Обратная система хозяйственно-питьевого водоснабжения
Нехватка пресной воды в наши деньки стала противным и бесспорным фактом. Развитие индустрии, рост благоустройства жилищ, сброс неочищенных стоков в водоемы, вырубка лесов повдоль рек, необдуманное осушение болот определили трудности в снабжении населения пресной водой. Неувязка водоснабжения заполучила интернациональный нрав.
Таковой естественный дар природы, как пресная вода, становится все более дефицитным в разных районах земного шара. На широких территориях государств СНГ имеются регионы, многообещающие для промышленного развития, но лишенные источников пресной воды.
В качестве примера можно именовать городка Шевченко и Красноводск, куда вода в большей степени доставляется тс, а отчасти выходит способом опреснения морской воды. В конце концов, есть районы, в каких дебит источников уже исчерпан и не соответствует потребности в пресной воде. Сюда можно отнести, к примеру, промышленные районы Донбасса, Кузбасса, куда воду подводят по искусственным каналам за сотки км. Канал позволяет пичкать водой несколько районов, но с течением времени его мощность оказывается недостаточной. В схожих критериях правомерно поставить вопрос о применении обратных систем хозяйственно-питьевых водопроводов.
Обратные системы водоснабжения издавна действуют в индустрии и зарекомендовали себя как более экономное решение. Основной расход для обратных систем получают методом чистки сточных вод данной производственной системы, а из источников берется только подпиточный расход. Около 20 годов назад в США были в первый раз применены очищенные бытовые стоки в качестве основного источника водоснабжения либо в качестве подпиточной воды для обратных систем промводопроводов.
В 1960 году Центром санитарного оборудования Роберта Тафта были начаты исследования по разработке способов более кропотливой чистки городских стоков с оценкой способности использования их после регенерации в системах питьевых водопроводов. Цель этих исследовательских работ была сформулирована так: «Независимо от того, нравится ли это либо нет, но в дальнейшем нам придется пить все в большей и большей степени регенерированной сточной воды, и потому она должна быть как можно более чистой». Сразу в США над неувязкой регенерации сточных вод работает целый ряд больших промышленных компаний, к примеру «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 энтузиазм, на наш взор, представляют результаты практической эксплуатации системы водоснабжения, работающей с внедрением регенерированных сточных вод. Численность населения городка, где работает система,— около 70 тыс. человек. Основан он в 1880 году. Сначало обитатели брали воду из ключей и родников, а потом пробурили скважины и воспользовались грунтовыми водами. К середине 60-х годов из-за роста населения появилась нехватка воды. Вновь обратились к подземным водам и стали бурить скважины, при этом их глубина достигала 290 м, но воды в достаточном количестве все-же не получили. И тогда было принято решение об использовании регенерированных сточных вод городка и начаты исследования.
Обнаружилось, что самые большие затруднения вызывает чистка стоков от микроводорослей и вирусов. На основании проведенных исследовательских работ была запроектирована и построена система водоснабжения с внедрением регенерированных городских сточных вод. Главные технологические полосы — био чистка городских стоков, регенерация очищенных сточных вод и рядовая чистка природной воды. Стоки из городской канализационной сети поступают в первичные отстойники, откуда направляются в био капельные фильтры, а потом, пройдя вторичные отстойники, поступают в био прудки. 1-ая ступень обработки стоков — рядовая био чистка.
Задачка наибольшего понижения содержания в стоках азота и фосфора решается за счет насыщенного развития в прудках водных растений. Это позволяет во 2-ой ступени регенерации уменьшить расход дорогостоящего хлора. Из прудков по обводному трубопроводу стоки поступают на сооружения 2-ой ступени регенерации. Сначала, они подвергаются рекарбонизации в бассейне, в каком установлены три подводные газовые горелки для сжигания пропана. Одна из горелок запасная, а две — рабочие. Любая из их дает 40 кг углекислого газа в час. Рекарбонизация понижает показатель pH стоков с 9 до 7,5. Из рекарбонизатора стоки направляются во флотационный бассейн, перед которым в их вводится сернокислый алюминий из расчета 150—200 мг/л. Флотационный бассейн оборудован распределительной системой дырчатых труб для сжатого воздуха, но излишек углекислоты, насыщающей стоки в рекарбонизаторе позволяет обходиться без внедрения сжатого воздуха. Отбор осветленной воды из флотационного бассейна проводится системой крутящихся 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 критической нагрузке пребывание воды во флотационном бассейне не превосходит 16 мин.
