Обеззараживание воды ультрафиолетовым облучением на водоочистных сооружениях г. Ангарска

Аннотация

В целях повышения барьерной функции в отношении вирусов, паразитов и водных бактерий на водоочистных сооружениях г. Ангарска в 2009 г. введена в эксплуатацию станция ультрафиолетового обеззараживания питьевой воды. Оборудование станции размещено в здании блока основных сооружений перед вертикальными смесителями. С первых дней работы станции установлена высокая эффективность метода УФ-обеззараживания. Результаты анализов показали полную инактивацию всех водных микроорганизмов, а также зависимость интенсивности излучения ламп от органолептических свойств речной воды. С целью устранения этой зависимости предложена альтернативная схема подачи воды: на установки УФ-обеззараживания поступает не речная, а очищенная после фильтров вода.

Ключевые слова

питьевая вода , хлорирование , мутность , ультрафиолетовое обеззараживание , водоподготовка , микроорганизмы , инактивация

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Источником хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения г. Ангарска служит река Ангара. Подготовка питьевой воды по проекту осуществляется на скорых фильтрах с зернистой загрузкой без предварительного отстаивания. Основная механическая и реагентная очистка проводится в блоке сооружений, в состав которого входят:

два железобетонных смесителя вертикального типа для приема речной воды и смешения ее с реагентами;
восемь скорых фильтров с фильтрующей загрузкой из гранодиорита для осветления и очистки речной воды. Проектная производительность одного фильтра составляет 720 м³/ч при полезной площади фильтрации 119 м², рекомендованная скорость фильтрования 5,5 м/ч. Скорые фильтры имеют возможность работать в режиме контактных осветлителей;
две емкости общим объемом 1200 м³для хранения крепкого раствора коагулянта;
четыре емкости общим объемом 320 м³для приготовления и хранения рабочего раствора коагулянта;
технологические трубопроводы речной, очищенной, промывной воды и реагентопроводы.

Реагентная обработка воды осуществляется по принципу контактной коагуляции, при которой процесс хлопьеобразования заканчивается в толще фильтрующей загрузки фильтров. Обработка коагулянтами и флокулянтами предусмотрена только лишь на период паводка (с мая по август). По проекту обеззараживание воды предусмотрено газообразным хлором, однако в 2009 г. после ввода в эксплуатацию станции приемки и дозирования гипохлорита натрия обеззараживание производится этим реагентом. Общая производительность водоочистных сооружений составляет 120 тыс. м³/сут очищенной воды.

В целях повышения барьерной функции в отношении вирусов, паразитов, водных бактерий на водоочистных сооружениях г. Ангарска в сентябре 2009 г. введена в эксплуатацию станция обеззараживания питьевой воды ультрафиолетом.

Для сокращения затрат на внедрение прогрессивного метода обеззараживания в 2004 г. на этапе подготовки проектной документации, размещение станции УФ-обеззараживания было предусмотрено в существующем здании блока основных сооружений. Для обеспечения эффективного обеззараживания питьевой воды до требований СанПиН 2.1.1074-01, снижения микробиологического загрязнения, поступающей в смесители водоочистных сооружений речной воды повышения барьерной функции при максимальном расходе 7200 м³/ч специалистами НПО «ЛИТ» рекомендована оптимальная модификация двух УФ-установок УДВ 216А-6В-800Б-1.

В периоды ухудшения показателей речной воды (по мутности и цветности), а также при проведении технологического обслуживания оборудования УФ-установок (промывка, замена ламп и т. д.) проектом предусмотрено обеззараживание другими методами (первичным хлорированием).

Положительные результаты работы станции УФ-обеззараживания были получены еще на этапе пусконаладочных работ в сентябре 2009 г. С целью определения эффективности обеззараживания воды УФ-облучением специалистами предприятия была разработана программа санитарно-микробиологического контроля эффективности УФ-установок на водоочистных сооружениях города. В период пусконаладочных работ анализ проб проводился ежедневно по микробиологическим показателям: общим колиформным бактериям (ОКБ), термотолерантным колиформным бактериям (ТКБ), общему микробному числу (ОМЧ), индикатору вирусного загрязнения воды – колифагам. Полученные результаты показали, что прохождение воды через установки УФ-обеззараживания позволяет снизить количественный показатель ОКБ на 99,995%, ТКБ на 99,996%, ОМЧ и колифагов на 100% по сравнению с показателями речной воды (табл. 1).

В дальнейшем при режимной эксплуатации станции УФ-обеззараживания, согласно «Программе работ по замене первичного хлорирования УФО и снижению остаточного хлора на водоочистных сооружениях МУП г. Ангарска «Ангарский Водоканал», были проведены дополнительные исследования эффективности работы УФ-установок.

Результаты микробиологических испытаний подтвердили стабильность процесса обеззараживания воды УФ-установками после одного месяца непрерывной работы. Как и на этапе пусконаладочных работ, были получены данные, подтверждающие, что УФ-обеззараживание снижает количество ОКБ на 99,995%, ТКБ на 99,998%, ОМЧ и колифагов на 100% по сравнению с исходной водой. Энтеро- и ротавирусы после УФ-установок не обнаружены (табл. 2).

Кроме этого было выявлено, что сочетание физико-химических методов обеззараживания ультрафиолетовым излучением и гипохлоритом натрия обеспечивает выход с насосной станции второго подъема воды, полностью удовлетворяющей требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 по микробиологическим и химическим показателям. Пролонгирующее действие гипохлорит-иона позволяет получать в распределительной сети г. Ангарска качественную питьевую воду.

