Водозаборные системы

Компания «Экополимер» предлагает сертифицированные и проверенные временем водозаборные системы.

Сферы применения:

• cистемы очистки питьевой воды;
• cистемы очистки охлаждающей воды на электростанциях;
• cистемы очистки технологической воды на промышленных и химических установках;
• cистемы очистки воды на опреснительных, оросительных установках.

Предлагаем следующие водозаборные и вспомогательные системы:

• классические водозаборные системы;
• пассивные водозаборы с защитой от ракушек и водорослей;
• рыбозащитные системы.

Технологии забора воды из поверхностных источников

Классическая водозаборная система

Классическая водозаборная система представляет собой комплекс гидротехнических сооружений, служащих для забора воды из источника водоснабжения, ее предварительной очистки посредством процеживания воды через сетки и микрофильтры и подачи под необходимым напором в водоводы — к потребителю или на очистные сооружения системы водоснабжения.

К реализации предлагаются водозаборные системы двух- и трех этапной очистки.

Водозаборная система трехэтапной очистки

Водозаборная система двухэтапной очистки

Классические водозаборные системы могут быть укомплектованы процеживателями грубой и тонкой очистки.

Компания «Экополимер» предлагает два типа пассивных водозаборов:

• одиночное или барабанное сито «S» — для малых потоков воды;
• половинчатое или «Т» сито — для больших потоков воды.

Особенности пассивных водозаборов:

• V-образная не засоряющаяся поверхность сита;
• полностью сварная конструкция водозабора;
• равномерный и непрерывный зазор сита.

Особенности и преимущества пассивных водозаборов:

• «Z» — материал сита (специальный сплав меди и никеля) эффективно защищает от наростов ракушек и водорослей – пассивное отпугивание;
• применяется при питьевом водоснабжении.

Регенерация пассивных водозаборов производится посредством продувки воздухом.
Возможна комплектация с несколькими пассивными ситами.

Электрическое устройство отпугивания рыбы задерживающего и предохранительного действия: препятствует проникновению рыбы в систему водоподготовки.

Система возврата рыбы в воду создает условия для щадящего возврата заплывших живых существ:

• электрическое иммобилизирующее устройство;
• автоматический возврат рыбы посредством ковшей;
• щадящая рыбу грубая решетка.

Специальная щадящая система возврата рыбы благодаря оптимизированной форме ковшей для рыбы.

Технологии забора воды из подземных источников

Новое строительство и реконструкция скважинных водозаборов

Компания «Экополимер» осуществляет проектирование и реконструкцию вертикальных скважинных водозаборов.
Выполняет комплекс работ по устройству скважин (оснащение фильтрующими трубами, устройство засыпки, герметизация), подбору оборудования, освоении (промывка, дезинфекция), выведению на проектные показатели работы.

Оборудование для скважины

Водозаборно-очистные сооружения и устройства

Стремление к повышению экологически чистого защитно-барьерного и водоочист­ного действия водозаборов из поверхностных источников, воды которых содержат ми­неральные и органические загрязнения, обусловливает необходимость усовершенство­вания водозаборно-очистных сооружений, располагаемых непосредственно в русле во­дотоков и водоемов и позволяющих осуществлять одновременно водоотбор и предвари­тельную очистку воды. При этом исключается необходимость транспортирования уда­ляемых из воды и планктона взвеси за пределы водоисточника. В большинстве случаев для удаления из воды взвесей с размером частиц более 0,001 мм в практике водоочист­ки применяют обычно безреагентное осветление воды в водозаборных ковшах и отстой­никах (эффект осветления достигает 60-70%), микропроцеживание (микрофильтрация) на микрофильтрах (40-60%), префильтрацию, через крупнозернистую загрузку из щеб­ня, гравия, песка и других зернистых фильтрующих материалов (60-80%). При сущест­вующих разграничениях функций водозаборов и водоочистных сооружений частицы песка, ила, глины, планктона (водорослей) с размерами 0 , 001-1 мм, проходя через водо­приемники с открытым водозабором и водоочистные сетки водоприемных береговых колодцев, пойдут на водоочистные станции. Часть взвеси выпадает в осадок в берего­вых колодцах, требуя периодической чистки колодцев и самотечных линий. Основнаяже часть взвеси, включая водоросли, задерживается на водоочистных сооружениях. За­траты на удаление осадка и промывку сооружений водоочистки прямо пропорциональ­ны объему выделяемого из воды осадка W_oc и объему промывной воды Р_пр, расходуемой на удаление осадка из сооружений на станциях разной производительности.

