.2.4. Съществуващи условия

Изборът на процеси, които да се включат в хода на пречистването, може да бъде повлиян силно от съществуващите процеси, когато пречиствателната станция се оценява за обновяване или разширяване. Ограниченията на мястото могат да бъдат от решаващо значение при избора на процес, особено в предварителното пречистване, когато са на разположение алтернативни процеси на избистряне, някои от които изискват само една малка част от времето, необходимо за работа на конвенционалните утаители. Хидравличните ограничения могат да бъдат важни при обратното захранване на станцията с озон или адсорбция с гранулиран активен въглен (GAC). Допълнителното стъпало, необходимо за някои процеси на третиране може да доведе до необходимост от допълнително изпомпване на място, за да се нагодят хидравличните изисквания на процеса. Това води до увеличаване на общия размер на разходите за подобрения на станцията и, в някои случаи, може да доведе до избор на различен процес. Наличието на такова стъпало може да повлияе на процеса на подбор в някои случаи. Филтрирането под налягане може да бъде избрано за обработка на подземните води след окисление за отстраняване на желязо или манган. В тази ситуация, използването на филтриране по силата на гравитацията би означавало потенциално счупване на звеното и изпомпване след филтрирането, докато с филтри под налягане може да се изпомпва директно от кладенеца през складиращите филтри (Logsdon et al., 1999).

7.2.5. Гъвкавост на процеса

Способността на пречиствателна станция за води да се приспособи към промените в бъдещите регламенти или промените в качеството на източника на вода е много важна. В настоящата законова среда, ВиК дружествата трябва да осъзнаят, че вероятно в бъдеще ще има повече наредби. За някои дружества, тези бъдещи регламенти могат да изискват допълнително пречистване или по-ефективно пречистване, като например когато нерегулиран замърсител е присъствал по-рано във водоизточника или когато се намалят максимално допустимите нива на замърсители във водоизточника. Някои процеси на пречистване на водата са насочени към по-тесен кръг от замърсители и не могат да бъдат лесно приспособими към контролирането на други замърсители. От друга страна, една пречиствателна станция за повърхностни води, използваща коагулация и филтриране, може да постигне достатъчно отстраняване на арсен, за да се съобрази с бъдещите по-ниски MCL в зависимост от концентрацията на арсен във водоизточника, химичния коагулант и неговата дозировка и рН на третирането. Коагулационното пречистване и пречистването чрез филтриране в този пример имат по-голяма гъвкавост за справяне с промяната на нормативните изисквания (Logsdon et al., 1999).

Качеството на водоизточника трябва да е добре установено, когато се планира пречиствателна станция, така че да могат да се изработят добри решения относно процесите на пречистване. Повечето пречиствателни станции се изграждат така, че да съществуват в продължение на няколко десетилетия, а с течение на времето могат да настъпят промени в качеството на водоизточника. Дългосрочната еутрофикация на езера може да доведе до увеличаване на цъфтежа на водораслите, проблеми с вкуса и натрупване на интензивно миришещи вещества. Някои оператори на пречиствателни станциите смятат, че водата в момента е по-трудна за пречистване, отколкото е била преди това. Защита срещу такива проблеми е прилагането на гъвкавост в процесите в пречиствателната станция, така че както настоящите, така и непредвидените бъдещи проблеми с качеството да могат да бъдат разгледани и качеството на пречистените води да отговаря на очакванията на дружеството и на неговите клиенти в дългосрочен план (Logsdon et al., 1999).

7.2.6. Възможности на ВиК дружествата

След подбор на пречиствателните процеси, тяхното проектиране и пускане в експлоатация, ВиК дружеството трябва да бъде в състояние да ги използва успешно за постигане на желаното качество на водата. Въпросът за размера на системата отнесен към комплексното пречистване е важен за по-малките системи. Ако успешното функциониране на пречиствателната станция изисква повече труд, отколкото една малка система може да си позволи, или ако нивото на технически умения надвишава тези, лесно постижими в една общност, може да настъпи провал на пречистването. Наличие и достъпа до услуги и ремонт на оборудване включват съображения свързани с време и разстояние за предоставящите услуги и това може да създаде проблеми за някои малки, много отдалечени съоръжения. Избраните процеси на пречистване трябва да бъдат използваеми в контекста, за който те ще бъдат използвани. Размерът на системата не е единствения определящ фактор в успешната операция. Понякога, управлението не е достатъчно прогресивно или не осъзнава необходимостта от осигуряване на добре обучен персонал със съвременни средства и техники, за да се улесни успешната операция в пречиствателната станция. В тази ситуация, управлението на дружествата трябва да бъдат информирано за сложността и изискванията на процесите на пречистване, преди да бъдат приети плановете за пречистване. Въвеждане на относително сложни процеси за полезна обработка на водата, чието управление не е в подкрепа на действията, които ще бъдат необходими за успешната работа, по правило води до проблеми (Logsdon et al., 1999).

