10912

СЕКЦИЯ 3 «ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВОДОПРОВОДНО-КАНАЛИЗАЦИОННОГО ХОЗЯЙСТВА ГОРОДОВ И УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ»

Научные руководители:

ВАСИЛЬЕВ А.Л., д-р техн. наук, заведующий кафедрой водоснаб- жения, водоотведения, инженерной экологии и химии ННГАСУ;

КАЩЕНКО О.В., канд. техн. наук, доцент кафедры водоснабжения, водоотведения, инженерной экологии и химии ННГАСУ.

190

ВАЛОВА С.А., студент; ВАСИЛЬЕВ А.Л., д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой водоснабжения, водоотведения инженерной экологии и химии

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строитель- ный университет», г. Нижний Новгород, Россия, valova.sofa@mail.ru

МАЛОГАБАРИТНЫЕ МОБИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ПОДГОТОВКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

Чрезвычайные ситуации в населенных пунктах бывают различного характера. Это могут быть как последствия катастроф антропогенного ха- рактера, так и воздействия природных стихий. Последствия могут поста- вить человека на грань выживания: люди получают травмы, не совмещен- ные с жизнью, теряют дома и хозяйство; с каждым часом может возрастать опасность вспышек инфекций, связанных с заражением воздуха и питьевой воды.

В период ЧС наличие питьевой воды может стать одним из основных, часто и самым важным фактором для каждого человека, попавшего в зону поражения.

По данным СМИ наибольшие потери образуются в результате земле- трясений в океанах, впоследствии чего образуются цунами с большой вы- сотой волн и наводнением.

Конкретным примером крупной ЧС является цунами в Индийском океане в 2004 году. Все началось с крупного землетрясения с магнитудой 9,1-9,3 произошедшего чуть севернее острова Суматра. Оно вызвало ги- гантскую волну высотой до 15 метров, которая разошлась во все стороны океана и смысла с лица Земли сотни населенных пунктов, а также всемир- но популярные морские курорты.

Цунами накрыло прибрежные зоны в Индонезии, Индии, Шри-Ланке, Австралии, Мьянме, ЮАР, Мадагаскаре, Кении, Мальдивах, Сейшелах, Омане и других государствах на берегу Индийского океана. Статистики насчитали более 300 тысяч погибших в этой катастрофе. При этом тела многих так и не удалось найти – волна унесла их в открытый океан. Более миллиона людей остались без крыши над головой.

Еще один пример - ураган Катрина, обрушившийся в конце августа 2005 года на Юго-восточное побережье США в Мексиканском заливе. Основной удар урагана Катрина пришелся на город Новый Орлеан и штат Луизиана. Поднявшийся уровень воды в нескольких местах прорвал дамбу, защищающую Новый Орлеан, и около 80 процентов территории города оказались под водой. В этот момент были разрушены целые районы, уни- чтожены инфраструктурные объекты, транспортные развязки и коммуни-

191

кации. Во время урагана погибли 1836 человек, а более миллиона оказа- лись без крова.

Наводнение в Китае, 1931 год. После продолжительной засухи в цен- тральные и юго-восточные районы Китая в 1930 году пришла снежная зи- ма, сменившаяся дождливой весной. Ливни и постоянно продолжающиеся циклоны привели к тому, что к июлю 1931 года вышли из берегов круп- нейшие реки страны: Янцзы, Хуайхэ, Хуанхэ. Дамбы на реках рухнули, что привело к затоплению территории почти 350 тысяч гектаров, 40 мил- лионов человек лишились своих домов и имущества. По разным данным погибло 4 миллионов человек. Это наводнение считается одним из круп- нейших стихийных бедствий за всю документированную историю челове- чества.

Врезультате природных катаклизмов перед государством стоит зада- ча минимизации последствий стихийного бедствия путем эвакуации по- страдавших и организации помощи. Для того, чтобы оперативно обеспе- чить первичную обработку раненых, оказания медицинских услуг и для организации питания необходимо большое количество доброкачественной питьевой воды.

