Состояние и обеспечение экологической безопасности при обеспечении города Хабаровска водой для хозяйственно-питьевых нужд

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТОГУ

Состояние и обеспечение экологической безопасности при обеспечении г. Хабаровска водой для хозяйственно-питьевых нужд

Кошкарева В.Д., Шевцов М.Н., Шевцова В.И.

г. Хабаровск, Россия

Аннотация

Абстракт -- Статья посвящена вопросу состояния и обеспечения экологической безопасности при обеспечении города Хабаровск водой для хозяйственно- питьевых нужд. В связи с плохим качеством воды, загрязненной хозяйственно-бытовыми отходами и промышленными сбросами, основной задачей становится максимальное изменение технологических процессов с целью улучшения хозяйственно-питьевых вод.

В данной статье более подробно рассмотрен водозабор, обеспечивающий основной объем подаваемой в город воды, и его конструкция.

В ходе исследования были рассмотрены способы водоснабжения города, представлены способы предварительной очистки и очистки воды от взвешенных веществ, содержащихся в сточных водах.

Был выделен самый оптимальный способ решения проблемы, связанной с обработкой осадка с высоким содержанием песка. Наилучшее решение этой проблемы представляется в использовании напорного тонкослойного отстойника, а затем гидроциклонов для обработки осадка с высоким содержанием песка. Широкое внедрение гидроциклонов в схемы очистки природных вод обуславливается существенным преимуществом, которые они имеют по сравнению с традиционными сооружениями.

Ключевые слова: водоснабжение, ТЭЦ, взвешенные вещества, песок, водозабор, очистка, река, экологическая безопасность, гидроциклоны, сточные воды, водовод, сооружения, город, станция, отстойник, фильтр.

Abstract

Kolesnikova O. O., Birzul A. N. FESTU, Khabarovsk, Russia Pitilyak D. A. SSU, Yuzhno-Sakhalinsk, Russia

MODELING OF HYDRAZINE FORMATION IN WATER SUPPLY SYSTEMS

This article deals with the usage of complete factorial experiment method for modeling of hydrazine formation in water supply systems. The timeliness of this problem is caused by hydrazine formation during water disinfection with chloramine. It is in widespread use in the world. Also the article provides monitoring data of hydrazine concentration at water purification plant and at customers in Khabarovsk. The calculation of multiple regression parameters and their estimation revealed that only mole ratio of ammonium salts to sodium hypochlorite is the statistically significant factor. Modeled levels of hydrazine concentration confirm the real data of Khabarovsk water supply systems.

Keywords: water disinfection, chloramination, hydrazine, toxicity, complete factorial experiment method.

Оценка состояния системы водоснабжения г. Хабаровска

Город Хабаровск является административным центром Дальневосточного Федерального округа Российской Федерации. Он расположен на правом берегу реки Амур в месте впадения в нее Амурской протоки. Численность города около 600 тыс. человек. Снабжение города водой осуществляется как от муниципальной, так и от ведомственных систем водоснабжения. До 90 % воды в город подает муниципальный водопровод.

Основным источником водоснабжения является река Амур, незначительная часть воды забирается из подземных источников.

Расчетное суточное водопотребление города составляет более 500 тыс. м3. Мощности муниципальной системы водоснабжения позволяют в настоящее время подавать в город не более 386 тыс.м3/сут. Система централизованного водоснабжения включает в свой состав четыре водозаборных сооружения с насосными станциями первого подъема, двумя очистными сооружениями, четырьмя насосными станциями второго подъема, более трех десятков станций подкачки, водоотводов и распределительных сетей общей протяженностью более 560 км с диаметром от 100 до 1600 мм.

Водозаборные сооружения возводились по мере роста численности населения города и в соответствии с этим увеличения потребления воды. Первый речной водозабор был построен в 1907 г. Он располагается на берегу Амурской протоки вблизи Уссурийского бульвара. Его производительность составляет 9-12 тыс. м3/сут.

