Совершенствование технологии очистки воды на Западной станции водоподготовки

Аннотация

В январе 2011 г. на Западной станции водоподготовки Москвы введен в эксплуатацию новый озоносорбционный блок проектной производительностью 250 тыс. м³/сут. Блок полностью автоматизирован. Контроль и управление технологическим процессом очистки осуществляется из центрального диспетчерского пункта. Применение озоносорбционной технологии обеспечивает высокую эффективность удаления органических веществ (цветность, перманганатная окисляемость, общий органический углерод), дезодорацию и улучшение вкусовых качеств питьевой воды, позволяет минимизировать образование хлорорганических соединений (хлороформа). Объем питьевой воды, обработанной по новой технологии, составил 490 тыс. м³/сут, или 43% общего объема подачи воды в город.

Ключевые слова

водоподготовка , камера хлопьеобразования , механический смеситель , озоносорбция , отстаивание , фильтрация

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Западная станция водоподготовки является одной из пяти станций, снабжающих Москву питьевой водой. Источником водоснабжения служит река Москва. Площадь водосбора Москворецкого источника велика, поэтому качество воды в нем в значительной степени зависит от природных, техногенных и социально-демографических факторов. Как любой поверхностный водоисточник, Москва-река подвержена сезонным изменениям качества воды – в весенние и осенние паводки для нее характерны высокие показатели мутности, цветности, перманганатной окисляемости. В период с окончания весеннего половодья и до октября в реке отмечается интенсивное развитие водорослей, придающих воде специфические запахи (тинистый, рыбный, землистый), в холодное время года – высокое содержание микробиологических загрязнений. Периодически наблюдается загрязнение водоисточника вследствие техногенных аварий или хозяйственной деятельности на площади водосбора. При этом увеличивается содержание аммиака, появляются неприятные запахи, ухудшаются бактериологические показатели качества воды. В периоды половодья ситуация осложняется попаданием в водоисточник навозных стоков с животноводческих ферм и птицефабрик.

Одновременно с расширением хозяйственного освоения площади водосбора активно пересматривается нормативная база, регламентирующая качество питьевой воды, вводится нормирование новых показателей, снижаются абсолютные величины нормативов.

Традиционная двухступенчатая технология очистки воды на Западной станции водоподготовки включает реагентную обработку (гипохлоритом натрия, аммиачной водой, флокулянтом, коагулянтом), отстаивание в горизонтальных отстойниках и фильтрацию через песчаные фильтры.

Очистные сооружения московских станций водоподготовки были спроектированы и построены с учетом действовавших до 1997 г. нормативов и не рассчитаны на работу в условиях постоянно возрастающей антропогенной нагрузки на водоисточники.

Традиционные методы очистки воды (коагулирование с последующим осветлением, обеззараживание с помощью химических реагентов) позволяют удалять взвешенные и коллоидные вещества, однако при антропогенном загрязнении водоисточника эта технология недостаточно эффективна. В данной ситуации повышение барьерной роли и надежности работы очистных сооружений возможно только путем дополнения существующей технологической схемы водоподготовки другими методами. Использование новых технологий в дополнение к традиционным позволяет повысить надежность процесса очистки и безопасность питьевой воды независимо от состояния водоисточника.

Для решения этих задач, согласно Постановлению Правительства Москвы от 14 марта 2006 г. № 176-ПП «О развитии систем водоснабжения и канализации города Москвы на период до 2020 года», проводится поэтапная реконструкция городских станций водоподготовки. Так, на Западной станции в январе 2011 г. был пущен в эксплуатацию новый озоносорбционный блок проектной производительностью 250 тыс. м³/сут, что составляет четверть всей производительности станции.

Очистные сооружения нового озоносорбционного блока представляют собой две отдельные технологические линии производительностью по 125 тыс. м³/сут. Линии могут работать независимо друг от друга, обеспечивая возможность применения разных режимов обработки воды. Новая технологическая схема наряду с традиционными стадиями очистки включает окислительно-сорбционную обработку с использованием озона и гранулированного активированного угля (рис. 1).

