Рис. 73. Водозабор с пойменным водохранилищем на устьевом участке реки

Рис. 73. Водозабор с пойменным водохранилищем на устьевом участке реки

1 — речной водозабор; 2 — водохранилище; 3 — очистная станция; 4, 5 — на­сосные станции соответственно II и I подъема
Из других способов предотвращения попадания мор­ской воды в водозаборы систем хозяйственно-питьевого водоснабжения следует отметить применение водовоз­душных завес, строительство подводных дамб и полуза­пруд, повышающих напор воды в реке, сезонное регули­рование стока и т. д.
5. Улучшение качества воды в ковшах и предварительных отстойниках
Водоприемные ковши наряду с защитой водозаборов от шуголедового воздействия обеспечивают, как извест­но, осаждение наносов и, следовательно, снижение взве­шенных веществ, в связи с чем их можно рассматривать как сооружения первой ступени очистки воды. Большие исследования в этом направлении выполнены НИКТИ ГХ Минжилкомхоза УССР (Г. Г. Руденко, М. А. Чайков­ская, В. С. Бесан и др.) на водозаборе из Днепра для Киева.

Для повышения осаждающей способности водоприем­ного ковша на этом водозаборе провели реконструкцию с установкой в ковше четырех продольных перегородок, а также передней и задней торцовых стенок, в результа­те чего в 2,4 раза был удлинен путь движения воды, лик­видирована поперечная циркуляция на входе, снижена скорость потока до 5,5 см/с в центральном, до 11,1 см/с в среднем и 10,7 см/с в боковом коридорах, общее время пребывания воды в ковше было доведено до 32,7 мин. Благодаря таким скоростям наносы осаждаются на всей длине ковша, а задерживаются в основном в боковом ко­ридоре, о чем свидетельствует резкое снижение мутности в этом коридоре (на глубине 5 м) с 34,4 до 4,5 мг/л. Со­ставной частью реконструкции ковша были также уст­ройство пневмозавесы на входе в центральный коридор, прокладка трубопроводов к водоприемнику для подачи суспензии из активированного угля для сорбционной об­работки воды и строительство хлораторной для первично­го ее обеззараживания. Подача воздуха составляла 10,4...11,36 м³/ч на 1 м пневмозавесы. Эффективность ра­боты пневмозавесы составляла: по снижению мутности — 9,2...17 %, органолептического азота — 6...И, фитопланк­тона — 40,1, плавника — 100%.

Ковш на р. Алей в Рубцовске в условиях слабого шуголедового влияния на водозабор работает исключи­тельно как отстойник, задерживая до 60 % взвеси при исходном ее содержании до 3,5 тыс. мг/л. Ранее дейст­вовавший здесь русловой водоприемник был сильно под­вержен воздействию наносов, осложнявших не только отбор воды, но и ее очистку. Многолетний опыт эксплуа-тации этого водозабора подтверждает техническую и экономическую целесообразность использования ковша в качестве водоочистного сооружения, ибо выделение взвеет в ковшах и последующее ее удаление требуют меньших затрат, чем на водоочистных станциях.

Н. Д. Артеменком и др. [1] обоснована возможность применения одноступенной технологии очистки воды Оби благодаря осветляющей способности водоприемного ков­ша. Этому способствовало зарегулирование стока реки, обеспечившего существенное снижение взвешенных нано­сов в нижнем бьефе плотины ГЭС.

Максимальная мутность у водоприемника в ковше в периоды паводков изменяется по годам в пределах 10... 185 мг/л, в самом ковше мутность снижается на 25..-. 80%. Одноступенная технология в данном случае ока­зывается не только более экономичной, но и более эф­фективной, чем двухступенная, так как остаточная (пос­ле ковша) мелкодисперсная взвесь плохо задерживается в отстойниках, ухудшая тем самым работу фильтров.


Рис. 74. Приплотинный водозабор с предварительными отстойниками (по Н. В. Ереснову)

1 — водоподъемная плотина; 2 — водоприемник незатопляемый; 3 — насосная станция; 4 — насосы для забора воды из реки в межень и из отстойника в паводки: 5 — насос для подачи воды в отстойник; б — отстойник; 7 — реагентное хозяйство
В водоприемных ковшах на р. Москве с временем пребывания воды около 12 ч содержание взвешенных ве­ществ, по данным Н. Л. Козловой и др., снижается в периоды паводков на 15...40%. Одновременно с этим на­блюдается снижение бактериального загрязнения воды.. В ряде случаев предварительное осветление воды на водозаборах позволило интенсифицировать работу водо­очистных станций с одновременным повышением их про­изводительности и улучшением качества очищенной воды. Так, на Одесском водопроводе из-за высокой мутности речной воды и низкой эффективности работы сооруже­ний первой ступени очистки (горизонтальных отстойни­ков) длительное время не удавалось интенсифицировать сооружения второй ступени. Эта задача была решена благодаря строительству подводящего канала-отстойни­ка, рассчитанного на 9-суточное пребывание воды. В ков­ше подводящего канала вода отбирается на всей его ширине перфорированными трубами, подвешенными на поплавках, и отводится в поперечный распределительный канал. Объем воды в канале обеспечивает достаточно большой ее запас, благодаря чему забор воды изреки при увеличении ее мутности может временно прекращаться, не вызывая перебоев в водоснабжении.




