Влияние качества промывных вод на водоисточники и работу очистных сооружений

При очистке природных вод образуются сточные воды, состав и вид которых зави­сит от качества обрабатываемой природной воды, состава и эффективности работы со­оружений, вида применяемых реагентов и других факторов.

На водопроводных очистных сооружениях (ВОС), использующих поверхностные водоисточники, относящиеся к классу маломутных и цветных, в характерные периоды года были изучены: промывные воды скорых фильтров, сточные воды продувки гори­зонтальных отстойников и осветлителей-рециркуляторов. Анализировались взвешен­ные вещества, остаточный алюминий, железо, вещества азотной группы (аммиак, нит­раты, нитриты), сульфаты, фосфаты, влажность, минеральная и органическая части, нефтепродукты, активная реакция, ХПК, БПК5, щелочность, хлориды, жесткость. Ана­лиз данных показал наличие в технологических стоках высокой концентрации взвеси (среднее содержание взвешенных веществ в промывных водах скорых фильтров состав­ляло 150-370 мг/л, в сточных водах продувки отстойников 250-2100 мг/л при среднем значении 1050 мг/л, после осветлителей-рециркуляторов - 200-7700 мг/л при среднем значении 2400 мг/л). Наиболее высокое содержание взвешенных веществ в сточных во­дах характерно для периодов весеннего и осеннего паводков.

Основным минеральным за­грязнителем, наиболее часто вноси­мым при коагуляционной обработке воды, являются соединения алюми­ния. Содержание алюминия в техно­логических стоках за этот период из­менялось в пределах 0,5-6,0 мг/л.

Наиболее высокие концен­трации наблюдались при обработке исходной воды с высокой цветнос­тью и низкими температурами, близ­кими к 0 °С в периоды осенних па­водков. Концентрация А1³⁺в общем случае выше в стоках продувок со­оружений первой ступени.

Распределение концентраций А1³⁺ в промывной воде скорых фильтров по сезонам года

Промывные воды скорых фильтров характеризовались также следующими усред­ненными показателями: железо общее 0,23-0,35 мг/л, сульфаты 78-92 мг/л, хлориды 15-16 мг/л, БПКполн 3,2-6,3 мг/л.

В настоящее время применяется несколько способов использования промывных вод и других технологических стоков ВОС, использующих поверхностные водоисточ­ники:

• сброс в естественную природцую среду - реки, водоемы, естественные пониже­ния рельефа, закачивание в подземные горизонты; искусственно созданные шламонакопители, пруды. Основными недостатками этого способа, оказывающего негативное вли­яние на природную среду, являются загрязнение поверхностных и подземных вод, а так­же прилегающих к ВОС территорий, отторжение больших площадей для размещения шламонакопителей и иловых площадок;
• сброс на городские очистные сооружения канализации. Применяются два вариан­та этого способа: сброс промывных вод после их усреднения; сброс осадка после его предварительного уплотнения. Основными недостатками способа является существен­ное увеличение нагрузки на КОС, высокие затраты на транспортировку сточных вод и осадков, а также поступление несвойственного для КОС загрязнителя - соединений алюминия;
• повторное использование промывных вод и др. технологических стоков ВОС. Может применяться как с предварительной обработкой (в отечественной практике - от­стаивание), так и без нее.

К сожалению, до настоящего времени в отечественной практике еще наблюдается сброс сточных вод ВОС в прилегающие водоемы, что обусловлено недостаточной изу­ченностью отрицательного влияния таких сбросов на водоемы, отсутствием средств, а также ухудшением качественных и экономических показателей обработки воды при обороте промывных вод. В таблице приведены усредненные данные по качеству сточ­ной воды от промывки скорых фильтров в соотношении с качеством воды водоприем­ника в фоновом створе (р. Вологда). Анализ данных позволяет установить основные за­грязняющие вещества: высокая концентрация взвеси в промывных водах, соединения алюминия, сульфаты, хлориды.

Сравнение химического состава промывной воды скорых фильтров и водоприемника

В следующей таблице представлены средние показатели качества воды р. Вологды в кон­трольном створе и на расстоянии 500 м ниже по течению выпуска сточных вод ВОС по наиболее характерным показателям: взвешенные вещества и остаточный алюминий. Ре­зультаты получены в летне-осенний период 1998-1999 годов. Концентрация А1³⁺ в кон­трольном створе в среднем составила 0,2 мг/л (ПДК в водоемах 0,04 мг/л), концентра­ция взвешенных веществ увеличивалась в 2 раза.

