Оборотная система хозяйственно-питьевого водоснабжения

Нехватка пресной воды в наши дни стала неприятным и неоспоримым фактом. Развитие промышленности, рост благоустройства жилищ, сброс неочищенных стоков в водоемы, вырубка лесов вдоль рек, непродуманное осушение болот обусловили трудности в снабжении населения пресной водой. Проблема водоснабжения приобрела международный характер.

Такой естественный дар природы, как пресная вода, становится все более дефицитным в различных районах земного шара. На обширных территориях стран СНГ имеются регионы, перспективные для промышленного развития, но лишенные источников пресной воды.

В качестве примера можно назвать города Шевченко и Красноводск, куда вода преимущественно доставляется транспортными средствами, а частично получается методом опреснения морской воды. Наконец, есть районы, в которых дебит источников уже исчерпан и не соответствует потребности в пресной воде. Сюда можно отнести, например, промышленные районы Донбасса, Кузбасса, куда воду подводят по искусственным каналам за сотни километров. Канал позволяет снабжать водой несколько районов, но со временем его мощность оказывается недостаточной. В подобных условиях правомерно поставить вопрос о применении оборотных систем хозяйственно-питьевых водопроводов.

Оборотные системы водоснабжения давно действуют в промышленности и зарекомендовали себя как наиболее экономичное решение. Основной расход для оборотных систем получают путем очистки сточных вод данной производственной системы, а из источников берется только подпиточный расход. Около 20 лет назад в США были впервые использованы очищенные бытовые стоки в качестве основного источника водоснабжения или в качестве подпиточной воды для оборотных систем промводопроводов.

В 1960 году Центром санитарного оборудования Роберта Тафта были начаты исследования по разработке методов более тщательной очистки городских стоков с оценкой возможности использования их после регенерации в системах питьевых водопроводов. Цель этих исследований была сформулирована так: «Независимо от того, нравится ли это или нет, но в будущем нам придется пить все больше и больше регенерированной сточной воды, и поэтому она должна быть как можно более чистой». Одновременно в США над проблемой регенерации сточных вод работает целый ряд крупных промышленных фирм, например «Эссо ресерч энд энжиниринг компани». «Доу кемикл комнани». С 1964 года вопросом использования регенерированных стоков для питьевых надобностей занимается лаборатория в Пфорцхайме близ Штуттгарта в ФРГ.

Очень большой интерес, на наш взгляд, представляют результаты практической эксплуатации системы водоснабжения, работающей с использованием регенерированных сточных вод. Численность населения города, где работает система,— около 70 тыс. человек. Основан он в 1880 году. Первоначально жители брали воду из ключей и родников, а затем пробурили скважины и пользовались грунтовыми водами. К середине 60-х годов из-за роста населения возникла нехватка воды. Вновь обратились к подземным водам и стали бурить скважины, причем их глубина достигала 290 м, но воды в достаточном количестве все-таки не получили. Тогда и было принято решение об использовании регенерированных сточных вод города и начаты исследования.


Обнаружилось, что наибольшие затруднения вызывает очистка стоков от микроводорослей и вирусов. На основании проведенных исследований была запроектирована и построена система водоснабжения с использованием регенерированных городских сточных вод. Основные технологические линии — биологическая очистка городских стоков, регенерация очищенных сточных вод и обычная очистка природной воды. Стоки из городской канализационной сети поступают в первичные отстойники, откуда направляются в биологические капельные фильтры, а затем, пройдя вторичные отстойники, поступают в биологические прудки. Первая ступень обработки стоков — обычная биологическая очистка.

Задача максимального снижения содержания в стоках азота и фосфора решается за счет интенсивного развития в прудках водорослей. Это позволяет во второй ступени регенерации уменьшить расход дорогостоящего хлора. Из прудков по обводному трубопроводу стоки поступают на сооружения второй ступени регенерации. Прежде всего, они подвергаются рекарбонизации в бассейне, в котором установлены три подводные газовые горелки для сжигания пропана. Одна из горелок резервная, а две — рабочие. Каждая из них дает 40 кг углекислого газа в час. Рекарбонизация снижает показатель pH стоков с 9 до 7,5. Из рекарбонизатора стоки направляются во флотационный бассейн, перед которым в них вводится сернокислый алюминий из расчета 150—200 мг/л. Флотационный бассейн оборудован распределительной системой дырчатых труб для сжатого воздуха, но избыток углекислоты, насыщающей стоки в рекарбонизаторе позволяет обходиться без применения сжатого воздуха. Отбор осветленной жидкости из флотационного бассейна проводится системой вращающихся труб, расположенных в глубине (1,5 м от поверхности). Выпадающий осадок собирается вращающимися скребками, а пена, образующаяся из-за синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ ), удаляется вращающимися лопастями. При максимальной нагрузке пребывание жидкости во флотационном бассейне не превышает 16 мин.

Поскольку в бассейне удаляется небольшая часть СПАВ, то из него жидкость направляется в бассейн для удаления пены, который конструктивно подобен флотационному, но работает с использованием сжатого воздуха. Количество последнего принимается по соотношению 5. 1 (воздух. вода). Пребывание жидкости на пеноотделении занимает 10 мин. До 1970 года достигалось снижение концентрации СПАВ в регенерируемой жидкости с 5 до 1 мг/л. В 1970 году в обиход были введены так называемые «мягкие» СПАВ, то есть разлагающиеся микроорганизмами при биологической очистке, следствием чего явилось снижение концентрации СПАВ в исходной жидкости до 2 мг/л, а в обработанной до 0,8 мг/л. Чтобы пена не выносилась отводными устройствами, перед ними предусмотрены дырчатые трубы, разбрызгивающие воду, струи которой разбивают пену. Из пеноотделительного бассейна регенерируемая жидкость направляется в отстойник.

Перед этим в нее вводятся известь для стабилизации и хлор, дозировка которого принимается из условия получения концентрации свободного остаточного хлора не менее 0,5 мг/л. Из отстойника регенерируемая жидкость поступает на скорый песчаный фильтр с толщиной слоя фильтрующей загрузки 600 мм. Фильтрат отводится в контактный бассейн, перед которым в регенерируемую воду вводится хлор. Контакт с ним занимает 1 ч. Затем регенерируемая вода специальными насосами прокачивается через напорные фильтры, загруженные активированным углем. Корпус угольного фильтра имеет диаметр 3 м. Работает одновременно три пары фильтров общей площадью 43,8 м2 при гидравлической нагрузке 9,1 м3 на 1 м2 в час. Слой активированного угля (1,52 м) уложен на слои песка и гравия. Угольные фильтры периодически промываются обратным током воды. Регенерации активированного угля на станции не предусмотрено.

После напорных фильтров вода вновь подвергается хлорированию и отводится к насосной станции, перекачивающей воду в город, где она поступает в сеть и водонапорную башню. На насосной станции к регенерированной воде подмешивается вода из местного водохранилища, которая предварительно проходит через отстойники и скорые песчаные фильтры. При обработке воды из хранилища применяются коагулирование взвеси и двойное хлорирование: на всех стадиях регенерации сточной воды и очистки воды из хранилища концентрацию свободного остаточного хлора выдерживают на уровне 0,5 мг/л.

Население города пользуется регенерированной водой с 1969 года. Подавалось ее в разное время от 13,4 до 27,7% общего водопотребления города. По основным показателям качества жидкость из биологических прудов близка к воде источников, разрешаемых к использованию для централизованного водоснабжения (табл. 1). При добавлении в регенерированную воду воды из хранилища в соотношении 1:1 качество смеси приобретало удовлетворительные показатели. Степень бактериологической загрязненности исходной воды и эффективность ее обеззараживания на различных этапах регенерации оценивалась по общему счету бактерий и коли-индексу. В исходной сточной воде общее содержание бактерий в 1 мл равнялось 326 910 шт. а коли-индекс составлял 21538 шт./л (по пересчету). Флотация, сопровождающаяся удалением водорослей, пены и части осаждающихся веществ, снижает указанные показатели соответственно до 100 тыс. шт. и 2077.

После первого введения хлора и прохождения жидкости через отстойник и песчаные фильтры коли-индекс снижается до нуля и остается без изменения в ходе дальнейшей обработки воды, а общее содержание бактерий уменьшается до 13846 шт./мл. В фильтрате угольных фильтров общее содержание бактерии в регенерируемой жидкости увеличивается до 70769, после хлорирования фильтрата - снижается до нуля. Средний суточный приток сточных вод на очистные сооружения равнялся 6,2 тыс. м3/сут, но из-за потерь жидкости на первой стадии очистки, составлявших около 5%, на станцию регенерации подавалось примерно 5,9 тыс. м3/сут. Фактически же в первые два года регенерировалось всего 2250 м3/сут, т. е. меньше половины расчетного количества.

Снижение производительности станции регенерации было обусловлено рядом неполадок оборудования. В процессе эксплуатации было установлено, что в зимние месяцы из-за снижения эффективности действия биологических прудков содержание в воде аммиака увеличивалось, что требовало дополнительного расхода хлора на его окисление. Потери воды при обслуживании станции равнялись: на установках флотации и удаления пены -7,5%, на промывке песчаных и угольных фильтров - 3%. Кроме того, из-за экономии хлора при снижении концентрации остаточного хлора меньше 0,5 мг/л, 8.5% сбрасывалось из технологического цикла по обводному трубопроводу.

Показатели качества воды

По материалам сайта: http://www.agrovodcom.ru