Обустройство водозаборных и водопонижающих сооружений

К сожалению, исследования по воздействию известных биоцидов на микроорганизмы относятся, в большинстве своем, к суспендированным (планктонным) клеткам. Эффективность воздействия биоцидов на клетки биопленки до конца не выяснена, т.к. микроорганизмы в биопленке распределены неравномерно и часто, как показано выше, оказываются защищенными от воздействия биоцидов внеклеточными полимерными веществами.

Главное преимущество хлорирования перед альтернативными методами заключается в создании в воде его остаточного последействия, что обеспечивает сохранение качества воды в распределительных сетях. Поэтому, несмотря на расширение применения других методов обеззараживания, технологии с использованием жидкого хлора являются наиболее распространенными.

Совершенствование технологии хлорирования остается актуальным, поскольку известны негативные факторы применения сжиженного хлора. В первую очередь это токсичность газообразного хлора (он относится к сильнодействующим ядовитым веществам), взрывоопасность из-за высокой реакционной способности и высокая коррозионная активность водных растворов. Другим известным недостатком процесса является образование при хлорировании, как указывалось выше, галогенорганических соединений. Основными и наиболее опасными среди них являются летучие галогенорганические соединение (ЛГС), большую часть которых при хлорировании природных вод составляют тригалогенметаны (ТГМ). Среди ТГМ наиболее вероятным является образование хлороформа, содержание которого, по некоторым оценкам, на 1 – 3 порядка выше других ЛГС. Необходимо также учитывать тот факт, что хлорирование приводит к появлению наряду с хлорсодержащими соединениями и их бромсодержащих аналогов (бромдихлорметан и дибромхлорметан). Причем ПДК для бромдихлорметана и дибромхлорметана почти в семь раз ниже, чем для хлороформа, и в отдельных случаях они вносят основной вклад в составляющую токсичности воды. Поэтому снижение дозы хлора при первичном хлорировании воды является одним из наиболее доступных приемов, предотвращающих образование ЛГС на действующих водопроводах.

На взаимодействие хлора с органическими веществами, в результате которого образуются ЛГС, оказывает влияние их состав и количество, а также сочетание процесса хлорирования с другими технологическими процессами, такими как коагулирование, фильтрование, озонирование. Установлено, что в процессе коагуляции, отстаивания и фильтрования ЛГС из воды, как правило, не удаляются, а после вторичного хлорирования их концентрация в очищенной воде возрастает и в резервуаре чистой воды достигает максимального значения. Образование ЛГС значительно уменьшается, если хлорированию подвергается вода, предварительно очищенная от взвешенных и растворенных органических веществ в процессе коагуляции, отстаивания и фильтрования. Таким образом, важным мероприятием, направленным на снижение суммарного количества ЛГС, является эффективная очистка обрабатываемой воды от природных органических соединений и микрофлоры, ответственных за образование ЛГС.

В настоящее время осуществляются мероприятия по сокращению числа объектов, использующих жидкий хлор.

Оптимизм ряда ученых и специалистов относительно быстрой замены хлорирования альтернативными методами обеззараживания, прежде всего озонированием и обработкой УФ-лучами, ввиду тяжелого материального положения большинства предприятий водопроводно-канализационного хозяйства зачастую несостоятелен. Кроме этого, преимущества, например, озонирования отнюдь не бесспорны.

Как известно, проведение исследований с использованием подопытных животных обычно расценивается как более надежное и объективное. Имеются данные об увеличении заболеваемости раком кожи мышей, которые обрабатывались в течение 20 недель концентратом озонированной воды. При этом вода проходила следующую технологическую цепочку: коагуляцию, осаждение, фильтрование, а затем озонирование дозой 1,5 мг/л.

Таким образом, можно сделать заключение, что результаты оценки токсикологической безопасности озонированной воды менее определены, нежели хлорированной.

Поиски новых дезинфектантов осуществляются в большинстве своем из ряда менее токсичных хлорсодержащих реагентов.

Одним из возможных путей обеззараживания воды является переход на использование гипохлорита натрия. Дезинфекция воды гипохлоритом натрия, получаемым электролизом растворов хлорида натрия или прямым электролизом воды, является разновидностью хлорирования, поскольку в обоих случаях образуются одни и те же бактерицидные агенты HClO, HClO- и Cl2.

Вероятность утечки хлорного газа, которая требует соблюдения строгих мер безопасности при хлорировании, высокая стоимость дозирующих устройств, детекторов газа, скрубберных систем и сопутствующего оборудования предоставляет возможность гипохлориту натрия составить реальную альтернативу газовому дозированию.

