bbk 000000

УДК 628.162.84.004.1

Сиволов Г. Е., Кармалов А. И., Медриш Г. Л., Писков М. В., Панчук С. А., Зорин А. П.

Опыт эксплуатации и совершенствование системы обеззараживания воды с использованием гипохлорита натрия

Аннотация

Более десяти лет назад на водоочистных сооружениях г. Северска система обеззараживания с использованием жидкого хлора была переведена на гипохлорит натрия. В настоящее время проведена модернизация оборудования, за счет применения аэрогидродинамических смесителей интенсифицированы процессы смешения реагента с обрабатываемой водой, полностью автоматизирована работа реагентного хозяйства, в том числе дозирование гипохлорита натрия пропорционально расходу воды.

Ключевые слова

обеззараживание , фильтр , гипохлорит натрия , водоподготовка , автоматизация , аэрогидродинамический смеситель

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Северский Водоканал первый в Томской области осуществил полный перевод систем обеззараживания воды на городских объектах водоподготовки с жидкого хлора на химический гипохлорит натрия. Прошло более десяти лет, и за указанный период на объектах Водоканала не было зафиксировано ни одной аварийной ситуации. Схема обеззараживания воды гипохлоритом натрия обеспечивала высокую санитарно-эпидемическую надежность системы городского водоснабжения. В состав очистных сооружений входят две насосно-фильтровальные станции проектной производительностью до 30 тыс. м³/сут каждая. Источником водоснабжения города являются пресные подземные воды (гидрокарбонатные кальциевые) с минерализацией 0,35–0,36 г/л, жесткостью 5,1–7 мг/л, рН 7,1.

Основные показатели качества подземных вод водоносного горизонта (эксплуатационные и наблюдательные скважины) представлены в таблице.

Гидрохимический режим подземных вод характеризуется стабильностью во времени. Качество воды эксплуатируемого водоносного горизонта соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 за исключением повышенных концентраций железа, марганца и кремния. Доведение этих показателей до нормативных значений осуществляется системами водоподготовки. На станциях водоподготовки используется классическая схема очистки воды: упрощенная аэрация – фильтрация на скорых фильтрах – обеззараживание.

В качестве дезинфицирующего реагента применяется гипохлорит натрия марки «А» (ООО ПО «Химпром», г. Кемерово) с содержанием активного хлора не менее 120 г/л. Поставка реагента на объекты осуществляется собственным автотранспортом предприятия. Транспортной тарой служит стальная гуммированная емкость объемом 3800 л или толстостенная полиэтиленовая емкость в корзине объемом 4500 л. Норма заполнения тары – не более 90% номинального объема, средняя периодичность поставки реагента на каждую насосно-фильтровальную станцию – 2 раза в месяц. Расстояние от производителя реагента до предприятия составляет ~ 250 км, что обеспечивает возможность доставки в течение одного дня.

Реагентные хозяйства станций водоподготовки выполнены по единому проекту. Каждый объект размещается в кирпичной пристройке к блоку очистных сооружений, имеет независимый выход на улицу и подъездные пути, оборудован необходимыми инженерными системами, энергоснабжением, водопроводом и канализацией, отоплением и вентиляцией. На насосно-фильтровальных станциях г. Северска реализована упрощенная технологическая схема реагентного хозяйства, которая предусматривает транспортировку гипохлорита натрия от поставщика до объекта внедрения, его перекачку в расходные емкости с помощью химического насоса и дозирование в обрабатываемую воду. Периодически осуществляется промывка отдельных элементов. В качестве расходных емкостей используются два титановых бака, один из которых является рабочим, а второй – резервным. Объем каждого резервуара позволяет осуществить полный слив реагента из транспортной тары.

Для перекачки реагента применяется химический центробежный насос производительностью 20 м³/ч с проточной частью из титановых сплавов. Дозирование гипохлорита натрия обеспечивают четыре мембранных дозировочных насоса (два рабочих, два резервных). Средняя доза по активному хлору составляет 1,3 мг/л. Ввод реагента в обрабатываемую воду осуществляется по полимерным шлангам в два трубопровода фильтрованной воды перед резервуаром чистой воды.