Рис. 76. Интегральные кривые гидравлической крупности взвешенных веществ в воде

--------------равнинных рек;---------горных рек

Рис. 77. Эффективность применения флокулянтов для обработки высокомут­ных вод

а — на горных реках; б — на равнинных реках; 1 — безреагентное отстаива­ние; 2 — с введением ПАА; 3 — с введением ВА-2

Рис. 75. Водозабор на горной реке с сооружениями для предварительной очистки воды

1 — быстроток; 2 — водоприемник; 3 — донная решетка; 4 — песколовка; 5 — радиальный отстойник; 6 — трубопроводы подачи воды на предварительную» очистку; 7,8 — соответственно глубинный и поверхностный отбор воды иа отстойника; 9 — трубопроводы подачи воды на водоочистную станцию или потребителям; 10 — грязевый трубопровод
На водозаборе из р. Кубань для Армавира, где содержание взвешенных веществ достигает 5...10 г/л, производительность водо­очистной станции с обычной двухступенной технологией не превы­шала 18 тыс. м³/сут, мутность воды после первичных отстойников достигала 200...900 мг/л и, следовательно, нарушала работу фильт­ров (исследования В. Н. Чуса). Благодаря строительству самопро­мывающегося водоприемного ковша в последующем работа водо­очистной станции улучшилась, но только с вводом в действие в 1962 г. предварительного отстойника, задерживающего до 50 % взвеси, достигнута возможность увеличить производительность стан­ции до 40 тыс. м³/сут с одновременным доведением качества полу­чаемой воды в соответствии с требованием стандарта. Отстойник представляет собой открытый бассейн с бетонным покрытием дни­ща и откосов вместимостью 4,2 тыс. м³, в том числе рабочая часть и иловая — 2,1 тыс. м³ каждая. Он соединен с рекой подводящим каналом. Благодаря тому что периоды высокой мутности и соот­ветственно работы предварительного отстойника совпадают с весен­ними паводками, подача воды в него не требует подкачки и произ­водится самотеком. Затраты на строительство отстойника составили 20 тыс. руб. и окупились в течение первых двух лет его эксплуа­тации.

Ниже даны примеры водозаборов с предварительным осветлением воды в горизонтальных (рис. 74) и радиаль­ных отстойниках (рис. 75).

Предварительные отстойники на водозаборах реко­мендуется применять при высокой (больше или равной 2000 мг/л) мутности речной воды, характерной для рек южной зоны нашей страны. С. М. Джафаров [14] приво­дит полученные в натурных условиях интегральные кри­вые связи мутности и гидравлической крупности частиц для некоторых рек этой зоны (рис. 76). Как видно, без-реагентное отстаивание при расчетной (преобладающей) гидравлической крупности взвеси w₀ = 0,12...0,15 мм/с обеспечивает невысокий эффект осветления — на уровне 35...45%. Исследования С. М. Джафарова показали, что работа предварительных отстойников может быть интен­сифицирована за счет применения высокомолекулярных флокулянтов ПАА и ВА-2. Приведенные на рис. 77 ре­зультаты этих исследований подтверждают резкое повы­шение эффективности при реагентном отстаивании. При дозе ВА-2 0,2...0,8 мг/л и 30-минутном отстаивании эф­фект осветления достигает 98...99 %.

Большой интерес представляет отстаивание воды не­посредственно в источнике в подводных отстойниках, на­шедших применение в зарубежной практике, в частности в Канаде. Выполняют такие отстойники из трехслойного армированного полиэтилена. Забираемая из реки вода предварительно проходит отстаивание, благодаря чему основная часть взвеси совсем не попадает в водоприем­ные устройства. Основание подводного отстойника при­жимают к дну реки, а стены, перегородки и покрытие подвешивают к плавающим конструкциям из вспененно­го полиэтилена. Применяют несколько типов таких от­стойников (трубчатые, перегородчатые, сегментные и т. д.), рассчитанных как на безреагентное, так и на реагентное отстаивание воды.

6. Водозаборы с фильтрующими водоприемными устройствами
Разновидностью водозаборов с улучшенными техно­логическими показателями считают водозаборы с фильт­рующими водоприемниками: русловые оголовки и бере­говые водоприемники с каменной обсыпкой, с фильтрую­щими кассетами, с фильтрацией через естественные ал­лювиальные отложения и др. Благодаря малым входным скоростям фильтрующие водоприемники, как отмечалось выше, менее, чем открытые, подвержены воздействию шуголедовых факторов; это преимущество в ряде случа­ев (особенно в условиях Севера) определяет главное их назначение — защита водозаборов от шуги. При этом улучшение качества воды рассматривается как сопутст­вующий эффект. Однако в южных районах на реках с резкими колебаниями мутности воды в источниках значи­мость водоочистного эффекта фильтрующих водоприем­ников возрастает и нередко становится определяющей. Еще на ранней стадии развития централизованного водо­снабжения это послужило предпосылкой к созданию ин-фильтрационных водозаборов, совмещающих функции водозаборных и водоочистных сооружений, где улучше­ние качества воды становится главным преимуществом. Существует несколько типов фильтрующих водоприем­ников, отличающихся фракционным составом фильтру­ющего материала, компоновкой фильтрующих элементов, их расположением и т. д.

Обычные фильтрующие водоприемники, применяемые с давних пор, представляют собой простейшие типы ого­ловков (раструбные, свайные или ряжевые), водоприем­ные отверстия которых обсыпают рваным камнем или галечником, выполняющими роль фильтра (рис. 78, а).

Для увеличения водозахватной способности оголовок мо­жет быть выполнен в виде заглубленной в дно реки дре­ны. Такой водоприемник хорошо задерживает хворост, щепу, траву, листья и другие плавающие вещества, а также крупные взвешенные частицы и исключает попа­дание рыбы. Поэтому отпадает надобность в установке сеток, что дает возможность уменьшить размеры берего­вого колодца и, следовательно, снизить капитальные за­траты на его строительство. Фильтрующий оголовок ме­нее подвержен подмыву, разрушающему воздействию льда, судов и т. д. Недостатком его является снижение со временем пропускной способности вследствие кольматации фильтра. Регенерацию фильтра производят обрат­ным током воды, что не всегда дает нужный эффект.



