bbk 000000

УДК 628.16.004.69

Валуйских И. В., Мамаев В. В., Жагин С. В., Болдырев Вячеслав Викторович, Смирнов В. П.

Внедрение передовых технологий подготовки питьевой воды

Аннотация

Современная концепция водоподготовки реализована на насосно-фильтровальной станции Новосибирска производительностью 250 тыс. м³/сут, снабжающей питьевой водой левобережную часть города. Схема водоподготовки включает предварительную аммонизацию воды, подачу коагулянта (оксихлорида алюминия) и флокулянта, первичное хлорирование, смешение в смесителе мгновенного действия, предварительное флокулирование, осветление в горизонтальных отстойниках, фильтрацию на скорых фильтрах, вторичное хлорирование, ультрафиолетовое обеззараживание. Использование в схеме водоподготовки нескольких технологий и технических решений, направленных на обеспечение эпидемиологической безопасности и высокого качества воды, делает эту схему исключительно надежной и универсальной.

Ключевые слова

хлорамины , осветление , фильтрация , ультрафиолетовое обеззараживание , флокулянт , флокулятор , смеситель , аммонизация

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

В целях гарантированного обеспечения потребителей г. Новосибирска чистой питьевой водой МУП «Горводоканал» постоянно совершенствует и автоматизирует технологические процессы подготовки питьевой воды, внедряет новейшее оборудование. Современная концепция водоподготовки основана на одновременном рациональном использовании нескольких методов, технологий и технических решений, обеспечивающих высокое качество питьевой воды и ее многобарьерную защиту. В настоящее время такой подход реализуется на одной из насосно-фильтровальных станций производительностью 250 тыс. м³/сут, снабжающей питьевой водой левобережную часть г. Новосибирска. Источником водоснабжения является река Обь. Подготовка воды с 1987 г. осуществляется по классической схеме: горизонтальные отстойники и скорые фильтры с обеззараживанием хлором. В последние годы технология очистки воды совершенствуется в соответствии с новыми нормативными требованиями и на основании проведенных научных исследований.

Ранее на станциях водоподготовки в качестве реагентов использовались сернокислый алюминий (сульфат алюминия) и полиакриламид. С 1999 г. применяется новый реагент – оксихлорид алюминия. При этом потребление коагулянта снизилось в 3–4 раза, а флокулянтов «Праестол 650 TR» и ВПК 402М – в 20–25 раз. Это позволило повысить качество питьевой воды, уменьшить техногенную нагрузку на реку Обь, улучшить условия труда и санитарные условия при хранении и приготовлении реагентов, снизить энергозатраты и трудоемкость.

В последние годы насосно-фильтровальные станции модернизируются с целью повышения надежности их работы, качества и безопасности питьевой воды. Совместно с фирмой ООО «Полимер» разработан и внедрен смеситель мгновенного действия для интенсификации смешения реагентов с обрабатываемой водой (рис. 1). Существующий вертикальный смеситель коридорного типа был выведен из цикла смешения реагентов ввиду его малой эффективности. Достоинствами смесителей мгновенного действия являются низкие потери напора, высокая производительность и скорость смешения реагентов во всем объеме обрабатываемой воды и, следовательно, высокая эффективность по сравнению со смесителями других типов.

В реагентном хозяйстве насосно-фильтровальной станции г. Новосибирска заменено дозирующее оборудование, применяется локальная автоматизация для контроля и управления процессом дозирования посредством контрольно-измерительных модулей «Коагулянт-осветлитель», «Хлор-мониторинг» и системы автоматического дозирования реагентов (НВЦ «Униток», г. Екатеринбург). Ввод в эксплуатацию резервуара чистой воды объемом 10 тыс. м³ позволил установить более равномерный режим водоподготовки, что повышает качество очистки воды.

Согласно принятой в 2006 г. инвестиционной программе «Развитие системы водоснабжения и водоотведения на 2007–2012 годы», ведется строительство нового блока очистных сооружений производительностью 100 тыс. м³/сут, что обеспечит дальнейшее развитие левобережной части города. В 2009–2010 годах на насосно-фильтровальной станции был внедрен ряд передовых технологий и технических решений, позволивших довести качество очищенной воды до требуемых нормативов (с учетом положений нового разрабатываемого проекта технического регламента по водоснабжению).

Оптимизация технологических процессов и работы сооружений. Ранее на действующих скорых фильтрах насосной станции в качестве фильтрующего материала применялся дешевый дробленый альбитофир, фракционный состав которого не всегда соответствовал нормативам. Для его приготовления дополнительно требовались большие трудовые и материальные затраты. В результате его конечная стоимость становилась соразмерной с готовыми, более эффективными фильтрующими загрузками. В связи с этим выбор фильтрующего материала проводился на основании исследований непосредственно на производственных фильтрах. Для сравнения в качестве фильтрующих материалов были использованы дробленая горелая порода (г. Киселевск Кемеровской области) и адсорбент ОДМ-2Ф (разработка ООО АПК «ОКПУР»). ОДМ-2Ф – это гранулированный алюмосиликатный полифункциональный адсорбент, произведенный на основе экологически чистого природного минерального сырья месторождения Свердловской области, основным компонентом которого является SiO₂.

