Модернизация реагентного хозяйства насосно-фильтровальной станции г. Самары с использованием порошкообразного угольного сорбента

Аннотация

Модернизация реагентного хозяйства, проведенная на одной из очередей насосно-фильтровальной станции г. Самары производительностью 360 тыс. м³/сут, позволила повысить надежность водоподготовки. Технологическая схема включает первичное хлорирование, введение порошкообразного активированного угля в исходную воду, подачу коагулянта перед смесителем, флокулянта на выходе воды из смесителя, осветление в горизонтальных отстойниках, фильтрацию на скорых фильтрах, вторичное хлорирование. Использование в схеме водоподготовки порошкообразного активированного угля обеспечивает качество питьевой воды, соответствующее нормативным требованиям.

Ключевые слова

питьевая вода , коагулянт , флокулянт , насосно-фильтровальная станция , смеситель , порошкообразный активированный уголь , реагентное хозяйство

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Основным источником водоснабжения г. Самары является Саратовское водохранилище. При внешнем благополучии и стабильности уровня примесей природного происхождения (цветность 31–77 град, мутность 0,24–8,34 мг/л, перманганатная окисляемость 5,6–8,64 мг/л) в источнике водоснабжения обнаруживаются органические вещества различных классов и групп. Органические соединения как природного (гуминовые вещества, амины), так и техногенного (поверхностно-активные вещества) происхождения способны изменять органолептические свойства питьевой воды (запах, привкус, мутность). В то же время многие соединения весьма неустойчивы и склонны к непрерывной трансформации. Непосредственное измерение концентрации органических веществ в питьевой воде затруднительно, поэтому содержание их принято характеризовать косвенным путем, например, определяя перманганатную окисляемость воды.

Загрязнения попадают в водохранилище со стоками и грунтовыми водами, в результате сбоев в работе предприятий и транспорта, смываются с территории города и промышленных объектов дождевыми и талыми водами, могут появляться в водоисточнике неожиданно и в высоких концентрациях, создавая на несколько дней непредвиденные проблемы снабжения населения г. Самары водой, соответствующей требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Вода питьевая».

Насосно-фильтровальная станция (НФС-1) является одним из основных сооружений подготовки воды для населения и промышленных предприятий Самары. На станции эксплуатируются семь параллельных очередей очистных сооружений, ввод в эксплуатацию которых осуществлялся с 1932 (первая очередь) по 1985 г. (седьмая очередь). Общая проектная производительность сооружений 650 тыс. м³/сут. Водоподготовка производится в две ступени: первая – отстаивание в горизонтальных отстойниках со встроенными камерами хлопьеобразования; вторая – фильтрование на скорых фильтрах с загрузкой из кварцевого песка. Одной из самых крупных является седьмая очередь производительностью 360 тыс. м³/сут.

В состав седьмой очереди очистных сооружений входят: реагентное хозяйство; три смесителя; три отстойника с самостоятельно действующими секциями (в первом отстойнике 5 секций; во втором и третьем – по 4 секции); 13 скорых фильтров с площадью фильтрования 120 м² каждый.

При подготовке хозяйственно-питьевой воды применяется реагентная обработка: коагуляция сернокислым алюминием; флокуляция реагентом Magnafloc LT20; двухступенчатое обеззараживание жидким хлором.

Все сооружения НФС-1, в том числе и реагентное хозяйство, были построены по типовым проектам и ориентированы в основном на осветление воды с содержанием взвешенных веществ до 400 мг/л и цветностью до 35 град. Применяемая технология не обеспечивает необходимую степень очистки воды в случае техногенного загрязнения водоисточника.

В последние годы наблюдается резкое снижение содержания взвешенных веществ и повышение цветности воды поверхностного источника водоснабжения, что обостряет проблему получения чистой питьевой воды. Качество воды, поступающей на сооружения, нестабильно и характеризуется значительными изменениями в течение года таких показателей, как цветность, перманганатная окисляемость, мутность, содержание взвешенных веществ и общего железа.

В паводковый период возрастают окисляемость воды, мутность, загрязнение техногенными химическими токсикантами, поэтому возникает необходимость использования дополнительных методов очистки воды. Для гарантированного обеспечения населения качественной питьевой водой в паводковый период было предложено в дополнение к традиционной схеме очистки предусмотреть систему углевания воды порошкообразным активированным углем (ПАУ) марки СПДК-27.

В лабораторных условиях на НФС-1 были проведены исследования по определению дозы ПАУ. На основании пробного коагулирования для обработки воды установлены следующие дозы реагентов: коагулянт Al₂(SO₄)₃ – 30 мг/л; флокулянт Magnafloc LT20 – 0,2 мг/л; жидкий хлор (первичное хлорирование) – 2,5 мг/л; доза ПАУ для обработки исходной воды перед смесителем – 10 мг/л, после отстаивания перед фильтрованием – 5 мг/л. Качество воды после отстаивания и фильтрования контролировалось по следующим показателям: цветность, окисляемость, содержание остаточного алюминия, нефтепродуктов, хлороформа, бромдихлорметана, фенолов.