Исходя из данных МЧС и нормативных документов [1],[2], указано, что ориентировочная потребность в воде для хозяйственно-питьевых и специальных нужд составляет:

∙на одного человека 10л с сутки;

∙на одного пораженного, находящегося на стационарном лече- нии, включая питьевые нужды 100 л в сутки;

∙на обмывку одного человека, из расчета санитарной обработки 50 % общего количества легкопораженных и 25 % личного состава сил гражданской обороны, работающих в зоне бедствия (очаге поражения) 45 л

всутки. Так как численность пострадавших в очаге поражения может до- стигать сотни тысяч, то очевидно, что существует потребность в колос- сальном количестве чистой, питьевой воды.

Для решения проблемы водоснабжения населенных пунктов в ЧС ис- пользуются следующие мобильные средства водоподготовки: ВФС-10, УПВС-1,5 , СКО-8БС-К, СКО-8(16,32,50), МВК 10-1, мобильная автоном- ная водоочистная установка МАВОУ и разнообразные малогабаритные водоочистные установки переносного типа (ТУФ, НФ, ПВУ) [3],[4].

Внастоящее время в СНГ и за рубежом создано большое количество водоочистных станций. Наиболее характерным примером установок, ра- ботающих по традиционным технологиям (сходных с технологией очистки крупных станций) являются установки английских фирм «United Filt Engineering Limited», Stella – Meta Filters», во Франции наиболее известной фирмой является «Секлар».

Вустановках английской фирмы «U.F.E.» сооружения первой и вто- рой ступеней очистки совмещены. Количество запорно-регулирующей ар-

192

матуры сведено к минимуму. Конструктивно установка представляет со- бой сочетание вертикального напорного отстойника и фильтра. Резервуар промывной воды установлен внутри водонапорного бака и совмещен с ка- мерой сжатого воздуха для воздушной промывки. Предельная производи- тельность этих установок составляет 200-250 м3/сут. При более высокой производительности они становятся громоздкими и нетранспортабельны- ми.

Всвязи со значительной потребностью африканских стран в установ- ках заводского изготовления их начинают производить фирмы стран Аф- рики. Так, фирма «Крюген» разработала и запустила в серийное производ- ство установки типа «Гидролюк» производительностью 20-250 м3/сут. Выполнены они в виде моноблока, включающего вертикальный отстойник

искорый фильтр. Принятые в конструкции этой установке малоэффектив- ные технологические процессы осветления воды предопределяют ее высо- кую металлоёмкость (до 40кг на 1м3 суточной производительности), и как следствие, низкую конкурентоспособность.

Популярной установкой является «Транзит» фирмы «Беркфельд» производительностью до 300 м3/сут. Состоит она из раздельно располо- женных открытого горизонтального отстойника и напорного скорого фильтра. Кроме того, в состав установки входит промывной напорно- регулирующий резервуар, управляемый компрессорной установкой. Тех- нология предусматривает возможность промывки частично осветленной водой, прошедшей отстойник и, при необходимости, запасной фильтр.

Работа установки «Акваник» из Франции очищает воду путем освет- ления во взвешенном слое и скорой фильтрацией. Технология предусмат- ривает введение во взвешенный слой: осветлителя пылевидного сорбента- суспензии активного угля, что повышает эффективность очистки воды от органических загрязнений и интенсифицирует работу осветлителя.

ВУстановке «Обликомпакт» разработан новый технологический про- цесс «Облифлюкс», основанный на применении специальной трубчатой системы хлопьеобразования и рециркуляции осадка, совестно с тонко- слойным осаждением. Установка оснащена двумя напорными фильтрами с автоматической промывкой. При производительности 100 м3/сут масса установки равна 1,5т.

Все выше перечисленные установки имеют ряд существенных недо- статков, поэтому актуальна тема совершенствования подобных устройств.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. ВСН ВК4-90. Инструкция по подготовке и работе систем хо-

зяйственно-питьевого водоснабжения в чрезвычайных ситуациях. - М.:ГОССТРОЙ РОСИИ. 2002. -32с.