В то же время в процессе эксплуатации были выявлены недостатки проектной технологической схемы, обусловленные местом расположения УФ-установок. Для предотвращения разрушения кварцевых чехлов и выхода из строя установок УДВ вследствие шугохода зимой 2009–2010 годов персонал водоочистных сооружений вынужден был исключать установки УФ-обеззараживания из схемы водоподготовки. В паводковый период (с мая по сентябрь 2010 г.) была выявлена высокая степень зависимости УФ-излучения от физико-химических свойств обрабатываемой воды. При мутности исходной воды 5,5 мг/л интенсивность излучения снижалась от 35 до 5,8 мДж/см², и на мониторе установок высвечивался индикатор «Предупреждение». При повышении мутности до 9 мг/л высвечивался индикатор «Авария».

В паводковый период при мутности исходной воды свыше 9 мг/л УФ-обеззараживание теряло всякий смысл и исключалось из схемы водоподготовки. Кроме того, при проведении профилактических работ во входных камерах установок фиксировалось большое количество ила, водорослей и т. д.

В целях устранения вышеперечисленных недостатков специалистами Ангарского Водоканала было предложено произвести переобвязку установок УФ-обеззараживания. Цель данного предложения – подача на установку УФ-обеззараживания фильтрованной воды с мутностью, благоприятной для проведения эффективного УФ-облучения, не прибегая к коренному изменению компоновки основного технологического оборудования.

Специалистами ЗАО «Сибресурс» (г. Новосибирск) и кафедры водоснабжения и водоотведения НГАСУ был выполнен гидравлический расчет с построением высотной схемы сооружений и графика потерь напора. В результате расчета был определен диктующий уровень, соответствующий минимальному уровню воды в скором фильтре, при котором схема работоспособна. Также в результате гидравлического расчета было выявлено, что устройство одного общего сборного коллектора Д_у 1000 мм от установок УФ-обеззараживания до коллектора чистой воды со значительным уклоном позволит увеличить скорость движения воды с получением эффекта сифона, т. е. создать зону разряжения (вакуум от 0,1 до 0,2 м вод. ст.) на выходе из установок УФ-обеззараживания. По результатам анализа гидравлических расчетов, в целях сокращения затрат на внедрение, было принято решение об устройстве одного отводящего трубопровода Д_у 1000 мм от установок УФ-обеззараживания до коллектора чистой воды.

Для внедрения данного предложения был выполнен монтаж: подводящих трубопроводов Д_у 1000 мм от сборного коллектора фильтрованной воды Д_у 1200 мм до каждой УФ-установки; двух отводящих трубопроводов Д_у 1000 мм от УФ-установок с врезкой в общий сборный коллектор Д_у 1000 мм для отвода питьевой воды в резервуар чистой воды. На вновь смонтированных подводящих и отводящих трубопроводах предусмотрена запорная арматура (рисунок).

После выполнения в 2010 г. работ по переобвязке станции УФ-обеззараживания движение воды по сооружениям осуществляется следующим образом. Исходная вода через задвижки 101 и 105 подается на вертикальные смесители вихревого типа, минуя установки УФ-обеззараживания, расположенные перед смесителями на входе в блок основных сооружений. Пройдя через смесители, вода (по проекту) направляется на скорые фильтры для механической очистки. После скорых фильтров очищенная вода по двум коллекторам Д_у 1000 мм (максимальный расход 675 л/с каждый, скорость 0,8 м/с) направляется на установки УФ-обеззараживания УДВ-216А-6В-800Б-1. Пройдя через установки УФ-обеззараживания по общему сборному коллектору Д_у 1000 мм с максимальным расходом 1350 л/с при скорости 1,7 м/с, вода направляется в правый коллектор чистой воды и далее в резервуар чистой воды.

Схема была введена в эксплуатацию в декабре 2010 г. и успешно эксплуатируется в настоящее время. Несмотря на то что зимой 2010–2011 г. мутность исходной воды поднималась до 39,9 мг/л, и периодически отмечался шугоход, установки УФ-обеззараживания работали без отключений в штатном режиме.

Выводы

Внедрение предложенной схемы позволило использовать установки УФ-обеззараживания на фильтрованной воде, что способствует максимальной эффективности по инактивации болезнетворных бактерий, устойчивых к воздействию хлорсодержащих реагентов независимо от органолептических показателей исходной (речной) воды, а также повысить барьерную функцию водоочистных сооружений в отношении вирусных загрязнений. Качество питьевой воды улучшается за счет сокращения дозы вводимых хлорсодержащих реагентов, что в свою очередь приводит к уменьшению содержания в питьевой воде хлорорганических соединений.

В период проведения пусконаладочных работ альтернативной схемы УФ-обеззараживания было проведено апробирование ее эффективности по микробиологическим показателям. В результате получены данные, свидетельствующие, что в таком режиме работы водоочистных сооружений возможно добиться 100-процентного обеззараживания воды еще до узла ввода вторичного хлорирования.

Внедрение предложенной схемы позволило обезопасить оборудование станции УФ-обеззараживания от негативного воздействия природных, техногенных паводков и шугохода, а также значительно сократить затраты на проведение регламентных работ по регенерации установок УФ-обеззараживания.