Адаптивността на пречистването към автоматизация или засилен надзорен контрол и събиране на данни (SCADA) е важно за системи от всякакъв мащаб. За по-големи системи, автоматизацията или усилената SCADA може да бъде начин да се запазят оперативните разходи в съответствие с наличието на по-малък, но добре обучен и талантлив работен персонал. За малки дружества, използващи автоматизация или усилена SCADA във връзка с отдалечен мониторинг на процесите, може да се даде възможност една малка система да се използва като форма на експлоатационен договор или допълнителна циклична операция, в която високо квалифицираният специалист не е на място през цялото време, но поддържа тясно наблюдение над процесите на пречистване чрез измервателни уреди и комуникационни съоръжения (Logsdon et al., 1999).

7.2.7. Разходи

Икономическите съображения обикновено са ключов фактор при избора на процес. Оценката на разходите за провеждане на алтернативни процеси използвайки принципите на инженерната икономика може да изглежда на пръв поглед просто, но това обикновено не е така. Когато се оценява провеждането на различни пречиствания, техните възможности не могат да бъдат идентични, качеството на получената пречистена вода от различни процеси също не може да бъде еднакво (Logsdon et al., 1999). Всички оценки на разходите ще съдържат известно количество емпирична преценка или догадки, основани на познанието относно различните елементи на разходите, от които се състои разчета (Cilensek, 2005).

Цената на водопречистването зависи от три фактора: (1) качеството на суровата вода, с разходите за повишаване му когато качество на суровата вода се влошава, (2) степента на необходимото пречистване, така че колкото по-чиста се изисква да е готовата вода, толкова повече ще струва нейното получаване и най-накрая (3) обемът на необходимата вода и от тук - размерът на пречиствателната станция, като цената на водата за единица обем намалява с повишаване на капацитета на пречиствателните съоръжения (Gray, 2008).

В такива ситуации да се вземе решение за базата на сравнение на процесите. Ако определен аспект на подобряване на качеството на водата е от полза, но не е наистина необходим, може би това не е достатъчно да го направи ценен, за да влезе в икономическите съображения. Например, както диатомитните филтри, така и филтрите с гранулирана среда за предварително пречистване чрез коагулация, могат да премахват праховите частици, но провеждането на процес, използващ коагулация, флокулация и утаяване може да отстрани по-голямо оцветяване и общ органичен въглерод (ТОС) от водоизточника. За пречистване на вода с ниска интензивност на оцветяване и ниски концентрации на ТОС, обработката за отстраняване на частиците замърсители може да бъде достатъчна и може да се предпочете използването на по-евтиния процес на филтриране, като филтрирането с диатомитна пръст. От друга страна, ако е необходимо допълнително подобрение на качеството на водите, след това всеки от въпросните процеси трябва да бъде в състояние да постигне това подобрение (Logsdon et al., 1999).

Различните видове оценки на разходите се основат на нивото на проектния дизайн, който определя известния обем на работа. Обемът на работа може да варира от скорост на поток за ежедневно пречистване и основни технологични съоръжения, до пълен набор от планове и спецификации за строителството (Cilensek, 2005). Оценката на разходите трябва да вземе под внимание цялата стойност на жизнения цикъл на един процес. И основните разходи и експлоатацията и поддръжката (O & M) трябва да бъдат включени в оценката. Остойностяването на разходите O & M може да бъде трудно, а понякога могат да се появят и непредвидени големи промени в икономиката и да анулират по-ранните оценки. В анализа на разходите трябва да бъдат включени разходи за нуждата от ремонти, за поддържане на списък от резервни части или допълнително оборудване, за персонала на оператора и за рутинни дейности по поддръжката. Някои ВиК дружества са се сблъскали с високи разходи за оборудване, поддръжка и честа смяна, обезсилвайки първоначалните икономии от собствения капитал. По-малките дружества трябва по-специално да разглеждат и смятат не само количеството на труда, свързано с различните процеси на пречистване, но и уменията, необходими за този труд. За малките дружества, разположени в предимно селски райони, далеч от големи общности и далеч от източници на техническа помощ, която да поеме по време на криза, възможността да бъдат в състояние да привлекат и задържат работници, които могат да работят с комплексно оборудване за пречистване може да се превърне във важен фактор. За някои дружества, може да бъде необходим договор за O & M или допълнителна цикълна операция за успешното дългосрочно действие (Logsdon et al., 1999).

7.2.8. Съвместимост с околната среда

Проблемите със съвместимостта с околната среда обхващат широк спектър от опасения, които включват управление на остатъчните отпадъци, количество води от водоизточника, загубени в процеса на пречистване и енергийни нужди за пречистването. Ефектът от пречистването на водата се простира извън пречиствателните инсталации. Ползите от осигуряване на безопасна питейна вода са много големи, но трябва да се има предвид, че процесите на пречистване, избрани да предоставят безопасна вода не бива да създават сериозни екологични проблеми. Количествените изчисления за ползите за общественото здраве и екологичните щети, приписвани на алтернативните процеси за пречистване пораждат много предположения, поради статистическия си характер и боравенето със сигурни данни само в ограничен размер. Трудността, обаче при изграждането на сигурни прогнози за общите ефекти върху околната среда не трябва да обезкуражава инженерите и собствениците (Logsdon et al., 1999).