193

2.ГОСТ Р 22.6.01-95. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Защит систем хозяйственно-питьевого водоснабжения. Общие требования.

М.:. 1995. - 14с.

3.Васильев А.Л. Разработка и испытание малогабаритных уста- новок подготовки питьевых вод./ А.Л. Васильев. – автореферат диссерта- ции. Н. Новгород. 1992. – 20 с.

4.Васильев А.Л. Малогабаритные водоочистные установки, при- меняемые в чрезвычайных ситуациях в Российской Федерации./ Васильев А.Л., Колобков А.А., Валова С.А. Сборник докладов «Экологическая без- опасность и устойчивое развитие урбанизированных территорий» .Н. Нов-

город. 2018.

ВОРОНИН М.В., студент; КЮБЕРИС Э.А., канд. техн. наук, доцент кафедры водоснабжения, водоотведения, инженерной экологии и химии

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия, k_viv@nngasu.ru

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОБРАБОТКИ ПРОМЫВНЫХ СТОЧНЫХ ВОД ПОСЛЕ СТАНЦИИ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ

Одной из главных задач нашего времени является сбережение при- родных ресурсов и защита окружающей среды от техногенных загрязне- ний, количество которых растет пропорционально степени развития циви- лизации.

На очистных сооружениях в процессе водоподготовки образуются отходы в виде промывных вод фильтров и осадка, которые сами собой представляют проблему, требующую решения.

В течение работы систем очистки воды загрузка фильтров загрязня- ется и требует промывки, причем количество затрачиваемой на это воды достигает до 10-15 % от производительности системы. Водо-воздушная промывка фильтров дает возможность уменьшить расход воды на данную процедуру в несколько раз, но и ведёт к усложнению технологической схемы, дополнительным эксплуатационным расходам.

Существует несколько способов того, как обойтись дальше с загряз- ненной водой, полученной после промывки фильтров:

-очистить и сбросить в поверхностные водоемы;

-сбросить в канализацию городских очистных сооружений;

-повторно применять в системах очистки воды.

194

Опыт использования действующих станций обезжелезивания пока- зывает, что системы повторного применения промывных вод работают не- эффективно, либо совсем отсутствуют. Типовые решения, предусматрива- ющие очистку загрязненных промывных вод с целью их повторного ис- пользования для промывки фильтровальных сооружений, как правило, в качестве основного приема их очистки включают метод гравитационного отстаивания в различных вариациях его инженерного и конструктивного оформления. Главным недостатком типовых решений являются невысокая результативность очистки промывных вод и получение осадка с высокой влажностью (96–98 %), не позволяющей его утилизировать. В итоге про- мывные воды, как правило, сбрасываются в ближайшие водные протоки, ухудшая экологическую обстановку. [3]

При использовании водоема в качестве источника водоснабжения, могут возникнуть трудности при очистке воды, обрабатываемой на городских водоочистных станциях, расположенных ниже мест сброса по течению реки. Это приводит к ухудшению качества воды и удорожанию процесса водоочистки. Сбросы больших количеств промывных вод и осад- ка интенсифицируют прирост донных отложений и, соответственно, уменьшение толщи воды; страдают процессы естественного самоочище- ния водоемов.

Сброс промывных вод фильтров на городские очистные сооружения канализации может производится, но также проблематичен - в связи со значительным увеличением нагрузки на сооружения, поступлением в со- ставе сбросных вод нехарактерного для сооружений загрязнителя (соеди- нений алюминия, применяемых в качестве коагулянтов в процессе очистки промывной воды) и высокими затратами на транспортировку стоков.