Взвешенные вещества и планктон в источниках водоснабжения в большинстве слу­чаев не являются экологическими загрязнениями и участвуют в биологических процес­сах (биоценозах) источников. Извлечение взвеси и водорослей из воды на очистных со­оружениях реагентными методами, наоборот, образует экологически вредный осадок, а при хлорировании воды — хлорорганические соединения, токсичные для людей и экоси­стем водоисточников.

Параллельно с задержанием на водозаборах взвеси и планктона должна решаться проблема рыбозащиты. Открытый водоприем этой проблемы не решает. Малоэффек­тивны также решетки, плоские и вращающиеся сетки береговых и русловых водозабо­ров. В зарубежной практике в схему узлов водозаборов достаточно широко включаются инфильтрационные водоприемники, земляные бассейны-отстойники, наливные водо­хранилища в поймах, эффективно осветляющие воду в периоды повышенной мутности рек.

Высокую очистку воды от взвесей обеспечивают фильтрующие водоприемники с разного рода защитно-пористыми (фильтрующими) элементами или слоем естествен­ных аллювиальных отложений и др. Фильтрующий водоприем, реализуемый в весьма обширном диапазоне конструкций, может выполнять функции технологического эле­мента I (при расположении водоприемника в источнике) и даже II ступени очистки (по­сле отстаивания в водохранилищах), упрощая схему водоочистных станций. Наиболь­шей защитно-барьерной и водоочистной эффективностью обладают водоприемники с развитой водоприемной поверхностью и достаточно мощной фильтрующей толщей, что обеспечивает малые значения входных скоростей в фильтр v _ф .Установлено, что высо­кая защитная и очистная роль фильтров крупных водозаборов при водорослях обеспе­чивается при скоростях фильтрации v _ф ниже 0,05 м/с. Для защиты от наносов при вол­нении, водорослей, плавающего мусора, а также рыб и живности озер и морей круп­ность тела дамбы особого значения не имеет. Требуемые минимальные скорости филь­трации через тело дамбы, при которых обеспечивается защита молоди рыб, исключа­ется проникновение медуз, планктона и отмершей водной растительности, шугольда, наносов, не должны превышать 0,02 м/с. Фильтрующие водозаборы (дамбы, ковши) ус­пешно эксплуатируются на Каховском, Днепровском, Саратовском и др. водохранили­щах, на Азовском, Черном, Каспийском и Охотском морях.

Конструкция фильтрующего водоприемника должна соответствовать условиям ис­точника (учитывая чрезвычайные и редко повторяющиеся явления), технологическим (расходы, режимы водоотбора), экономическим возможностям потребителя и др. Филь­трующий водоприем в условиях Севера выполняет задачи защиты от шуголедовых по­мех, а также улучшает качество забираемой воды. Работами д.т.н. М.Г. Журбы и его кол­лег успешно развивается направление водозаборно-очистных сооружений с плавающи­ми фильтрующими слоями из гранул пенополистирола и волокнистых материалов. Для водопотребителей с расходами до 10-120 тыс. м 3 /сут с ограниченными энергоресурса­ми и задачами упрощения эксплуатации водозаборно-очистных сооружений, обеспечи­вающих максимальную очистку, целесообразны инфильтрационно-фильтрующие водо­приемники Н.Г. Хазикова, Ю.В. Якунина, Ю.И. Вдовина и др. Эти водоприемники мо­гут выполняться в виде подруеловых или береговых модификаций.

Практика показывает, что забор больших расходов воды (> 3,0 м 3 /с) из разных водо­емов, включая моря, даже с большим содержанием планктона, водорослей, наносов (М>4-5 тыс. мг/л) возможно осуществлять посредством фильтрующих береговых водо­заборов . Каждая из модификаций фильтрующих, инфильтрационно-фильтрующих или комбинированных водоприемников обладает различным защитно-барьерным и водоочистным действием, зависящим от большого числа обстоятельств и факторов.

Иифильтрационно-фильтрующие подрусловые водоприемники

а) фильтрующая дрена (Норвегия, патент 793874): 1 — защитный кожух; 2 — дрена; 3 — траншея; 4 — засыпка; 5 — аллювий; 6 — водоприемная щель; 7 — уровень дна; б) фильтрующая дрена (Австрия, патент 210168): 1 — водоприемный элемент; 2 — фильтрующая набивка; 3 — фиксирующая сетка; 4 — ребра; 5 — перфорация; в) фильтрующий блок (ФРГ, патент 2606921): 1 — дрена; 2 — перфорация; 3 — фильтрующий мат; г) дрена Ю.В. Якунина (р. Енисей): 1 — опорная плита; 2 — водоприемные окна; 3 — гравий; 4 — траншея; 5 — дно реки; 6 — фильтр; 7 — свод (короб); 8 — отмостка; д) дрена Ю.И. Вдовина (а.с. 1209763): 1 — траншея; 2 — щебень; 3 — дрена из спаренной полимерной трубы; 4 — водоприемные отверстия; 5 — крышка; 6, 7 — ребра жесткости; 8 — засыпка; е) дрена Н.Г. Хазикова: 1 — траншея; 2 — гравийно-галечная подготовка; 3 — щебень (d = 20-25 мм); 4 — перфорация; 5 — дрена; 6 — пористобетонный блок; 7 — фильтр

