Обустройство водозаборных и водопонижающих сооружений

- высокая минерализация

Системы водоснабжения-комплекс сооружений, предназначенных для забора и транспортировки воды с последующей ее подготовкой для потребителя.

Системы водоснабжения  на основе поверхностных источников

1. Русловые
2. Береговые
3. Комбинированные

А. затопленные

Б. затопляемые

В зависимости от назначения водозаборные сооружения классифицируют:

1. Оросительные насосные станции
2. Системы хоз- пит.водоснабжения
3. Водопонижающие и осушающие насосные станции

ВОДОЗАБОР ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД

Комплекс гидротехнических сооружений, включающий водоприемник, насосную станцию с самотечными или сифонными водоводами. При выборе типа и конструкций водозабора поверхностных вод учитывают следующие характеристики поверхностных источников: расходный режим, водохозяйственный баланс; устойчивость ложа, поймы или берегов источника с прогнозом на 15—20 лет; требования к качеству воды, предъявляемые потребителями; качественные и количественные характеристики воды с учетом возможного их изменения вследствие поступления в источник сточных вод; режимы перемещений донных отложений; наличие вечномерзлых грунтов, возможность промерзания и пересыхания источника; наличие снежных лавин и селевых явлений; осенне-зимний режим источника и шуголедовые явления в нем; температуру воды по периодам года и ее стратификацию; характерные особенности весеннего вскрытия источника, половодья и прохождения паводков; требования органов по регулированию использования и охране вод, санитарного надзора, охраны рыбных запасов; возможность организации зон санитарной охраны при необходимости забора воды на хозяйственно-питьевые нужды; технико-экономическую оценку условий комплексного использования источников.  
Во всех системах водоснабжения предусматривают мероприятия по предотвращению механических, биологических и минералогических загрязнений воды, поступающей в водозабор поверхностных вод, при последующей ее транспортировке по каналам и водоводам. В случае шуголедовых явлений в источнике водоснабжения предусматривают электрообогрев решеток, подвод к водоприемникам теплой воды или сжатого воздуха, импульсную промывку в сочетании с обратной промывкой, покрытие металлических элементов кассет гидрофобным материалом и др. При отборе воды из источников, имеющих рыбохозяйственное значение, предусматривают рыбозащитные устройства. Водозабор поверхностных вод различают по: виду водоисточника — из водотоков с равнинных, предгорных и горных рек и каналов, из водоемов (морей, озер, водохранилищ); назначению — для хозяйственно-питьевого, промышленного, ирригационного, теплоэнергетического водоснабжения; категории обеспеченности подачи воды; компоновке основных элементов — совмещенные (водоприемник и насосная станция компонуются в одном сооружении) и раздельные; месту расположения водоприемника — береговые, русловые, выносные; типу или схеме водозабора — 1) береговая насосная станция с самотечными или сифонными водоводами и водоприемниками в водоисточнике (крибе) с водоприемным ковшом, 2) с открытым или огражденным каналом, подводящим воду к насосной станции; способу приема воды в водоприемник — с верхним, боковым, нижним приемами воды; условию приема воды в водоприемник — поверхностный, глубинный и донный, положению водоприемника по отношению к уровню воды в водотоке или водоеме — незатопляемый, временно затопляемый и затопленный; материалу, из которого изготовляют водоприемники, — железобетонные, бетонные, металлические, деревянные; конструктивным особенностям водоприемника — с вихревой камерой, щелевые, ряжевые, раструбные, трубчатые, зонтичные; воздействию на природные условия водоисточника — активные и пассивные, характеру подвижности водозабора — стационарные, плавучие и фупикулерные; режиму эксплуатации — постоянные и временные. При необходимости увеличения глубин воды у входных отверстий и регулирования забора воды устраивают приплотинные водоприемники водозаборного сооружения, которые могут быть как в теле плотины, так и за ее пределами.  
Водозабор поверхностных вод по обеспеченности подачи воды подразделяют на три категории, в соответствии с которыми устанавливают класс сооружений. Выбор схемы компоновки этих сооружений в сложных гидроморфологических условиях производят на основе лабораторных и натурных исследований. Использование пассивных водозаборов поверхностных вод или таких их компоновок и конструктивных элементов, которые не нарушают или сводят к минимуму нарушения естественного режима водоисточника, позволяет даже в очень тяжелых условиях забора воды обеспечить их высокую категорию. Так, при интенсивном разрушении берегов, прибрежных склонов и вдоль береговых наносов вынос насосной станции за пределы зоны ожидаемого разрушения (без устройства берегозащиты) и размещение водоприемников вне зоны действий сосредоточенных течений, выходящих из прибойных зон, позволяют обеспечить водозабор первой категории. Использование таких конструктивных элементов, как ковши, пороги, шпоры, дамбы, открылки, позволяющих улучшить местные условия забора воды (ранний ледостав, отвод от места водоотбора в водоисточнике масс воды с повышенным содержанием наносов, сора, шугольда), позволяет повысить категорию водозабора поверхностных вод. Конструкция водозабора поверхностных вод должна обеспечивать забор из водоисточника расчетного расхода воды и подачу его потребителю; защиту системы водоснабжения от попадания в нее сора, планктона, наносов, ракушек и шугольда, а также молоди рыб от гибели и травмирования, пропуск проходных рыб к нерестилищам в водоисточниках рыбохозяйственного назначения; при этом быть прочной, устойчивой и долговечной.