Отпадъци или утайки и други странични продукти от пречистването на водите обикновено се определят като съвместими с околната среда. Изхвърлянето на големи количества водни утайки в повърхностните води вече не е разрешено в повечето места. Поради това, отпадъците, получени чрез коагулация, усилена коагулация и омекотяване с вар, трябва да се елиминират по екологично приемлив начин. Отделянето на солеви разтвори от йонообменниците или при някои мембранни процеси могат да представляват проблем за местата, до които в близост няма източници на солена вода. Обработка на отпадъчния материал може да представлява значителна част от общите разходи за пречистване на водата; в някои случаи, опасенията относно отпадъчния материал могат да повлияят на избора на процес (Logsdon et al., 1999).

Разхищението на вода е проблем, който може да бъде важен в области с ограничени водни запаси. Пречистването използва мембранни процеси, които имат някои предимства пред други подходи за филтриране, но ако част от водата отхвърлена от мембранния процес е в прекомерно количество, след това на разположение остава по-малко вода, за да се задоволи търсенето на пречистена вода. В много области се практикува рециклиране на големи потоци технологични отпадъци със или без допълнителна обработка (Logsdon et al., 1999).

Потреблението на електроенергия от ВиК дружествата може да се превърне в грижа за околната среда в бъдеще. Изготвянето на приблизителна оценка на бъдещите разходи е много трудно. Тези, които смятат, че могат да определят възможното въздействие на бъдещи увеличения на разходите за енергия, може да си припомнят ситуацията в Съединените щати от средата до края на 1970-те, когато се наблюдава енергийна криза и рязко повишаване на цените на горивата. Сравняване на цените за доставка на коагулантни химикали, разходите за депониране на утайки и електрическата енергия, на принципа „преди и след“ може да бъде полезно при сравнителна оценка на уязвимостта на пречиствателната станция, работеща чрез коагулация и уязвимостта на тази, работеща чрез микрофилтрация по отношение на бъдещи увеличения на цените на енергията (Logsdon et аl., 1999).

7.2.9. Качество на водите в разпределителната система

Влиянието на процесите на пречистване върху желаното качество водата в разпределителната система е фактор, който трябва да се вземе предвид при оценката на процеса, и включва (Logsdon et аl., 1999):

• Химична и микробиологична стабилност на водата, напускаща пречиствателната станция
• Превенция на вътрешната корозия и отлагане
• Микробиологичен контрол в системата за разпределение
• Съвместимост с качеството на водата от други източници
• Минимизиране на образуването на дезинфекционни продукти в системата за разпределение.

Регулаторните изисквания, свързани с мониторинга на системата за разпределение на водата са такива, че дори питейната вода след пречиствателната станция да отговаря на MCLs, влошаване на качеството на водата в системата за разпределение може да доведе до проблеми с нормативното съответствие.

Необходимо е да бъдат подбрани процеси на пречистване, които подобряват стабилността на водата. Например, способността на озона да нарушава молекулните връзки на големи органични молекули и да образува малки органични молекули или молекулни фрагменти може да доведе до образуването на по-подходящ хранителен субстрат за бактериите, открити във водите, така че използването на озон да стимулира растежа на водните бактерии. Ако този растеж се осъществява в рамките на филтърното корито в пречиствателната станция, може да се произвежда вода с голяма биологична стабилност. От друга страна, ако малко или никаква органична материя се метаболизира от бактериите във филтърното корито, органичните вещества ще преминат в разпределителната система и могат да стимулират растежа на биофилми там. Биофилмите в разпределителната система могат да предизвикат различни проблеми, включително микробиологични нарушения в съответствията, вкусове и миризми, прекомерна нужда от хлор и свободното изчерпване на хлора и корозия на водопроводите. Ако рН и алкалността на пречистените води са такива, че водата не е стабилна във времето, качеството на водата в системата за разпределение може да се промени достатъчно, за да предизвика проблеми с корозията, въпреки че водата не изглежда да е проблематична в пречиствателната станция (Logsdon et al., 1999).

Когато множество водни източници се използват от едно единствено ВиК дружество, могат да възникнат проблеми, свързани с водна несъвместимост. Това може да бъде причинено от природата на изходните води, като например вода с високо съдържание на минерали се смесва в разпределителната система с вода с ниско съдържание на минерали. В допълнение, такава ситуация може да възникне, когато повърхностни води пречистени по традиционен начин се поставят в една обща система за разпределение с води, обработена чрез обратна осмоза. Алтернативно, вода от различни източници може да се пречиства с различни техники за дезинфекция. Като цяло, смесването на хлорирана вода и дезинфекцирана със свободен хлор вода в разпределителната система се счита за нецелесъобразно. В зоната, където двете различни води си взаимодействат, свободният хлор може да реагира химически с монохлорамина, намалявайки остатъчния наличен свободен хлор и формирайки дихлорамин или азотен трихлорид. Оплаквания за специфичен вкус и мирис на водата могат да произтичат и от тази практика (Logsdon et al., 1999).