Основным преимуществом гипохлорита натрия является отсутствие проблемы транспортировки, хранения и использования хлорного газа. Однако жидкий химикат сам имеет несколько недостатков. Помимо экономического, существенным является образование гипохлоритом натрия таких побочных продуктов, как хлорид и хлорат. Эта проблема, связанная со сроком хранения химиката, как правило, особенно обостряется в летний период. Применение гипохлорита натрия не исключает образования в питьевой воде хлорорганических соединений.

Более перспективным  при подготовке воды считается использование диоксида хлора. Диоксид хлора (ClO2) представляет собой неустойчивый газ, который может производиться на месте использования в виде раствора из соляной кислоты и гипохлорита натрия (NaCIO2) в результате следующей реакции:

5NaClO2 + 4HCl = 4ClO2 + 5NaCl + 2H2O

По своим дезинфицирующим свойствам диоксид хлора в 4 раза превосходит воздействие хлора и практически не имеет свойственных ему сопутствующих негативных последствий благодаря особому механизму химического воздействия на загрязняющие вещества и микроорганизмы.

Диоксид хлора имеет следующие преимущества по сравнению с хлором:

· не образуются тригалогенметаны (ТГМ) и хлорфенолы;

· практически не образуются не удаляемые органические галогены (НОГ);

· не происходит реакция с NH4+ и другими соединениями азота;

· сильное дезинфицирующее действие практически не зависит от значений pH воды;

· оказывает сильное воздействие на споры, вирусы и водоросли;

· не вносит негативных изменений в запах, вкус и цвет воды;

· окисляет органические соединения железа и марганца;

· улучшает флокуляцию необработанной сырой воды;

· умягчает воду;

· обладает долгосохраняющимся (до 7 суток) бактерицидным эффектом в водораспределительных системах и, как следствие, может широко использоваться для удаления микробиологических отложений в водопроводах.

Последнее свойство диоксида хлора является самым привлекательным для целей резкого повышения качества питьевой воды, поступающей потребителям. Обладая длительным бактерицидным эффектом, диоксид хлора предотвращает вторичное загрязнение воды в сетях. В составе загрязнений, поступающих в точки водоразбора, основное количество приходится на продукты жизнедеятельности живущих в трубопроводах бактерий. Диоксид хлора, уничтожая их на всей протяженности распределительной сети, очищает водопровод без серьезных капитальных затрат. При постоянном денежном дефиците муниципальных бюджетов данный факт является весьма актуальным.

Благодаря длительному бактериостатическому эффекту диоксид хлора в настоящее время применяют как последний технологический этап при подготовке питьевой воды в больших системах водораспределения (например, в Дюссельдорфе, Цюрихе, Брюсселе, Париже).

Достоинством технологии, использующей диоксид хлора, является то, что для дезинфекции необходимы очень малые дозы реагента. В большинстве случаев достаточно концентрации 0,1 мг ClO2 на литр воды.

В последние годы в Институте эколого-технологических проблем (Россия) интенсивно разрабатывается новый класс полимерных алкилен- и оксиалкиленгуанидиновых антисептиков. Эти препараты представляют собой водорастворимые полимеры с широким спектром биоцидного действия, высокой стабильностью и низкой токсичностью.

Биоцидные свойства полигуанидинов (ПГ) обусловлены наличием в их повторяющихся звеньях гуанидиновых группировок, являющихся активным началом некоторых природных и синтетических лекарственных средств и антибиотиков. Гидрофобные полиэтиленовые звенья, соединяющие гуанидиновые группировки, способствуют адсорбции ПГ на фосфолипидных мембранах клеток. Проникая в клетку, препарат блокирует действие ферментов, препятствует репликации нуклеиновых кислот, угнетает дыхательную систему клетки, что приводит к ее гибели.

Соли ПГ относятся к ограниченному кругу биоцидных препаратов, способных одновременно воздействовать на аэробную и анаэробную микрофлору, хорошо растворимы в воде, не имеют запаха, малотоксичны для человека и животных, не вызывают коррозию оборудования.

Препараты ПГ долго хранятся, не теряя биоцидной активности (сухие препараты – более 13 лет, рабочие растворы – более 2 лет). После высыхания раствора ПГ на обработанных им поверхностях образуется тонкая полимерная пленка, обеспечивающая длительную асептичность поверхности.

