Системный подход к выбору водоочистных технологий

Повышение санитарной надежности водопроводных очистных сооружений в зару­бежной и отечественной практике осуществляется в современных условиях путем при­менения дополнительных методов доочистки воды, таких как озонирование, сорбция, ионный обмен, обратный осмос и др. Оно, как правило, связано со значительными за­тратами на оборудование, электроэнергию, транспортные перевозки и реагенты.

При аварийных сбросах и эпизодическом появлении в водоисточниках техноген­ных загрязнений в концентрациях, значительно превышающих предельно допустимые, применяется дозирование порошковых угольных сорбентов в аванкамеры насосных станций первого подъема, либо в трубопровод непосредственно перед фильтрами с зернистой загрузкой. Для водоисточников, характеризующихся постоянной антропоген­ной и техногенной нагрузкой, рекомендуется дополнение очистных сооружений не­сколькими ступенями озонирования в сочетании с сорбционным методом, что не всегда оправдано с технико-экономической точки зрения. Использование таких приемов хотя и позволяет обеспечить получение качественной безвредной питьевой воды, однако свя­зано с серьезными проблемами:

• нерациональное использование порошковых угольных сорбентов (снижение их КПД, большие безвозвратные потери и «экранирование» утя);
• применение дорогостоящего оборудования и сорбентов (так, например, стои­мость получения и использования 1 кгОз/ч колеблется в пределах от 150,0 до 200,0 тыс. долл., а стоимость 1 м³ гранулированного угля достигает ~ 2,5-3,5 тыс. долл.);
• серьезные трудности, связанные с регенерацией отработанных гранулированных уг­лей в стационарных адсорберах.

Анализ эффективности традиционных водоочистных технологий (см. п. 10.1) и причин, препятствующих широкому внедрению дополнительных методов озонирова­ния и сорбции, стратегия выбора, системный подход к обоснованию технологических схем и интенсификации водоочистных процессов при проектировании новых и рекон­струкции существующих станций очистки воды являются весьма актуальными и требу­ют пристального внимания специалистов.

Технологии и сооружения подготовки воды

Технологии и сооружения подготовки воды питьевого качества в современных ус­ловиях должны:

• обеспечить повышенную барьерную функцию сооружений от попадания в пить­евую воду не только природных, но и примесей антропогенного характера, предусмот­ренных СанПиН;
• предотвратить в процессе водообработки образование токсичных хлорорганиче- ских соединений при первичном хлорировании воды, содержащей в большом количест­ве растворенные органические вещества;
• обеспечить гибкость в управлении процессами водоочистки в различные перио­ды изменения качества воды на разных по назначению и принципу работы сооружени­ях, входящих в единую технологическую схему станций;
• способствовать экономному расходованию электроэнергии, сорбентов, химичес­ких реагентов и эффективным режимам работы энергоемкого оборудования (озонато­ров, флотаторов, установок ионного обмена и др.) при изменяющейся степени загряз­ненности исходной воды в разные периоды года;
• максимально использовать методы предварительной очистки воды от грубодис­персных примесей и органически растворенных веществ непосредственно в водозабор­ном узле, сокращая тем самым количество осадков на водопроводных станциях и экс­плуатационные затраты на реагентную обработку.

Действующие в РФ нормативы на источники централизованного хозяйственно-пи- тьевого водоснабжения и качество питьевой воды, а также рекомендации, нормы и пра­вила проектирования систем водоснабжения не всегда позволяют в условиях повышен­ной антропогенной нагрузки на водоисточники проектировщикам и эксплуатационному персоналу водоочистных станций (комплексов) в достаточной мере принимать правиль­ные решения по выбору и интенсификации технологии водоподготовки.

