bbk 000000

УДК 628.16.066.1

Стрелков А. К., Сопыряев М. Н., Егорова Ю. А., Быкова П. Г.

Развитие технологии контактного осветления при очистке маломутных вод

Аннотация

Рассмотрено усовершенствование одноступенчатой технологической схемы очистки маломутной воды Саратовского водохранилища (р. Волга) в контактных осветлителях на очистных сооружениях г. Самары. Опыт эксплуатации контактных осветлителей в г. Самаре в условиях обработки маломутных цветных вод показал высокую эффективность осветления и обесцвечивания воды при одновременном удешевлении стоимости строительства и эксплуатации очистных сооружений по сравнению с двухступенчатой очисткой воды. Процесс контактной коагуляции протекает быстрее, чем при обычной коагуляции в свободном объеме. Доза коагулянта при осветлении воды на контактных осветлителях меньше, чем при двухступенчатой очистке. Температура воды почти не влияет на процесс контактного коагулирования.

Ключевые слова

обеззараживание , поверхностный водоисточник , водопроводная станция , контактный осветлитель , загрузочный материал

 

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

С каждым годом расширяется утвержденный санитарными органами список вредных веществ, предельно допустимая концентрация которых в источнике водоснабжения измеряется долями миллиграмма в одном литре воды. Наука всегда искала решения по разработке более совершенных схем очистки, новых реагентов с повышенной эффективностью для каждого конкретного источника водоснабжения.

Водопровод г. Самары был производственной лабораторией для испытания новых устройств и схем очистки воды. Здесь впервые в стране начали эксплуатировать двухпоточные фильтры АКХ, горизонтальные двухъярусные отстойники, горизонтальные отстойники со встроенной камерой реакции, контактные осветлители.

Интересна история строительства контактных осветлителей в Самаре.

Контактный осветлитель, разработанный в 1953 г. специалистами НИИ АКХ им. К. Д. Памфилова (Москва) под руководством Д. М. Минца и С. А. Шуберта, основан на использовании контактной коагуляции. Применение этого метода при очистке маломутной и цветной воды позволяет отказаться от громоздкой схемы очистки с использованием камер реакции и отстойников.

В послевоенные годы в Куйбышеве начинает развиваться водопроводное хозяйство. Снабжение населения водой осуществлялось от двух источников – поверхностного и подземного. Подготовка воды из поверхностного источника проводилась по двухступенчатой схеме (отстойники и скорые фильтры), а вода подземного источника с высокой жесткостью без очистки подавалась насосной станцией в водопроводную сеть центральной части города.

По техническому проекту реконструкции и расширения водопровода города было предложено к 1960 г. закрыть и зарезервировать насосную станцию подземного источника из-за высокой жесткости воды. Основная причина – отсутствие свободной территории для размещения очистных сооружений, хотя экономическая целесообразность перевода городской насосной станции на использование речной воды была очевидна.

В середине 1955 г. городские власти и руководство Водоканала приняли решение о коренной реконструкции насосной станции с целью обеспечения центральной части города мягкой очищенной волжской водой. В целях экономии площади разработчиками контактных осветлителей впервые было предложено построить в г. Куйбышеве сооружения для очистки волжской воды по одноступенчатой схеме с контактными осветлителями производительностью 50 тыс. м³/сут.

Проектирование и строительство контактных осветлителей, полная реконструкция коммуникаций в здании насосной станции, замена оборудования более современным и мощным, прокладка водоводов от станции первого подъема ГРЭС к насосной станции проводились в сжатые сроки (1 год и 8 месяцев). В 1957 г. в центральную часть города была подана мягкая очищенная волжская вода.

С вводом очистных сооружений городская насосная станция была переименована в городскую водопроводную станцию. Вода из реки Волги от насосной станции первого подъема (рис. 1) поступает во входную камеру с барабанными сетками, рассчитанную на пребывание воды в течение 4 минут.