7.2.10. Проблеми на мащабиране на процесите

В много случай възможността за мащабиране на процесите или за намаляване на техния мащаб е от съществено значение. Сложните процеси на пречистване, като коагулация и филтриране на повърхностните води или утаечно омекотяване с вар, могат да бъдат намалени физически, но разходите за оборудване и необходимостта от високо квалифициран оператор може да направи процесите в по-малък мащаб непрактични. Процесите, които са практични и управляеми при 10 mgd (38,000 м³/ден) или дори 1 mgd (3800 м³/ден) може да са твърде сложни при 0.01 mgd (38 м³/ден). От друга страна, процесите, които работят много добре за малки водни системи може да не са практични за големи системи. Мембранната филтрация работи много добре за малки системи, но използването на микрофилтрационна установка с размери в границите от 100 до 500 mgd (3.8 х 10⁵до 1.9 х 10⁶м³/ден) би довело до много голям размер на тръбопроводите и клапите за свързване на голям брой малки модули. Процесите, които използват модули за пречистване (например, за микрофилтрация) се разширяват за по-големи размери, като се съединят заедно повече модули. Това може да стане проблематично за разширяване до 100-кратен размер. От друга страна, филтрите с гранулирана среда могат да се разширят чрез проектиране на филтри с голяма или малка площ (Logsdon et al., 1999).

7.3.Избор на пречиствателен процес, зависим от източника

В основата на избора на алтернативни процеси за пречистване лежат характеристиките на суровата вода и целите за качество на пречистената вода. Трябва да се обърне внимание на бъдещото прилагане на по-строги стандарти за качество на питейните води и към възможните промени и колебания в качеството на суровата вода. По този начин целите и задачите, както и ограниченията и пречките, определени в предходния раздел, се отразяват на избора на алтернативни процеси. Освен това, наличието на основно оборудване, постинсталационни услуги, способностите на операторите и поддържащия персонал, както и изискванията за пречистване на отпадъците и наличието и цената на химикалите във водата, всички заедно значително повлияват избора на процес за пречистване на водите, особено в отдалечените райони и развиващите се страни (Kawamura, 2000). Изборът и проектирането на процесите на пречистване на водата в дадено съоръжение са продиктувани от практичността, надеждността, гъвкавостта и цялостната икономика. Необходими са инженери с опит в проектирането на пречиствателни станции, за да се определи най-добрата система на пречистване за всеки конкретен случай и съветите им трябва да бъдат получени в ранните етапи на планиране на проекта (Technical Manual, 1985).

Границата между подземните и повърхностните води представлява ареал, особено чувствителна и критична ниша в общата среда. На тази граница, подпочвената вода, която е засегната от условията на наземната околна среда взаимодейства с повърхностната вода, която е засегната от условията на околната среда, нагоре по течението. Освен това, химичните реакции, които се извършват на мястото, където химически различна повърхностна вода среща химически различна подпочвена вода в хипореичната зона може да доведе до получаване на биогеохимична среда, която в някои случаи може да се използва като индикатор за промени в сухоземните или водните екосистеми. Разбирането на тази граница е предизвикателство, защото изисква фокусиране на много различни научни и технически дисциплини в един и същи ареал. Ползата от този подход за изучаване на взаимодействието на подпочвените и повърхностните води може да бъде идентифицирането на полезни биологични или химични показатели на нежелани или положителни промени в по-големите сухоземни и водни екосистеми (Winter et al., 1998).

Данните за качеството на повърхностните води, взети за достатъчен период от време (от 5 до 10 години), трябва да бъдат прегледани и оценени, за да се оценят физичните, химичните, микробиологичните и радиологичните характеристики на суровата вода. Оценката на риска трябва да се направи по отношение на възможното замърсяване на водоподаването от химични разливи или радиоактивни отпадъци. Освен това, трябва да бъде проучена степента на настоящето и бъдещето развитие на земята във водосборния басейн (Kawamura, 2000).

Характеристиките на суровата вода варират в широки граници, основните разлики са между повърхностните и подземните води, меката и твърдата вода и речната вода в сравнение с водата в резервоарите. Ето защо, подземните водни системи са по-разпространени, отколкото повърхностните такива, но все повече хора пият вода от повърхностни водни системи (Flynn, 2009). Ако подпочвената вода е избрана като източник за пречиствана вода, важат същите съображения, както при повърхностните води. Подземните води като източник на вода изискват допълнителни изследвания, като геоложки условия, маса на водата, усвояване на водната маса в резултат на изпомпване, проблеми свързани с проникване на морска вода и потенциално извличане на промишлени отпадъци, битови отпадъци, селскостопански химикали и торове от подземните води (Kawamura, 2000).

Поради току-що споменатите причини, анализът на данните е много важен аспект от оценката на качеството на източника на вода. Компонентите на суровата вода, чиито максимални нива на концентрация са ограничени чрез стандартите за качество на питейните води, трябва да бъдат анализирани и оценени внимателно. Пречистването на суровата вода може да бъде оценено чрез използването на лабораторни тестове и пилотни проучвания (Kawamura, 2000).

Ако има съществуваща пречиствателна станция в околностите на предложената площадка за станция, проектантите трябва да се консултират със оперативните данни на съществуващата пречиствателна станция, тъй като те ще предоставят ценна информация за пречистването на суровата вода (Kawamura, 2000).

7.3.1. Пречистване на повърхностни води

Пречистването на повърхностни води може да се осъществи чрез различни процеси, в зависимост от качеството на източника на вода. Някои примери са дадени по-долу, като се започне с конвенционалното пречистване. Всички повърхностни води изискват дезинфекция, така че независимо от процеса, избран за пречистване на повърхностните води, той трябва да включва дезинфекция (Logsdon et al., 1999).