Наиболее экономически и экологически выгодный вариант утилиза- ции промывных вод фильтров - их повторное использование в системах водоочистки. Преимущества использования промывных вод в обороте: ис- ключение сбросов загрязненной оборотной воды в водоисточники исклю- чает возможность загрязнения окружающей среды (поверхностных и под- земных вод, прилегающих территорий); экономит водные ресурсы, умень- шая расход воды на станциях водоочистки и, соответственно, снижая забор воды из водоисточников; удешевляет стоимость очищенной питьевой во- ды; позволяет утилизировать отходы очистки в виде шлама (осадка), не за- грязняя ими прилегающие территории. [1]

Данное решение делает актуальной задачу очистки промывных вод при водоподготовке до того качества, которое позволяет эффективно ис- пользовать ее в оборотной системе водоочистки поверхностных и подзем- ных вод.

Основные сооружения для обработки повторных вод и осадка на станциях водоочистки:

195

1)резервуары, служащие для аккумуляции стоков вод от промывки фильтров;

2)отстойники промывных вод, выполняющие задачу их осветления;

3)песколовки, очищающие промывную воду от песка;

4)сооружения или приспособления для обезвоживания осадка, нако- пившегося в отстойниках (специальные площадки для подсушивания, сгу- стители или фильтр-прессы).

Технологическая схема очистки промывных вод скорых фильтров разрабатывается с учетом качества исходной воды и состава очистных со- оружений.

В зависимости от выбора способа обработки промывных вод возможны два основных варианта их повторного использования:

1)Промывные воды проходят песколовку и отстаиваются (осветля- ются) в отстойниках, после чего направляются в начало очистных соору- жений. Такую схему нормативные документы предлагают для очистки промывных вод станций обезжелезивания и осветления воды. Однако опыт показывает, что данная схема плохо влияет на режим очистки воды в ос- новном цикле водоподготовки. Трудно обеспечить равномерную пода- чу промывных вод в течение суток; осветленная промывная вода имеет ка- чественные характеристики, отличные от исходной воды, в итоге растет нагрузка на технологическое оборудование основного цикла и снижается его производительность.

Возможность использования такого варианта утилизации промыв- ных вод оценивается с учетом определенной ситуации "на месте".

2)Очищенная до нормативов воды питьевого качества промывная вода поступает в резервуар чистой воды или используется для промыв- ки скорых фильтров.

Для этого осветленная в отстойнике вода проходит доочистку на фильтрах и обеззараживается.

Промывная вода перед поступлением в отстойник может обрабаты- ваться реагентом, что значительно сокращает время осветления. Для ин- тенсификации процесса осветления возможно использовать в качестве присадки осадок из отстойника. Альтернативным вариантом использова- ния отстойника может быть осветлитель промывных вод (в нем одновре- менно с отстаиванием вода фильтруется через слой взвешенного осадка).

Эффективно использование тонкослойных (трубчатых или пластин- чатых) отстойников. Их преимущества: сокращение времени отстаивания; небольшие габаритные размеры отстойников; эффект осветления выше, чем у обычных отстойников на 25-30 %. Такими же достоинствами обла- дает наклонный отстойник - ламельный сепаратор.

Для того, чтобы утилизировать образовавшийся в отстойниках оса- док, его необходимо подвергнуть обезвоживанию. Для этих целей реко-

196

мендуется использовать механические способы, такие как фильтрпрессо- вание, центрифугирование и вакуум-фильтрация.

Отечественная промышленность выпускает автоматизированные фильтр-прессы, позволяющие получить кек влажностью 70-75 %. Далее кек утилизируется как твердые бытовые отходы. [2]

Вакуум-фильтрование загрязненных промывных вод станций обез- железивания является эффективным методом очистки промывных вод, обеспечивающим требуемое для повторного использования качество очи- щенной воды, а также получение осадка с низкой влажностью, пригодного для дальнейшей утилизации в качестве вторичного сырья.

Рисунок 1 - Технологическая схема очистки загрязненных промывных вод ваку- ум-фильтрованием

Эффективная очистка загрязненных промывных вод на станциях обезжелезивания позволяет полностью исключить их сброс и улучшить экологическую обстановку в местах расположения станций.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Курочкин Е. Ю. Очистка загрязненных промывных вод, обра-

зующихся на станциях обезжелезивания подземных вод // Вестник ТГАСУ.