Рис. 78. Водозаборы с фильтрующими водоприемниками

а, б, в — на реках с мелкозернистыми отложениями в русле; г-на маловод­ных источниках с крупнозернистыми аллювиальными отложениями; 1 — фильт­рующий оголовок; 2 — береговой колодец, совмещенный с насосной станцией; 3 — фильтрующая береговая галерея; 4 — фильтрующая загрузка в водоприем­ной камере; 5 — донный фильтрующий водоприемник
На малых водопроводах при заборе воды из озер, осо­бенно в сельской местности, ранее нередко применяли фильтрующие каменно-щебеночные галереи (рис. 78,6). Дальнейшим усовершенствованием этого типа водозабо­ров является совмещение берегового водоприемного ко­лодца с водоочистным фильтром (рис. 78, в). Поступив­шая в береговой колодец вода фильтруется чере? слой песка, загруженного, как в обычных скорых фильтрах, на поддерживающие гравийные слои, а затем поступает не­посредственно к потребителям. Песок промывается об­ратным током воды со сбросом ее в источник самотеком или откачкой насосом. Ввиду связанного с этим отклю­чения водозабора береговой колодец необходимо разде­лять на две секции, каждая из которых должна иметь свой подводящий трубопровод. Площадь каждой ячейки фильтра рекомендуется принимать не более 4 м². Оче­видно, данный тип водозабора может быть рекомендо­ван только для временного водоснабжения при потребно сти в воде 1...2 тыс м³/сут.

Обширные натурные и лабораторные исследования А. С. Образовского и Ю. И. Вдовина [8, 24] позволили значительно усовершенствовать фильтрующие водопри­емники и установить оптимальные параметры их работы. Фильтры стали выполнять в виде заключенных в решет­чатую или сетчатую обойму блоков (кассет), которые мо­жно монтировать и демонтировать без остановки водо­забора. Благодаря этому появилась возможность отка­заться от плохо промываемой фильтрующей обсыпки оголовков и сделать фильтр конструктивной частью ого­ловка. Тем самым обеспечена возможность надежной регенерации фильтрующей загрузки и, следовательно, повышения водоочистного эффекта.

Применение связующих материалов, например эпок­сидных смол, позволяет отказаться от обойм и делать фильтры в виде жестких водопроницаемых плит, допол­нительно облегчив их изготовление и монтаж. Примене­ние искусственных фильтрующих материалов позволяет еще более усовершенствовать фильтрующие водоприем­ники и повысить их водоочистную способность. Представ­ляет практический интерес трубчатый оголовок с фильт­рующим элементом из вспененного полистирола и с восхо­дящим приемом воды [4]. Он выполнен в виде раструба, сочлененного с цилиндром, который в свою очередь соч­ленен с диффузором. Цилиндрическая часть оголовка за­полнена плавающим зернистым полистиролом, удержи­ваемым сверху сеткой. Промывка фильтра осуществляет­ся обратным током воды. Однако, в отличие от ранее рас­смотренных оголовков, здесь фильтрующая загрузка при промывке расширяется, что позволяет отмывать не толь­ко мусор, но и кольматирующие частицы. Благодаря этому оголовок может рассчитываться на задержание значительного количества взвеси и рассматриваться в большей степени как водоочистное, а не шугозащитное устройство. При наличии, достаточной глубины можно увеличивать толщину фильтрующего слоя с одновремен­ным уменьшением диаметра фракций загрузки, что по­вышает задерживающую способность фильтра. И все же применение фильтрующих водоприемников как водо­очистных устройств ограничивается водопроводами ма­лой производительности из-за сложностей в технологий очистки и возможных перерывов подачи воды. В связи с этим на водопроводах средней и большой производи­тельности применяется метод совмещенного (открытого и фильтрующего) отбора воды, когда в зависимости от содержания взвеси в речном потоке, шуголедовой обста­новки и др. периодически осуществляется прием воды от­крытыми или фильтрующими водозаборными устройст­вами. Возможны две технологические схемы совмещенно­го отбора воды: с параллельной работой открытого и фильтрующего водоприемников и с последовательной (чередующейся) их работой. Может быть несколько ва­риантов сочетания фильтрующего и открытого водоотбора.


Рис. 79. Водозабор с фильтрующим водоприемником на маловодной реке

1 — берегоукрепление. из каменной наброски (фильтрующее); 2 — фильтрую­щая призма; 3 — водосборная выемка; 4 — крепление русла; 5 — насосная станция
В отличие от совмещенных водозаборов на шугоносных реках, в случае когда совмещение осуществляется с целью улучшения качества воды, фильтрующий водопри­емник становится основным, а открытый — вспомога­тельным. Он включается в работу лишь зимой, в период ледостава, когда уровень в реке падает, снижая произво­дительность фильтрующего водоприемника. Поскольку качество воды в реке в этот период высокое, включение открытого водоприемника не осложняет технологию по­следующей водоочистки. На рис. 79 дан пример такого водозабора, построенного на одном из объектов нефтега­зовой промышленности по проекту Гипроспецгаза [28]. Здесь условиям забора воды не только конструктивно, но и технологически подчинено берегоукрепление, которое выполнено в виде каменной наброски по естественным аллювиальным отложениям на участке берега протяжен­ностью около 200 м, а в дно реки заглублена каменно-набросная упорная призма. Вместо обычно применяемого в этих условиях ковша сделана береговая выемка, отго­роженная от русла фильтрующей дамбой. Благодаря такой конструкции водоприемника достигается отбор воды из реки на всей затопленной площади берегоукрепления, при этом максимальная скорость фильтрации (при ГМВ) ле превышает 1 см/с. При снижении фильтрационного расхода может производиться дополнительный отбор во­ды фильтрующим оголовком, заложенным в упорную лризму, или открытым водоприемником донного типа. При угрожающем снижении уровня воды у водозабора могут быть сделаны полузапруды у противоположного берега.