Во входной камере выделяется воздух и задерживаются крупные примеси. Далее вода поступает в смеситель дырчатого типа, где происходит смешение воды с коагулянтом. Продолжительность пребывания воды в смесителе 0,6 мин. Затем вода подается на 12 контактных осветлителей площадью по 38 м² каждый. Контактный осветлитель представляет собой железобетонную емкость, по дну которой проложена трубчатая распределительная система, погруженная в гравийно-галечные поддерживающие слои высотой 0,6 м с послойно уменьшающейся к верху крупностью (от 40 до 5 мм). Над поддерживающими слоями располагается фильтрующий слой высотой 2,3 м из кварцевого песка крупностью 2–0,7 мм. Промывка контактных осветлителей производится от специального бака емкостью 400 м³, расположенного вблизи здания осветлителей. Осветленная вода собирается в общий трубопровод и отводится в резервуар чистой воды, откуда насосной станцией второго подъема подается в водопроводную сеть центральной части города.

Качество воды реки Волги в створе водозабора характеризовалось стабильной цветностью 30–50 град и невысокой мутностью, достигающей в паводок 120 мг/л. В качестве коагулянта использовался сернокислый алюминий. Склад коагулянта и баки для приготовления рабочего раствора располагаются в отдельном здании. Раствор коагулянта перекачивается кислотоупорными насосами по винипластовому трубопроводу в два расходных бака (емкостью 27 м³ каждый), расположенных в помещении входной камеры. Для дозирования раствора коагулянта в смеситель впервые был применен дозатор с плавающей шайбой. На станции долгое время осуществлялось двойное хлорирование воды, в настоящее время вместо хлора используется гипохлорит натрия.

При эксплуатации контактных осветлителей на городской водопроводной станции было обнаружено смещение и перемешивание поддерживающих слоев с загрузкой во время промывки. В результате наблюдений за состоянием загрузки осветлителей было установлено, что смещение слоев быстро прогрессировало от промывки к промывке и доходило в отдельных местах до полного обнажения дренажной системы. Из-за смещения гравийных слоев приходилось перегружать контактный осветлитель. Для решения этой проблемы впервые на городской водопроводной станции г. Куйбышева дренажно-распределительная система с гравийной загрузкой была заменена безгравийной (БТРС-2), предложенной И. С. Бабаевым (НИИ АКХ им. К. Д. Памфилова).

Устройство распределительной системы (авторское свидетельство № 201330) состоит из труб, на уровне горизонтального диаметра которых приварены идущие вниз металлические полосы, образующие каналы. В каналах на равном расстоянии установлены вертикальные поперечные перегородки, образующие ячейки, в которых просверлены направленные вниз отверстия. При первом внедрении безгравийной трубчатой распределительной системы на контактных осветлителях городской водопроводной станции было обнаружено, что она не обеспечивает достаточно равномерного распределения воды вдоль труб при фильтровании и промывке. Это объяснялось тем, что в системе не было учтено восстановление скоростного напора по длине перфорированных труб и, следовательно, неравенство расходов в отверстиях. В устройстве не была предусмотрена также защита от коррозии. Между тем практика эксплуатации дырчатых труб показывает, что под действием коррозии меняются размеры отверстий, что приводит к изменению расчетных расходов воды. В процессе монтажа указанной распределительной системы необходимые расчетные расстояния между бетонным дном и стенками труб не обеспечиваются, а каких-либо устройств для сохранения этих расстояний предусмотрено не было.

С целью устранения указанных недостатков сотрудниками кафедры водоснабжения и водоотведения Куйбышевского инженерно-строительного института было предложено располагать отверстия труб и поперечные перегородки, образующие ячейки, вдоль труб на неравных расчетных расстояниях. Кроме того, отверстия в трубах рекомендовано футеровать материалами, стойкими по отношению к коррозии и механическому воздействию. Для предотвращения разрушения дна фильтра и обеспечения постоянства высоты выходных отверстий предложено укладывать под трубами стальные полосы на расчетном расстоянии.

Применение безгравийной трубчатой распределительной системы в контактных осветлителях позволило увеличить высоту фильтрующего слоя и повысить надежность работы осветлителей.

В 1965 г. впервые сотрудниками кафедры водоснабжения и водоотведения Куйбышевского инженерно-строительного института для повышения производительности городской водопроводной станции было предложено заменить в контактных осветлителях кварцевый песок дробленым керамзитом, обладающим более высокими адгезионными свойствами. Такая замена была проведена на одном из осветлителей. В качестве загрузки был использован дробленый керамзит с крупностью зерен 0,5–5 мм, приготовленный путем дробления гранулированного керамзита с объемной массой 350 кг/м³.

Исследования показали, что производительность контактного осветлителя с загрузкой из дробленого керамзита вдвое выше по сравнению со средней производительностью осветлителей с загрузкой из кварцевого песка. При этом в 1,5 раза увеличился межрегенерационный период и в 2 раза снизился расход воды на промывку. К сожалению, из-за отсутствия централизованной поставки дробленого керамзита Водоканал не смог заменить в контактных осветлителях кварцевый песок.

Со строительством ГЭС на Волге и созданием водохранилищ качество воды в районе Куйбышева заметно изменилось в сторону повышения цветности и уменьшения содержания взвешенных веществ. В связи с изменением качества воды Саратовского водохранилища с учетом положительного опыта эксплуатации контактных осветлителей городской водопроводной станции было решено при увеличении производительности водопроводных очистных сооружений применять схему с контактными осветлителями.

Для удовлетворения возрастающего водопотребления населения Куйбышева в районе Студеного оврага в 1983 г. был введен в эксплуатацию комплекс сооружений по забору и очистке воды (НФС-2) проектной производительностью 450 тыс. м³/сут (рис. 2). Забор речной воды осуществляется насосной станцией первого подъема из Саратовского водохранилища. Речная вода подается на блок микрофильтров и далее в смесители. Микрофильтры предназначены для задержания крупных взвешенных частиц, фито- и зоопланктона, а также создания условий для увеличения продолжительности фильтроцикла контактных осветлителей.

При подготовке хозяйственно-питьевой воды на сооружениях применяется реагентная обработка: коагуляция сернокислым алюминием и хлорирование жидким хлором. Для смешения коагулянта с водой предусмотрено два смесителя коридорно-перегородчатого типа. После смешения с коагулянтом обрабатываемая вода по двум водоводам поступает на два блока контактных осветлителей. В состав каждого блока входят 24 контактных осветлителя (площадь каждого 76 м²). Конструктивно контактный осветлитель состоит из двух отделений, разделенных центральным каналом. Дренажно-распределительная система – безгравийная трубчатая, загрузка – кварцевый песок с крупностью зерен 2–0,7 мм, высота фильтрующего слоя 2,5 м. Фильтрованная вода поступает в три резервуара чистой воды, откуда насосной станцией второго подъема подается в городские распределительные сети.

Для первичного обеззараживания воды на НФС-2 построены установки УФ-облучения, применение которых позволяет обеспечить безопасность воды в отношении устойчивых к хлорированию микроорганизмов вирусной и паразитарной природы, а также повысить санитарно-эпидемическую надежность сооружений водоподготовки. Наличие этапа УФ-обеззараживания создает условия для корректировки схемы хлорирования в отношении уменьшения доз применяемого хлора, что особенно актуально в условиях ужесточения нормативных требований в отношении содержания в питьевой воде хлорорганических соединений.

В таблице приведен физико-химический состав воды Саратовского водохранилища в створе водозабора НФС-2 и воды, подаваемой потребителям после очистных сооружений. Качество очищенной воды по всем показателям отвечает требованиям СанПиН 2.1.4.559-01 «Питьевая вода».

Опыт эксплуатации контактных осветлителей в г. Самаре в условиях обработки маломутных цветных вод показал высокую эффективность осветления и обесцвечивания воды при одновременном удешевлении стоимости строительства и эксплуатации очистных сооружений по сравнению с двухступенчатой очисткой воды. Процесс контактной коагуляции протекает быстрее, чем при обычной коагуляции в свободном объеме. Доза коагулянта при осветлении воды на контактных осветлителях меньше, чем при двухступенчатой очистке. Кроме того, температура воды почти не влияет на процесс контактного коагулирования.

Выводы

Эксплуатация водопроводной станции г. Самары с контактными осветлителями показала эффективность их работы при очистке маломутных высокоцветных вод. Контактные осветлители удачно заменили обычную двухступенчатую схему очистки воды, обеспечивая высокую эффективность осветления и обесцвечивания при одновременном уменьшении стоимости эксплуатации сооружений.