Рациональное разрешение проблемы подготовки питьевой воды требует детального изучения особенностей компонентов природных вод и методов их обработки, а также обеспечения оптимальных условий эксплуатации водоочистных сооружений. В связи с этим разработка мероприятий по техническому перевооружению очистных сооружений водопровода г. Грязовца является актуальной.
Источником водоснабжения г. Грязовца Вологодской области является река Лежа, вода которой относится к маломутным цветным водам. Высокая цветность воды обуславливается наличием биогенных загрязнений, что косвенно подтверждается высокой окисляемостью воды. Невысокая температура, высокая цветность и наличие биогенных загрязнений в воде больший период года являются основными факторами, затрудняющими получение питьевой воды, соответствующей СанПиН [1].
Почти все водопроводные очистные сооружения, работающие на аналогичной воде, малоэффективны в периоды высокого содержания органических веществ. Не исключением оказались и водопроводные очистные сооружения г. Грязовца, полезной производительностью 5000 м3/сут, которые были введены в эксплуатацию в 1978 г. Технологическая схема обработки воды включает в себя такие сооружения: вертикальный смеситель, осветлители со слоем взвешенного осадка и скорые фильтры. Предполагалось использовать такие реагенты, как: хлор, коагулянт, известь, флокулянт, фтор и уголь, но на данный момент используется только хлорирование воды, что не позволяет получить воду питьевого качества в периоды высокой цветности.
Для решения данной проблемы была предложена в соответствии с «Классификатором технологии очистки природных вод» [2] технологическая схема с двухступенчатым фильтрованием, где осветлители со слоем взвешенного осадка предусматривалось переоборудовать в контактные префильтры.
Так как очистные сооружения были введены в эксплуатацию в 1978 году, то для проверки их состояния были проведены следующие мероприятия:
– обследование железобетонных конструкций осветлителей проводилось с целью определения возможности использования этих сооружений в качестве контактных префильтров с заполнением коридоров осветлителей фильтрующей загрузкой;
– для определения прочности бетона было проведено инструментальное обследование. Места для определения прочности выбирались с учетом сохранения гидроизоляции конструкций. В ходе обследования установлено, что железобетонные конструкции находятся в работоспособном состоянии и могут быть рекомендованы к дальнейшей эксплуатации с учетом модернизации технологического процесса. В процессе реконструкции предполагается заполнение коридоров осветлителей гравием и песком, что вызовет дополнительное давление на стенки и днище конструкции.
Выполненные расчеты показали, что прочность конструкции будет обеспечена при соблюдении следующих условий:
– загрузка коридоров должна производиться равномерно по всем коридорам, послойно толщиной 30-40 см;
– заполнение коридоров водой после загрузки фильтрующего материала должно происходить равномерно.
Для проверки работоспособности и эффективности данной схемы была смонтирована и подключена к трубопроводу «смеситель-осветитель» опытно-промышленная установка. Установка состояла из двух фильтрованных колонок диаметром 200 мм и длиной 2 м. Загрузка гравием и песком проводилась послойно с замером по пьезометру потерь напора в чистой фильтрующей загрузке при скоростях фильтрования от 1,0 до 10,0 м/час. Суммарные потери напора в дренажной системе, поддерживающем гравийном слое и фильтрующей песчаной загрузке, определенные опытным путем, оказались выше существующего перепада уровней воды в смесителе и осветлителе. Поднять верхнюю переливную кромку смесителя на необходимую высоту не представляется возможным, поскольку расстояние от верха смесителя до балок перекрытия здания не превышает 1,0 м. Таким образом, работа существующих сооружений по двухступенчатой схеме фильтрования воды невозможна ввиду отсутствия необходимого располагаемого напора смесителя.
В связи с тем, что вода реки Лежа характеризуется повышенной цветностью, окисляемостью, малой мутностью, незначительным солесодержанием, низкой щелочностью и длительными периодами низких температур, то серьезной проблемой, возникающей при реагентной обработке такой воды, является «вялое» протекание процесса коагуляции высокоустойчивых коллоидов, перерасход реагентов, и как следствие, повышенное содержание остаточного алюминия в очищенной воде. Поэтому в основу технологии обработки воды на существующих водоочистных сооружениях г. Грязовца заложены методы интенсификации процесса коагуляции примесей воды.
С целью определения эффективности предлагаемых мероприятий проведены лабораторные исследования процесса обработки воды. Пробное коагулирование проводилось по общепринятой методике с использованием в качестве коагулянта сернокислого алюминия. При коагулировании вводились известь и полиакриламид, исследовалось фракционное коагулирование и аэрирование воды. При лабораторных исследованиях соблюдалась следующая последовательность введения реагентов: хлор, коагулянт, известь и ПАА. Фракционное коагулирование проводилось с интервалом 30 секунд, аэрирование – до введения ПАА.
Результаты пробного коагулирования подтверждают предположение о том, что введение флокулянта, извести в период низкого щелочного резерва исходной воды, а также фракционное коагулирование и аэрирование воды позволяют успешно проводить процесс коагулирования примесей воды.
Основываясь на опыте других водопроводных очистных станций работающих на аналогичной воде, были предложены следующие технические мероприятия:
– для обеспечения быстрого равномерного распределения реагентов в обрабатываемой воде установить струйные распределители реагентов тангенциального типа;
– для создания условий эффективного и рационального использования коагулянта применять фракционное дозирование коагулянта; дозы реагентов необходимо принимать на основе пробного коагулирования с добавлением подщелачивающего реагента и флокулянта;
– с целью интенсификации процесса коагуляции примесей воды использовать аэрирование воды в нижней части смесителя с подачей сжатого воздуха от воздуходувки;
– для осуществления процесса контактной коагуляции в существующих осветлителях со взвешиванием осадков устроить контактные камеры хлопьеобразования с использованием гравия крупностью зерен 4-12 мм и высотой слоя загрузки 300 мм;
– существующие фильтры перестроить на скорые с двухслойной загрузкой: нижний фильтрующий слой кварцевого песка высотой 0,8 м с крупностью зерен 0,5-1,2 мм; верхний фильтрующий слой гидроантрацита А высотой 0,4 м с крупностью зерен 0,89-1,8 мм;
– распределительную систему фильтров устроить из щелевых полиэтиленовых труб.
Все вышеперечисленные рекомендации реализованы в проекте реконструкции очистных сооружений водопровода г. Грязовца, который принят к исполнению.
1. Санитарные правила и нормы: СанПиН 2.1.4.559-96. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. – М.: Госкомсанэпиднадзор России, 1996. –112 с.
2. Классификаторы технологий очистки природных вод / под общ. ред. М.Г. Журбы. – М., 2000. – 118 с.