Оптимизация работы станции водоподготовки Южного водозабора города Калуги

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оптимизация работы станции водоподготовки Южного водозабора города Калуги

Е.О. Пименова, О.В. Яковлева

В настоящее время обеспечение населения питьевой водой высокого качества во всем мире становится все более актуальной задачей. В основном это обусловлено ростом городов, развитием промышленности, сельского хозяйства и рядом других факторов, которые усложняют водные проблемы.

Проблема обеспечения населения водой высокого питьевого качества важна для любого города, в том числе и для г. Калуги. Одним из источников водоснабжения г. Калуги является Южный водозабор.

Целью исследования являлось проведение локального мониторинга качества воды, поступающей из подземных источников на Южный водозабор в г. Калуге и разработка решений по оптимизации его работы.

Перед выполнением работы были поставлены задачи по изучению источников водоснабжения для Южного водозабора, проведению оценки качества и динамике изменений исходной воды, а также разработка оптимальных решений, позволяющих обеспечить высокое качество работы существующего водозабора. вода водозабор качество источник

При изучении объекта исследования установлено, что Южный водозабор г. Калуги состоит из 20 эксплуатационных скважин, расположенных в пределах городской черты и станции обезжелезивания, осуществляющей водоподготовку. Глубина артскважин Южного водозабора колеблется от 26 до 105м. Подземные воды имеют различную степень естественной защищенности от поверхностного загрязнения [1].

Станция обезжелезивания Южного водозабора введена в эксплуатацию в 1964 году. Проектная мощность станции 25 000 .

На современном этапе на станции обезжелезивания применяется процесс аэрации, фильтрация и реагентный метод обеззараживания воды. В тоже время известно, что воды артезианских скважин являются достаточно чистыми.

Как было установлено в ходе проводимого исследования на Южном водозаборе, качество воды подземных водных источников считается стабильным. Артезианские и родниковые воды поступают из горизонтов, защищенных от поверхности земли водонепроницаемыми породами, в связи с чем, они характеризуются высокими санитарными показателями [2].

Для полноты представления было проведено исследование по оценке качества, а также изменению динамики исходной воды.

В ходе аналитического исследования была прослежена динамика изменения концентрации содержания в воде артезианских скважин вредных примесей в течение 2014 года, и сравнение с предельно допустимой концентрацией. Под контроль взяты скважины №12,13,15 - расположенные вдоль реки Оки, скважина №20 - расположенная на территории Южного водозабора и эксплуатирующая Нижне-Тульский водоносный горизонт, в отличие от остальных скважин, эксплуатирующих Упинский горизонт и скважина №16 - расположенная у реки Оки и являющаяся самой производительной.

После обработки данных нами были получены результаты исследования по показателям цветности, мутности, жесткости, содержанию аммиака, запаха, сероводорода, железа, хлоридов и сульфатов [3].

Сделаны выводы о том что, несмотря на некоторое колебание значений в течение года, данные показатели находятся в пределах нормы. Исключение составляют мутность и содержание железа.

Показатели мутности превышены на всех скважинах в течение года. Как видно из рисунка 1, наибольшие колебания наблюдаются на скважинах №15,20.

Рисунок 1 Изменение мутности воды скважин в течение года и сравнение с нормативом ПДК

Железо превышено на всех скважинах в течение года, что наблюдаем на рисунке 2. Превышения железа являются характерными для подземных вод.

На скважинах №12 - превышение в 5 раз, №13 - в 6,5 раз, №15 - в 16,5 раз, №16 - в 20 раз, №20 - в 20 раз (наибольшие превышения). Наибольшее содержание железа отмечается в воде весной, в апреле.

Показатели по мутности и по содержанию в воде скважин железа являются для станции обезжелезивания особо актуальными и это связано с технологией водоподготовки, которая применяется на Южном водозаборе.

В результате проведения локального мониторинга качества воды, поступающей из подземных источников на Южный водозабор в г. Калуге можно сделать вывод о том, что качество воды зависит от сезонов года, и не отличается стабильностью. Разница между максимальными и минимальными значениями по загрязнениям воды связана с разной глубиной скважин (от 27 до 105 м) и разной защищенностью водоносного горизонта.

Рисунок 2 Изменение содержания железа в воде скважин в течение года и сравнение с нормативом ПДК

Известно, что, несмотря на определенную защищенность подземных источников, которые обычно свободны от крупных микроорганизмов и могут не содержать более мелких, необходимо оборудование для обеззараживания, служащее барьером от сезонных или аварийных заражений.

На существующей станции водоподготовки применяется обеззараживание воды с помощью сульфата аммония и раствора гипохлорита натрия.

В качестве недостатков химического метода обеззараживания можно отметить использование токсичных окислителей, образование нежелательных побочных продуктов, использование для проведения обеззараживания значительных строительных объемов и так далее.