В схеме с последовательной работой водоприемников вода из открытого водоприемника совсем не поступает в систему водоснабжения, а идет полностью или частично на фильтрацию с соответствующей очисткой.

Все описанные выше решения применимы не только для строительства новых водозаборов, но (и даже в «большей степени) для реконструкции действующих. В этой связи важное значение приобретают эксплуата­ционные испытания водозаборов, оценка натурных усло­вий их работы, обобщение опыта и модернизация.
7. Улучшение качества воды пойменной инфильтрацией
Метод улучшения качества воды путем береговой ин­фильтрации известен давно. Он является по существу первой производственной технологией очистки природ-лых вод для целей хозяйственно-питьевого водоснабже­ния. Применяемые водозаборы инфильтрационного типа получили дальнейшее усовершенствование за счет вклю­чения в их состав открытых водоприемников с подачей речной воды в пойменные водоочистные устройства: «фильтрующие площадки, бассейны или каналы [5, 18, 29], (рис. 80). Данный метод применяется для искус­ственного пополнения подземных вод и испытан на мно­гих водопроводах практически во всех климатических зонах нашей страны: в Новокузнецке, Красноярске, Со­чи, Тбилиси, Риге и т. д. Во всех этих случаях качество воды, подаваемой потребителям после ее обеззаражива­ния, соответствовало требованиям стандарта на питье­вую воду.

При малых естественных запасах подземных вод или их отсутствии, например, из-за недостаточной мощности аллювиальных отложений фильтрующие пойменные во­доочистные устройства могут иметь прямое назначение — улучшение качества воды, подаваемой с открытого водозабора (рис. 81). Ниже дается оценка изменений качества воды на одном из водозаборов по результатам длительных производственных опытов.

Рис. 80. Инфильтрационный канал на водозаборе из р. Томь



Рис. 81. Водозабор с инфильтрационными бассейнами на р. Бала-Чичкан

1 — водопроводящий канал; 2 — инфильтрацнонные бассейны; 3 — дрены; 4 — смотровые колодцы; 5 — водосборный колодец; в — трубопровод подачи воды в сеть; 7 — обратный фильтр; 8 — водоотводная канава
Водозабор представлен инфильтрационной галереей, заложенной в толщу береговых аллювиальных отложений р. Томь, и открытым русловым водоприемником. Водоочистными устройствами служат инфильтрационные бассейны. Действуют три бассейна, выполненные в суглинках и расположенные в один ряд на расстоянии около 35 м ют галереи. Дно бассейнов заглублено до естественных отложений гравия и галечника со средним диаметром фракций 25 мм На по­верхность гравийно-галечниковых отложений уложен слой песка толщиной 0,5 м с эквивалентным диаметром зерен 1,2 мм и коэф­фициентом неоднородности 8... 10. Речная вода подается в бассей­ны без предварительной очистки и фильтруется в грунт со ско­ростью 5... 10 м/сут. Контроль качества воды осуществляет ведом­ственная лаборатория, находящаяся непосредственно на водозаборе, а также лаборатория санитарно-эпидемиологической службы. Пробы воды для анализа отбирают из водосборного колодца на галерее и из реки в створе этого колодца. Оценку качества исход­ной и очищенной в процессе инфильтрации воды производят по ос­новным физическим показателям — цветности, прозрачности, темпе­ратуре; химическим показателям — окисляемости жесткости, щелоч­ности; бактериологическую оценку — по изменению коли-титра

Вода в реке характеризуется небольшими колебаниями мутно­сти; содержание взвешенных веществ на протяжении большей части года составляет 10... 15 мг/л, а в период весеннего паводка возрас­тает до 100..:400 мг/л (иногда до 800 мг/л). Окисляемость, щелоч­ность, жесткость речной воды находятся в пределах норм Коли-титр изменяется от 0,001 до 0,4.

Из приведенных графиков (рис. 82 — 84) видна прямая зависи­мость качества очищенной воды от речной.

В предшествующий период (до искусственной инфильтрации) грунтовые воды характеризуются показателями а, в процессе ис­кусственной инфильтрации — показателями б.

Результаты длительных наблюдений подтверждают, что каче­ственные показатели воды изменяются с изменением соотношения ес­тественных и искусственных грунтовых вод.

Температура грунтовых вод с внедрением обводнения стала ме­нее устойчивой. Произошел заметный сдвиг ее к речной воде. Ам­плитуда температурных колебаний грунтовых вод увеличилась с 10 до 14°С, в то время как в реке она почти неизменно составляет около 22°С.

Прозрачность речной воды (рис. 82) изменяется в пределах 10...35 см по шрифту. Из года в год сохраняется устойчивая зако­номерность этого изменения: максимальное снижение в период ве­сеннего паводка с последующим повышением до 25...27 см и по­вторное снижение при осеннем паводке (сентябрь-октябрь). Прозрачность подаваемой с водозабора воды более устойчива, не снижается ниже 30 и не превышает 34 см, хотя до внедрения искус­ственной инфильтрации в отдельные периоды года прозрачность грун­товых вод достигала 37 см.


