Выбор технологии удаления антропогенных загрязнений и запахов из состава питьевой воды: модернизация очистных сооружений водопровода г. Ростова-на-Дону

Потребительские свойства питьевой воды могут не удовлетворять население, по показателю «запах» при наличии в воде веществ с выраженным неприятным запахом. В статье описаны результаты исследований воды р. Дон на появление неприятных запахов в питьевой воде при их пиковых значениях содержания одорантов. В результате проведенных исследований выявлена наиболее целесообразная, технически реализуемая и экономичная технология, предполагающая использование сорбентов — специальных порошкообразных активированных углей в качестве дополнения к существующей технологической схеме водоподготовки.

Существенное влияние на качество воды открытых водоисточников имеет поступление в источники централизованного питьевого водоснабжения недостаточно очищенных сточных вод, как бытового, так и промышленного характера.

Последствия экологических катастроф, связанных с проливом в экстраординарных (аварийных) ситуациях в акваторию рек и водохранилищ топлива и различных токсичных, канцерогенных и мутагенных веществ чрезвычайно опасных для здоровья человека, в основном органического и элементоорганического происхождения, могут привести к их поступлению в питьевую воду.

Аналогичные ситуации, неоднократно наблюдаемые при поступлении техногенных загрязнений различного состава в исходную воду централизованного источника питьевого водоснабжения в таких городах, как Уфа, Хабаровск, Екатеринбург и др., приводили к нарушению режимов работы водозаборов и систем питьевого водоснабжения, вплоть до их полной остановки.

Эта проблема также актуальна и для города Ростов-на-Дону, и для бассейна реки Дон в целом. При этом даже при выполнении государственных нормативов качества питьевой воды, её потребительские свойства в отдельные периоды могут не удовлетворять население, прежде всего по запахам — при наличии в воде микроколичеств веществ с выраженным неприятным запахом — одорантов.

Кроме того, в случае экстраординарных ситуаций возможно появление в питьевой воде ряда специфических веществ, чрезвычайно опасных для здоровья человека.

На сегодняшний день река Дон в определенные периоды года может не соответствовать по ряду показателей требованиям ГОСТ 2761–84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора», в том числе по содержанию микроводорослей и показателю «запах».

В процессе жизнедеятельности в тёплое время года и при массовом отмирании в осенний период, а также деструкции в весенний период, сине-зеленые водоросли выделяют органические вещества-одоранты, придающие воде неприятный запах.

В результате проведенной исследовательской работы было установлено, что основным подобным веществом в донской воде является геосмин. Он относится к очень сильным одорантам и, как следствие, является одним из веществ, значительно влияющих на органолептические свойства воды. Возможны также другие модификации одорантов.

Учитывая, что город Ростов-на-Дону расположен в нижнем течении реки Дон, и сама река является судоходной, всегда существует реальная опасность поступления в систему питьевого водоснабжения в экстраординарных ситуациях токсичных, мутагенных, канцерогенных антропогенных загрязнений органического и элементоорганического происхождения, таких как нефтепродукты, фенолы, диоксины, проливы топлив и др.

Выбор технологии

Оценка технических возможностей традиционной технологической схемы подготовки питьевой воды на действующих очистных сооружениях водопровода АО «Ростовводоканал» показала, что она не рассчитана на обеспечение барьерных функций в отношении специфических загрязнений в экстраординарных ситуациях и веществ, ответственных за появление неприятных запахов в питьевой воде (одорантов) при их пиковых значениях в речной воде в определённые периоды.

Существующая технология очистки воды, основанная на осаждении примесей в воде на хлопьях коагулянтов в гидроокисных формах, только в определённой степени эффективна для одорантов, существующих в виде полярных объектов в молекулярной и ассоциированных формах. В тоже время неполярные соединения могут составлять существенную часть примесей, требующих других технологических решений для их удаления.

Удаление специфических загрязнений техногенного происхождения не представляется возможным.

В целях создания надёжного барьера в отношении поступления в состав питьевой воды органических веществ, вызывающих неприятные запахи, а также высокоопасных для здоровья человека специфических антропогенных загрязнений в экстраординарных ситуациях требовалась модернизация технологической схемы подготовки питьевой воды на очистных сооружениях водопровода АО «Ростовводоканал».

С целью разработки оптимальных рекомендаций для модернизации технологической схемы действующих очистных сооружений был выполнен цикл технологических исследований и долговременных опытно-промышленных испытаний непосредственно в системе подачи воды на очистные сооружения.

Технологические исследования проводились в двух точках: перед смесителями очистных сооружениях водопровода (непосредственно на площадке) и на площадке водозаборных сооружений.

В результате проведенных исследований выявлена наиболее целесообразная, технически реализуемая и экономичная технология, предполагающая использование сорбентов — специальных порошкообразных активированных углей (ПАУ) в качестве дополнения к существующей технологической схеме водоподготовки.