Рядом, на территории ЦНФС (центральной насосно-фильтровальной станции) расположен главный центральный речной водозабор с производительностью 250 - 270 тыс. м3/сут, обеспечивающий более 80% суточной потребности города в воде.

Ниже по течению Амура в районе пос. Кирова находится третий водозабор на острове Заячий. Он с помощью линейного ряда скважин забирает инфильтраци- онные воды р. Амур и подает их в Северный микрорайон. Его производительность составляет около 15 тыс. м3/сут.

За пределами городской застройки, вниз по Амуру, расположен четвертый водозабор, подающий воду в п. Березовка и на очистные сооружения горячего водоснабжения для ТЭЦ-3. Производительность водозабора составляет около 100 тыс. м3/сут.

Учитывая, что головной водозабор обеспечивает основной объём подаваемой в город воды, рассмотрим подробнее его конструкцию, особенности эксплуатации и мероприятия по интенсификации его работы.

Головной водозабор построен в семидесятые годы и эксплуатируется с 1974 г. В его состав входят: два русловых водоприемника, две самотечные линии диаметром 1400 мм, длиной около 500 м и береговой колодец.

Водоприемник представляет собой солидное железобетонное сооружение, возвышающееся над дном на 3,9 м, имеющее 5 м в диаметре и длину 32 м каждый. Низ водоприемных окон расположен выше дна на 2,7 м. Вход воды в водоприемник двухсторонний. Высота водоприемных окон 1,8 м. Общая площадь водоприемных окон всего оголовка превышает 120 м2. Для предотвращения попадания в систему водоснабжения шуги и рыбы водоприемные отверстия обустроены съемными кассетами фильтрационного типа. Каркас кассеты выполняется из перфорированного металлического листа, внутренняя полость которого заполняется щебнем фракцией 15 - 30 мм.

Береговой колодец представляет собой железобетонный стакан высотой 39 м, внутренним диаметром 24 м с толщиной стенок 1,8 м. Самотечная линия выполнена из стальных труб в виде сифона с превышением верхней точки трубопровода над наиболее низким уровнем воды в реке на 4 м.

Работу водозабора, в целом, можно оценить как удовлетворительную, так как он обеспечивает подачу расчетного расхода воды в количестве 250 - 270 тыс. м3/сут. Однако, качество забираемой воды очень низкое, так как месторасположение оголовков выбрано крайне неблагоприятное. Здесь происходит слияние двух водных потоков: реки Амур с Амурской протокой. Как известно в таких местах происходит интенсивное перемешивание потоков и взмучивание данных наносов.

Вода, поступающая в оголовок и далее подаваемая на очистные сооружения, содержит большое количество взвешенных веществ и песка. Это ведет к значительным затратам на эксплуатацию. Под влиянием песка отстойники работают с перегрузкой, вследствие чего происходит их быстрое засорение. Кроме этого, снижается производительность очистных сооружений из-за частой остановки отстойников на чистку от песка.

Оголовок постоянно заносится песком. Для борьбы с этим явлением, с целью улучшения гидродинамических параметров втекания воды в оголовок на основе исследований, проведенных ВНИИ ВОДГЕО, было предложено построить вокруг оголовка затопляемую дамбу в виде ковша. Дамба выполнена.

Определенные сложности возникают при эксплуатации водозабора осенью, в период ледохода, когда речная вода насыщена шугой. А это время наблюдается засорение входных отверстий оголовка шугой. Происходит снижение производительности водозабора. Ежегодно нарушение в работе водозабора наблюдается в течении одной - двух недель в период, предшествующий ледоставу.

Для водоснабжения ТЭЦ-2 г. Хабаровска в 1934 году введен в эксплуатацию водозабор, производительность которого в настоящее время составляет 600 м3/ч. Для очистки речной воды, и прежде всего от взвешенных веществ, установлены механические напорные вертикальные фильтры (предочистка), которые работают без использования реагентов со скоростью фильтрования 7 м3/ч.

