К.т.н. Чудновский С.М., Лихачева О.И.

Вологодский государственный университет, Россия

Применение методов отстаивания и центрифугирования

в водозаборных узлах

Из поверхностных источников, к которым относятся реки, озера, водохранилища и каналы, для водопользования в настоящее время добывается около 85% всей природной воды. На обычных водозаборах берегового и руслового типа в водоприемных окнах, оборудованных заградительными решетками, задерживаются только крупные плавающие загрязнения: лёд, бревна, щепа, водоросли, рыбы и др. При этом мелкие загрязнения: ил, планктон, мелкий песок поступают в береговые колодцы водозаборов, затем в водоводы и задерживаются только на водоочистных сооружениях. Технология подготовки воды на этих сооружениях позволяет полностью или частично обеспечить требуемую степень ее очистки. Однако, задерживаемые загрязнения в процессах обработки воды различными способами, в том числе и реагентными, превращаются в экологически вредные осадки, которые требуют утилизации и последующего захоронения. В этих условиях, когда качество воды, поступающей на очистные сооружения, непрерывно изменяется, приходится постоянно изменять и регулировать технологические процессы водоподготовки, что приводит к нестабильной работе водоочистных комплексов и создает условия, при которых не обеспечивается требуемая надежность сооружений и, следовательно, не гарантируется требуемая степень очистки воды.

В последнее время для решения ряда проблем, которые перечислены выше, специалисты приступили к разработке принципиально новых видов сооружений, в которых совмещаются процессы добывания и очистки воды непосредственно в водоисточниках. Сама идея такого совмещения привлекательна не только из-за экономической целесообразности, но и возможности решения в комплексе следующих проблем: обеспечение надежной рыбозащиты, уменьшение нагрузки на водоочистные сооружения путем подачи на них воды гарантированного качества, уменьшение объема экологически вредных осадков, требующих утилизации, улучшение экологического состояния водоемов[1] .

Для водоисточников, в которых вода имеет большую мутность, целесообразно перед подачей в фильтрующую загрузку освобождать ее от взвеси крупных и средних размеров. На обычных водоочистных сооружениях для этой цели применяют отстойники или гидроциклоны. Эти же сооружения могут использоваться непосредственно в водозаборных узлах. Так, например, на южных реках применяют в водозаборных узлах тонкослойные (полочные) отстойники [2].

На реках с недостаточной глубиной у места расположения водозабора устраивают водоподъемные плотины. Таким образом обеспечивается перепад уровней. Этот перепад может быть использован для устройства водозаборов гидроциклонного типа (рис.1).

Рис.1. Приплотинный водозабор гидроциклонного типа: 1- плотина; 2- водоприемник гидроциклонного типа; 3-впускные патрубки; 4- трубопровод для удаления осадка

Вода в такой водозабор поступает через впускные отверстия тангенциально. При вращательном движении воды за счет центробежных сил взвесь отбивается к стенкам водоприемника, сползает в нижнюю его часть и по трубопроводу, проложенному в теле плотины, транспортируется в нижний бьеф.

В Вологодском государственном университете разработана также конструкция комбинированного водозаборно-очистного устройства, в котором совмещаются процессы отстаивания и фильтрования (рис. 2).

Это устройство [3] состоит из цилиндрического корпуса 1, открытого сверху и снизу, сеток 2, спиралеобразного трубчатого тонкослойного отстойника 3, плавающей гранулированной загрузки 4, цилиндрической приемной камеры чистой воды 6 с периферийными отверстиями 5, погружного электронасоса 7, напорного шланга-водовода 8.

Корпус устройства снабжен пригрузами 15 в виде железобетонных полуколец и с помощью тросов 10, а также крюка, соединенного с валом 9, приводимым в действие электродвигателем 11, установленным на верхней площадке эстакады 13 с перекрытием 12. Вертикальные стойки 13 в водоисточнике соединены по кольцевому периметру сеткой 16, между которой и корпусом 1 отсыпан слой вспененного крупногранулированного пенополистирола 14, выполняющего функции теплоизолятора и предупреждающего примерзание фильтра в зимнее время, такой же слой отсыпается в надфильтровое пространство фильтра и в верхнюю часть приемной камеры насоса.

В рабочем режиме, благодаря пригрузам 15 и собственному весу, устройство с помощью подъемного механизма 9,10,11 помещается под уровень воды в водотоке на отметку (Z₂ +1,0) м таким образом, чтобы выполнялось условие Н = Z₁ – Z₂,> Σh, где Σh - сумма потерь напора в нижней и верхней сетках, тонкослойном отстойнике, плавающем фильтре и отверстиях 5 (к концу фильтроцикла).

За счет располагаемого напора (H) происходит процесс очистки воды и поступление ее в приемную камеру при работающем насосе, подающем очищенную воду по водоводу 8 в береговой колодец. При этом электроэнергия затрачивается лишь на транспортировку чистой воды в береговой резервуар.

По мере накопления осадка в отстойнике он, по наклонным стенкам, сползает в водоток и уносится потоком воды источника по течению. Остальная часть загрязнений задерживается в фильтрующей загрузке. При достижении предельных потерь напора до величины h уровень воды в камере 6 начинает понижаться. Это дает сигнал на автоматическое отключение насоса 7 и включение электродвигателя 11. Последний приводит в действие вал 9 и поднимает с помощью троса 10 корпус очистного сооружения до отметки Z₃, При этом вода, накопленная в надфильтровом пространстве в достаточном для промывки объеме, устремляется вниз, расширяет загрузку и выносит задержанные в ней и в отстойнике осадки в водоток.

При необходимости, отключая и включая двигатель 11, можно погружать и поднимать фильтр повторно, улучшая тем самым промывку. Интенсивность промывки и ее продолжительность регулируют скоростью подъема фильтра путем изменения числа оборотов двигателя.

После промывки, фильтр за счет веса пригрузов погружают снова под заданный уровень, включают насос 7 и цикл водозабора и очистки продолжается.

Технико-экономические преимущества данного устройства заключаются в экономии электроэнергии на процесс очистки воды и промывки устройства, и исключении операций по очистке промывной воды и утилизации осадка на берегу водоисточника.

Литература

1. Чудновский, С.М. Водозаборы для комплексного использования и охраны водных ресурсов: учебное пособие /С.М. Чудновский, А.В. Зенков. – Вологда:ВоГТУ, 2007. – 95 с.

2.Бабаев И.С. Плывучий водозабор-отстойник для предварительного осветления природных вод высокой мутности / И.С.Бабаев, Р.И.Самедов, Ш.А.Хамилов // Водосабжение и санитарная техника. - 1983. - №10. - С.24-26

3. Авторское свидетельство 1726676 СССР. Устройство для забора и очистки воды из поверхностного источника /Журба М.Г., Аюкаев Р.И., Чудновский СМ., Мезенева Е.А. - Опубл. 15.04.92. Бюл. №14. - с.13