Выбор технологий водоприема и конструкций водоприемников, способных задер­жать (изъять) водоросли вместе с другими компонентами взвесей, должен обосновы­ваться на учете физико-химических особенностей и технологической сущности явлений и процессов, их формирующих, а также особенностей взаимодействия взвесей (водо­рослей) в отбираемой воде с фильтрами водоприемников. Важнейшей характеристикой взвесей (включая водоросли) является гидравлическая крупность водорослей и , прини­маемая меньшей, т.е. U_ф> 0,03 м/с всем объемом перемещаемых водных масс. В водоемах эти перемещения обусловлены нагонами, волнениями, стратификаци­онными и донными течениями, плотностными перемещениями и др.

На основе методик А.С. Образовского и Е.М. Лаурсена сум­марные значения мутности в по­токах, включая водоросли (планк­тон), определяются по графикам распределения их величин по глу­бине водотока при коэффициенте распределения скоростей К = 0,15-1,00. На рисунке по оси абсцисс приведены значения от­носительной объемной мутности М/М_Δ (М — суммарная мутность воды в источнике; М_Δ — мутность воды на определенном горизонте), по оси ординат — относительные удаления точек отбора от дна во­дотока β = Δ/Н_Р при разных соот­ношениях гидравлической круп­ности водорослей (планктона) к скорости потока — u/v_a.

Относительные объемы мутности воды по глубине водостока

В зависимости от гидравлической крупности частиц взвеси, определяющей мут­ность воды, последняя, с учетом предположений А.С. Образовского, распределяется по следующей зависимости:

M/ΔM- относительная мутность; Г — недостаток скорости на расстоянии от дна Δ ; υ_a , υ _Δ , υ _пов = υ _мax, U _ф — соответственно скорости: средняя, местная, на поверхности, турбулентного перемешивания; u — гидравлическая крупность взвеси.

Динамика проявлений водорослей (фитопланктона), взвесей в водохранилищах и в ниж­них бьефах аналогичны, но ниже плотин взвесей больше на 35-50%. Концентрация водорос­лей напрямую определяется температурой воды и соответственно температурой воздуха.

Эффективность промывки фильтров зависит от их типа, размещения в источнике, условий взаимодействия промывных вод с источником, характера засорений, обтекае­мости, величин отбираемых Q _вx, соотношений u_np/ u_a (в реках), способов подвода и рас­пределения Q_np, площади водоприема Ω _ф и др. Оценка засоряемости и регенерации фильтров решается дифференцированно для принятых технологий водоприема, из кото­рых наиболее распространенными по классификации д.т.н. Ю.И. Вдовина являются:

1. Затопленные водоприемники (ряжи, колодцы, колонны, стенки и т.п. с крупнопо­ристыми фильтрами I, И, III типов) со сравнительно небольшими (до 100-200 м 2 ), пло­щадями со с устройствами промывки.
2. Водоприемники с фильтрующими элементами w > 300-500 м 2 с устройствами для регенерации фильтров (фильтрующие ковши и откосы, инфильтрационно-фильтрующие дрены, галереи, дамбы, лотки, траншеи, рассечки и т.п.).
3. Инфильтрационно-фильтрующие и комбинированные водоприемники, работаю­щие в режиме инфильтрации с периодической регенерацией фильтров (снятие закольмати- рованного слоя, гидравлическое и механическое декольматирование, замена фильтра и др.).
4. Водоприемники, ориентированные на прием воды с учетом кольматации на весь срок эксплуатации с регенерацией их лишь при снижении u_ф и Q_вх ниже расчетных (шахтные колодцы, горизонтальные скважины, горизонтальные галереи, дрены и др.).

Крупность обсыпки фильтров по условиям сороудержания в предложении произ­водства промывок составляет 20-50 мм. Верхний предел крупности фильтров определя­ется гидрологическими условиями, технологией водоприема, принятой u_а, характером взвеси, направлением u_вx в фильтр.

