ОЧИСТНОЕ УСТРОЙСТВО ВОДОЗАБОРА

Полезная модель относится к устройствам биологической очистки поверхностных вод, используемых для водоснабжения населения и промышленных предприятий и может быть использована на водозаборах из поверхностных источников водоснабжения для предварительной обработки воды перед подачей на водопроводные очистные сооружения (ВОС).
Известно использование устройств кубической формы, заполненных капроновой волокнистой насадкой типа «ВИЯ» (плоский ерш) для предварительной очистки поверхностных вод, в частности, воды реки Днепр [А.И.Глоба и др. «Химия и технология воды» 1992, т.14, №1, с.69-73. Опытно-промышленные испытания биотехнологии очистки речной воды] [1]. Очистка происходит по следующим основным показателям: концентрация фитопланктона, концентрация микроорганизмов, мутность, окисляемость, концентрация биогенных элементов, концентрация железа и др.
В ходе исследований выявлена пространственная сукцессия гидробионтов как по длине биореактора, так и по его глубине. Существенное влияние на степень очистки речной воды от примесей оказывают температура воды, а также величина обрастаний насадки гидробионтами, характерными для воды данного водоема.
Поскольку опытно-промышленная установка имела ограниченные размеры (в частности, по высоте) и располагалась близко к поверхности, то световые лучи пронизывали ее на всю глубину, оценить ее возможности по очистке речной воды от примесей не представлялось возможным. Более достоверные данные о возможной степени очистки воды от примесей были получены на биореакторе доочистки биологически очищенных сточных вод [Патент на полезную модель №95331. Опубл. 27.06.2010 г. Бюл. №18. Биореактор доочистки биологически очищенных сточных вод. Патентообладатель: ЗАО Компания «Экос». Авторы: Куликов Н.И. и др.] [2], использованном для предварительной обработки речной воды р.Дон в районе ковшевого водозабора г.Ростова-на-Дону (п.Александровка).
В биореакторе, использованном в качестве очистного устройства для предварительной очистки воды р.Дон, можно выделить следующие функциональные составляющие: зона биоокисления, зона физико-химической очистки, система коммуникаций для подвода, распределения и отвода обработанной воды и промывных вод после сорбции и биоокисления, зона рециркуляции воды эрлифтными нишами, зона подвода воздуха, трубопроводы для введения в очищенную воду реагентов после зоны окисления, загрузка в виде волокнистой ершовой насадки, система барботеров регенерации, расположенных под каждой функциональной зоной.
При этом биореактор снабжен: двумя трубопроводами отвода промывных вод отдельно от зоны сорбции и биоокисления и отдельно от зоны физико-химической очистки, насосами подачи промывной воды и опорожнения зоны физико-химической очистки от промывных вод.
Движение очищаемой воды в зоне сорбции и биоокисление организовано сверху вниз, а в зоне физико-химической очистки снизу вверх.
В ходе наблюдений за работой биореактора на речной воде выявились недостатки конструкции в рамках ее использования для нужд предварительной обработки воды. Главный недостаток известной конструкции был в использовании ершовой насадки из смеси супертонких химических волокон из капрона и жестких волокон лавсана диаметром 0.2 мм, при этом смесь содержала только около 20% (по массе) супертонких капроновых волокон. Опыт показал, что фитопланктон и зоопланктон закреплялся именно на них, то есть большая часть загрузки была незадействована. Кроме того, выполнение зон без водосбросных лотков промывной воды над ершовой насадкой не позволяло целенаправленно отводить накопившиеся примеси воды, смытые с ершей в места их утилизации.
Задача полезной модели - увеличение адгезионных возможностей ершовой волокнистой насадки с целью удерживания биоценозов зоопланктона и фитопланктона, обеспечение регенерации ершовой насадки без опорожнения зон от воды, но в то же время с целенаправленным отводом промывной воды.