В паводковый период, который наблюдается на Амуре осенью, содержание взвешенных веществ в воде может достигать 175 мг/л. В это время фильтры не могут обеспечить требуемый эффект очистки и требуют более частой промывки фильтрующей загрузки. Еще более снизилась эффективность очистки и ухудшилась эксплуатация фильтров из-за значительного количества песка, периодически поступающего на них их водозабора. Песок увеличивает вышеуказанную концентрацию взвешенных веществ и существенно влияет на фракционный состав взвеси. Появление песка в исходной воде объясняется тем, что водозабор подвержен интенсивному воздействию наносов, подобные явления уже наблюдались на водозаборах р. Амур. Песчаные наносы увеличивают износ насосов станции 1-го подъема, ухудшают технологию осветления воды и эксплуатацию сооружений.

Из-за больших затрат, определенных технических трудностей и в связи с тем, что ТЭЦ-2 является в настоящее время пиковой котельной, реконструкция ее осуществляется медленно.

Грубо дисперсные примеси, преимущественно в виде песка, быстро кольма- тируют фильтрующую загрузку фильтров и при промывке проникают даже в дренажную систему, а затем и в трубопроводы фильтрата.

Водозаборные сооружения ТЭЦ-2 г. Хабаровска относятся к водозаборам руслового типа. В состав сооружений входят самотечные водоводы, береговой колодец, состоящий из приемного и всасывающего отделений, галерея всасывающих труб насосов и насосная станция. Для обеспечения надежности забора воды береговой колодец секционирован, число секций 2.

Водозабор проектировался на производительность Q = 1200 м3/ч = 0,36 м3/с.

Самотечные водоводы водозабора длиной 316м выполнены из труб разного диаметра и материала. От берегового колодца проложен железобетонный трубопровод Ді = 1000 мм и Li = 49 м, далее стальной водовод Д2 = 600 мм и L2 = 267м. На концах самотечных водоводов в качестве водоприемников установлены по два вертикальных стальных стояка Д = 600 мм и высотой около 1 м, входные отверстия которых не оборудованы грубыми решетками для задержания крупных примесей.

Водоводы не заглублены под дно рек, что может привести, учитывая длительный срок эксплуатации, к истиранию их песком и подмыву речным потоком. вода загрязненный бытовой отход

Кроме того, такое размещение водоводов существенно изменяет направление движения твердого стока реки в данном створе и, можно полагать, является одной из причин поступления значительного количества песка в водозаборные сооружения вместе с речной водой.

Водолазные обследования самотечных водоводов показали, что они в период наших обследований почти обвалованы песком, а в некоторых местах имеют прогибы, видимо, в результате подмыва основания.

Песок, выделяющийся из речной воды, удаляется из приемного отделения колодца периодически 1-2 раза в год при помощи гидроэлеваторов. Как было отмечено выше, в береговой колодец поступает значительное количество песка и в период между чистками его накапливается столько, что поверхности песка достигает приемных воронок всасывающих труб, которые расположены не менее чем на 0,5 м выше дна. Поэтому большое количество песка подается насосами на напорные фильтры с загрузкой из антрацита, это снижает эффект очистки воды, усложняет эксплуатацию фильтров. Кроме того, значительное количество песка проходит через фильтры и, минуя их при подаче воды по обводной линии, оседает в технологических аппаратах ТЭЦ (деаэраторах и водоподогревателях, котлах).

Другим характерным примером поступления песка в систему водоснабжения и как следствие ухудшения ее работы могут являться очистные сооружения горячего водоснабжения (ОСГВ). ОСГВ были запущены в работу в 1984 году. Технический проект очистных сооружений горячего водоснабжения разработан Сибирским отделением проектного института «Гидрокоммунводоканал». Проектная производительность сооружений составляет 50 тыс. м/сут. и соответствует фактической.