Дезинфекция без филтрация: броят на водните системи, за които пречистването на повърхностните води се състои само от дезинфекция е една малка част от общите системи, които използват вода и вероятно ще намалява в резултат на нарастване на населението и увеличаване на трудността, свързана със собствеността или контрола на вододелите. Въпреки това, някои системи, включително и някои много големи такива, сега използват този подход за пречистване на водата.

Конвенционално пречистване: дезинфекцията е включена в конвенционалната обработка, с етап(и) на добавяне на различни дезинфектанти при различните пречиствателни станции. Конвенционалното пречистване е подходящо за източници на вода, които са понякога или винаги мътни, с мътност превишаваща 20 до 50 NTU за продължителни периоди от време. Една модерна хипотетична конвенционална филтрираща станция (Фигура 3.1) за пречистване на река Охайо (в зависимост от разположението си на реката) ще трябва да обработва вода с мътност, варираща от около 10 NTU до над 1000 NTU при наводнения. Коагулантните дози може да са в най-ниската 10 мг/л до над 100 мг/л при наводнения. В зависимост от избрания коагулант, може да е необходимо няколкократно подалкаляване. Бързото смесване ще бъде последвано от флокулация. Утаяването може да се осъществи в конвенционални дълги правоъгълни басейни, или в басейни, подпомагани от тръба или колонии от корита. Филтрацията вероятно ще включва ползване на двойна среда (антрацит над пясък). С настоящия акцент върху намаляване на образуването на страничен продукт от дезинфекцията, хлорирането вероятно ще се проведе след седиментацията или след филтрацията. Общите концентрации органичен въглерод в Охайо като цяло не са толкова високи, че да изискват извънредни мерки за контрол на TOC (Logsdon et al., 1999).

Фигура 3.1. Конвенционално пречистване на повърхностни води.

Конвенционално пречистване с предварително пречистване: някои повърхностни води носят седиментен товар толкова висок, че пречиствателните станции използват стъпка на предварително утаяване преди конвенционалното пречистване. По-рано през двадесети век се е практикувало обикновено утаяване без химично допълнение, за да се премахнат част от твърдите суспендирани частици, преди конвенционалната обработка. Сега е обичайно да се добавят някои полимери или коагуланти за подобряване на първия етап на утаяване и за намаляване на натоварването на останалата част от станцията. Независимо от факта, че конвенционалното пречистване може да обработва широк спектър от водоизточници, някои могат да бъде толкова голямо предизвикателство, че конвенционалното пречистване да изисква форма на предварителна обработка. Така например, при някои станции се използва предварителна дезинфекция с хлорамини или хлорен диоксид, за да се намали концентрацията на бактерии във водоизточника (Logsdon et al., 1999).

Процеси за водоизточници с много високо качество на водите: за изходни води, които имат много ниска полезност, ниски концентрации на ТОС и ниски стойности на оцветеност, някои от етапите на пречистване, използвани в конвенционалната пречиствателна станция може да не бъдат необходими, или други процеси на филтриране да бъдат подходящи. Пречистването на води с много високо качество може да се осъществи чрез филтруване без предварително избистряне използвайки диатомитно филтруване, бавно пясъчно филтруване или чрез директно филтруване, което елиминира етапа на утаяване от конвенционалното третиране. На Фигура 3.2 е показан схематичен процес на директно филтруване с алтернатива филтруване в редица, при което се пропуска флокулацията. За води, които не биха могли да образуват високи концентрации на DBPs при хлориране, свободният хлор е вероятен дезинфектант (Logsdon et al., 1999).

Фигура 3.2. Директно пречистване и филтриране в редица на повърхностни води.

Флотация с разтворен въздух: за резервоари и други повърхностни води със значителен цъфтеж на водорасли, филтрационните процеси без почистване на филтрите могат бързо да бъдат компрометиране от запушване на филтъра с водорасли. Процесите, подходящи за изходни води с ниска мътност, не са много успешни, когато е необходимо пречистване на вода натоварена с водорасли. Утаечните басейни, използвани в конвенционалното пречистване не са много успешни за отстраняване на водорасли, тъй като водораслите са склонни да плуват, а не да потъват. Плътността на водораслите е близка до тази на водата и когато те произвеждат кислород, водораслите могат да създават своя собствена флотация. Ето защо, флотацията с разтворен въздух (DAF) е по-подходящ процес за премахване на водорасли. При този процес коагулантните прахови частици, включително водораслите, ако присъстват, се поставя в горната част на резервоара за избистряне. В DAF, процесът на избистряне и водораслите работят в една и съща посока. Подобно на конвенционалното пречистване, DAF използва захранване с химични реагенти, бързо смесване и флокулация, но след това бистрителят DAF се подменя в утаечните басейни. Една схема на DAF процес е показана на фигура 3.3.

Фигура 3.3 Флотация с разтворен въздух/филтрационно пречистване на повърхностните води.