Влияние сброса технологических стоков ВОС на содержание алюминия и концентрацию взвешенных веществ в водотоке

Влияние сброса неочищенных стоков ВОС на качество воды водотока как непо­средственно в месте сброса, так и ниже по течению показана на рисунке ниже. Непосредст­венно в районе выпуска концентрация взвеси увеличивается в несколько десятков раз, концентрация алюминия достигает значения 3,4 мг/л. При низких скоростях течения ре­ки в периоды межени большая часть взвешенных веществ, обладающих высокой седиментационной способностью, осаждается в непосредственной близости от выпуска, со­здавая иловые наносы. Показательны в этом плане результаты анализа речной воды ни­же выпуска в отсутствие сброса. Отмеченные высокие концентрации взвеси (1-23 мг/л к фону) и остаточного алюминия (0,4-1,3 мг/л) явились результатом вымывания их из наносов. Содержание остаточного активного хлора (0,4-0,7 мг/л) даже на удалении от выпуска стоков (50 м ниже по течению) предполагает уничтожение значительной части микроорганизмов, необходимых для процессов самоочищения водоема. Одновременно было отмечено возрастание перманганатной окисляемости. Таким образом, результаты исследований подтвердили негативное влияние сброса неочищенных сточных вод ВОС на природную среду. Такие сбросы вызывают загрязнение поверхностных водоемов ор­ганическими и неорганическими веществами, химическими реагентами, добавляемыми в качестве коагулянтов и флокулянтов при обработке воды. В результате этого в поверх­ностных водоемах изменяется состав воды, возникают иловые наносы, повышается по­требность в кислороде, угнетаются процессы самоочищения. Все это в конечном счете приводит к ухудшению качества поверхностных вод. Фактически водопроводные стан­ции в этом случае не только концентрируют в источнике содержащиеся в нем загрязне­ния, но вводят после реагентной обработки дополнительные загрязнения. Учитывая ог­ромные объемы сбросов (5-15% от общей производительности водопроводных стан­ций) и потребляемых реагентов, проблема обработки и повторного использования сточ­ных вод ВОС требует срочного решения.

Изменение качества реч­ной воды по отдельным показателям в районе выпуска промывных вод скорых фильтров

1- выпуск промывных вод; 2- выше выпуска, 50 м; 3 - ниже выпуска, 50 м;

Наиболее часто в существующих и проектных технических решениях по утилиза­ции промывных вод скорых фильтров и контактных осветлителей рекомендуется их по­вторное использование. При двухступенчатой схеме очистки природной воды применя­ют следующую схему: промывные воды скорых фильтров поступают через песколовку в приемный резервуар, а из него без отстаивания или после него - равномерно перека­чиваются в голову очистных сооружений. Осадок, накапливающийся на дне резервуара промывных вод, направляется в сгустители или на сооружения по обезвоживанию.

Характерной особенностью технологических стоков ВОС являются значительные колебания их расхода (залповые сбросы), а также значительное колебание их качества в течение сброса. Характерное для цветных маломутных вод в водоисточнике изменение качества промывной воды в течение промывки для скорого фильтра по показателям взвешенных веществ и остаточного алюминия представлено на рисунке.

Зависимость (а) мутности; (б) содержания А1³⁺ в промывной воде скорых фильтров от продолжительности промывки

Взвешенные вещества, содержащиеся в промывных водах, при условии коагуляци­онной обработки исходной воды обладают способностью достаточно быстро агломери­роваться в крупные хлопья, обладающие высокой седиментационной способностью. Отстаивание промывных вод скорых фильтров в статических условиях показало, что большая часть взвеси выпадает в осадок в течение 20-35 мин после начала отстаивания. При дальнейшем отстаивании содержание взвешенных веществ изменяется мало и со­ставляет 15-30 мг/л.

Периодичность сброса промывных вод, время перекачки и нахождения промывных вод в резервуарах зависит от конструктивных и технологических параметров конкрет­ных сооружений (длительность фильтроцикла, количество фильтров, объем резервуара и др.). Изменение качества оборотной воды в резервуарах-усреднителях СПИВ (стан­ции повторного использования воды) по показателям мутности и остаточного алюминия при периодичности сброса промывной воды, равной 2 часам. Значительное изменение качества оборотной воды в цикле перекачки обусловлено вы­сокой способностью промывной воды к осветлению, неравномерностью качества и объ­ема поступающей в резервуар промывной воды.

Зависимость содержания взвешенных веществ в промывной воде от времени отстаивания в условиях обработки исходной воды сернокислым алюминием и ПАА

Анализ данных по влиянию оборота промывной воды (рассмотрены усредненные показатели за октябрь -декабрь 1999 года) на качество воды, поступающей на обработ­ку, позволяет сделать вывод о том, что качество воды с добавкой промывной по химическим показателям в целом близко к речной воде. Цветность смешанной воды возраста­ет незначительно. Увеличение содержания взвеси составляет около 42%. Довольно зна­чительное ухудшение качества воды было отмечено по содержанию общего железа - 37,5%, и соединениям азотной группы: аммиак 2,1%, нитриты 26%. Основными веще­ствами, ухудшающими качество смешанной воды, как и следовало ожидать, являются соединения алюминия. В среднем концентрация остаточного алюминия в речной воде после добавки промывной составила 0,27 мг/л при максимальном значении 1,26 мг/л.

