3.3. Рекомендації з реконструкції системи водопостачаня

 

    Підземна  вода, зазвичай, характеризується підвищеним вмістом іонів заліза, комплексних сполук дво- або тривалентного заліза, тонкодисперсної зависі гідрооксиду заліза. У більшості випадків вміст заліза в  підземних водах  може доходити до концентрації 5 мг/л. Крім заліза дана вода може містити значні концентрації сірководню та вільного вуглекислого газу. Логічним є висновок, що така вода є непридатною для питного, промислового і побутового водопостачання.

    В зв’язку з нестабільною економічною  ситуацією в Україні та браком коштів на будівництво сучасних очисних  споруд, найкращим виходом із даної ситуації є суміщення водоочисних фільтрів та інших споруд, комплекси яких забезпечували б очистку води до питної якості.

    В даних умовах, найбільш перспективними є установки баштового типу з  фільтром, завантаженим фільтруючою  засипкою: важкою (цеоліт, кварцовий пісок) або плаваючою (пінополістирол). Фільтрування може бути, як із висхідним так і низхідним рухом води.

    При використанні важких засипок виникають  певні ускладнення при експлуатації фільтрувальних споруд і в першу чергу це пов’язано з промивкою. Тому рекомендується використання у якості фільтрувального матеріалу – плаваючого завантаження, а саме спіненого полістиролу. По ефективності очистки він не поступається звичайним важким засипкам і разом з тим володіє рядом експлуатаційних переваг - значно легше здійснюються операції по засипці і заміні засипки, а також її регенерації (відпадає необхідність влаштування додаткових промивних насосів або промивних місткостей).

    Як  приклад можна взяти водонапірну установку баштового типу з фільтром із пінополістирольною плаваючою засипкою з висхідним фільтраційним потоком, що була монтована в с. Мала Вільшанка Васильківського району шляхом реконструкції існуючої водонапірної башти. В установці передбачалась очистка підземної води від сполук заліза, вільної вуглекислоти і розчиненого сірководню [42]. Фотографія реконструйованої водонапірної башти з елементами її конструкції наведена на рис. 3.1.     
 

    Рис. 3.1. Установка баштового типу для очистки підземних вод від сполук заліза та розчиненого сірководню

    а) загальний вигляд башти колони; б) люк для завантаження пінополістиролу, який закривається запірним фланцем; в) утримуюча сітка, трубопроводи: подачі вихідної води (зліва), забору фільтрату (справа), трубопровід керованої води (центр); г) повітрявідділювач (зліва) і трубопровід подачі вихідної води (справа) 

    Схема реконструйованої  водонапірної башти  з плаваючою пінополістирольною засипкою, що була пробно збудована у с. Мала Вільшанка наведена на рис. 3.2.

    

    Рис. 3.2. Схема башти колони с. Мала Вільшанка

    1 – трубопровід подачі води  на очистку; 2 – аератор; 3 – повітрявідділювач; 4 – пінополістирольна засипка; 5 – трубопровід забору очищеної води; 6 – трубопровід для скиду промивної води;  7 – утримуюча решітка, 8 – стовбур; 9 – бак 

    Установка діє наступним чином: вода від  водозабірної свердловини подається по трубопроводу 1 на аератор вакуумно-ежекційного типу 2, де насичується киснем повітря в результаті чого утворюються пластівці заліза, а також відбувається видалення із води розчинених газів. В конструкції аератора передбачена можливість регуляції витрати повітря для забезпечення процесу знезалізнення та видалення сірководню. Після аерування вихідної води повітрям, вода потрапляє у повітрявідділювач 3. Виходячи з нижньої частини повітрявідділювача вода профільтровується через пінополістирольну засипку 4 де затримуються пластівці заліза. Пінополістирольна засипка утримується в притопленому стані за допомогою утримуючої решітки 7. В процесі фільтрування під пінополістирольною засипкою  формується шар завислого осаду, в якому відбувається контактна коагуляція та стиснене осідання, що сприяє покращенню процесу фільтрування [33].

    Швидкість фільтрування, м/год, можна визначити з формули:

    де  hв – рівень води в стовбурі, що встановився за час фільтрування tф. 

    Величини  hв = 1,34 м і tф = 21 хв., були отримані в результаті експлуатації башти колони. 

    Витрата води, м³/год, що подається на фільтрування, можна визначити з формули:

    де  d = 1,5 м – діаметр стовбура.

    Згідно  отриманих експериментальних даних  швидкість фільтрування:

    Vф   = 3,8 м/год., витрата води: Q = 6,8 м³/год. 