При промывке мелкозернистого фильтра возможно образование «свищей». В филь­трах I типа d > 15 мм в первую очередь удаляются засорения, наносы и шуга, сносимые течением. В фильтрах II и III типов вымыву засорений препятствуют решетки, ряжи и др. Эффективность восстановления проницаемости фильтров повышается при водовоз­душной промывке. В фильтрах I типа воздух, обладая подъемной силой, выносит засо­рения. Наилучшие результаты водовоздушной промывки достигаются применением ви­хревых камер, струераспределителей.

Различные способы промывки (водой, воздухом, импульсами давлений и др.) целе­сообразно комбинировать для более гибкой эксплуатации водоприемников, повышения их надежности с восстановлением первоначальной проницаемости фильтров. Засоре­ния фильтров водоприемников в зависимости от принятой технологии водоотбора и эф­фективности его промывки могут быть:

• фильтрационные — отложения взвеси, шуги, засорений и пр. в толще фильтра под действием турбулентного фильтрационного потока;
• наносные — отложения наносов, засорений в подводных фильтрующих элементах. Предел размыва засорений из пор фильтров (с выносом в поток при промывке) характе­ризуется скоростью u _р, при которой начинается размыв (вынос) засорений:

где C ₀ — коэффициент обтекания, зависящий от крупности взвеси, формы ее материала, характера обтеканий; γ и γ ₁ — плотность воды и взвеси, г/м 3 .

Устойчивость фильтра определяется расположением его в сооружении, материалом и его однородностью, толщиной и пр. Полное удаление засорений (шуги) с поверхнос­ти и из толщи фильтра возможно и при неподвижной загрузке, без взвешивания ее. На­ибольшие Q_np для полного вымыва засорений нужны при крупных фильтрах III типа. Наименьшие Q_np и v_np обеспечивают полный вымыв засорений из фильтров II типа. Фильтр d_pc d > 100 мм полный вымыв засорений требует значительных υ _np.

Для технического, полевого, пастбищного водоснабжения и орошения требуются значительные количества частично осветленной воды. Подготовка поверхностных вод для этих целей на традиционных очистных сооружениях требует существенных капи­тальных и эксплуатационных затрат. Сетчатые водоприемники и гидроциклоны не ре­шают в достаточной мере эффективно задачу осветления воды непосредственно у водо­забора и проблему рыбозащиты.

В 1970-90 годы под руководством д.т.н. М.Г. Журбы были разработаны и внедрены сооружения, предназначенные для забора и предварительной очистки поверхностных вод, в которых широко использованы фильтрующие легкие гранулированные обсыпки.

Дренажные и промывные элементы являются важнейшими в конструкции любого водоприемника с фильтрующими элементами и могут выполняться в виде аванкамер (раструбных, вихревых, телескопических, открытых и др.) или иных типов водосборно­промывных устройств (трубчатых с различной перфорацией, эжекционных, трубофиль- тров с пористым слоем и др.).

К таким сооружениям относятся и оголовки русловых водозаборов, выполненных в виде железобетонных колодцев, боковые стенки которых имеют по периметру вход­ные окна. Внутрь короба вставлен каркас из металлических стержней, заполненный крупными гранулами вспененного полистирола или шунгизита с d _{В C} = 4-8 мм. Вода, по­ступающая через водоприемные окна, проходит сначала грубую очистку и только после этого достигает уровня оси всасывающего патрубка насосного агрегата. Промывка фильтрующего слоя осуществляется обратным током воды от напорного трубопровода при включении насоса. Рекомендуемая интенсивность промывки до 35 л/(с*м 2 ) при дан­ном гранулометрическом составе позволяет при конструировании оголовков не учиты­вать дополнительную высоту на расширение фильтрующего слоя при промывке. Для получения воды более высокого качества оголовок выполняют в виде корпуса, боковые стенки которого представляют собой фильтрующие кассеты с двумя или тремя слоями загрузки. Внедрение подобной конструкции было осуществлено на Вологодском заводе дорожного оборудования. До реконструкции там эксплуатировались сооружения, запро­ектированные по типовому проекту ТП 901-1-27, производительностью 50 м 3 /ч, вклю­чающие два русловых затопленных водоприемника в виде металлических цельносваренных воронок, оборудованных рыбозащитными сетками с ячейкой 1 x 1 мм, самотеч­ные трубопроводы, береговой железобетонный водоприемный колодец глубиной 12 м, совмещенный с насосной станцией первого подъема.

Конструктивные схемы водозаборно-очистных сооружений с пенополистирольной загрузкой

а) русловой раструбный фильтрующий оголовок; б) водозабор-фильтр из каналов; в) трубчатый фильтр; г) насосно-фильтровальный плавающий агрегат; д) улитковый насосно-фильтровальный агрегат; е) водозаборно-очистное устройство, совмещенное с гибкой мягкой плотиной

К специфическим особенностям проектирования водозаборно-очистных сооруже­ний руслового типа относятся:

• назначение их конструктивных (габаритных) размеров в зависимости от гидрологи­ческих условий, обеспечение требуемых расходов воды и требуемой степени очистки воды;
• взаимосвязь напорно-расходных характеристик блоков водоочистки, всасываю­щих или самотечных трубопроводов и насосов первого подъема;
• учет режимов фильтрования, параметров фильтрующего слоя и определения про­должительности фильтрования и промывки загрузки;
• расчет эжекторных промывных устройств с учетом свойств вспененных гранул пенополистирола.

Технологическая схема водозабора, включающая водоприемник, водоочистной се­точный колодец и насосную станцию, выбирается соответствующей требуемому расхо­ду воды, категории водозабора по надежности подачи воды, гидрологической характе­ристике водоисточника, особенностям местных условий строительства сооружений, требованиям санитарной инспекции и рыбоохраны, а также управлений водного транс­порта и водоохраны, прогнозируемому изменению производительности водозабора. С приданием ему дополнительно функций очистки воды технология водоприема долж­на предусматривать соблюдение условий поочередных режимов работы фильтрования и промывки фильтрующих слоев.

Подбор режимов фильтрования, параметров фильтрующего слоя и промывки за­грузки водозаборно-очистных сооружений должен осуществляться с соблюдением сле­дующих условий:

• толщина слоя загрузки фильтрующего материала из условия обеспечения качест­ва очистки воды должна быть не менее 0,5 м;
• при наличии в системе технического водоснабжения береговых очистных соору­жений скорость фильтрования воды в оголовке может достигать 75-100 м/ч. При содер­жании в воде водоема взвешенных веществ до 50 мг/л и производительности сооруже­ний до 1000 м 3 /сут отпадает необходимость в устройстве береговых сооружений по ос­ветлению воды. В этом случае скорость безреагентного фильтрования в водозаборно­очистной фильтрующей установке принимается в пределах до 1-5 м/ч;
• диаметр самотечного или всасывающего трубопровода D_пp определяется по тре­буемой производительности каждой секции оголовка и скорости движения воды в тру­бах, равной 0 ,7-1 ,0 м/с;
• отметка верхней части сооружения, размещаемого в русле водотока, должна быть ниже на 0,2 м нижней кромки льда в водоеме при ледоставе.

Фильтрующий слой в конструкции оголовка дает возможность задерживать грубодис­персные взвешенные вещества непосредственно в водоеме. Подача воды от оголовков к на­сосам первого подъема осуществляется самотечно-сифонными линиями без берегового ко­лодца. Зарядка сифонных линий при низких уровнях воды в реке, а также залив насосов осу­ществляются эжекторной установкой, включенной в обвязку трубопроводов насосной стан­ции. Ввиду периодического режима работы насосной станции первого подъема промывка фильтрующего слоя водозаборно-очистных оголовков осуществляется обратным током во­ды, находящейся в самотечно-сифонных линиях, при отключении насосов I подъема.

Применение воздуха уменьшает Q _пp, дает ряд технико-эксплуатационных преиму­ществ (уменьшение запасов промывной воды, отказ от установки насосов и пр.). Воздух от компрессора в фильтры может подаваться по самотечно-промывным коммуникациям. Водовоздушная промывка особо целесообразна при водоотборе из рек с малыми глубинами и из водоемов. Добавление воздуха 35-50 л/см 2 площади сокращает Q_пp и время промывки до 2 раза.

Для оценки технологических свойств и области применения фильтрующей обсып­ки из дробленого пенопласта были проведены ее испытания в процессе осветления при­родных вод р. Днестр . Безреагентное фильтрование речной воды с удель­ной производительностью до 15 м 3 /м 2 площади фильтра позволяет получить эффект ос­ветления более 50% при незначительном приросте потерь напора за фильтроцикл (до 0,3-0,5 м). Промывка загрузки в оголовке осуществляется в таких конструкциях обрат­ным током осветленной воды от напорного трубопровода с интенсивностью промывки до 30-40 л/с.м 2 в течение 2-3 минут.

Результаты испытаний процессов осветления речной воды в фильтрующей загрузке из отходов пенопласта

Крупность гранул фильтрующей загруз­ки, мм

Взвешенные вещества в исходной воде, мг/дм 3