Очищення є важливим етапом в загальному комплексі методів поліпшення якості води, так як вона підвищує її фізичні показники. При цьому в процесі видалення з неї зважених частинок видаляється значна частина мікроорганізмів. Таким чином, повне очищення води дозволяє легше і економічніше здійснити її знезараження. Очищення здійснюється механічним методом (відстоювання), фізичним (фільтрування) та хімічним (коагуляція).
а) Відстоювання, при якому відбувається освітлення і часткове знебарвлення води, практично здійснюється в спеціальних спорудах - відстійниках. Принцип їх дії полягає в тому, що завдяки надходженню через вузький отвір і сповільненого протіканню води в відстійнику основна маса зважених частинок осідає на дно, однак найдрібніші частинки, в тому числі і значна частина мікроорганізмів, не встигає осісти. Процес відстоювання у відстійниках різної конструкції триває протягом 2-4-8 годин.
б) Фільтрація води - процес більш повного звільнення її від зважених частинок. Вона полягає в тому, що воду пропускають через фільтрувальний дрібнопористий матеріал, найчастіше через пісок з певним розміром частинок. Фільтруючись, вода залишає на поверхні і в глибині фільтруючого матеріалу зважені частинки. На водопровідних станціях фільтрація застосовується після відстоювання і коагуляції. В санітарній практиці використовуються повільні і швидкі (швидкі) фільтри.
Повільний фільтр являє собою резервуар, виготовлений з бетону або цегли, завантажений пошарово щебенем, галькою, гравієм, піском з поступово зменшується вгору розміром частинок. Загальний шар піску дорівнює 1-0,8 м. В дні фільтра влаштовується дренаж із залізобетонних плит або дренажних трубок з отворами. Вода пропускається через фільтр повільно зі швидкістю 0,1 - 0,3 м/год. При такій невеликій швидкості фільтрації досягається майже повна освітлення води і значне звільнення її від мікроорганізмів (99%). Фільтрація води на повільних фільтрах відбувається повільно, спокійно, фільтри забруднюються рідко, тому мають великий період роботи між чистками. Хід фільтрації близький до природної фільтрації води в природі і являє собою складний біологічний процес. У процесі фільтрування води на поверхні й у верхніх шарах фільтра з'являється так звана біологічна плівка, що утворюється шляхом затримки води різних органічних залишків, мінеральних речовин, колоїдних частинок і більшого числа мікроорганізмів. На утворення плівки потрібно декілька днів, цей період має назву «дозрівання» фільтра. Утворилася в результаті дозрівання фільтра біологічна плівка сприяє мінералізації органічних речовин і знищення мікрофлори.
У цілому основними факторами, що сприяють очищенню води в повільному фільтрі, є: механічна затримка зважених речовин, адсорбція, окислення (хімічна дія кисню, розчиненого у воді), ферментативна діяльність мікроорганізмів, що біологічні процеси, пов'язані з життєдіяльністю найпростіших, які живуть у фільтрі. Незважаючи на високу ефективність очищення, повільні фільтри в даний час застосовуються на малих водопроводах, в сільських населених пунктах в силу їх невеликої продуктивності.
На великих водопровідних станціях в СРСР та інших країнах використовуються швидкі фільтри (рис. 7), що пропускають через одиницю своєї площі в годину шар води у 50 разів більше, ніж повільні, що значно скорочує обсяг і вартість споруди. У результаті великого навантаження на фільтр він досить швидко забруднюється. Це вимагає періодичного промивання фільтра зворотним струмом води знизу вгору.
Рис. 7. Схема швидкого фільтра. 1 - рівень води при промиванні фільтра; 2 - рівень води при роботі фільтра; 3 - жолоб; 4 - шар води; б - пісок; 6 - гравій; 7 - труби для дренажу; 8-регулятор швидкісний фільтрації.