Изменение качества промывной воды в резервуарах-усреднителях СПИВ

1 - уровень в резервуаре (метр); 2  - мутность оборотной воды; 3- содержание А1³⁺ в оборотной воде.

Проведенные А.В. Чекрышевым исследования в течение 1998-1999 годов позво­лили установить, что повышение содержания в исходной воде остаточного алюминия за счет оборота промывной воды приводит к увеличению его содержания в обработанной в среднем на 0,12 мг/л. Кроме того, в некоторых случаях ухудшаются органолептичес­кие показатели (мутность и цветность), увеличиваются перманганатная окисляемость, содержание железа.

За этот же период изучалось влияние примесей промывной воды на бактериологиче­ские показатели воды, поступающей на обработку, по стандартным для водоисточника по­казателям (лактозные палочки (ЛКП), общее микробное число (ОМЧ), споры сульфитредуцирующих клостридий). Как показывают результаты, добавка промывной воды не ока­зывает существенного влияния на бактериологические показатели исходной воды, посту­пающей на обработку. Вместе с тем следует отметить и нестабильность бактериологиче­ских показателей в присутствии добавки промывной воды, особенно в периоды большой бактериологической нагрузки на сооружения. Так, в этот период ЛКП смешанной воды достигало значений 40 000 (исходная вода 29 000). В другом случае было зафиксировано присутствие ЛКП в количестве 1000 при содержании их в исходной воде 10 000.

Таким образом, на основании лабораторных и производственных исследований на действующих сооружениях выявлена характерная особенность метода повторного ис­пользования промывной воды, использующегося при двухступенчатых схемах водопод­готовки (равномерная перекачка в голову сооружений из резервуаров-усреднителей без отстаивания): существенное колебание качества оборотной воды. В результате этого за­трудняется определение оптимальных доз реагентов. Обеспечить на сооружениях доста­точно равномерное качество оборотной воды представляется достаточно сложной зада­чей. Ее решение может быть достигнуто за счет предотвращения отстаивания промыв­ной воды в резервуарах; снижения периода перекачки до времени отстаивания основно­го количества взвешенных веществ и, следовательно, увеличения процента добавки обо­ротной воды к исходной; предварительной подготовки оборотной воды каким-либо мето­дом с целью улучшения ее качества.

Одним из важнейших факторов, влияющих на работу сооружений без предвари­тельной подготовки оборотной воды, является соотношение объемов оборотной и ис­ходной воды. Основными загрязнениями, влияющими на эффективность работы соору­жений в условиях оборота промывной воды, являются взвешенные вещества и остаточ­ный алюминий.

Зависимость содержания остаточного алюминия от мутности оборотной воды

Зависимость концентрации остаточного алюминия от мутности оборотной воды (холодный период года)

Между содержанием взвешенных веществ в промывной воде и остаточным алюми­нием выдерживается достаточно строгая линейная зависимость. На ее основании мож­но сделать некоторые выводы. Отставание промывной воды, имеющей после ее освет­ления даже при длительном периоде мутность не менее 15-30 мг/л, позволит снизить содержание остаточного алюминия не более чем до 3-6 мг/л. В оборотной воде содер­жится остаточный алюминий в растворенном виде, не связанном с взвешенными веще­ствами, в концентрациях не менее чем 0,02-0,12 мг/л. Снижение его концентрации в об­работанной воде на сооружениях, рассчитанных на выделение взвешенных веществ, вряд ли возможно. Причем наибольшие его концентрации, как и следовало ожидать, приходятся на холодный период года. С увеличением содержания взвешенных веществ скорость прироста концентрации остаточного алюминия снижается.

Содержание взвешенных веществ в оборотной воде при условии обработки мало­мутных цветных вод играет в целом положительную роль. В связи с этим в проектных решениях рекомендуется использовать промывную воду в качестве замутнителя. С дру­гой стороны, содержание остаточного алюминия в питьевой воде должно быть мини­мальным. При решении задачи оптимального соотношения исходной и оборотной воды перед очистными сооружениями с точки зрения обеспечения качества питьевой воды после них необходимо найти условия максимального улучшения условий коагулирова­ния примесей воды за счет внесения взвеси при минимальном внесении соединений алюминия.

Повторное использование промывных вод на водопроводных очистных станциях в настоящее время предполагает изначальное ухудшение качества исходной воды перед очистными сооружениями из-за внесения в нее не свойственных фоновому гидрохими­ческому составу токсичных веществ, в первую очередь остаточного алюминия.

Выбор методов и сооружений очистки промывных вод следует осуществлять в за­висимости от намечаемого их дальнейшего использования в водопроводно-канализационном комплексе. В зависимости от степени очистки промывных вод их целесообраз­но использовать в системах производственного водоснабжения, для приготовления рас­творов реагентов, для полива территорий и др.

Вернуться к списку