Водите, които имат високи концентрации на водорасли могат да имат и високи концентрации на прекурсори на дезинфекционни продукти (DBP), така предварителната дезинфекция със свободен хлор може да доведе до проблеми свързани със спазването на разпоредбите за DBP. В такива случаи може да се наложи да се прибегне да хлориране точно преди или след филтруване и използване на алтернативни дезинфектанти, като хлорамини (Logsdon et al., 1999).

Мембранна филтрация: мембранната филтрация покрива широк обхват от процеси и може да се използва за водоизточници с различни качества, в зависимост от използвания мембранен процес. Микрофилтрацията, използвана за пречистване на повърхностни води, може да премахне широк спектър от прахови частици, включително бактерии, протозои, цисти и ооцисти и частици, които причиняват мътност. Вирусите, обаче са толкова малки, че някои са склонни да преминат през микрофилтрационните мембрани. Микрофилтрацията е практична за прилагане на по-широк кръг от мътни водоизточници ,отколкото бавната пясъчна филтрация или филтрацията с диатомитна пръст (DE), но микрофилтрацията не може да се справи с високата мътност, която се срещат в много конвенционални пречиствателни станции. Микрофилтрацията не премахва разтворени вещества, така че процесът на дезинфекция, подходящ за пречистване на водата чрез този подход ще зависи от разтворения органичен въглерод (DOC) и съдържанието на прекурсори в изходната вода. Предимствата зна мембранното филтриране включват много високо отстраняване на цисти наGiardiaи ооцисти наCryptosporidium, леко автоматизиране, малки размери на мембраната на станцията и инсталационен капацитет на малки стъпки с модули, а не всички наведнъж като основно разширение, така че капиталовите разходи могат да бъдат разпределени за по-голям период от време. Процесът на провеждане на микрофилтрацията е показан на фигура 3.4 (Logsdon et al., 1999).

Фигура 3.4. Микрофилтрационно пречистване на повърхностни води.

7.3.2. Пречистване на подземни води

Много подземни води, получени от дълбоки кладенци имат много високо качество по отношение на мътност и микробиологични замърсители. Ако те не съдържат минерални съставки, нуждаещи се от пречистване, могат да бъдат подходящи за консумация след дезинфекция като единствена обработка. Минералите в подпочвените води в много случаи водят до необходимост или желание за допълнително пречистване (Logsdon et al., 1999).

Дезинфекция без липса на пречистване: някои подземни води отговарят на микробиологичните стандарти за качество и са с минерално съдържание такова, че дезинфекцията може да бъде единствената необходима обработка. В някои държави дезинфекция не се и изисква. Това може да се промени, с обнародването от USEPA на Правилото за Подземните Води. Обстоятелствата, които благоприятстват тази ситуация са, че водоносният хоризонт е без пряка връзка с повърхностните води и кладенецът е конструиран така, че водоносният хоризонт не може да бъде замърсен на място. За подземните води с високо качество най-често използваният дезинфектант е свободен хлор (Logsdon et al., 1999).

Премахване на желязо или манган или и двата метала, плюс дезинфекция: ако минералите във водоносния хоризонт включват желязо или манган, тези неорганични съставки могат да бъдат намерени в подземните води. За отстраняването на желязо и манган обикновено се използва окисление, утаяване и филтриране. На Фигура 3.5 са дадени процесите по отстраняване на желязо и манган. Наличието на органични вещества във водоизточника може да навреди на отстраняването на желязо и манган чрез окисление и филтрация. Желязото може да бъде окислено в много случаи от аерация. Обработката при рН 8 или по-високо насърчава по-бързото окисляване на желязото от аерацията, ако естествената органична материя (NOM) не присъства в значителни концентрации. За окисление на желязо и манган могат да се използват хлор, калиев перманганат, хлорен диоксид или озон. Калиевият перманганат обикновено се използва за мангана, който е по-трудно окисляем от желязото. За отстраняване на желязо и манган в повечето пречиствателни станции, особено в малките и средни системи, се използва глауконит заедно с калиев перманганат. Глауконитът може да адсорбира излишния перманганат, когато е преситен и по-късно да премахне желязото и мангана, когато перманганата е изчерпан, което позволява на операторите да постигнат ефективно пречистване без непрекъснато поддържане на дозата перманганат съответстваща на съдържанието на желязо и манган в суровата вода. Когато вместо аерация се използват химични окислители, налягането във филтрите понякога се използва за постигане на отстраняването на желязото или мангана без необходимостта от обратно изпомпване след пречистването (Logsdon et al., 1999).

Фигура 3.5. обработка на Желязо и манган, подпочвени води.

Омекотяване чрез преципитация с вар: твърдата вода съдържа прекомерни концентрации на калций и магнезий. Както подпочвените, така и повърхностни води могат да се обработват чрез преципитация с вар за отстраняване на твърдостта. Обработката включва добавяне на гасена или хидратна вар, което води до повишаване на рН в достатъчна степен, за да се утаи калция или още по-високо рН, за да се отстрани магнезия. Ако твърдостта присъства е некарбонатна, може да се изисква добавяне на сода за утаяване на калция и магнезия. При омекотяването чрез преципитация с вар не се отстраняват утайките на калциевия карбонат и магнезиевия хидроксид в утаечното корито, преди водата да се филтрира. В станциите за омекотяване се използват отделни бързи смесвания, флокулация и утаечни процеси, рециркулацията на някои от варовите утайки към етапа на бързо смесване подобрява утаяването на CaCO₃и агломерацията на утаените частици. Твърдите контактни бистрители съчетават бързото смесване, флокулацията и стъпките на утаяване в един процес, като по принцип коритата са предназначени за по-високи темпове на обработка в сравнение с дългите правоъгълни утаечни басейни. Методът за омекотяване, функциониращ в два етапа е показан на фигура 3.6. Твърдите контактни утаители са привлекателна алтернатива, особено за подпочвените води, поради възможностите за по-ниски капиталови разходи и по-малки изисквания за пространство; те се използват по-често, отколкото отделните флокулационни и утаечни единици (Logsdon et al., 1999).