Исходная вода подается с береговой насосной станции в смеситель по водоводу 0600 мм. В трубопровод перед смесителями вводится коагулянт, сода и хлор, в сборный карман сделана врезка для подачи ПАА. Из смесителей по трубопроводу 0600 мм вода поступает в камеры хлопьеобразования, откуда через переливную стенку попадает в горизонтальные отстойники. В сборном кармане отстойников сделана врезка ПАА и соды. Вода, прошедшая отстойники, поступает на скорые гранодиоритовые фильтры по трубопроводу 0400 мм. Фильтрат по трубопроводу 0400 мм поступает в два резервуара для чистой воды, откуда насосной станцией второго подъема подается на ТЭЦ-3.

Для сокращения расхода воды на собственные нужды станции построены сооружения повторного использования промывной воды после промывки фильтров, которые состоят из двух резервуаров-усреднителей и насосной станции для перекачки промывной воды в голову очистных сооружений.

Источником водоснабжения является река Амур. Подача воды осуществляется по двум водоводам от руслового водозабора, находящегося на балансе ТЭЦ-3 и расположенного на расстоянии 11 км от очистных сооружений. Водозабор состоит из двух русловых оголовков раздельного типа, водоприемные отверстия диаметром 800 мм, производительность оголовка до 100 л/с. По двум самотечным линиям длиной 400 мм и диаметром 800 мм вода поступает в приемную камеру.

Наблюдения проводимые кафедрой «Водоснабжение и водоотведения» ХТГУ также подтверждают, что попадание песка через русловые оголовки ОСГВ имеет место особенно в период паводков. После поступления в водозабор песок проходит и на очистные сооружения, в смеситель, камеру хлопьеобразования и горизонтальные отстойники. Это вызывает трудности в эксплуатации, так как требуется более частая очистка отстойников со встроенными камерами хлопьеобразова- ния.

В амурской воде у водозабора ТЭЦ-2 содержание взвешенных веществ колеблется в пределах от 3,6 мг/л до 175 мг/л осенью. На водозаборе ОСГВ содержание грубодисперсных примесей также высоко и содержит значительное количество песка. На качество поверхностных вод оказывают влияние и антропогенные факторы: построенные ГЭС и другие сооружения в бассейне Амура на китайском берегу реки и со стороны России способны преобразовать режим стока и вызывать изменение руслового режима реки. В результате вода у водоприемных сооружений характеризуюется повышенным содержанием грубодисперсных примесей. В последние десятилетия произошли значительные изменения качества воды рек бассейна Амура. Темпы загрязнения поверхностных вод не уменьшаются. Большое количество загрязнений в воде поступает во стороны промышленных районов Китая, расположенных в долинах крупных притоков Амура - рек Сунгари и Уссури.

Предварительная очистка воды. Для предварительной очистки воды грубодисперсных примесей в водопроводной практике существуют определенные мероприятия, специальные сооружения и оборудования, выбор которых зависит от конкретных условий.

При необходимости отбора из рек большого количества воды и защиты водозаборов от шуголедовых помех и предварительного частичного осветления воды от взвешенных насосов применяются водоприемные ковши. Водоприемные ковши представляют собой специально обустроенные заливы (каналы), предназначенные для уменьшения скорости течения в нем, в конце которых располагают береговые водозаборные сооружения, как правило, совмещенного типа. Ковпти бывают полностью или частично выдвинутыми в русло или заглубленными в берег, их различают по направлению втекания воды и по конструктивным особенностям (с само- промывающимся входом, с регулятором, со струенаправляющей стенкой и другими устройствами). Водоприемный ковш предназначен для поддержания у входа у него увеличенной глубины воды.

Использование ковшей для снижения начального содержания грубодисперсных взвешенных веществ, поступающих на водозабор и далее на очистные сооружения, приведет к определенному улучшению качества забираемой воды. Малые скорости движения воды в ковше -- 5-15 см/с -- позволяют снизить количество взвешенных веществ в начальный период его эксплуатации, но сложный гидравлический режим водоприемного ковша и тенденция переформирования русла рек может привести к снижению эффективности его работы. Сороудерживающие сетки на водозаборах применяют при малой пропускной способности сооружения и вращающиеся ленточные при пропускной способности сооружения, а также при средних и тяжелых природных условиях засоренности воды в источнике. Рабочее полотно сетки имеет ячейки размером 2x2 - 5x5 мм.