Контроль режима обеззараживания производится аналитически по содержанию остаточного хлора на входе и выходе из резервуаров чистой воды. До резервуаров концентрация остаточного хлора поддерживается на уровне 1,2–1,4 мг/л, после резервуаров – 0,3–0,5 мг/л. На разводящих сетях водопровода контролируются 104 точки. Один раз в месяц определяются органолептические и бактериологические показатели воды. Превышение ПДК в пробах не наблюдается. Для поддержания необходимого санитарного состояния фильтровальных сооружений и аргиллито-гравийной загрузки, по предписанию органов Роспотребнадзора, на водозаборах проводится периодическая дезинфекция фильтров.

Определены следующие параметры процедуры дезинфекции: концентрация активного хлора в дезинфицирующем растворе 110–130 мг/л; объем дезинфицирующего раствора на обработку одного фильтра 54,3 м³; время контакта 6 ч; периодичность обработки один раз в 3 месяца. Общее количество фильтров на объекте 8 шт. Сооружения подвергаются санитарной обработке поочередно в соответствии с графиком планово-предупредительных работ. Процесс дезинфекции осуществляется следующим образом. Выбранный для хлорирования фильтр выводится из работы и срабатывается до дренажа. Затем через поверхность фильтрующей загрузки в него ручным способом заливается расчетное количество концентрированного гипохлорита натрия, а сам фильтр заполняется через промывной трубопровод водой и оставляется на время контакта.

Схема хлорирования фильтров не может быть признана удовлетворительной, поскольку дезинфицирующий раствор, приготовленный описанным выше способом, заведомо неоднороден по концентрации, что влияет на качество дезинфекции. Кроме того, из процесса хлорирования практически исключаются дренажные трубы и в значительной степени внутренние поверхности фильтра. При создании системы обеззараживания ее работа основывалась на принципе ручного управления. К настоящему моменту данная технология морально устарела, поскольку исключает возможность непрерывного контроля процесса водоподготовки, состояния технологического оборудования и оперативного регулирования расхода гипохлорита натрия.

Для интенсификации процесса хлорирования фильтровальных сооружений применен наиболее эффективный с технологической точки зрения способ – подача дезинфицирующего раствора «обратным током» через дренажную систему. В этом случае остатки воды, находящиеся в фильтре после его опорожнения, из придонной зоны дренажа естественным образом вытесняются на поверхность, а загрузка и стенки сооружения контактируют с дезинфицирующим раствором. Требуемую концентрацию раствора получают автоматически путем дозирования раствора химического гипохлорита натрия в рабочую воду из хозяйственно-питьевого водопровода пропорционально ее фактическому расходу. Управление насосом-дозатором осуществляется с помощью электромагнитного расходомера. Существенным достоинством предлагаемой технологии является возможность приготовления раствора реагента заданной концентрации независимо от колебаний расхода рабочей воды, что обеспечивает равномерную обработку стенок фильтра, загрузки и трубопроводов.

Реагентное хозяйство отвечает требованиям безопасной эксплуатации объектов, обеспечивает нормативы качества воды по микробиологическим и паразитологическим показателям, а также защиту от вторичного загрязнения при транспортировке потребителям в водораспределительной сети. Однако в ходе эксплуатации было установлено, что при малых объемах дозирования реагента (менее 10 л/ч) не достигается его быстрое равномерное смешение со всем объемом обрабатываемой воды в коллекторах. Это затрудняет контроль содержания остаточного хлора перед резервуарами чистой воды и препятствует полноценному контакту воды с хлором в резервуарах.

Для интенсификации смешения реагента со всем объемом обрабатываемой воды в точках его ввода на водоводах были установлены аэрогидродинамические смесители, работа которых основана на гидродинамическом способе перемешивания с использованием энергии потока и не требует дополнительных источников энергии. Вариант оформления рабочей части смесителя для трубопроводов среднего диаметра представлен на рис. 1.

Смеситель выполняется в виде тройника, короткая часть которого направлена навстречу потоку воды из основного водовода. В эту часть смесителя вмонтирована трубка, по которой подается реагент. В боковых по отношению к набегающему потоку стенках трубки с каждой стороны просверлены отверстия. Реагент, попадая через эти отверстия в смеситель, проходит первую ступень перемешивания с текущей водой. Полученная смесь поступает в корпус смесителя, на боковых сторонах которого также имеются отверстия, и далее через эти отверстия поступает в основной водовод, где происходит вторая ступень перемешивания реагента с обрабатываемой водой. Отсутствие в конструкции смесителя подвижных элементов и использование при изготовлении коррозионно-стойких материалов гарантируют длительный срок его бесперебойной эксплуатации. Использование аэрогидродинамических смесителей позволило не только улучшить процессы смешения, но и на 10–15% снизить расход реагента.