Рис. 83. Химические показатели качества воды

а — до внедрения искусственной инфильтрации; б — после внедрения------------ в открытом водоприемнике;---------в водосбросном колодце

Рис. 82. Физические показатели качества воды

а — до внедрения искусственной инфильтрации; б — после внедрения; ----------в открытом водоприемнике; --------- в водосборном колодце
Цветность воды в реке в весенне-летние месяцы возрастает, до­стигая 20...35°, а на протяжении большей части зимнего периода на­ходится на уровне 5°. В то же время цветность грунтовых вод не выходит за пределы 5...16°. Изменения ее с внедрением искусствен­ной инфильтрации практически не произошло. Связь качественных изменений речной и грунтовой вод по времени неустойчива. Как видно, изменение цветности грунтовой воды происходит с отстава­нием по времени от речной. Обусловливается это соотношением ис­кусственных и естественных грунтовых вод в суммарном дебите во­дозабора, изменяющимся по сезонам года, и другими факторами.

Жесткость и щелочность грунтовой воды (рис. 83), как и ранее, на протяжении почти всего года остаются выше, чем речной. Влия­ние искусственной инфильтрации проявилось в том, что содержание солей жесткости в грунтовой воде зимой заметно снизилось. Объяс­няется это тем, что зимой, когда уровень воды в реке, а следова- тельно, и интенсивность естественной инфильтрации максимально снижаются, в суммарном дебите водозабора стали преобладать ис­кусственные грунтовые воды.

Окисляемость (0,7...4,3 мг/л Оз) сохранилась близкой к наблю­давшейся ранее (1...3.9 мг/л). Во всех случаях колебания окисляе-мости грунтовых вод менее резкие, чем речных. Разовые превыше­ния окисляемости грунтовых вод над речными не связаны с искус­ственной инфильтрацией, а объясняются, по-видимому, наличием иных источников загрязнения грунтовых вод. Но так как превыше­ния эти не выходили за пределы допустимого, причины их детально не исследовались.

Коли-титр грунтовых вод (рис. 84) с внедрением искусственной инфильтрации стал менее устойчивым. Если в предшествующие годы он почти не снижался ниже 4, то теперь нередко достигает 0,4 и приближается к коли-титру речной воды. Благодаря хорошо орга­низованному хлорированию подаваемая потребителям вода всегда имеет коли-титр на уровне 333. Как видно из рис. 84, колебания коли-титра грунтовых вод не соответствуют колебаниям его в реке, что объясняется существенным повышением интенсивности инфиль­трации из бассейнов в начале фильтроцикла (после очередной чист­ки). Бассейны по завершении чистки вводятся в работу сразу, до созревания активной пленки на поверхности фильтрующего грунта. Исключить попадание первого фильтрата в грунтовый поток при этом невозможно. Поэтому для предотвращения или ограничения снижения коли-титра заполнение бассейнов производят с таким рас­четом, чтобы снизить расход фильтрата от одновременно очищенных бассейнов до уровня, при котором дополнительное бактериальное загрязнение грунтовых вод будет минимальным. Вопрос этот дол­жен решаться на основе специальных натурных исследований.

Наряду с отмеченными выше показателями анализировалось также изменение содержания в воде железа, аммиака, хлоридов. По всем этим показателям качество воды не выходило за пределы допустимого. С применением искусственной инфильтрации наблю­далось устойчивое снижение содержания железа в грунтовой воде с 0,3 до ОХ.0,25 мг/л.

Рис. 84. Изменение коли-титра воды

а — до внедрения искусственной инфильтрации; б — после внедрения; ---------- в открытом водоприемнике;---------в водосборном колодце
Таким образом, длительный опыт эксплуатации водозабора с фильтрующими пойменными водоочистными устройствами в гравий-но-галечниковых отложениях подтверждает достаточную санитар­ную надежность его работы. Качество получаемой воды может ре­гулироваться изменением соотношения искусственных и естествен­ных грунтовых вод и поддерживаться в пределах требований стандарта.

Полной бактериальной очистки воды в рассматриваемых усло­виях не достигается, в связи с чем обеззараживание ее перед по­дачей потребителям должно быть обязательным. Эффективность очистки воды в процессе искусственной инфильтрации полностью за­висит от местных условий: качества исходной воды, характера филь­трующих грунтов, отдаленности инфильтрационных устройств от водоприемных сооружений и др., и в каждом конкретном случае ее проверяют на опытных установках в натурных условиях.

Положительный опыт пойменной инфильтрации и дальнейшее более широкое внедрение ее в производство обусловливают необходимость конструктивного и техно­логического усовершенствования систем улучшения ка­чества воды на водозаборах. В отечественной практике улучшение качества воды при пойменной инфильтрации осуществляется, как правило, по одноступенной схеме (рис. 85) — фильтрование через аллювиальные отложе­ния с последующим обеззараживанием. Основным типом сооружений при этом являются инфильтрационные бас­сейны, на эффективность работы которых, особенно в су­ровых климатических условиях, определяющее воздей­ствие оказывают: большая продолжительность периода низкой температуры воды в поверхностных источниках (5...6 мес); большая продолжительность ледостава в бассейнах (до 7 мес), удлиняющего соответственно продолжительность фильтроцикла; резкие изменения мут­ности исходной воды на протяжении фильтроцикла.