Технические данные по работе фильтров (рис. 2) и результаты химических анализов показали, что степень осветления воды на фильтрах с горелой породой и адсорбентом ОДМ-2Ф значительно выше (на 30–40%) по сравнению с фильтром, загруженным альбитофиром. Одним из недостатков адсорбента ОДМ-2Ф является его малый удельный вес, в связи с чем требуется меньшая интенсивность промывки, что сложно осуществлять на сооружениях, рассчитанных на интенсивность 16–17 л/(с·м²). Из рис. 2 видно, что при применении горелой породы или ОДМ-2Ф качество фильтрата даже по истечении суток ухудшается незначительно, следовательно, увеличивается продолжительность фильтроцикла. Постепенная замена фильтрующего материала в фильтрах позволит увеличить их грязеемкость и производительность, повысить качество получаемой питьевой воды, увеличить продолжительность фильтроцикла и снизить расход промывной воды.

Наиболее эффективным вариантом реконструкции эксплуатируемых сооружений водоподготовки для повышения интенсивности хлопьеобразования является использование дополнительных смесительных устройств, устанавливаемых на входе в существующую камеру хлопьеобразования. Для этого фирмой ООО «Полимер» разработана конструкция флокулятора нового типа (рис. 3), основанная на создании зон вращательного движения потоков, возникающих в корпусе устройства. На основе модели были изготовлены флокуляторы, адаптированные к условиям насосно-фильтровальной станции и установленные перед камерами хлопьеобразования отстойников первого блока.

Промышленные испытания проводились в условиях весеннего паводка 2010 г. Хлопьеобразование дестабилизированных частиц загрязнений и реагентов при такой компоновке происходит в два этапа: быстрое – в устройстве для флокулирования, и медленное – в камере хлопьеобразования отстойника. Применение флокуляторов позволило при малой мутности речной воды интенсифицировать процесс хлопьеобразования, что привело к повышению качества обрабатываемой воды после первого блока отстойников на 15–20% по сравнению с контрольными отстойниками второго блока (таблица).

Дополнительно была разработана и смонтирована эжекционная схема рециркуляции осадка (применительно к предлагаемой технологии), проведены промышленные испытания на маломутной речной воде, что в целом позволило снизить дозу коагулянта на 30–40% (таблица) при одинаковом качестве воды после отстойников (первый блок – экспериментальный, второй блок – контрольный). В настоящее время поданы заявки на оформление патентов на примененные технические решения по интенсификации очистки воды на насосно-фильтровальной станции. Выполнение вышеуказанных мероприятий позволило значительно улучшить работу первой и второй ступеней очистки и повысить качество питьевой воды.

Следующим шагом технического совершенствования стала реализация проекта АСУ ТП, согласно которому на станциях установлены приборы контроля параметров работы фильтров с выводом информации на местный диспетчерский пункт. Приборы позволяют не только контролировать рабочие характеристики фильтров, но и сравнивать по ним эффективность работы фильтров, загруженных разными фильтрующими материалами (рис. 2). Впоследствии эта система позволит промывать фильтры в автоматическом режиме по заданным параметрам их работы, увеличить продолжительность фильтроцикла, сократить расход воды на промывку и исключить влияние человеческого фактора.

Аммонизация воды. В 2009 г. специалистами ОАО «Научно-исследовательский институт коммунального водоснабжения и очистки воды» на насосно-фильтровальной станции были проведены исследования и разработаны рекомендации по применению хлораммонизации воды. На основании результатов этих исследований в 2010 г. «Горводоканал» г. Новосибирска внедрил установку аммонизации (рис. 4) на очистных сооружениях насосно-фильтровальной станции с целью пролонгирования остаточного бактерицидного действия хлора в теплый период года в распределительной городской сети.

Основная масса побочных продуктов хлорирования формируется при взаимодействии активного хлора с неочищенной водой, т. е. на стадии первичного хлорирования [1; 2]. Образующийся в присутствии аммиака связанный хлор (хлорамины) менее активен, в течение более продолжительного времени сохраняется в воде и в значительно меньшей степени, чем свободный хлор, способствует образованию побочных продуктов.

Введение аммиака в воду перед смесителем мгновенного действия позволило: уменьшить расход хлора при первичном хлорировании на 30–40%; снизить вероятность образования хлорорганических соединений в питьевой воде в 5–10 раз; улучшить санитарное состояние технологических сооружений и распределительной сети на удаленных и тупиковых участках и исключить дополнительную обработку воды (подхлорирование) гипохлоритом натрия для поддержания санитарного состояния трубопроводов в теплый период года.

Достоинства хлораммонизации – образование хлораминов (связанного хлора), их стабильность и длительное (до нескольких суток) присутствие в воде, т. е. поддержание надлежащего санитарного состояния сетей. Имеются данные о том, что хлорамины более эффективны в сравнении с хлором по предотвращению биологического обрастания трубопроводов, что способствует улучшению их санитарного состояния и повышению качества питьевой воды по микробиологическим показателям [3]. Известный недостаток хлорирования – образование хлорорганических соединений – в случае с хлораминами проявляется слабо. Это связано со стабильностью соединений хлора и аммиака.

Ультрафиолетовое обеззараживание находит все более широкое применение в технологических схемах подготовки питьевой воды. Основным аргументом в пользу ультрафиолетового облучения является необходимость обеспечения обеззараживания в отношении устойчивых к хлору микроорганизмов: вирусов и цист простейших [4]. Эффективность обеззараживания УФ-облучением в отношении этих микроорганизмов доказана исследованиями ведущих российских институтов и практикой эксплуатации действующих очистных сооружений [5].

Учитывая жесткие ограничения по широкому спектру побочных продуктов, достижение высокой степени безопасности воды каким-либо одним методом невозможно, поэтому модернизация водопроводных сооружений, как правило, происходит по пути наращивания ступеней очистки и совместного использования различных методов обеззараживания. Благодаря высокой эффективности в отношении всех видов микроорганизмов и отсутствию образования побочных продуктов УФ-облучение хорошо вписывается в концепцию множественных барьеров.

Для повышения барьерной роли сооружений в дополнение к основной схеме обработки в 2010 г. на насосно-фильтровальной станции было внедрено обеззараживание ультрафиолетом (рис. 5). Цех оснащен современным отечественным оборудованием, процесс полностью автоматизирован. Для облучения воды используются амальгамные лампы повышенной мощности с длительным сроком службы. Четыре установки горизонтального типа позволяют обрабатывать до 12 тыс. м³/ч воды при энергозатратах на УФ-обеззараживание порядка 16 Вт/м³.

Основное достоинство УФ-обеззараживания заключается в универсальности метода в отношении большинства видов водных микроорганизмов и отсутствии образования побочных продуктов. Единственным его недостатком применительно к водоснабжению является отсутствие последействия, однако его в полной мере компенсирует использование хлораминов.

Преимущества совместного использования УФ-облучения и хлораминов, повышение эффективности реагентной обработки воды. В настоящее время технологическая схема водоподготовки на насосно-фильтровальной станции включает в себя предварительную аммонизацию воды, подачу коагулянта (оксихлорида алюминия) и флокулянта («Праестол 650 TR» или ВПК 402М), первичное хлорирование, смешение в смесителе мгновенного действия, предварительное флокулирование, осветление в горизонтальных отстойниках, фильтрацию на скорых фильтрах, вторичное хлорирование, УФ-обеззараживание (рис. 6). Наличие нескольких технологий и технических решений, направленных на обеспечение эпидемиологической безопасности и высокого качества воды, не только делает эту схему исключительно надежной и универсальной, но и позволяет минимизировать недостатки, свойственные каждому из методов, а также добиться максимальной эффективности их использования.

Достижение высокого качества питьевой воды, отвечающей требованиям действующих нормативных документов (СанПиН 2.1.4.1074-01, ГН 2.1.5.1315-03, ГН 2.1.5.2280-07), нормативам Совета ЕС, Всемирной организации здравоохранения и готовящемуся к выходу в свет новому закону – техническому регламенту по водоснабжению, возможно только при постоянном совершенствовании технологического процесса, применении новых технологий, своевременном проведении реконструкции сооружений, замене оборудования и строгом контроле качества питьевой воды.

Выводы

На насосно-фильтровальной станции г. Новосибирска реализована технологическая схема водоподготовки, обеспечивающая многоступенчатую очистку и обеззараживание питьевой воды, с использованием современных технологий ультрафиолетового облучения, оптимизированного выбора фильтрующих материалов, аммонизации, новых реагентов и инновационных технических решений – смесителей мгновенного действия и флокуляторов. Внедрение вышеперечисленных технологий и технических решений позволило добиться их максимальной эффективности, оптимизировать эксплуатационные затраты, снизить влияние негативных побочных эффектов и обеспечить высокое качество питьевой воды.

Список цитируемой литературы

1. Драгинский В. Л., Алексеева Л. П. Образование токсичных продуктов при использовании различных окислителей для очистки воды // Водоснабжение и сан. техника. 2002. № 2.
2. Калашникова Е. Г., Арутюнова И. Ю., Горина Е. Н. и др. Исследование различных технологических приемов, направленных на снижение содержания хлорорганических соединений в обрабатываемой воде: Сб. тез. «Яковлевские чтения – 1». – М., 2006.
3. EPA 815-R-07-017. Simultaneous compliance guidance manual for the long term 2 and stage 2 DBP rules. – US EPA, 2007.
4. Богомолов М. В., Коверга А. В., Волков С. В. и др. Международный конгресс озоновых и ультрафиолетовых технологий в Лос-Анджелесе // Водоснабжение и сан. техника. 2008. № 4.
5. Романенко Н. А., Новосильцев Г. И., Недачин А. Е. и др. УФ-излучение и его воздействие на вирусы и цисты простейших // Водоснабжение и сан. техника. 2001. № 12.