При перманганатной окисляемости исходной воды 5,71 мг/л, содержании нефтепродуктов 0,029 мг/л, фенолов 0,00074 мг/л, алюминия 0,4 мг/л, отсутствии хлороформа и бромдихлорметана после обработки реагентами содержание остаточного алюминия возросло до 2,55 мг/л, хлороформа – до 0,036 мг/л, бромдихлорметана – до 0,012 мг/л. Параллельно в исходную воду с указанными концентрациями загрязнений был введен ПАУ дозой 10 мг/л, а через 10 минут добавлены реагенты. После перемешивания и отстаивания в течение 1,5 ч содержание нефтепродуктов в осветленной воде снизилось на 6%, хлороформа на 33%, бромдихлорметана на 30%, фенолов на 5%. После отстаивания в воду перед фильтрованием был введен ПАУ дозой 5 мг/л, что позволило в фильтрованной воде снизить перманганатную окисляемость до 3,02 мг/л, содержание нефтепродуктов составило 0,014 мг/л, остаточного алюминия – 0,087 мг/л, хлороформа – 0,018 мг/л, бромдихлорметана – 0,0052 мг/л, фенолов – 0,0005 мг/л, цветность – 4,9 град.

Полученные в лабораторных условиях положительные результаты при использовании ПАУ для доведения качества воды до нормативных требований по содержанию остаточного алюминия, а также снижения концентрации хлороформа, бромдихлорметана и фенолов позволили рекомендовать применение ПАУ на седьмой очереди НФС-1.

Блок ПАУ было предложено разместить в здании реагентного хозяйства, расположенного рядом со смесителями. В состав реагентного хозяйства входят: 6 растворных баков объемом по 65,5 м³ каждый; 3 расходных бака объемом по 288 м³ и 3 бака-хранилища объемом по 288 м³; 3 воздуходувки; 2 насоса для перекачки коагулянта. Дозирование коагулянта осуществляется с помощью эжекторов.

В связи с изменением качества исходной воды в сторону снижения содержания взвешенных веществ до 8–10 мг/л, цветности до 70 град и перманганатной окисляемости до 8,6 мг/л уменьшился расход коагулянта, высвободились емкости растворных и расходных баков.

Сотрудниками кафедры «Водоснабжение и водоотведение» Самарского государственного архитектурно-строительного университета совместно со специалистами Научно-производственной фирмы «ЭКОС» г. Самары был разработан технологический проект узла приготовления и дозирования ПАУ на седьмой очереди НФС-1. В реагентном хозяйстве были выделены два растворных и два расходных бака, снабженных барботажной системой для подачи воздуха от установленных в реагентном хозяйстве воздуходувок.

Транспортировку и хранение порошкообразного активированного угля предусмотрено осуществлять в герметичных металлических контейнерах, оборудованных системами подачи воды, воздуха и гидроэлеватором для выгрузки угля. Металлические контейнеры установлены в помещении, расположенном рядом с баками реагентного хозяйства, резервные контейнеры – на площадке рядом с реагентным хозяйством. ПАУ перед выгрузкой замачивается в контейнере с горячей водой в течение 6–8 часов. Замоченный уголь выгружается в растворные баки, куда добавляется водопроводная вода с целью доведения пульпы до 10-процентной концентрации. Приготовленная пульпа из растворных баков перекачивается насосами 2СМ 65-50-125а/2 (один рабочий и один резервный) в расходные баки. Концентрация ПАУ в расходных баках – 1%. Из расходных баков раствор ПАУ с дозой 10 мг/л насосами-дозаторами подается в напорный коллектор, подводящий исходную воду к смесителям до ввода всех реагентов.

Вода из смесителей поступает в отстойники, совмещенные с камерами хлопьеобразования. При необходимости предусмотрен ввод раствора ПАУ с дозой 5 мг/л в сборный карман каждой из секций отстойников перед поступлением осветленной воды на фильтры. Вода после фильтров направляется в резервуары чистой воды, где подвергается вторичному хлорированию. Из резервуара чистой воды вода забирается насосной станцией второго подъема и подается потребителям. На рисунке приведена схема седьмой очереди насосно-фильтровальной станции с модернизированным реагентным хозяйством.

Выводы

Внедрение технологии углевания воды на насосно-фильтровальной станции (седьмая очередь) позволит снизить содержание техногенных органических и хлорорганических соединений в воде, поступающей на очистные сооружения, сократить концентрацию остаточного алюминия в очищенной воде, получить очищенную воду, соответствующую требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода». Предложенная технологическая схема обеспечивает глубокую очистку воды без дополнительных капитальных затрат на строительство растворных и расходных баков, а также помещения для установки контейнеров с углем.