В настоящее время прослеживается тенденция использования при водоподготовке физического метода обеззараживания взамен существующего реагентного. Физическое обеззараживание основывается на использовании энергии от излучения, которое губительно воздействует на болезнетворную микрофлору воды. Из физических методов выделяется облучение ультрафиолетовыми лучами длиной волн 220-280 нм действующими губительно на бактерии.

Бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей объясняется происходящими фотохимическими реакциями в структуре молекулы ДНК и РНК. Результат этих реакций - необратимые повреждения ДНК и РНК. Кроме того, действие УФ _ излучения вызывает нарушения в структуре мембран и клеточных стенок микроорганизмов. Всё это в конечном итоге приводит к их гибели. Фотохимическое воздействие предполагает разрыв или изменение химических связей органической молекулы в результате поглощения энергии фотона.

Метод УФ - обеззараживания имеет следующие основные преимущества по отношению к окислительным обеззараживающим методам (хлорирование):

- УФ - облучение летально для большинства водных бактерий, вирусов, спор;

- обеззараживание ультрафиолетом происходит за счет фотохимических реакций внутри микроорганизмов, поэтому на его эффективность изменение характеристик воды оказывает намного меньшее влияние;

- в обработанной УФ - излучением воде не обнаруживаются токсичные и мутагенные соединения;

- в случае передозировки отсутствуют отрицательные эффекты;

- достижения последних лет в свето- и электротехнике позволяют обеспечить высокую степень надежности УФ-комплексов;

- оборудование работает без специального обслуживающего персонала и так далее [4].

Обеззараживание подземных вод является традиционной областью применения ультрафиолетового излучения. Целый ряд УФ - комплексов большой производительности эксплуатируются в системах водоснабжения городов и промпредприятий, использующих подземные источники водоснабжения.

Использование УФ - облучения в качестве обеззараживания рекомендуется для воды, уже прошедшей очистку по цветности, мутности и содержанию железа. Для обеззараживания подземных вод рекомендуется применять бактерицидное излучение при условии, если коли-индекс исходной воды не более 1000 ед/л, содержание железа до 0,3 мг/л, мутность до 2 мг/л, цветность не более 20 град.

Для оптимизации работы станции обезжелезивания на Южном водозаборе проведено определение (расчеты) оптимальных размеров песчаных фильтров и предложено применение метода УФ - обеззараживания. Разработана схема водоподготовки, представленная на рисунке 3.

Как показал проведенный анализ работы существующих сооружений водоподготовки, перед подачей воды на станцию второго подъема, результаты контроля качества питьевой воды следующие: железо менее 0,1 мг/л, мутность менее 0,58 мг/л, цветность 4 град., ОКБ (общие колиформные бактерии) отсутствуют, ТКБ (термотолерантные колиформные бактерии) отсутствуют, общее микробиологическое число равно нулю.

Данные показатели позволяют использование УФ - излучения для обеззараживания воды питьевого качества, которое предлагается нами к применению.

Согласно разработанному решению после подачи воды на установку аэрации 2, фильтрации на песчаных фильтрах 1 осуществляется процесс обеззараживания на УФ - установке 4. Далее полученная вода высокого качества собирается в резервуаре чистой воды 6, откуда насосами подается в водоразборную сеть.

Рисунок 3 Схема водоподготовки станции обезжелезивания

При разработке новой технологии обеззараживания питьевой воды на Южном водозаборе нами за основу взята следующая организация процесса обеззараживания: из РЧВ №3 подается вода, прошедшая УФ - обеззараживание; из РЧВ №1 и №2 поступает вода с Окского водозабора (источник водоснабжения р. Ока), уже прошедшая все стадии водоподготовки, в том числе и хлорирование, которое обладает пролонгированным действием. Данное решение обеспечивает не только обеззараживание воды, но и отсутствие возможного по пути подачи воды вторичного биозагрязнения. Далее объединенный поток воды поступает в разводящую сеть города.

Разработанное решение по применению процесса УФ - обеззараживания на станции обезжелезивания Южного водозабора г. Калуги является на наш взгляд оптимальным, это подтверждают и проведенные исследования.

Список литературы

[1]. Новиков В. П., Гордеева Т. А., Супрычев В. В. Источники подземных вод Жиздринского и Воротынского участков национального парка «Угра». Природа и история Поугорья, 2009, № 5, с. 29-37.

[2]. Лукин В.В. Оценка экологического статуса водоисточника и выбор оптимальной технологии очистки воды. URL: http://www.voda-da.ru/eco.htm (дата обращения 2.03.2015).

[3]. Пименова Е.О., Яковлева О.В., Гаврилина Е.А. Анализ качества воды источников водоснабжения Южного водозабора города Калуги. РНТК Наукоемкие технологии в приборо - и машиностроении и развитие иновационной деятельности в вузе, 2015, Т.1, с. 275-279.

[4]. "Ультрафиолетовые Технологии" - обеззараживание воды. URL: http://www.uv-tech.ru/uv-series-P.html (дата обращения 3.04.2015).

Размещено на Allbest.ru