3 Борьба с биологическими  обрастаниями и шуго – ледовыми  явлениями на поверхностных водоприемниках

Биологическое обрастание сетей и сооружений систем водоснабжения создает конфликт между жизнедеятельностью, присущей водным микроорганизмам, и эффективным функционированием поверхностей, омываемых водой, которая является естественной средой обитания этих организмов. Этот конфликт рациональнее всего разрешать не путем борьбы с природой, а методами избирательного предупреждения обрастания и повреждения каждого отдельного оборудования в зависимости от положения его в системе водоснабжения.

В научно-техническом плане защита от обрастания – комплексная проблема, требующая участия специалистов различных отраслей: биологов, химиков, физиков, технологов, инженеров.

Связь развития обрастаний с санитарным состоянием водоисточников и химическим составом воды в них показывает, что первоочередной задачей является охрана этих водоисточников от загрязнений. В области питьевого водоснабжения эту задачу решают так называемые санитарные охранные зоны.

В ряде случаев для предупреждения образования обрастаний необходима соответствующая обработка воды. При выборе источника водоснабжения всегда необходимо выяснить, в какой мере и какого рода обрастания могут образовываться при дальнейшем его использовании. Необходимые для этого сведения можно получить путем гидробиологического обследования планируемого водоисточника.

В тех случаях, когда источником водоснабжения служат подземные воды, содержащие повышенные концентрации железа или сероводорода, предупреждение развития железобактерий или серобактерий состоит в предварительной обработке воды. Остаточная концентрация железа не должна превышать 0,1 мг/л, а сероводород должен быть удален практически полностью.

В числе мероприятий, применяемых для предотвращения биообрастаний, широко используется купоросование в зоне водозабора, микрофильтрация перед поступлением воды на сооружения, использование флокулянтов для повышения эффекта осаждения микроорганизмов,  проведение обеззараживания с обязательным соблюдением контакта обрабатываемой воды, например, с хлором или озоном, удаление органических веществ и т.д.

Концентрация органического углерода в воде, как растворенного, так и в связанных, коллоидных формах – один из важнейших факторов роста биопленок. Этот параметр считают определяющим для биологической стабильности воды. Очевидно, немаловажную роль для формирования биоценозов обрастания играет так же содержание в воде других питательных веществ. Ограничение роста массы биообрастаний путем удаления из среды питательных веществ, представляет собой важнейшую стратегию борьбы с ними. Поэтому, теоретическое обоснование разработки эффективных методов борьбы с биообрастаниями в системах питьевого водоснабжения должно быть основано на изучении влияния биогенных элементов на микробный состав биообрастаний и их интенсивность.