Исходя из результатов технологических испытаний, опытно-промышленная установка была размещена на очистных сооружениях водопровода ОСВ-2,3 пос. Александровка г. Ростова-на-Дону.

Все работы по проведению технологических исследований и опытно промышленных испытаний выполнялись сотрудниками ООО «ВОДГЕО инжиниринг» (г. Москва).

Внешний вид опытно-промышленной установки приведен на рис. 1.

В соответствии с результатами опытно-промышленных испытаний, технологическими особенностями действующих водопроводных очистных сооружений и существующей схемой реагентной обработки воды выявлены: оптимальные режимы эксплуатации модернизированной технологической схемы очистки воды, определены наиболее эффективные марки сорбентов — группы СПДК, требуемые дозы вводимых порошкообразных активированных углей при различных режимах эксплуатации в зависимости от типа удаляемых веществ.

В целом особенности и преимущества сорбционного извлечения микропримесей из воды состоят в следующем:

• удаляются примеси разных типов и структур (запахи, привкусы, нефтепродукты, фенолы, хлорорганические соединения, тяжелые металлы и др.);
• возможно целевое (избирательное) удаление отдельных малых групп примесей на фоне многих других;
• удаляемые примеси не разрушаются, и, следовательно, не производят вторичных вредных продуктов;
• удаляемые примеси на отработанном сорбенте сразу отделяются в осадок и выводятся из цикла.

На основании результатов технологических исследований и опытно-промышленных испытаний установлена оптимальная точка введения рабочего раствора порошкообразных активированных углей — аванкамеры насосных станций I подъёма водозаборных сооружений.

Были разработаны рекомендации для проектирования, в соответствии с которыми предложена разработка станции приготовления и дозирования порошкообразных активированных углей в двух режимах:

• удаление веществ, ответственных за возникновение неприятных запахов в питьевой воде;
• удаление специфических веществ техногенного происхождения в экстраординарных ситуациях.

Основными особенностями каждого режима являются: дозы вводимых активированных углей, период их ввода и общее количество.

В целях оптимизации стоимости строительства, сокращения сроков внедрения объекта, повышения безопасности в процессе эксплуатации рекомендовано использование оборудования нового поколения — специальных технологических модулей контейнерного типа производства предприятия «ЛИТ» (г. Москва) с их размещением на открытом воздухе в отапливаемом исполнении.

Применение этого оборудования позволило реализовать возможность размещения станции приготовления и дозирования порошкообразных активированных углей на ограниченной застроенной территории площадки водозаборных сооружений.

Рекомендованная для проектирования технологическая схема базируется на основе использования оригинальной технологии приготовления раствора угольной пульпы, разработанной «НИИВОДГЕО» и предусматривающей предварительное замачивание сухих порошкообразных активированных углей горячей водой с температурой не менее 60 °C, что позволяет существенно повысить сорбционную активность сорбентов и сократить их используемое количество.

Кроме того, конструктивные особенности специализированных технологических модулей контейнерного типа предусматривают техническую возможность поставки с завода-производителя порошкообразных активированных углей в индивидуальной таре — биг-бэгах — с их растариванием непосредственно внутри модулей типа СТЗК, исключающей возможность поступления порошкообразных углей в рабочую зону и возможность возникновения условий для взрыво- и пожароопасности.

Проектными решениями, выполненными ООО «ЮГСПЕЦИНЖСТРОЙ» (г. Ростов-на-Дону), была разработана станция приготовления и дозирования порошкообразных активированных углей, предусматривающая размещение всего технологического оборудования в отапливаемых контейнерах без строительства капитальных зданий.

Конструкции технологических модулей

Конструкции технологических модулей разработаны ООО «ВОДГЕО инжиниринг» совместно с предприятием «ЛИТ» на основании опыта реального использования аналогичных систем.

В проекте применены три типа специализированных технологических модулей:

1) СТЗК (технологические загрузочные), используемые для разгрузки порошкообразных активированных углей из биг-бэгов, приготовления первичного раствора угольной пульпы и его хранения в течение определённого периода времени. Растаривание порошкообразных активированных углей производится специальными ножами с пневматическим приводом.

Процесс загрузки порошкообразных активированных углей в загрузочный люк СТЗК приведен на рис. 2.

В контейнерах предусмотрена специальная система обеспыливания, исключающая возможность поступления углей в рабочую воздушную зону, а также системы воздушного барботажа, подачи холодной и горячей воды, воздуха, дренажа, непрерывного измерения уровня пульпы.

2) СТРК (технологические растворно-расходные), используемые в качестве расходных баков и приготовления рабочего раствора угольной пульпы. В контейнерах предусмотрены системы воздушного барботажа, подачи холодной и горячей воды, воздуха, дренажа, непрерывного измерения уровня пульпы.