В даний час для очищення води застосовується фільтр АКХ (Академії комунального господарства). У цьому фільтрі вода фільтрується одночасно зверху вниз і знизу вгору до середини. Це дозволяє з однієї і тієї ж площі фільтра отримувати в 2 рази більше води, ніж у звичайних фільтрах. В останні роки в санітарній практиці почали застосовувати кварцево-антрацитовий фільтр, який дозволяє збільшити швидкість фільтрації до 10-12 м/с.
в) Коагуляція являє собою хімічний метод очищення води. Перевага цього методу полягає в тому, що він дозволяє звільнити воду від забруднень, що знаходяться у вигляді зважених часток, не піддаються видаленню ні відстоюванням, ні фільтрацією. Сутність коагуляції полягає в тому, що до води додається хімічна речовина (коагулянт), здатне реагувати з бікарбонатами, що знаходяться у воді. В результаті цієї реакції утворюються великі, досить важкі пластівці гідроксиду, що несуть позитивний заряд. Осідаючи в силу тяжкості, вони захоплюють за собою знаходяться у воді в зваженому стані частинки забруднень, заряджені негативно, і тим самим сприяють досить швидкого очищення води. За рахунок цього вода стає прозорою, поліпшується її показник кольоровості.
В якості коагулянту в даний час найбільш широко застосовується сірчанокислий алюміній (сульфат алюмінію або сірчанокислий глинозем), утворює з бікарбонатами води великі пластівці гідрату окису алюмінію, крім того, використовуються високомолекулярні флокулянти лужної крохмаль, активована кремнієва кислота та інші синтетичні препарати, похідні акрилової кислоти - поліакриламід (ПАА).
Сірчанокислий алюміній застосовується в різних дозах від 30 до 200-300 мг на 1 л води. Такий широкий діапазон доз залежить від рН води, її температури, наявності у воді бікарбонатів, характеру суспензії, наявність гумінових речовин, каламутності, кольоровості і т. д.
Особливо велике значення має лужність води. Часто у весняний період, коли у водойму надходить велика кількість паводкових вод, лужність води різко знижується, бікарбонатів у воді виявляється недостатньо і коагуляція протікає вкрай мляво або зовсім не настає. У цих випадках воду доводиться попередньо alkalize його. Таким чином, доза коагулянту визначається та розраховується попередньо дослідним шляхом, виходячи з конкретних умов. При додаванні до води недостатнього його кількості відбувається слабке хлопьеобразование, а отже, і недостатнє освітлення води, в результаті чого якість її буде незадовільним.
Введення коагулянту в надмірній кількості також несприятливо впливає на якість води, так як при цьому він не встигає повністю реагувати з бікарбонатами, повний гідроліз настає значно пізніше, в результаті чого знову утворилися пластівці знову роблять воду каламутною (вторинна коагуляція).
Зазвичай на водопровідних станціях необхідна доза коагулянту дозується автоматично і подається у воду.
В даний час у водопровідній практиці застосовується нова установка, що замінює собою весь комплекс очисних споруд звичайного типу і працює за схемою: коагуляція, відстоювання, фільтрування. Ця установка носить назву «контактний освітлювач» (рис. 8). Він являє собою бетонний резервуар, заповнений гравієм і піском на висоту 2,3-2,6 м. Вода подається через систему труб в нижню частину освітлювача, а коагулянт вводиться безпосередньо в трубопровід перед надходженням води у освітлювач. Коагуляція відбувається в нижніх крупнозернистих частинах освітлювача, затримуються у верхніх пластівці коагулянту та інших зважених часток. Недоліком контактного освітлювача є його невелика продуктивність і швидке забруднення, що вимагає його частого очищення.
Рис. 8. Схема пристрою контактного освітлювача. 1 - зерниста завантаження; 2 - збірний кишеню; 3 - відведення промивної води; 4 - відведення освітленої води; 5 - стік; 6 - подача річкової води; 7 - подача промивної води.