Увеличение мутности исходной воды при низкой ее температуре в предпаводковый период, когда требуется максимальная интенсивность инфильтрации, сопровож­дается уменьшением водоотдачи бассейнов из-за уско­ренной кольматации фильтрующих грунтов. Производи­тельность водозаборов при этом резко снижается. По­скольку возможность регенерации грунтов в этот период исключается из-за ледостава в бассейнах, они длитель­ное время вынужденно бездействуют. Ввод в действие в предпаводковый период резервных бассейнов не обеспе­чивает дополнительного расхода воды вследствие про­мерзания фильтрующих грунтов и быстрого их заиле­ния. Возникает, таким образом, необходимость предвари­тельной очистки воды с применением дополнительных сооружений. Однако анализ режима работы систем пой­менной инфильтрации показывает, что эта задача может быть решена и более рационально — без применения до­полнительных сооружений, за счет повышения эффектив­ности работы самих бассейнов. Прежде всего это может быть достигнуто последовательным осуществлением (че­редованием) в инфильтрационных бассейнах процессов фильтрования воды и осаждения взвешенных наносов, благодаря чему грязеемкость бассейнов многократно увеличивается. Технологической особенностью инфиль­трационных бассейнов-отстойников является то, что они работают в проточном режиме с периодическим измене­нием направления течения. При такой технологии систе­мы искусственной инфильтрации должны устраиваться с учетом следующих дополнительных требований: общее число бассейнов в системе должно быть не менее трех (два рабочих, один резервный); подача воды в бассейны должна осуществляться рассредоточенно у торцового откоса; бассейны должны быть соединены между собой трубопроводами; каждый бассейн, за исключением двух .крайних в ряду, должен иметь два ввода.

Ниже рассматривается режим работы системы пой­менной инфильтрации с бассейнами-отстойниками (см. рис. 85). Поскольку определяющим периодом для. рабо­ты бассейнов чаще всего является период зимней меже­ни, регенерация грунтов в бассейнах производится нака­нуне ледостава. На рассматриваемом водозаборе нака­нуне ледостава чистят бассейны Б-2 и Б-3 при одном работающем бассейне Б-1. После чистки Б-2 остается в резерве, а Б-3 вводится в действие и работает совместно с бассейном Б-1 в непроточном режиме. Благодаря ма­лой мутности исходной воды в этот период работа бас­сейнов по одноступенной схеме не влечет резкого сниже­ния их водоотдачи. По условиям технологии бассейн Б-1 с начала ледостава работает с большей нагрузкой, чем Б-3, потери напора в нем раньше достигают предель­ного значения, после чего интенсивность инфильтрации начинает постепенно снижаться. С этого момента изме­няют режим работы системы: прекращают подачу воды в бассейн Б-3 по разводящему трубопроводу, открывают соединительные трубопроводы и всю воду с открытого водозабора подают в бассейн Б-1 с одновременным вво­дом в действие резервного бассейна Б-2. Бассейны Б-1 и Б-2 при этом начинают работать в проточном режиме. Работая как отстойник, бассейн Б-1 сохраняет, однако, еще достаточно большую интенсивность инфильтрации. В бассейне Б-2 под воздействием тепла протекающей во­ды в течение некоторого времени оттаивает грунт. Сни­жение производительности бассейна Б-1 компенсируется первоначально увеличением нагрузки на бассейн Б-3, а затем по мере оттаивания грунта — инфильтрацией из бассейна Б-2. Но и после практически полного прекра­щения инфильтрации воды из бассейна Б-1 он не вы­ключается, а продолжает работать как отстойник, бла­годаря чему удлиняется фильтроцикл бассейнов Б-2 и Б-3. Таким образом, осуществляется двухступенная очистка воды без применения дополнительных сооруже­ний.

Режим работы бассейнов в последующий период от­ражен на графике (рис. 86). Как видно, при новой тех­нологии каждый бассейн на протяжении одного фильтре цикла последовательно работает в режиме ин­фильтрации и в режиме осаждения взвешенных на­носов. Очень важно то, что в предпаводковый пе­риод с целью повышения эффективности предвари­тельного осветления воды два бассейна (Б-1 и Б-3) могут работать в режиме осаждения, а один (Б-2) — в режиме инфильтра­ции. В свою очередь бас­сейн Б-2 может выполнять, функции первой ступени очистки воды для двух других бассейнов. В отдельные периоды возможно также двухступенное отстаивание воды, например, в бассейнах Б-1 и Б-2.

Расчет инфильтрационных бассейнов-отстойников на осаждение взвешенных наносов сводится к определению мутности воды на конечном участке р_к. Поток воды в бассейне может транспортировать определенное количе­ство взвешенных частиц, соответствующее критической мутности р_кр. Содержащаяся сверх критической мутности взвесь (избыточная мутность р_и) будет выпадать в оса­док. Если полная мутность воды в начале бассейна-от­стойника ро, а в каждом сечении по длине потока р_кх, то

р_их = p_КХ — р_кр.

Рассматривая изменение мутности потока со средней гидравлической крупностью частиц w₀, Ю. А. Ибад-заде и Ч. Г. Нуриев [17] получили уравнение

согласно которому

(2)

Средняя по сечению скорость потока и_ср в бассейне-отстойнике трапецеидальной формы, как известно из

гидравлики, определяется по формуле

где R = w/x — гидравлический радиус потока; п — коэффици­ент шероховатости; I — уклон свободной поверхности потока; y = f(nR) = 1/6...1/4; C_R — коэф­фициент Шези, C_R=R^y/n.

При средней ширине бассейна B_ср> (15...20)H гидравлический радиус по­тока примерно равен его глубине (можно принимать R = H), а средняя по сече­нию скорость v_cp близка к наибольшей по ширине бас­сейна скорости v. С уменьшением ширины бассейна раз­ница между v_ср и v возрастает и при В_ср<6Н в 1,3...1,6 раза превышает и_ср (в зависимости от заложения отко­сов т). В таких случаях расчет осаждения взвеси реко­мендуется проводить по наибольшей скорости. По А. М. Латышенкову [21], v = Kv_cp, где Я=(р + т)/(р + 6ш); р = b/H; 6 = 2/(2,5+y).

Поскольку при работе бассейна в режиме осаждения часть воды все же фильтруется из него в грунт, факти­ческая скорость потока по длине его будет уменьшаться, повышая тем самым надежность расчетов по приведен­ной методике.