Исследование содержания взвешенных веществ в воде. Анализ конструкций и условий работы неподвижных и вращающихся сеток и сит показывает, что они могут использоваться только для извлечения из воды грубодисперсных примесей крупнее 0,25 мм, кроме того требуют постоянной или периодической промывки или прочистки. Как показывают наши исследования основная масса грубодисперсных примесей, попадающих через водозаборы на очистных сооружениях систем водоснабжения Хабаровского края, имеет размер менее 0,25 мм, поэтому использование вышеуказанных устройств будет малоэффективно. В последнее время в отечественной практике для осветления мутных вод используют акустические фильтры. Акустические фильтры (АФ) состоят из круглого металлического корпуса с коническим днищем, внутри которого по центру расположен фильтрующий элемент в виде металлического перфорированного стакана (скважность 65% с круглыми отверстиями 4-5 мм), обвернутого микросеткой с размером ячеек 100- 125 мкм. Скорость фильтрования воды через сетку, на которой задерживаются примеси размером более 20-25 мкм, составляет 108-360 м/ч. Нижняя часть днища АФ снабжена съемной оттарированной насадкой, рассчитываемой на 5-8% производительности аппарата, предназначенного для удаления осадка. При работе АФ вибратор создает возвратно-поступательное движение фильтрующего элемента, изменяя параметры проходных отверстий и обеспечивая задержание более мелких примесей воды, чем размеры ячеек микросетки, которые не осаждаются на ней, не забивают ее, а оседают под действием силы тяжести. Из конусной части фильтра осадок под избыточным давлением отводится сток. Исходная вода, пройдя через фильтрующий элемент, передается на последующие водоочистные сооружения. Безусловно, такие аппараты могут обеспечить более тонкую очистку от грубодисперсных примесей, но они рекомендуются на очистных сооружения при производительности не более 5000 м3/сут. При больших расходах воды для осветления высокомутных вод согласно нормативными документам следует предусматривать двухступенчатое отстаивание. Однако двухступенчатая очистка речной воды от грубо- дисперсных примесей в обычных отстойниках экономически невыгодна из-за больших капитальных и эксплуатационных затрат, а на действующих неприемлема из- за невозможности их устройства на существующих площадях.

Заключение

Наилучшим решением проблемы очистки сточных вод является использование напорного тонкослойного отстойника, а затем, для обработки осадка с высоким содержанием песка - гидроциклонов. На гидроциклонах выделение грубодисперсных частиц из воды происходит в центробежном поле сил и разместить их можно в существующих зданиях водозабора или очистных сооружениях. Широкое внедрение гидроциклонов в схемы очистки природных вод обуславливается существенным преимуществом, которые они имеют по сравнению с традиционными сооружениями, в которых удаление частиц происходит в гравитационном поле сил. Это, прежде всего, высокая удельная производительность, низкие капитальные затраты на строительство установок, невысокая стоимость изготовления. Использование гидроциклонов обеспечивает возможность создания компактных установок. Поэтому гидроциклоны могут быть использованы для обработки осадка с высоким содержанием песка тонкослойных отстойников, работающих в напорном режиме.

Список используемых источников и литературы

1. Г осу дарственная целевая программа Хабаровского края "Охрана окружающей среды и обеспечение экологической безопасности в Хабаровском крае": в ред. постановления Правительства Хабаровского края от 06.02.2013 N 9-пр // КонсультантПлюс : справ.-правовая система. - 2013. (дата обращения 18.12.2016)

2. Доклад о результатах и основных направлениях деятельности министерства природных ресурсов Хабаровского края за 2012 г./ Министр природных ресурсов края В.М. Шихалёв // Министерство природных ресурсов Хабаровского края

3. Постановление от 01 ноября 2013 года N 4440 Об утверждении муниципальной программы "Улучшение экологического состояния города Хабаровска" на 2014-2020 годы", (дата обращения 18.12.2016).

Размещено на Allbest.ru