Отмеченные выше аспекты явились предпосылками для разработки авторами сис­темного подхода к выбору водоочистных технологий. Такой подход состоит в комплекс­ном анализе и использовании:

• гидрохимической и санитарно-гигиенической информации о динамике многолет­него изменения качества природных вод в конкретном створе водотока и результатов ее статистической обработки с целью определения перечня основных загрязняющих ин­гредиентов, их максимально расчетных концентраций, фазово-дисперсного состояния примесей и продолжительности их присутствия в контрольном створе водозабора за анализируемый период;
• новых классов и подклассов природных вод по качественному составу, предло­женных для выбора технологий водоподготовки с учетом антропогенной нагрузки на них, фазово-дисперсного состояния примесей и временного фактора присутствия в за­данном интервале концентраций;
• впервые разработанных классификаторов технологий очистки природных вод, позволяющих для заданного качества очищаемой воды получить набор нескольких аль­тернативных технологических схем водоочистки, реализующих как традиционные, так и усовершенствованные процессы и сооружения;
• современных методов технико-экономического сравнения и оценки экологичес­кой эффективности технологий для определения наиболее выгодной из них, в том чис­ле в условиях рыночной экономики;
• впервые разработанных и апробированных структурных и математических моде­лей оптимизации выбранной технологии водоочистного комплекса в целом с последую­щим решением задач, связанных с управлением его работой;
• разработанных систем автоматического управления оптимальными режимами эксплуатации водоочистных комплексов.

Алгоритм обоснования и оптимизации водоочистной технологии

П - приведенные затраты; ЧДД - чистый дисконтированный доход; ВНД - внутренняя норма до­ходности; X_iф, X_ia - концентрации сооветственно фоновых и антропогенных i-ых ингредиентов

Интенсификация отдельных процессов и технологической схемы очистки воды в современных условиях должна осуществляться в следующих направлениях:

• более широким применением методов биологической и механической предочистки воды (в том числе в руслах водотоков), позволяющих снизить начальные концентра­ции загрязнений и гидравлическую нагрузку на основные очистные сооружения;
• изменением режима хлорирования, позволяющим сократить дозы и время кон­такта хлора с неочищенной водой, заменой хлорирования воды на первичное озониро­вание или УФ-облучение и УФ+ультразвуковую обработку
• применением комплексной обработки воды различными окислителями (озон, перманганат калия, пероксид водорода) при наличии в воде особо токсичных веществ;
• применением более эффективных коагулянтов и флокулянтов для конкретного со­става исходной воды;
• применением смесителей мгновенного действия, лопастных и контактных камер хлопьеобразования и камер с псевдоожиженным мелкозернистым слоем;
• повышением эффективности процессов отстаивания и осветления воды путем ис­пользования тонкослойных модулей, рециркуляторов слоя взвешенного осадка;
• использованием инертных фильтрующих загрузок с плотностью больше и мень­ше плотности воды, с более развитой поверхностью зерен; применением двух- и трех­слойных загрузок большой грязеемкости, двухпоточного фильтрования;
• усовершенствованием режимов промывки загрузок и конструкций сборно-рас- пределительных систем фильтровальных сооружений;
• дополнением реагентной технологии очистки озонированием, осуществляемым в одну или две ступени, и сорбционной доочисткой воды с использованием гранулирован­ных (ГАУ) или порошковых (ПАУ) активированных углей, вводимых в зону глубокого осветления воды;
• внедрением фильтровальных сооружений комбинированного типа с зернистыми и гранулированными загрузками с плотностью больше и меньше плотности воды, волокнис­то-гранулированными и осветлительно-сорбционными загрузками. Такие сооружения поз­воляют добиться эффективной очистки воды за счет регулирования межпоровош простран­ства, увеличения продолжительности фильтроцикла, уменьшения темпов роста потерь на­пора при одновременном снижении эксплуатационных затрат на промывку фильтрующих загрузок, их доставку к станциям назначения и планово-профилактические работы.

В целом реализация системного подхода на практике позволяет обеспечить доста­точную санитарную и экологическую надежность станций водоподготовки и экономное использование дорогостоящих материалов и оборудования в условиях повышенных ан­тропогенных нагрузок на водоисточники.

Вернуться к списку