В бассейнах с шириной по дну Ь = 4...6 м, глубиной Я=2...4 м, с заложением откосов т=1...1,5 средняя скорость потока очень мала (меньше 0,05 м/с), а режим потока близок к ламинарному. При этом поток утрачива­ет транспортирующую способность (р_кр«0) и вся на­чальная мутность становится избыточной. В результате формула (2) упрощается:

Для упрощения расчетов можно пользоваться номо­граммой (рис. 87).

Зная мутность воды на выходе из бассейна-отстойни­ка первой ступени очистки и пользуясь методикой, раз­работанной Т. В. Бурчак [7], рассчитывают далее режим инфильтрации воды из бассейна второй ступени.



Рис. 87. Номограмма к расчету предварительных отстойников

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Артеменок Н. Д., Кунц К. Л., Баталов В. Г., Леонов Э. М. Очистка на контактных осветлителях воды, поступающей из ков­шового водозабора в нижнем бьефе водохранилища. — В кн.: Во­просы водоснабжения и воздействия льда на сооружения в услови­ях Сибири и Севера. — Новосибирск: 1982, с. 53 — 59.

2. Бабаев И. С. Методы очистки высокомутных вод для систем сельскохозяйственного водоснабжения. Обзорная информация, № 1, ЦБНТИ Минводхоза СССР. М., 1983.

3. Багоцкий Ю. Б., Вельмина Е. С. Борьба с биообрастаниями на водопроводных станциях. — В кн.: Повышение качества питьевой воды (Материалы семинара в Московском Доме научно-технической пропаганды им. Ф. Э. Дзержинского). М., 1977, 160 с.

4. Белан А. Е., Хоружий П. Д. Проектирование и расчет уст­ройств водоснабжения. — Киев: Будiвельник, 1981, 190 с.

5. Берданов В. М. и др. Искусственное пополнение подземных вод в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения. — М.: Строй-издат, 1978, 260 с.

6. Биянов Г. Ф. Плотины на вечной мерзлоте. — М.: Энергия, 1975, 182 с.

7. Бурчак Т. В. Инфильтрационные бассейны. — Киев: Буд!вель-ник, 1978, 152 с.

8. Вдовин Ю. И. Водоснабжение населенных пунктов на Севе­ре. — Л.: Стройиздат, 1980, 135 с.

9. Весманов В. М. Механизация работ в орошении. — Гидротех­ника и мелиорация, 1983, № 4, с. 32 — 34.

10. Витрешко И. А. Натурные исследования водоприемного со­оружения из стратифицированного водоема. — Водоснабжение и санитарная техника, 1977, № Ц, с. 9 — 10.

11. Временные рекомендации по облесению русловых берегов малых рек в лесной и лесостепной зонах равнинной территории Ев­ропейской части СССР. — М.: Колос, 1982, 8 с.

12. Голик С. С. Опыт проектирования, строительства и эксплуа­тации приплотинного водозабора. — Водоснабжение и санитарная техника, 1983, № 2, с. 10 — 13.

13. Гуров Н. В., Гагаринский В. П., Трифонов Ю. И. Выполнение подводных буровзрывных работ с плавучих установок. — Монтажные и специальные работы в строительстве, 1980, № 11, с. 20 — 21.

14. Джафаров С. М. Повышение эффективности предварительно­го отстаивания высокомутных вод. Труды ВНИИ ВОДГЕО, вып. 15. — М.: 1978, с. 39 — 47.

15. Ереснов В. Н. Гидравлические исследования фильтрующих рыбозащитных кассет. Научные исследования в области инженерной гидравлики и гидрологии. Труды ВНИИ ВОДГЕО, вып. 69. — М.: 1977, с. 69 — 76.

16. Забабурин И. А. Регулирование потоков у водозаборных со­оружений (гидравлические и гидрологические обоснования). — Харьков, Вища школа, 1982.

17. Ибад-заде Ю. А., Нуриев Ч. Г. Отстойники речных водоза­боров. — М.: Стройиздат, 1979, 168 с.

18. Искусственное пополнение запасов подземных вод. Материа­лы семинара в Московском Доме научно-технической пропаганды им. Ф. Э. Дзержинского. — М.: 1976, 116 с.

19. Карелин В. Я., Новодережкин Р. А. Насосные станции с центробежными насосами. — М.: Стройиздат, 1983, 224 с.

20. Колесникова Т. В. Пневмозащита водозаборных сооружений: от льда и шуги. — Гидротехника и мелиорация, 1980, № 2, с. 76 — 78.

21. Латышенков А. М. О распределении средней по вертикали скорости по ширине каналов трапецеидального сечения. Труды ВНИИ ВОДГЕО, вып. 60. — М.: 1976, с. 9 — 17.

22. Малеванчик Б. С. Инженерные аспекты защиты рыб на водо­заборах. — Гидротехническое строительство, 1981, № 6, с. 44 — 48.

23. Найдис Г. В. Рыбозащитные устройства на водозаборных сооружениях. — В кн.: Проектирование водоснабжения и канали­зации. Вып. 3. — М., Госстрой СССР, 1982, с. 13 — 15.

24. Образовский А. С. и др. Водозаборные сооружения для во­доснабжения из поверхностных источников. — М.: Стройиздат, 1976, 368 с.

25. Образовский А. С. Гидравлика рыбозащиты на затопленных водоприемниках систем водоснабжения. — В кн.: Проектирование водоснабжения и канализации. — Вып. 6. — М.: Госстрой СССР,. 1979, с. 1 — 6.

26. Основы водного законодательства Союза ССР и союзных республик. — Ведомости Верховного Совета СССР, 1970, № 50,. ст. 566 с изменениями и дополнениями (Указ Президиума Верхов­ного Совета СССР от 7 января 1980 г.)