    Очищена вода забирається в стовбурі 8 над утримуючою решіткою 7 та в баці 9, звідки за допомогою трубопроводу 5 відводиться споживачу.

    Ефективність  роботи башти колони наведена в таблиці  3.2, де вказані основні характеристики якості води до і після очистки. 

 

     Таблиця 3.2

    Показники якості води до і  після очистки у реконструйованій башті

 

    Ефект видалення із води забруднюючої речовини можна визначити з формули:

де  Cп – початкова концентрація забруднюючої речовини;

   Cк  – кінцева концентрація забруднюючої речовини. 

    Проаналізувавши результати таблиці 1 можна зробити  висновок, що при використанні башт колон з пінополістирольним фільтром досягається значний ефект видалення із води сполук заліза (E = 94,5%), а також розчиненого сірководню (E = 100%) [41].

    В результаті роботи фільтра відбувається замулення фільтрувальної засипки і збільшення шару завислого шару. Регенерація засипки проводиться за допомогою водяної промивки. Для цього перекривається засувка на трубопроводі 1 і 5 та відкривається засувка на трубопроводі 6, в результаті чого вода з надфільтрового простору починає опускається до низу розпушуючи засипку і тим самим промиваючи її. Промивку проводять таким чином, щоб частина шару завислого осаду залишилась під пінополістирольною засипкою, для забезпечення його початкової висоти. Після промивки фільтра башта колона переводиться в  режим фільтрування.

    Інтенсивність промивки, л/(с·м²), можна визначити з формули:

де  D = 2,8 м – діаметр баку башти;

    hпр – величина пониження рівня води в баці башти за 1 хв. При промивці фільтра башти колони, було встановлено, що за 1 хв., рівень води понижається на hпр = 0,2 м. Згідно даних отриманих при промивці фільтра, інтенсивність промивки: ω = 12 л/с·м².   

    Для регенерації фільтра пропонується використання імпульсної водяної промивки, яка досягається відкриттям запірного  елементу на трубопроводі відведення промивної води з однаковою інтенсивністю, але через певні проміжки часу. Кінетика зміни концентрації забруднень у промивній воді  наведена в табл. 3.3, за результатами якої побудовано схему кінетики зміни концентрацій забруднень у промивній воді. 

    Таблиця 3.3

    Аналіз  процесу промивки

 

    Проаналізувавши отримані результати можна зробити висновок, що при імпульсній водяній промивці пінополістирольного фільтра, спочатку спостерігається значна концентрація завислих речовин в промивній воді, в середині промивки ця концентрація на деякий час стабілізується і поступово зменшується до закінчення промивки.

    Узагальнивши  попередньо отримані результати вимірювань можна твердо сказати, що впровадження башт колон з фільтром із пінополістирольною засипкою, а також реконструкція існуючих водонапірних башт в башти колони є досить прогресивною і перспективною тенденцією, так як дозволяє при порівняно невеликих капітальних затратах, а в подальшому і експлуатаційних витратах отримати воду питної якості [41]. 
 

 

Розділ 4.  
Оптимізація використання підземних вод для покращення якості водопостачання

    4.1. Рекомендації з охорони якості підземних вод

 

    Велике  значення має і збереження високої  якості підземних вод. Адже не виключені  випадки бактеріального і хімічного  забруднення їх. При бактеріальному у підземних водах розмножуються  хвороботворні бактерії, віруси, небезпечні для здоров'я. Проникнення і поширення бактеріального забруднення залежить від властивостей грунтів і гірських порід, через які фільтруються води. Масштаби забруднення залежать від інтенсивності надходження забруднень і того, наскільки виживають бактерії і віруси в зоні аерації і в підземних умовах.

    Патогенні бактерії або віруси тут можуть зберігати  життєдіяльність протягом деякого  часу, переміщуючись з ґрунтовим  потоком. Усі анаеробні бактерії, до яких належить більшість патогенних, швидко гинуть у зоні аерації. Але забруднені води повністю очищаються від бактерій, проходячи через шар добре аерованого дрібнозернистого, піску товщиною 3-5 м. При цьому бактерії гинуть або сорбуються породою. Час виживання їх в умовах підземних вод ще однозначно не визначений.

    Основними джерелами бактеріального забруднення  підземних вод є: поля асенізації і фільтрації, двори для тварин, різного роду вигрібні ями, де має  місце фільтрація забруднених вод  у грунтові; дефектна каналізаційна  мережа; забруднена денна поверхня, особливо якщо зона аерації має тріщинувату структуру, характеризується закарстованими або великоуламковими породами, через які забруднені на поверхні атмосферні опади без перешкод проникають у підземні води; забруднені поверхневі води, гідравлічно зв'язані з підземними.