В целях повышения оперативности управления, обеспечения устойчивости функционирования объекта и ведения технологического процесса в заданном режиме в 2009 г. была разработана и в дальнейшем внедрена система автоматизации реагентного хозяйства. Система позволяет измерять расход фильтрованной воды, определять уровень раствора гипохлорита натрия в расходных баках, содержание остаточного хлора на выходе из резервуаров чистой воды, управлять насосами-дозаторами, архивировать данные работы системы, а также сигнализировать о нарушении технологического режима и неисправности оборудования. Поскольку качество воды на водоочистных сооружениях остается практически неизменным в течение года, в основу управления насосами-дозаторами положен принцип пропорционального дозирования реагента в зависимости от расхода воды, подлежащей обработке в технологической системе. Структурная схема системы автоматизации представлена на рис. 2.

Главным устройством управления в системе является программируемый логический контроллер ПЛК150 «ОВЕН». Измерение расхода воды производится ультразвуковыми расходомерами «Взлет МР УРСВ» с выходным унифицированным сигналом 4–20 мА. Уровень в баках контролируется датчиками также с выходным сигналом 4–20 мА. Значения расхода и уровня передаются в систему по последовательному интерфейсу RS-485 (протокол Modbus RTU). Модуль управления насосами-дозаторами МВУ8 «ОВЕН» связан с контроллером также по интерфейсу RS-485.

Для отображения информации о технологическом процессе используется графическая сенсорная панель оператора СП270Т «ОВЕН». Общий вид экрана панели приведен на рис. 3. В качестве SCADA-системы для управления, визуализации и архивирования используется среда программирования CoDeSys. В автоматическом режиме подаваемая насосом доза раствора гипохлорита натрия определяется исходя из расхода воды в соответствующем водоводе и коэффициента пересчета, задаваемого на панели оператора.

Сигнал расходомера обрабатывается контроллером в соответствии с алгоритмом управления, и значение расхода выводится на панель оператора. В зависимости от значения заданной с панели оператора дозы раствора гипохлорита натрия и расхода фильтрованной воды контроллер формирует управляющее воздействие на соответствующий насос-дозатор (сигнал 4–20 мА). Кроме того, система контролирует правильность работы расходомеров фильтрованной воды. При получении недостоверных данных о расходе фильтрованной воды либо отсутствии таковых система выдает предупредительное сообщение и переводит соответствующий насос-дозатор на фиксированное значение расхода раствора гипохлорита натрия. Значение задается программно с панели оператора.

Цифровые дозирующие насосы фирмы «Grundfos Alldos» размещаются попарно на расходных баках с раствором гипохлорита натрия. При этом одна пара является рабочей, а вторая – резервной. Выбор статуса группы осуществляется с панели оператора. В случае неисправности рабочего насоса, а также при снижении уровня реагента в расходном баке ниже предельного значения происходит автоматический перевод работы системы дозирования на резервное оборудование, а на пульт оператора поступает аварийный или предупредительный сигнал. Программа автоматизации допускает возможность дистанционного управления дозирующими насосами. Контроль содержания остаточного хлора в воде осуществляется измерительным комплексом Conex. Вода из трубопровода перед резервуарами чистой воды через пробоотборники поступает к измерительным ячейкам. Сигналы с ячеек обрабатываются контроллером Conex^® DIS-D и выводятся на дисплей данного прибора. Прибор имеет токовый выход (4–20 мА), обеспечивающий возможность передавать текущие показатели на панель оператора и сигнализировать об их отклонении от установленных значений. Система способна работать как в автоматическом, так и в ручном режимах управления.

Выводы

Использование химического гипохлорита натрия взамен жидкого хлора на объектах водопроводно-канализационного хозяйства г. Северска существенно упрощает технологию обеззараживания воды, экономически эффективно за счет снижения затрат на строительство и эксплуатацию противоаварийных систем. Интенсификация процессов смешения и автоматизация реагентного хозяйства обеспечивают нормируемое качество воды. Наличие автоматической системы защиты, блокировки и аварийных сообщений позволяет повысить безопасность работы, а также снизить трудоемкость процесса.