27. Павлов Д. С. Особенности поведения рыб в потоке воды. Биологические основы применения рыбозащитных и рыбопропускных сооружений. — М. Наука, 1978.

28. Пашковский Б. 3. Строительство водозаборных сооружений малой производительности. — Строительство трубопроводов, 1975, № 10, с. 30 — 32.

29. Порядин А. Ф. Устройство и эксплуатация инфильтрацион-ных водозаборов. — М.: Стройиздат, 1977, 124 с.

30. Порядин А. Ф. Водоснабжение в Сибири. Исторический очерк. — Л.: Стройиздат, 1983, 137 с.

31. Потапов В. М., Одинцов В. В. Опыт применения пневмоза-щиты для борьбы с шугой на водозаборе. — Водоснабжение и сани­тарная техника, 1975, № 1, с. 36 — 37.

32. Рябченко В. А., Русанова Н. А., Коробейникова Л. И. Совре­менные методы борьбы с биологическими обрастаниями и отложе­ниями в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения. Обзорная информация ЦБНТИ МЖКХ РСФСР, серия «Водоснабжение и ка­нализация», вып. 1 (32). — М. 1976, 64 с.

33. Синявская В. М. К вопросу исследования и разработки ры­бозащитных устройств для водозаборных сооружений. Сб. научных трудов Гидропроекта, вып. 80. — М.: 1982, с. 148 — 157.

34. Складнее М. Ф., Ляпин В. Е. и др. О методике расчета к проектирования ледотермического режима нижних бьефов ГЭС. — Гидротехническое строительство, 1982, № 11, с. 15 — 19.

35. Соковнин В. М., Мартюк А. И. Поворотные фильтрующие рыбозащитные устройства для водозаборов из источников с низкими минимальными уровнями воды. — В кн.: Проектирование водоснаб­жения и канализации. — Вып. 4. — М.: Госстрой СССР, 1982, с. 6 — 8.

36. Тугай А. М. Расчет и конструирование водозаборных узлов — Киев: Будшельник, 1978, 160 с.

37. Ускорение ввода орошаемых земель путем применения пла­вучих насосных станций/Южгипроводхоз. — Информационный вы­пуск, № 6, Ростов-на-Дону, 1982, 18 с.

38. Хартке Г. В., Мокин А. А. Водозаборные сооружения Но­рильского горно-металлургического комбината. — В кн.: Проектиро­вание водоснабжения и канализации. — Реферативная информа­ция. - Вып. 7 (121). — М.: ЦИНИС, 1978, с. 1-5

39. Шевцова Л. В., Харченко Т. А., Мовчан В. А. Моллюск дрей-сена в закрытой оросительной сети и средства борьбы с ним — Гид­ротехника и мелиорация, 1979, № 5, с. 53 — 55.

40. Шикломанов И. А. Антропогенные изменения водности рек — Л.: Гидрометеоиздат, 1979, 303 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .......

Глава I. Источники водоснабжения

1. Специальное водопользование .......

2. Выбор источника водоснабжения и оценка условий забо­ра воды

Глава II. Устройство водозаборов ........

1. Роль водозаборов в системах хозяйственно-питьевого во­доснабжения и принципы их размещения.....

2. Типы водозаборов и условия их применения

3. Устройство водозаборов в условиях Севера ....

4. Нестационарные водозаборы........

5. Усовершенствование водозаборов......

6. Реконструкция и увеличение производительности водо­заборов ..............

Глава III. Эксплуатация водозаборов ......

1. Приемка водозаборов в эксплуатацию и их обслуживание

2. Биообрастания на водозаборах и борьба с ними

3. Методы и средства рыбозащиты на водозаборах

4. Русловые процессы и защита водозаборов от наносов

5. Повышение надежности работы водозаборов

6. Повышение устойчивости работы насосных станций I подъема .............

Глава IV. Шуголедовые воздействия на работу водозаборов и борьба с ними.............

1. Эксплуатация водозаборов в условиях промерзания рек

2. Характерные ситуации и шуголедовые осложнения на во­дозаборах

3. Методы и средства шуголедовой защиты водозаборов

Глава V. Сохранение и улучшение качества воды на водоза­борах

1. Использование природных факторов для сохранения ка­чества воды на водозаборах ........

2. Сохранение качества воды на водозаборах из малодебит-ных источников ...........

3. Некоторые особенности устройства и эксплуатации во­дозаборов с учетом улучшения качества воды

4. Водозаборы с пойменными водохранилищами

5. Улучшение качества воды в ковшах и предварительных отстойниках .............

6. Водозаборы с фильтрующими водоприемными устройст­вами

7. Улучшение качества воды пойменной инфильтрацией Список литературы ............

Алексей Филиппович Порядин
УСТРОЙСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВОДОЗАБОРОВ
Редакция литературы по жилищно-коммунальному хозяйству

Зав. редакцией В. И. Киселев

Редактор Г. В. Беляева

Младший редактор Г. А. Морозова

Технические редакторы О. С. Москвина, Г. Н. Орлова

Корректор А. В. Федина

ИБ № 3555
Сдано в набор 18.05.84. Подписано в печать 31.08.84. Т-16884. Формат 84Х108 1/32. Бумага тип. № 2. Гарнитура «Литературная». Печать высокая. Усл. печ. л. 9,66. Усл. кр.-отт. 9,87. Уч.-изд. л. 10,52. Тираж 11 000 экз. Изд. № AVI-519. Заказ 838. Цена 55 коп.

Стройиздат, 101442, Москва, Каляевская, 23а

Владимирская типография Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли 600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7
OCR Pirat