Решается поставленная задача тем, что очистное устройство водозабора, включающее корпус с выделенными двумя функциональными зонами, системой коммуникаций для подвода, распределения, отвода обработанной воды поверхностного источника водоснабжения и промывных вод, рециркуляции воды эрлифтными нишами, подвода воздуха, трубопроводы системы барботеров аэрации и регенерации, загрузку в виде волокнистой ершовой насадки, причем волокнистая ершовая насадка выполнена исключительно из супертонких капроновых волокон, разделяющая на две функциональные зоны вертикальная перегородка с плоскостью разделения, зашитой фильтрующей сеткой, оснащена в нижней части переливными окнами для перетока промывной воды из первой во вторую функциональную зону, при этом отвод промывной воды из второй функциональной зоны выполнен через водосборные лотки, расположенные над ершовой волокнистой насадкой и сообщенные со всасывающими трубопроводами насосов, откачивающих промывную воду в место утилизации.
Полезная модель позволяет осуществлять регенерацию ершовой насадки первой функциональной зоны без откачки промывной воды, а ее перетоком во вторую функциональную зону и дает возможность использовать утилизированные примеси промывных вод в качестве корма рыб
Конструкция очистного устройства водозабора поясняется фиг.1, 2 и 3, где на фиг.1 приведен план одной секции устройства, на фиг.2 показан поперечный разрез устройства, на фиг.3 технологическая схема коммуникаций подачи и отвода поверхностных вод водоема от водозабора до насосной станции подачи воды на ВОС.
Заявляемая полезная модель очистного устройства включает следующие элементы:
1. Очистное устройство водозабора.
1′. Корпус очистного устройства водозабора 1.
2. Волокнистая ершовая насадка
3. Вертикальная перегородка, зашитая фильтрующей сеткой
4. Фильтрующая сетка (типа москитной)
5. Трубопровод впуска воды поверхностного источника
6. Трубопровод выпуска обработанной воды
7. Переливные окна
8. Водосборные лотки промывной воды
9. Насос отвода промывной воды
10. Трубопровод подвода промывной воды от водосборных лотков 8 к насосам 9
11. Воздуховод
12. Эрлифтные ниши
13. Барботер эрлифтной ниши
14. Барботеры регенерации ершовой насадки 2
15. Напорный трубопровод отвода промывной воды
16. Первая функциональная зона
17. Вторая функциональная зона
18. Водопроводная насосная станция (ВНС)
19. Напорные водоводы
20. Водопроводные очистные сооружения (ВОС)
21. Ковшовый водозабор
22. Струенаправляющая дамба
23. Контейнеры, фильтрующие поверхностные воды
24. Вихревая камера
25. Береговой водоприемник
26. Аванкамера ВНС 18
Предлагаемое очистное устройство для водозаборов 1 (фиг.1 и 2) в соответствии с технологической схемой, приведенной на фиг.3, располагается между береговым водоприемником 25 водозабора и аванкамерой 26 водопроводной насосной станции первого подъема 18. Посредством струенаправляющей дамбы 22 речной поток отводит основную массу увлекаемых им примесей от входа в ковшовый водозабор 21 с размещенными в нем фильтрующими контейнерами 23. Поток забираемой из поверхностного водоема воды из контейнеров 23 поступает в вихревую камеру 24 и далее в береговой водоприемник 25. Необходимо учитывать и тот фактор, что в течение года в реке могут происходить колебания расхода воды, пропускаемого сквозь поперечный профиль в единицу времени (то есть, река становится более или менее полноводной), а также может меняться состав примесей и происходить различные явления. Например, в зимнее время река может перекрываться льдом, наблюдаются процессы шугообразования. Весной по реке транспортируется огромное количество взвесей, смытых в период паводка с поверхности земли, затопленной разливом реки. В летнее время возможно бурное развитие фитопланктона. Транспортировать такие примеси по напорным водоводам на ВОС, тратить реагенты на выделение примесей ни экономически, не экологически нецелесообразно. Поэтому между береговым водоприемником 25 и аванкамерой 26 насосной станции первого подъема 18 помещаем очистное устройство водозабора 1, имеющее корпус 1', снабженный волокнистой ершовой насадкой 2, поделенный вертикальной перегородкой 3, зашитой снизу доверху фильтрующей сеткой 4 (типа москитной), имеющей в нижней части переливные окна 7 и делящей корпус 1' на две функциональные зоны. Первая функциональная зона 16 - зона сорбции и биоокисления принимает по трубопроводу 5 входящую воду поверхностного источника водоснабжения. Извлечению примесей из речной воды способствует биоценоз организмов, закрепленных на ершовой насадке 2. Также устройство включает в себя эрлифтные ниши 12 с барботерами аэрации 13, запитанные воздухом от воздуховода 11. Под волокнистой ершовой насадкой 2 размещены барботеры регенерации 14, также сообщенные с воздуховодом 11. Вторая функциональная зона 17 - зона хищничества, выедания бактерий и простейших мелкими животными, моллюсками, клещами, червями, являющимися живым кормом для рыб. Во второй функциональной зоне 17 имеются водосборные лотки 8 промывной воды. Из второй функциональной зоны 17 по трубопроводу 6 осуществляется выпуск обработанной воды в аванкамеру 26 ВНС 18.
Работает очистное устройство водозабора следующим образом.
Поток речной воды, огибая струенаправляющую дамбу 22, частично освобождается от крупного мусора и попадает в ковшовый водозабор 21. Пройдя фильтрующие контейнеры 23, речная вода частично освобождается от рыб и через вихревую камеру 24 поступает в береговой водоприемник 25. Далее речная вода по трубопроводам 15 самотеком поступает в корпус 1' очистного устройства водозабора 1, в его первую функциональную зону 16 - зону сорбции и биоокисления. Вследствие высокой сорбционной способности супертонких капроновых волокон [1] ершовой насадки 2 по отношению к фито- и зоопланктону бактериальный ценоз и микроводоросли задерживаются на ершовой насадке 2 и при непрерывной циркуляции и насыщении воды кислородом воздуха, поступающего из воздуховода 11 к барботерам 13 эрлифтных ниш 12 гидробионты, удерживаемые ершовой насадкой 2, осуществляют биоокисление органических примесей речной воды, утилизируют микроводоросли в биомассу бактерий и простейших, обеспечивая их прирост и накопление. В ходе выполненных исследований в реальных условиях водозабора с помощью образцов-свидетелей (отрезков ерша, зафиксированного в натянутом состоянии на металлическом стержне и закрепленном внутри первой функциональной зоны 16 было выявлено, что в разные периоды года заиление ершовой насадки 2 прирастающей биомассой гидробионтов происходит за период от 1 до 6 суток до такой величины, что внутри ерша начинается кислородное голодание, появляются анаэробные условия. Избыток биомассы микроорганизмов необходимо удалять. Для удаления избыточной массы гидробионтов из первой функциональной зоны 16 включаются в работу барботеры 14 регенерации ершовой насадки 2 первой функциональной зоны 16. Поскольку проток воды через очистное устройство 1 не прекращается, то все сорванные с ершовой насадки 2 примеси протекают через переливные окна 7 во вторую функциональную зону 17. Промывную воду из первой функциональной зоны 16 нельзя использовать в качестве живого источника корма для рыб, так как микроводоросли, а также некоторые другие органические примеси, десорбированные при регенерации с ершовой насадки 2, могут отрицательно воздействовать на молодь рыб. Их переработка в безвредные вещества и биомассу хищников является функцией биоценоза второй функциональной зоны 17. При хищном выедании выноса примесей первой функциональной зоны 16 биоценозом второй функциональной зоны 17 прирост биомассы хищников второй зоны существенно (до 10 раз) меньше, чем прирост биомассы гидробионтов первой. Поэтому зарастание ершовой насадки 2 второй функциональной зоны 17 требует регенерации значительно реже. Поскольку, как правило, очистное устройство выполняют в виде нескольких параллельно работающих секций, то единовременно нуждается в регенерации лишь одна из секций. В период регенерации барботерами ершовой насадки 2 второй функциональной зоны 17 трубопровод выпуска 6 обработанной воды закрывается, а перетекающая через переливные окна 7 вода в виде промывной регенерационной воды собирается в водосборных лотках 8 и по трубопроводу 10 поступает к насосу 9 отвода промывной воды напорным трубопроводом 15 в место утилизации продукции второй функциональной зоны 17 в качестве корма для рыб.
Обработанные в очистном устройстве водозабора воды самотеком поступают в аванкамеру 26 водопроводной насосной станции 18 и далее напорными водоводами 19 поступают на ВОС 20.
Очистное устройство водозабора обеспечивает снижение не менее, чем на 80% поступления загрязнений на ВОС, что дает снижение расходования реагентов, уменьшает потребление воды на собственные нужды ВОС, снижает себестоимость получения воды питьевого качества.