Так как в бассейне удаляется маленькая часть СПАВ, то из него жидкость направляется в бассейн для удаления пены, который конструктивно подобен флотационному, но работает с внедрением сжатого воздуха. Количество последнего принимается по соотношению 5 : 1 (воздух : вода). Пребывание воды на пеноотделении занимает 10 мин. До 1970 года достигалось понижение концентрации СПАВ в регенерируемой воды с 5 до 1 мг/л. В 1970 году в обиход были введены так именуемые «мягкие» СПАВ, другими словами разлагающиеся микробами при био чистке, следствием чего явилось понижение концентрации СПАВ в начальной воды до 2 мг/л, а в обработанной до 0,8 мг/л. Чтоб 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, доза которого принимается из условия получения концентрации свободного остаточного хлора более 0,5 мг/л. Из отстойника регенерируемая жидкость поступает на скорый песочный фильтр с шириной слоя фильтрующей загрузки 600 мм. Фильтрат отводится в контактный бассейн, перед которым в регенерируемую воду вводится хлор. Контакт с ним занимает 1 ч. Потом регенерируемая вода особыми насосами прокачивается через напорные фильтры, загруженные активированным углем. Корпус угольного фильтра имеет поперечник 3 м. Работает сразу 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 временами промываются оборотным током воды. Регенерации активированного угля на станции не предвидено.
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 за ранее проходит через отстойники и скорые песочные фильтры. При обработке воды из хранилища используются коагулирование взвеси и двойное хлорирование: на всех стадиях регенерации сточной воды и чистки воды из хранилища концентрацию свободного остаточного хлора выдерживают на уровне 0,5 мг/л.
Население городка пользуется регенерированной водой с 1969 года. Подавалось ее в различное время от 13,4 до 27,7% общего водопотребления городка. По главным показателям свойства жидкость из био 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 консистенции приобретало удовлетворительные характеристики. Степень бактериологической загрязненности начальной воды и эффективность ее обеззараживания на разных шагах регенерации оценивалась по общему счету микробов и коли-индексу. В начальной сточной воде общее содержание микробов в 1 мл приравнивалось 326 910 шт., а коли-индекс составлял 21538 шт./л (по пересчету). Флотация, сопровождающаяся удалением водных растений, пены и части осаждающихся веществ, понижает обозначенные характеристики соответственно до 100 тыс. шт. и 2077.
После первого введения хлора и прохождения воды через отстойник и песочные фильтры коли-индекс понижается до нуля и остается без конфигурации в процессе предстоящей обработки воды, а общее содержание микробов миниатюризируется до 13846 шт./мл. В фильтрате угольных фильтров общее содержание бактерии в регенерируемой воды возрастает до 70769, после хлорирования фильтрата — понижается до нуля. Средний дневной приток сточных вод на очистные сооружения приравнивался 6,2 тыс. м3/сут, но из-за утрат воды на первой стадии чистки, составлявших около 5%, на станцию регенерации подавалось приблизительно 5,9 тыс. м3/сут. Практически же в 1-ые два года регенерировалось всего 2250 м3/сут, т. е. меньше половины расчетного количества.
Понижение производительности станции регенерации было обосновано рядом проблем оборудования. В процессе использования было установлено, что в зимние месяцы из-за понижения эффективности деяния био прудков содержание в воде аммиака увеличивалось, что добивалось дополнительного расхода хлора на его окисление. Утраты воды при обслуживании станции приравнивались: на установках флотации и удаления пены -7,5%, на промывке песочных и угольных фильтров — 3%. Не считая того, из-за экономии хлора при понижении концентрации остаточного хлора меньше 0,5 мг/л, 8.5% сбрасывалось из технологического цикла по обводному трубопроводу.
Характеристики свойства воды Вода мг/л. Из био пруда (средние значения) из водохранилища из скважины pH 9 8,6 7,4 Плотный остаток 740 197 498 Сульфат-ион 152 26 113 Натрий-ион 163 43 48 Хлор-ион 106 29 11 Калий-ион 34 7 10 Общая щелочность 222 105 267 Кальций 115 50 110 Магний 79 22 151 Фосфат-ион 10,5 0,45 0,03 Азот аммонийный 0,65 0,45 0,02 Азот альбумоидный 4,5 2,4 0,48 Нитратный азот 15,4 0,2 — Нитритный азот 0,6 0,04 — Детергенты (СПАВ) 4.1 0,4 — Кремниевая кислота 37 6 — ÕÏÊ 115 47 7 Пермангаматная окисляемость 10,8 5 — Растворенный кислород 23 7 3,3
В. И. КРИВОНОГОВ, канд. техн. наук