Для борьбы с обрастаниями в резервуарах большое значение имеют такие простые профилактические мероприятия, как своевременная и тщательная промывка и дезинфекция.

Обеззараживание воды в резервуаре, по возможности, необходимо производить при полном его заполнении, с целью предотвращения вторичного инфицирования воды микроорганизмами, адсорбированными на стенках резервуара выше уровня воды.

Как показали исследования на действующих резервуарах, промывка из брандспойта обеспечивает удаление слизи и обрастаний с поверхностей резервуаров только в местах непосредственно направленной струи. Там, где поверхность обрабатывается размытой струей, смыв обрастаний бывает неполным. Особенно это касается обрастаний, образованных железо- и серобактериями, для снятия которых требуется обработка скребками.

Смыв обрастаний с поверхностей в значительной мере зависит от качества отделки конструкций резервуара. Чем менее гладкая поверхность, чем больше она содержит шероховатостей, тем менее эффективно происходит удаление с нее органических веществ при промывке, тем большее количество микроорганизмов остается на стенах, перегородках, колонах.

Последующая дезинфекция резервуара хлором в дозах 50-70 мг/л при экспозиции 24 ч убивает микрофлору и гидробионтов, находящихся в поверхностном слое оставшихся обрастаний, разрушает слизистые пленки обрастаний, и они легче смываются с поверхностей резервуара. Микроорганизмы, развившиеся в углублениях, порах, неровностях стен, сохраняют жизнеспособность. Более того, получая доступ к органическим веществам, которые под воздействием хлора переводятся в легко усвояемую для них форму, они могут дать вспышки роста.

Важнейшим источником питательных веществ для микроорганизмов являются химические соединения, выделяемые в среду обрастаемой поверхностью. Данный факт исследован с применением в качестве обрастаемых поверхностей пластмасс. Однако, это характерно также и для минеральных материалов. Например, остатки органических веществ на цементных поверхностях  приводят к усиленному росту биопленок. Органические составляющие цемента также могут быть использованы в качестве питания для роста биопленок, даже если они первоначально находятся в связанном состоянии со щелочной матрицей цемента и встречаются там только в небольших концентрациях (0,2 – 0,5%). Они высвобождаются путем абиотических коррозионных процессов и стимулируют рост микроорганизмов.

Зависимость биологического обрастания от химического состава материалов, используемых в системах водоснабжения, является основным фактором для правильного подбора последних. Важность его, как указывалось выше, состоит в том, что определенные химические соединения могут диффундировать из материала в среду и оказывать активирующее или ингибирующее воздействие на рост биопленки.

Исследования образования биопленок на высококачественной стали, поливинилхлориде, полиэтилене и меди были проведены Г.-К. Флемингом при разном времени экспозиции в питьевой воде. В качестве материалов для сравнения применялись стекло и парафин. Время экспозиции составляло от одного дня до нескольких месяцев. Было установлено, что существенные различия в плотности заселения сглаживаются  (выравниваются) при длительном времени экспозиции. Так, по данным Grubert L. после максимальной (восьмимесячной) эксплуатации полиэтиленового трубопровода на его поверхности образовывается такая же биопленка, как и на стальных трубах, обработанных специальными покрытиями. Даже на поверхности меди, которая на первоначальных этапах экспозиции (свежая поверхность) заселяется незначительно, после эксплуатации от месяца до года обнаруживается достаточно развитая биопленка.

Одним из методов борьбы с биологическими обрастаниями является также применение материалов, не подверженных или слабо подверженных воздействию микроорганизмов.