Основная цель обработки воды коагулянтом – нейтрализация заряда коллоидных частиц загрязнений. Наилучшие результаты достигаются при условии, когда заряд коллоидных частиц полностью нейтрален до того, как часть коагулянта начинает образовывать осадок. Время коагуляции ничтожно мало (менее секунды), поэтому в смесителе важно как можно быстрее и равномернее распределить реагент в объеме воды. Укрупнение коллоидных частиц, образующихся в процессе гидролиза коагулянтов, происходит в камерах хлопьеобразования постепенно, в течение длительного времени. Смесители и камеры хлопьеобразования на старых сооружениях блоков № 1 и 2 не позволяют оперативно изменять режим смешения реагента с водой при изменении качества воды, т. е. не обеспечивают необходимые условия для проведения эффективного хлопьеобразования и дальнейшего осветления воды. В лучшем случае они неплохо работают в летний период при температуре воды 15–25°С. Как правило, недостаточную интенсивность смешения коагулянта с водой в смесителе и камере хлопьеобразования приходится компенсировать путем увеличения его дозы.

Возможность изменения параметров смешения воды является одним из основных факторов для повышения эффективности коагуляционной обработки, влияющим на снижение остаточных количеств алюминия, эффективность удаления из воды загрязнений, а также себестоимость воды. На новом блоке для обеспечения оптимальных режимов смешения и хлопьеобразования предусмотрены механические смесители и камеры хлопьеобразования (рис. 2), оснащенные лопастными мешалками фирмы «Milton Roy» с регулируемой скоростью вращения.

Отстойники нового блока оборудованы тонкослойными модулями (рис. 3), способствующими более полному осаждению скоагулированных загрязнений. Тонкослойные модули обеспечивают устойчивый, близкий к ламинарному, режим осаждения в слоях небольшой высоты. Для удаления скапливающегося на дне осадка отстойники оборудованы скребковыми механизмами, которые через каждые 20 минут сбрасывают осадок со дна отстойника в приямок. При достижении рабочего уровня в приямке накопленный осадок откачивается в иловый резервуар блока № 2, а затем – в канализацию.

Большое значение в процессе очистки воды на новом блоке отводится фильтровальным сооружениям. Дренажная система фильтров выполнена из панелей «Triton» (рис. 4). Внутри панели проложены желоба U-образной формы, к которым приварена проволока из нержавеющей стали с V-образным сечением. Система двойной поверхности позволяет равномерно распределять поток воды и воздуха в фазе обратной промывки. Размер щелей 0,3–0,5 мм, расстояние между щелями 2 мм. Индивидуальный подбор щелей позволяет использовать эту систему и на угольных фильтрах.

Основными преимуществами дренажной системы являются ее высокая коррозионная и механическая стойкость, долгий срок службы, а V-образная проволока предотвращает забивание и обеспечивает легкую очистку щелей. Водовоздушная промывка позволяет повысить качество отмывки загрузки, а также сократить расход промывных вод. Промывные воды от фильтровальных сооружений поступают в отстойник оборотной воды старого блока № 2, где была проведена реконструкция с установкой тонкослойных модулей. Это позволило обойтись без строительства нового отстойника промывных вод для озоносорбционного блока. Фильтрованная вода после скорых песчаных фильтров отводится на сооружения озоносорбции.

Технологическое оборудование построенной станции озонирования предназначено для получения озоно-воздушной смеси, подачи и распределения ее в объеме обрабатываемой воды, отведения и деструкции остаточного озона. Комплектная озонаторная установка максимальной производительностью 36 кг/ч озона с автоматизированной системой управления совмещена с контактными резервуарами.

Комплектная озонаторная установка включает в себя следующие системы.

Система подготовки воздуха содержит три блока подготовки воздуха (компремирование, очистка и осушка). В каждый блок входит воздушно-компрессорная станция, состоящая из четырех модулей производительностью ~ 500 м³/ч каждый, а также блок очистки и осушки воздуха с двумя абсорберами и электронагревательным элементом.

Система синтеза озона с тремя озонаторами, каждый из которых состоит из генератора озона в составе четырех модулей производительностью до 6,25 кг/ч озона, источника питания в составе четырех модулей и системы водяного охлаждения озонатора.

Система контактных резервуаров оборудована иллюминаторами с подсветкой для визуального наблюдения за работой систем диспергирования.