Използването на твърдите контактни бистрители може да намали проблемите, свързани с отлагането на утайки и мащабирането в канали и тръби, свързващи единичните процеси. Когато магнезият се отстранява постоянно, водата има високо рН (10.6 до 11.0) и то трябва да бъде намалено. Обикновено това се осъществява чрез рекарбонизация (т.е., добавяне на въглероден диоксид). Образуваните твърди вещества в резултат на рекарбонизация могат да бъдат отстранени чрез вторично смесване, флокулация и утаечни съоръжения. В някои станции за омекотяване се добавя въглероден диоксид след вторичното утаяване, за да се стигне до по-нататъшно намаляване на рН и за стабилизиране на водата.

Макар двустепенната рекарбонизация да е по-ефективна в отстраняването и оптимизирането на твърдостта и контрола на стабилността на омекотената вода, едноетапната рекарбонизация е по-малко скъпият процес, който понякога се използва при излишък на процеса на обработка с вар. Преди омекотяването с вар понякога се използва аерация за отстраняване на въглеродния диоксид от подпочвените води, защото варта взаимодейства с въглеродния диоксид. Решението дали да се използва аерация или просто да се използва повече вар за обработката на въглеродния диоксид може да бъде подпомогнато чрез провеждане на икономически анализ на разходите за аерация спрямо разходите за допълнителна вар и производство на допълнителни утайки (Logsdon et al., 1999).

Фигура 3.6. Двустепенна обработка за омекотяване на подпочвените води с излишък на вар.

Йонообмени процеси: най-често използваната йонообменна смола за омекотяване е натриева катионообменна смола(зеолит), която обменя натрий за двувалентни йони, включително калций, магнезий и радий. Когато радият присъства заедно с калция или магнезия или и двата метала, капацитетът на смолата за отстраняване на твърдостта се изчерпва преди достигане на капацитета за отстраняване на радий, така че първо се преодолява твърдостта. След като смолата е достигнала своя капацитет за отстраняване на твърдостта, тя се промива, регенерира с разтвор на натриев хлорид и промива с вода. Етапът на регенерация връща смолата в натриева форма, така че тя може да се използва отново за омекотяване. Част от изходната вода обикновено не се подлага на омекотяване, поради факта, че заобикаля канала за омекотяване и се смесва с омекотената вода. Това осигурява калциеви йони, които подпомагат стабилизирането на третираната вода (Logsdon et al., 1999).

Анионообменните смоли се използват при техника за пречистване на вода, подобна на тази, използвана за омекотяване на вода с катионобменни смоли. Чрез този процес се отстраняват аниони като нитрати и сулфати, заедно с други съединения. Йонообменните процеси могат да бъдат използвани за омекотяване на вода и в някои случаи се използват за отстраняване на регулирани замърсители като нитрат или радий. Йонообменът е подходящ за вода с ниско съдържание на фини прахови частици, органични вещества, желязо и манган (Logsdon et al., 1999).

Ако във водата присъстват желязо и манган, предварителната обработка за отстраняване на тези неорганични вещества трябва да предшества йонния обмен. Високите концентрации на NOM замърсяват някои йонообменни смоли. Йонообменът, който обикновено се използва в по-малки станции, предлага предимства пред варово омекотяване на води с различна твърдост и висока некарбонна твърдост. Фигура 3.7 е диаграма на йонообменен процес в пречиствателна станция (Logsdon et al., 1999).

Фигура 3.7. Йонообменно омекотяване, подпочвени води.

7.4. Избор на подходящ процес за пречистване на вода

Проблемът е, че много от процесите на пречистване не са подходящи за тяхната употреба и/или тяхното местоположение. Резервните части, поддръжката и консумацията на енергия изисквани от много процеси за пречистване ги прави нереалистични възможности за много части на света. Трябва да се установи целта на процеса на пречистване. Може да се наложи да се даде приоритет на проблемите (URL 3).