Именно поэтому, в составе мероприятий, применяемых для предотвращения обрастаний, способствующих коррозии труб и элементов оборудования, омываемых водой, существенное место принадлежит защитным покрытиям. Более гладкая поверхность таких покрытий существенно затрудняет прикрепление микроорганизмов. Кроме того, применение получают бактерицидные покрытия, содержащие токсические для микробов вещества. Механизм их действия заключается в ламинарном (пристеночном) слое покрытия такой концентрации биоцида, которая была бы достаточной для уничтожения попадающих в него расселительных форм. Необходимая концентрация биоцида, превышающая некоторое критическое значение, поддерживается благодаря постоянному выщелачиванию его из покрытия.

Из защитных мероприятий широко известна санация трубопроводов песчано-цементными смесями и полимерными покрытиями. Однако, в связи с тем, что санация – мероприятие дорогостоящее и требует отключения и полного опорожнения водопроводов, применение ее предприятиями водопроводно-канализационных хозяйств ограничено.

Как следует из результатов исследования процессов биологических обрастаний трубопроводов, при увеличении скорости течения воды биомасса обрастания сначала возрастает, что связано с усилением аккумуляции и роста. При скоростях, превышающих критическое значение – 0,2-0,5 м/с, она резко снижается, вероятно, вследствие возрастания напряжения сдвига в пограничном слое и нарушения условий адгезии и прикрепления. Наконец, при скорости течения, превышающей 1,5 м/с, обрастание вообще оказывается невозможным.

Понятно, что для обеспечения таких скоростей потока, необходимо уменьшать диаметры водопроводов, однако, это приведет к неоправданному росту энергетических затрат на подачу воды потребителям, поэтому практическое применение данного метода предупреждения биообрастания сомнительно.

Уничтожение уже развившихся обрастаний ведется, как правило, химическими методами.

Химическая защита от биообрастания, основанная на применении токсичных для микроорганизмов веществ (биоцидов), ввиду использования системы водоснабжения для питьевых нужд, крайне ограничена. Самый известный и в настоящее время наиболее широко применяемый метод – хлорирование. Оптимально необходимые дозы хлора устанавливаются с учетом хлоропоглощаемости воды и должны обеспечивать наличие остаточного хлора в соответствии с СанПиН 10-124 РБ 99. Дозы хлора, время контакта и периодичность воздействия зависят от того, какие организмы преобладают в обрастаниях.

Режимы хлорирования (периоды подачи хлорированной воды и интервалы между ними) могут быть весьма разнообразными. Если обрастания образуются быстрорастущими микроорганизмами, периоды подачи хлора устанавливаются порядка 5-15 мин, а интервалы между ними – 45-55 мин.

Интервалы между периодами подачи хлора подбираются такими, за время которых возможно крайне небольшое оседание и прикрепление микробов. В период подачи хлора они окажутся убитыми, а поверхность металла освеженной. Слизистые налеты при этом распадаются и легко смываются напором воды.

Для борьбы с подвижными, плавающими клетками микробов обычно применяются низкие дозы хлора, например, такие, какие подаются на питьевых водопроводах для дезинфекции воды.

Рациональные режимы хлорирования должны устанавливаться во всех случаях на основании изучения биологии и физиологии соответствующих организмов, вызывающих обрастание.

Применение хлора имеет свои недостатки. Известно, что даже при концентрации свободного хора в воде до 4 мг/л и времени воздействия 8 часов на обрабатываемой поверхности сохраняется до 20% микрофлоры биопленки обрастания. Интересно также, что в результате применения окислительных биоцидов, каким является хлор, происходит частичное разрушение биопленок, образуются легкоокисляемые органические соединения, т.е. среда обогащается питательными веществами, что, в свою очередь, способствует активному вторичному микробному росту. При взаимодействии хлора с органическими веществами биопленок возможно также образование соединений, обладающих канцерогенными свойствами.

Монохлорамин и перекись водорода оказывают, по сравнению с хлором, лучшее дезинфицирующее действие на организмы биопленок.