3) СКУ (специализированные модули управления контейнерного типа) разработаны для размещения полного комплекта вспомогательного оборудования, необходимого для обеспечения функционирования станции приготовления и дозирования сорбентов: компрессоры для приведения в действие устройства растаривания биг-бэгов с порошкообразными активированными углями, воздуходувки для барботажа угольной пульпы, водонагреватели, насосы-дозаторы и станция управления.

Использование специальных модулей контейнерного типа позволяет:

• исключить пыление порошкообразных активированных углей при их разгрузке и, как следствие, условий для взрыво- и пожароопасности при их разгрузке из биг-бэгов;
• существенно повысить технологическую и экономическую эффективность использования ПАУ посредством его подготовки по специальной технологии с использованием предварительного замачивания горячей водой непосредственно в специализированных модулях.

Основные расчётные показатели системы углевания и технологической схемы производства определились исходя из результатов выполненных технологических исследований и цикла опытно-промышленных испытаний, а также опыта использования ПАУ в системах питьевого водоснабжения в аналогичных ситуациях.

Технологическим регламентом предусмотрены два режима использования ПАУ:

• в экстраординарных ситуациях при поступлении в водоисточник техногенных загрязнений. Предусматривается введение ПАУ дозами от 5 до 15 мг/л в течение 6 суток. При этом, исходя из рекомендаций «ВОДГЕО инжиниринг», дозировка ПАУ в течение расчётных 6 суток аспределяется следующим образом: 3 суток — 15 мг/л, 2 суток — 10 мг/л, 1 сутки — 5 мг/л. Средняя доза — 10 мг/л.
• в режиме долговременного использования (при удалении запахов и снижении содержания органических веществ): дозами 2−10 мг/л, средняя доза — 5 мг/л.

Технологическая схема размещения

Станция приготовления и дозирования ПАУ в специализированных модулях контейнерного типа включает:

• Специализированный модуль контейнерного типа технологический загрузочный. Модель СТЗК — 2 шт;
• Специализированный модуль контейнерного типа технологический растворно-расходный. Модель СТРК — 2 шт;
• Специализированный модуль контейнерного типа технологический растворно-расходный со станцией дозирования. Модель СТРК — 2 шт;
• Специализированный модуль управления контейнерного типа. Модель СКУ — 1 шт.

Все специализированные модули располагаются на открытом воздухе. В модулях предусмотрено автономное отопление на основе калориферов.

Исполнение станции приготовления и дозирования порошкообразных активированных углей в контейнерном виде позволило обеспечить её размещение на застроенной территории действующих водозаборных сооружений в максимально короткие сроки.

Технологическая схема размещения комплекса станции приготовления и дозирования порошкооразных активированных углей на площадке водозаборных сооружений представлена на рис. 3.

Внешний вид станции приготовления и дозирования порошкообразных активированных углей приведен на рисунке 4.

Сети инженерного обеспечения были предусмотрены проектом и обеспечивают подачу холодной, горячей воды и воздуха, коммуникации для перекачки первичного раствора угольной пульпы в модули СТРК и от насосов-дозаторов к точкам ввода рабочего раствора угольной пульпы в аванкамеры насосных станций I подъёма.

Особенности эксплуатации

Доза ПАУ уточняется в процессе эксплуатации и регулируется в зависимости от концентрации поступающих загрязнений и расхода обрабатываемой речной воды. Перемешивание ПАУ с обрабатываемой водой осуществляется в месте ввода — в аванкамерах за счет турбулентности потока воды и затем в насосах ВНС I-го подъема.

ПАУ вводится в виде 1%-ой (0,5−2%) пульпы по трубопроводам из полиэтилена со скоростью 1,0÷1,5 м/с. На трубопроводах подачи пульпы ПАУ к точкам ввода устанавливаются расходомеры Endress+Hauser типа Promag.

После завершения цикла работы системы углевания предусматривается промывка всех технологических модулей контейнерного типа и пульпопроводов водой. Промывка осуществляется посредством добавления в модули воды и последующей её перекачки с содержанием остаточного количества активированных углей в точки дозирования по проектной схеме.

Домывка технологических модулей контейнерного типа в случае необходимости осуществляется в ручном режиме с помощью мини-мойки KARCHER через смотровые люки.

Скорость промывки пульпопроводов — 1,5 м/с. Продолжительность — 3÷5 мин. (5 минут — время промывки пульпопровода от специализированного модуля контейнерного типа технологического растворно-расходного СТРК до точки ввода ПАУ, остальные участки пульпопровода промываются в течение 3 мин.).

Промывная вода после промывки участка трубопроводов «расходный контейнер СТРК — точки ввода», а также промывная вода от специализированных модулей контейнерного типа и трубопроводов других участков подается в точки ввода ПАУ.