Очищаемая вода поступает в контактный бассейн, выполненный по схеме спутных потоков воды и озоно-воздушной смеси, через множество отверстий, расположенных в промежуточном днище резервуара. Отвод озонированной воды производится через желоба с затопленными кромками.

Озоно-воздушная смесь распределяется в воде с помощью диспергаторов (рис. 5), имеющих форму пустотелых панелей (пластин) из титана, с отверстиями диаметром 70–100 мкм в крышке для выхода смеси. В каждом контактном резервуаре установлено 216 диспергаторов, функционально разделенных на три группы по 72 панели. Диспергаторы запитываются озоно-воздушной смесью из отдельных трубопроводов, снабженных расходомерами и регуляторами потока.

Система отведения отработанной озоно-воздушной смеси из контактных резервуаров озонирования воды включает деструкторы термокаталитического разложения остаточного озона, вытяжные вентиляторы, воздуховоды, устройства измерения, контроля и регулирования параметров процесса.

Озонированная вода поступает на угольные фильтры для удаления органических веществ и соединений, образовавшихся в результате предварительного хлорирования и озонирования. Это обеспечивает высокую надежность очистки воды от запахов, привкусов и техногенных органических соединений.

Скорые безнапорные угольные фильтры оборудованы дренажной системой «Triton». Водная поверхность угольных фильтров расположена в отдельном изолированном помещении, оборудованном датчиками и аварийной системой вентиляции на случай диффузии в надводное пространство непрореагировавшего озона. Вода с угольных фильтров после обработки озоном обеззараживается гипохлоритом натрия и поступает в резервуары чистой воды блока № 1, где происходит ее смешение с водой, обработанной по традиционной технологии.

Автоматизированная система управления установкой озонирования содержит центральный контроллер диспетчерского пункта, вычислительную сеть Ethernet и локальные автоматизированные системы управления.

Все технологические процессы нового блока автоматизированы. Оперативный контроль качества воды осуществляют автоматические приборы, которые в режиме on-line передают результаты измерений в единую информационную систему. Контроль и управление технологическим процессом очистки осуществляются из центрального диспетчерского пункта.

Качество питьевой воды, очищенной с применением новых технологий, значительно превосходит полученное по традиционной технологии. Наибольшее различие выражено в отсутствии хлороформа; благоприятных органолептических свойствах, включая запах воды, независимо от качества воды р. Москвы; незначительной мутности, содержании остаточного алюминия и органических веществ (рис. 6).

Максимальные значения показателей качества питьевой воды, обработанной по традиционной технологии и с применением озоносорбции, приведены в таблице.

После ввода в эксплуатацию нового блока очистных сооружений на Западной станции водоподготовки объем питьевой воды, очищенной с использованием наилучших доступных технологий, составил 490 тыс. м³/сут, или 43% всей подаваемой в город воды.

Перспектива ужесточения нормативов качества питьевой воды, а также увеличение риска аварийного загрязнения источников водоснабжения диктуют необходимость дальнейшего повышения степени очистки питьевой воды, которое целесообразно реализовывать за счет дополнительного применения технологии мембранного фильтрования. Использование мембран нацелено на глубокое удаление из воды взвешенных веществ, бактерий и вирусов. Питьевая вода, полученная по такой технологии, соответствует требованиям нормативов в любых ситуациях, независимо от состояния поверхностных источников. О востребованности мембранных технологий свидетельствует масштаб развития производств и оборудования. Ежегодное увеличение рынка мембранных систем составляет 9–12%. В водном секторе в последние годы ежегодное увеличение вводимых в эксплуатацию сооружений, основанных на мембранных технологиях, составляет 30–35%.Форсированное развитие отечественного рынка мембранных материалов и оборудования должно послужить основополагающим стимулом к внедрению инновационных методов очистки питьевой воды.

Выводы

Озоносорбционная технология очистки воды по сравнению с традиционными методами обеспечивает высокую эффективность удаления органических веществ (цветность, перманганатная окисляемость, общий органический углерод), дезодорацию и улучшение вкусовых качеств питьевой воды, позволяет минимизировать образование хлорорганических соединений (хлороформа). В настоящее время на всех станциях водоподготовки Москвы предусмотрен поэтапный переход на использование новых технологий очистки.

Российская ассоциация водоснабжения и водоотведения