Томск, 2000.

197

2.Пат. 2246452, РФ, МПК C 02F 11/12. Способ совместного обез- воживания осадков станций очистки природных и сточных вод / Ю.Л.Сколубович, Е.Л. Войтов, Л.Н.Савельева. - Опубл. 20.02.2005; Бюл. №5

3.СП 31.13330.2012 Водоснабжение. Наружные сети и сооруже- ния. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84 (с Изменениями N 1, 2, 3)

ДРЯХЛОВ О.Д., студент

ФГУБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия, olegs96@mail.ru

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛА СТОЧНЫХ ВОД В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ

Одной из важнейших экологических проблем современного мира яв- ляется чрезмерное выделение парниковых газов. С увеличением роста тя- желой промышленности непримиримо возрастает количество вредных со- единений, которые активно выбрасываются и накапливаются в атмосфере, что приводит к нарушению тонкого баланса нашей земной оболочки. В ре- зультате этого происходит повышение температуры воздуха, которое в свою очередь запускает ряд негативных процессов: тают полярные льды; повышается уровень мирового океана; сдвигаются границы сезонов; нару- шаются цепи питания животных, птиц, равновесие экосистем; создаются благоприятные условия для роста и распространения возбудителей опас- ных заболеваний. Около 71% площади нашей земли занимает мировой океан, Повышение температуры приводит к увеличению испарения. А это, является одной из основных причин усиления парникового эффекта. Обра- зуется замкнутый круг.

Исследование «Центра по эффективному использованию энергии» обнаружило, что большая часть технического потенциала увеличения энергоэффективности в Российской Федерации приходится на обществен- ные, коммерческие и жилые сооружения. Для нашей страны характерно централизованное теплоснабжение, с выработкой тепла в крупных котель- ных и на ТЭЦ. Его доля в города с населением более 200тыс. человек со- ставляет 74%. Учитываю тот факт, что ¼ всех выбросов парниковых газов, которое производит человек, происходит в результате сжигания горючих природных ископаемых на нужды тепло- и электроснабжения, будет ло- гично разрабатывать технологии по использованию возобновляемых ре- сурсов. Одним из таких источников, является энергия тепла сточных вод.

198

По статистическим данным, в городскую канализацию вместе со стоками сбрасывается до 43% использованного тепла. Объем сточных вод, которые производятся в колоссальном количестве крупными городами, практически не меняется в течение года. Летом, температура канализаци- онных стоков ниже температуры наружного воздуха, зимой выше. Это де- лает их оптимальным источником низкопотенциальной энергии для реку- перации с помощью тепловых насосов. Данная технология, способствует частичной замене органического топлива и позволяет обеспечить тепло- снабжение с наименьшими затратами первичной энергии.

Принципиальная схема теплового насоса (ТН) представлена на ри- сунке 1. В испарителе рабочее тело, хладагент, находится под низким дав- лением и кипит при низкой температуре, поглощая теплоту низкопотеци- ального источника. Далее рабочее тело сжимается в компрессоре, и посту- пает в конденсатор, где при высоком давлении конденсируется при более высокой температуре, отдавая тепловую энергию приемнику тепла, например, теплоносителю системы отопления. Из конденсатора рабочее тело через дроссель вновь поступает в испаритель, где его давление сни- жается, и вновь происходит цикл кипения.

Рисунок 1- Схема теплового насоса

Технические способы по извлечению энергии, содержащейся в сточ- ных водах, различаются в зависимости от местоположения теплоотбора (рисунок 2). Существуют следующие виды рекуперации: из водоочистных сооружений, из канализационного коллектора, а также- внутридомовая.

Внутридомовое использование подразумевает под собой извлечение тепла непосредственно в доме, температура и расход сточной воды сильно

199