За целите на анализа, проблемите които са отразени в критериите "SHTEFIE" могат да бъдат групирани като инструмент, който да подпомогне анализа на програмите за развитие:

S- Социален

Н - Здравен

T- Технологичен

E- Икономически

F- Финансов

I- Институционален

Е- Околна среда

S- Социални фактори

• Жилища; тип, разпределение
• Обществени желания и предпочитания; естетически съображения,
• Благосъстояние и капиталови съображения
• Готовност за плащане; възможност за плащане
• Разпределение на населението (възраст, населено място; темпове на растеж)
• Миграция, урбанизация
• Културни и религиозни аспекти, включително и отношение към рециклиране на водата и санитарни практики

Всички по-горе споменати фактори могат да се отразят на потреблението

• Ниво на образованието; структура на работната сила; обучение
• Влияние на способността за експлоатация и поддръжка

Н Здравни фактори

• Здравна статистика, заболеваемост и смъртност
• Значими заболявания, предавани по фекално-орален път (и други)
• Здравни услуги, достъпност

T- Технологични фактори

• Търсене и използване на водите
• Наличие на резервни части и материали
• Наличие на местни знания и опит
• Представяне на съоръжения за водоснабдяване и канализация; предложени бъдещи инвестиции
• Проектантски живот на съоръжения за пречистване
• Характеристики на суровите води; източник, качество, достъпност и надеждност
• Стандарти за качеството на водата
• Изисквания към захранването

Е- Икономически фактори

• Структура на икономиката, видове производство, промишлен и селскостопански компонент
• Основни сектори на заетостта
• Приходи в чуждестранна валута (износ)

Всички тези фактори са приоритетни за водоснабдяването

• Размер на икономиката, бъдещи перспективи, платежен баланс, търговски отношения, изолация на икономиката и уязвимост, разпределение на доходите

Всички тези фактори повлияватспособността за заплащане

F- Финансови фактори

• Наличните финанси; метод на финансиране
• Способност и готовност за плащане

I- Институционални фактори

• Съществуващи роли и отговорности за организация и управление
• Отношения между организациите
• Законодателство, полиция и регламенти

Е- Фактори на околната среда

• Климат, валежи, хидрология
• Почвени условия, геология, характеристики на подземните води
• Наличие на водни ресурси
• Въздействие на станцията - шум, миризма, насекоми, визуално въздействие, здравни съображения
• Устойчивост

Използвана литература

Cilensek, R.F. (2005) “Chapter 26: Water Treatment Plant Construction Cost Estimating”,Water Treatment Plant Design, Editor: Baruth E.E., p. 26.1-26.10, McGraw-Hill Publ., ISBN: 0-07-141-872-5, USA.

Droste, R.L., (1997) “Chapter 9: Water and Wastewater Treatment Operations”, Theory and Practice ofWater and Wastewater Treatment, p. 219-242, John Wiley&Sons, Inc., ISBN: 0-471-12444-3, USA.

Flynn, D.J. (2009) “Chapter 41: “Municipal Systems”,The Nalco Water Handbook, 3^rdEdition, p. 41.1-41.32, McGraw-Hill Publ., ISBN: 978-0-07-154883-0, USA.

Fulton, G.P. (2005) “Chapter 2: Master Planning and Treatment Process Selection”,Water Treatment Plant Design, Editor: Baruth E.E., p. 2.1-2.15, McGraw-Hill Publ., ISBN: 0-07-141-872-5, USA.

Gray, N.F. (2008) ”Drinking Water Quality”, 2^ndEdition, Cambridge University Press, ISBN: 978-0-521-87825-8, USA.

Kawamura, S. (2000) “Integrated Design and Operation of Water Treatment Facilities”, John Wiley&Sons, Inc., 683 p., ISBN: 0-471-35093-1, USA.

Lane, T.J. (2005) “Chapter 1: The Challenge of Water Treatment Plant Design”,Water Treatment Plant Design, Editor: Baruth E.E., p. 1.1-1.6, McGraw-Hill Publ., ISBN: 0-07-141-872-5, USA.

Logsdon, G., Hess, A., Horsley, M. (1999) “Chapter 3: Guide to Selection of Water Treatment Processes”,Water Quality and Treatment, Editor: Letterman R.D., p. 3.1-3.26, McGraw-Hill Publ., 5^thed., ISBN: 0-07-001659-3, USA.

Muntisov, M. (2005) “Guide to Selection of Water Treatment Processes”, Water Encyclopedia, 1, 439-444.

National Research Council (1997) “Safe Drinking Water from Every Tap”, National Academy Press, Washington D.C., USA.

Pontius, F.W. (1999) “New Horizons in Federal Regulation.”Jour AWWA,90 (3), 38-50.

Technical Manual (1985) Joint Departments of the Army and Air Force, USA, Technical Manual TM 5-813-3/AFM 88-10, Volume 3, Water Supply, Water Treatment.

Winslow, J.M., (2005) “Chapter 30: The Challenge of Water Treatment Plant Design”,Water Treatment Plant Design, Editor: Baruth E.E., p. 30.1-30.7, McGraw-Hill Publ., ISBN: 0-07-141-872-5, USA.

Winter, T. C., Harvey, J. W., Franke, O. L., Alley, W. M. (1998) ”Ground Water and Surface Water A Single Resource”, U.S. Geological Survey Circular, 1139, 79 p., Denver, Colorado.

URL1.http://www.who.int/water_sanitation_health/WHS_WWD2010_guidelines_2010_6_en.pdf. Available at: December 10, 2015.

URL2.http://extoxnet.orst.edu/faqs/safedrink/stan.htm. Available at: December 13, 2015.

URL3.http://www.lboro.ac.uk/well/resources/technical-briefs/49-choosing-an-appropriate-technology.pdf. Available at: December 13, 2015.