 БОРЬБА С  ШУГО-ЛЕДОВЫМИ ЯВЛЕНИЯМИ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ   ВОДОПРИЕМНИКАХ

Скорость воды в реке препятствует образованию льда. Поэтому, при отрицательных температурах воздуха до образования ледостава осенью и после вскрытия льда весной, вода переохлаждается, и её температура вследствие турбулентности потока может стать отрицательной. Это вызывает образование внутриводного льда - шуги, которая представляет собой беспорядочно движущиеся в воде кристаллы льда. В зависимости от количества образовавшейся шуги она может частично или полностью заполнять сечение русла реки, затрудняя водозабор.

При малоподвижной воде (скорости до 0,5 м/с) с установлением отрицательных среднесуточных температур воздуха температура воды быстро снижается на поверхности до нуля (самая плотная и теплая вода при +4°С - на дне). Дальнейшее похолодание приводит к тому, что поверхностный слой воды переохлаждается до -1,4°С. При попадании из атмосферы затравок (снежинок, пылинок) на них и на взвешенных веществах в воде возникают кристаллы льда. Они смерзаются и образуют плавающие ледяные пленки. Последние постепенно смерзаются и дают начало ледяному покрову, который со временем утолщается.

В подвижной воде (при скоростях свыше 0,5 м/с и при ветре) за счет турбулентного перемешивания кристаллики льда и переохлажденные пленки (внутриводный лед) увлекаются в толщу потока и спускаются до дна. Там они примерзают к поверхностям выступающих переохлажденных элементов дна и становятся затравкой для дальнейшего роста кристаллов - образуется донный лед. Из-за притока тепла от пород русла донный лед оттаивает отрывается и всплывает, образуя с внутриводным льдом шугу. Вместе с кристаллами льда может флотировать песок, гравиЙ и даже камни. Донный лед образуется в холодное ночное время, а днем всплывает и образует во второй половине дня шугоход.

Шуга, двигаясь с течением реки, попадает к водозаборам. При этом ледяная взвесь обволакивает водоприемные сооружения, намерзает на прутья решеток и под действием возникающего перепада уровней воды резко уплотняется, создает ледяной щит, что приводит к прекращению приема воды. Следует иметь в виду, что кристаллические и гидрофильные вещества обмерзают быстрее. Ледяная взвесь без песка легкая и плывет в верхних потоках. Но шуга, содержащая песок, может перемещаться по всей толще.

Для обнаружения шуги могут применяться автоматические сигнализаторы АСШ-3, которые работают по принципу измерения разности электропроводности льда и воды, подают световые и звуковые сигналы, включают обогрев решеток.

Главным мероприятием по борьбе с шугой является правильный выбор места водозаборных сооружений и типа водозабора. Так как кристаллы льда легче воды, то они стремятся всплыть на поверхность. Малые скорости воды и спокойное её течение способствуют всплытию шуги, и наоборот, большая скорость и турбулизация потока воды приводят к тому, что шуга находится во всём потоке. Поэтому водозаборные сооружения необходимо располагать на прямых участках русла реки, где поток не зажат какими либо препятствиями и вода движется спокойно (без турбулентных вихрей) и с малой скоростью. Если в месте водозабора таких участков русла реки нет, то может быть целесообразным строительство водозаборного ковша, который как раз, и обеспечивает спрямление потока и малые скорости воды.

Высокой эффективностью по борьбе с шугой являются мероприятия, обеспечивающие малые скорости поступления воды в водоприёмные отверстия. Причём, чем больше шуги в воде, тем меньше должна быть скорость. СНиП 2.04.02-84 рекомендует при тяжёлых шуголедовых условиях скорости втекания воды в водоприёмные отверстия 0,05 – 0,01 м/с. При этом шуга движется по природному течению, не нахватываясь водозабором. Такие малые скорости воды приводят к существенному увеличению размеров водоприёмных отверстий. Увеличивается количество окон в оголовках русловых водозаборов либо их размеры в русловых водозаборах. Это мероприятие является достаточно эффективным для водозаборов малой и средней производительности. На водозаборах большой производительности увеличение размеров водоприёмных окон может повлечь существенное увеличение общих размеров водоприёмных сооружений и, как следствие, значительное увеличение их стоимости. Учитывая то, что шуговые явления могут наблюдаться максимум до 15 дней в году и не каждый год, такое вложение финансовых средств нельзя признать эффективным.

При малом количестве шуги в реке и небольшой производительности водозабора можно использовать следующие мероприятия: