Модернизация Зеленогорской водопроводной станции – этап реализации региональной программы «Чистая вода»

Аннотация

В рамках модернизации Зеленогорской водопроводной станции (Санкт-Петербург) выполнена перегрузка скорых фильтров с установкой новой дренажной системы TRITON, усовершенствована система аэрирования воды (обогащение кислородом на тарельчатом аэраторе) и осуществлена автоматизация технологического процесса. Внедрена технология очистки воды от марганца на второй ступени процесса с использованием каталитического окисления в напорных фильтрах, содержащих трехслойную загрузку из кварцевого песка, пиролюзита и антрацита. Качество воды, очищенной на Зеленогорской водопроводной станции после ее модернизации, соответствует по всем показателям российским и европейским нормативам.

Ключевые слова

очистка , фильтрация , аэрация , напорные фильтры , водовоздушная промывка , подземные воды , окисление , железо , марганец , антрацит , пиролюзит , кварцевый песок

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

В соответствии с региональной программой развития систем водоснабжения и водоотведения Санкт-Петербурга «Чистая вода», ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» осуществляет плановую реконструкцию и модернизацию водопроводных станций города и пригородов. Совершенствование системы водоснабжения направлено на повышение качества питьевой воды, выполнение требований отечественных норм и европейских стандартов, предоставление услуг высокого уровня всем абонентам, повышение эффективности производственных процессов при сокращении затрат на их реализацию. Большое значение придается эффективному использованию запасов подземных вод в качестве источников водоснабжения.

Основные запасы пресных подземных вод, которые используются (или планируются к использованию) для хозяйственно-питьевого водоснабжения, расположены в Курортном и Ломоносовском (самоизливающиеся ключи Силурийского плато) районах Санкт-Петербурга, а также в Красном Селе [1]. Источником водоснабжения служат подземные воды Зеленогорского месторождения, которое относится к межморенному водоносному комплексу. Подземные воды – пресные, по химическому составу – гидрокарбонатно-натриевые с минерализацией 0,06–0,17 г/л, жесткость менее 3 мг-экв/л.

Вода забирается из артезианских скважин нижнего моренного горизонта (на глубине около 80 м). Расход скважин колеблется от 50 м³/ч (на территории водопроводной станции) до 250 м³/ч (на расстоянии 5 км от станции), в зависимости от напора и используемого оборудования. Подземные воды характеризуются повышенным содержанием железа (до 10 мг/л) и марганца (до 1 мг/л). По остальным показателям артезианская вода соответствует нормативам.

Зеленогорская водопроводная станция обслуживает город Зеленогорск и ближайшие поселки Курортного района Санкт-Петербурга. Станция была построена в 1956 г. с расчетной производительностью 4,5 тыс. м³/сут. В ее состав входили: два трубчатых колодца (скважины), два резервуара чистой воды по 400 м³, аэратор, отстойники и скорые фильтры с песчаной загрузкой. В дальнейшем станция несколько раз подвергалась расширению и реконструкции, в результате чего количество водозаборных скважин увеличилось до 11 (расположены «кустами» на четырех площадках непосредственно в черте г. Зеленогорска), возрос парк резервуаров чистой воды до 5800 м³. По состоянию на 2000 г. производительность станции увеличилась до 6,1 тыс. м³/сут.

Первоначально принятая на станции технология обработки воды заключалась в применении упрощенной аэрации с последующим одноступенчатым фильтрованием (рис. 1).

Исходная вода из артезианских скважин погружными насосами по водоводу диаметром 500 мм подавалась на станцию обезжелезивания, оборудованную тарельчатым аэратором, контактным резервуаром и пятью скорыми фильтрами. Подземная вода обогащалась в аэраторе кислородом воздуха для окисления закисного железа, одновременно осуществлялась отдувка углекислоты. Аэратор тарельчатого типа представлял собой подающую трубу с тремя разбрызгивающими тарелками. Вода из аэратора сливалась в контактный резервуар, где находилась в течение 6–12 мин, затем поступала на пять скорых фильтров. Продолжительность фильтроцикла составляла 12 часов.

Качество питьевой воды на станции полностью соответствовало действовавшим нормативам [2]. С введением в 2003 г. нормативных документов [3], ужесточивших требования к качеству питьевой воды, возникла необходимость реконструировать очистные сооружения г. Зеленогорска. Концентрация марганца в обработанной воде колебалась в пределах 0,1–0,4 мг/л и в 66,7% проб превышала нормативную величину (0,1 мг/л).

Работы по реконструкции и модернизации Зеленогорской водопроводной станции с целью дальнейшего увеличения ее производительности и повышения качества питьевой воды были выполнены ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» совместно с польской фирмой «Кревокс» в 2004–2005 годах. Модернизированные сооружения стали первой ступенью обработки воды, а также были построены сооружения второй ступени на напорных фильтрах.

В процессе реконструкции первой ступени водопроводной станции была изменена конструкция аэратора, смонтирована новая дренажная система открытых фильтров, заменена их загрузка, введена водовоздушная промывка фильтров, автоматизирована их работа.

Аэратор каскадного типа(рис. 2)диаметром 2,25 м и высотой 2,3 м имеет три яруса, рассчитан на производительность 450 м³/ч и обеспечивает насыщение воды кислородом до концентрации 8 мг/л. Он установлен на месте старого на поддерживающих стальных конструкциях с обвязкой из плексигласа и снабжен приточно-вытяжной вентиляцией.

В аэраторе происходит окисление растворенного двухвалентного железа и отдувка растворенной углекислоты. Для более глубокого окисления соединений железа и марганца в воду вводится раствор гипохлорита натрия, доза которого по активному хлору составляет 4–5 мг/л. Хлорирование проводится после аэратора.

При реконструкции открытых фильтров первой ступени применена дренажная система TRITON, которая представляет собой уложенные по дну полусферические каналы, перекрытые сверху щелевыми элементами. Элементы выполнены путем навивки проволоки из нержавеющей стали и приварены к направляющему каркасу элемента. Проволока профилирована таким образом, что между ее рядами образуются щели, расширяющиеся вглубь элемента (рис. 3). Такое решение обеспечивает высокую прочность конструкции дренажа. Благодаря расширяющейся форме щели, меньше закупориваются фильтрующие элементы, облегчается их промывка. Достоинствами дренажной системы TRITON являются: возможность работы без поддерживающих слоев загрузки; равномерное распределение воды по площади фильтра; простота монтажа (рис. 4). Внедрение дренажной системы TRITON при реконструкции открытых фильтров на станции позволило применить двухслойную фильтрующую загрузку без увеличения ее общей высоты. Нижний слой загрузки состоит из кварцевого песка с размером зерен 0,6–0,8 мм и высотой слоя песка 800 мм, верхний слой загрузки – из антрацита крупностью 0,8–2 мм и высотой слоя 400 мм. Таким образом, общая высота загрузки фильтров осталась прежней – 1,2 м, но их грязеемкость за счет создания верхнего слоя загрузки значительно возросла, что позволило увеличить продолжительность фильтроциклов в два раза. Площадь каждого фильтра составляет 19,8 м². Один раз в сутки на фильтрах проводится водовоздушная промывка загрузки: воздухом в течение 3,5 минут с интенсивностью 20 л/(с·м²), водой в течение 7,5 минут с интенсивностью 8,3 л/(с·м²) (рис. 5). Фильтры оборудованы новой системой автоматического регулирования их работы: с помощью клапанов Cla-Val поддерживается постоянная скорость фильтрования на каждом отдельном фильтре, в автоматическом режиме обеспечивается промывка фильтров.

Очистные сооружения второй ступени Зеленогорской водопроводной станции предназначены для дальнейшей очистки воды от железа и марганца и включают в себя следующее оборудование: шесть напорных фильтров Hi-Flo 9 UFR 100 фирмы «Culligan», сетевые насосы фирмы «Gгundfos», промывные насосы для напорных фильтров, демпферные емкости, дозатор гипохлорита натрия, расходомеры, анализатор хлора. Технологическая схема очистных сооружений второй ступени станции приведена на рис. 6. Вода после очистки на фильтрах первой ступени из резервуаров чистой воды подается сетевыми насосами в напорные фильтры, выполненные в виде стальных емкостей диаметром 2,5 м и высотой 3,36 м. Дренаж фильтров представляет собой перфорированную плиту с соплами. Фильтры заполнены многослойной загрузкой: нижний слой – кварцевый песок, каталитический слой – пиролюзит (где происходит доокисление железа и марганца), верхний слой – антрацит. Поддерживающий слой гравия имеет высоту 0,5 м. Далее расположены слои: кварцевого песка крупностью 0,5–0,6 мм и высотой 0,56 м, пиролюзита крупностью 0,35–0,85 мм и высотой 0,27 м, антрацита крупностью 0,8–2 мм и высотой 0,25 м.

Работа напорных фильтров автоматизирована, управление осуществляется с помощью контроллеров, реле времени и мембранных клапанов. Конструкция напорного фильтра приведена на рис. 7, а вид зала с напорными фильтрами – на рис. 8. В процессе работы фильтров по мере исчерпания активности каталитического слоя загрузки производится его периодическая регенерация раствором гипохлорита натрия.

Обратная промывка загрузки фильтров производится сетевыми насосами в два этапа. Продолжительность основного цикла промывки (первый этап) при интенсивности 44,5 м³/(ч·м²) составляет 10 минут. После фазы успокоения, которая продолжается 3 минуты, производится дополнительная промывка загрузки в течение 5 минут с интенсивностью 23,2 м³/(ч·м²) (второй этап). Промывка фильтров осуществляется поочередно в периоды минимального водопотребления. На промывку одного фильтра расходуется около 45 м³ воды. Промывная вода отводится в канализацию.

Для поддержания постоянного рабочего давления в напорных фильтрах в систему на входе установлены регулирующие клапаны Cla-Val. Чистая вода после фильтров поступает в водопроводную сеть по двум трубопроводам, на которых размещены электромаrнитные расходомеры. На станции установлены современные системы дозирования реагентов и приборы технологического контроля. Управление технологическим процессом очистки воды полностью автоматизировано. Данные о работе станции выводятся на монитор диспетчера.

Выводы

В результате модернизации Зеленогорской водопроводной станции содержание марганца в воде, подаваемой в городскую водопроводную сеть, снижено на 3 порядка (рис. 9). Увеличение числа ступеней очистки позволило также снизить содержание железа в очищенной воде (рис. 10). Качество питьевой воды (таблица) по всем показателям соответствует не только российским, но и европейским нормативам. Новую технологию очистки подземных вод от комплексных соединений железа и марганца рекомендуется использовать в пригородах Санкт-Петербурга, в частности в поселках Солнечное, Дюны и др.

Список цитируемой литературы

Водоснабжение Санкт-Петербурга: Под ред. Ф. В. Кармазинова. – СПб: Новый журнал, 2003.
СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.
ГН 2.1.5.1315-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.