Разработка технологии водоподготовки и повышение эффективности Эшкаконского водохранилища по рациональному использованию водных ресурсов бассейна реки Эшкакон

Повышение роли экологических факторов в решении проблем рационального природопользования осуществляется по приоритетным направлениям: борьба с загрязнением природной среды за счет повышения степени безопасности технологий захоройения, переработки и утилизации отходов и снижения негативного воздействия их на водные объектысоздание экологически чистых технологий с оптимальным водопотреблениемрациональное использование водных ресурсов.

В связи с ухудшением качества воды в водоемах — источниках водоснабжения, также с ужесточением требований новых нормативных документов к санитарной надежности питьевой воды применяющиеся на водопроводных очистных сооружениях традиционные технологии очистки во многих случаях оказываются не в состоянии обеспечить требуемое ее качество.

Система водопользования городов и населенных пунктов, включающих в себя комплекс инженерных сооружений по забору воды, транспортировке, очистке и отводу их, тесно связана с окружающей средой, испытывает сама и оказывает антропогенное воздействие на открытые водоемы.

Наблюдаемый рост водопотребления в городах объективно ведет к увеличению количества сточных вод, резкому повышению расходов на проектирование, строительство и эксплуатацию систем водоснабжения и водоотведения.

Существующие методы обработки характеризуются большими объемами реагентов, используемыми в технологической цепочке осветления воды, значительным количеством неутилизированных отходов и высокими удельными сбросами загрязнений после очистки воды в виде сточных вод. Это создает серьезную проблему не только в связи с ужесточением требований природоохранных органов к сооружениям по очистке воды, но и с резко возрастающими размерами платы за сбросы.

Следует также добавить, что на эффективность обработки отрицательно влияют испытываемый многими водоочистными станциями дефицит реагентов, гидравлическая перегрузка и низкий уровень оснащенности приборами контроля и автоматики.

Перед коллективами предприятий «Водоканал» в качестве первоочередных стоят задачи повышения производительности очистных сооружений, эффективности очистки воды и соответственно ее качества.

Это может быть осуществлено за счет применения ряда мероприятий, разработанных и предложенных различными научно-исследовательскими, проектными, наладочными и. эксплуатационными организациями. Эти решения направлены на изменение конструкции 5 отдельных элементов сооружений, модернизацию очистных сооружений, применение новых коагулянтов и флокулянтов, использование различных фильтрующих материалов в качестве загрузки фильтров, внедрение новых технологических процессов.

Учитывая вышеуказанное, необходима разработка новых решений по созданию высокоэффективных технологий на основе состава вод, поступающих на очистные сооружения водопровода, и глубокого анализа существующих методов очистки воды.

Поэтому экологически и экономически актуальным является изыскание способов водоподготовки без значительных капитальных затрат и достижением качества, удовлетворяющим требования ГОСТ и СанПиН на питьевую воду и природоохранным нормативам.

Район г. Кисловодска отличается большой сложностью гидрогеологических условий в пределах крупного Кавминводского артезианского бассейна, в котором в тесном гидрогеологическом взаимодействии залегают как пресные, так и минеральные воды. В следствии этого, район г. Кисловодска объявлен запретной зоной для эксплуатации подземных вод с принудительным понижением уровней. Использованы могут быть только самоизливающиеся источники.

Гидрографическая сеть курорта представлена рекой Подкумком с притоками: Березовой, Ольховкой, Аликоновкой.

Все перечисленные реки не могут быть использованы как источники централизованного водоснабжения г. Кисловодска в связи с неудовлетворительным качеством вод и невозможностью организации зон санитарной охраны.

Для водоснабжения г. Кисловодска используются родники, расположенные на склонах ближайших гор. К ним относятся «Теплушка», «Находка», «Близнецы» и «Лермонтовские». Для технического водоснабжения используется родник «Чивели». Дебит их колеблется от 6 до 18 тыс. м3/сут.

Река Эшкакон является основным источником централизованного водоснабжения г. Кисловодска. Она протекает в предгорьях Большого Кавказского хребта к северо-востоку от горы Эльбрус и относится к бассейну Каспийского моря (р. Эшкакон — р. Подкумок — р. Кума — Каспийское море). р. Эшкакон протекает по территории Карачаево-Черкесской республики, пересекает Скалистый хребет между массивами Гуд и Бермамыт.

За исток р. Эшкакон принимается родник на северном склоне г. Бечасын на высоте 2343 м. Длина реки от истока до впадения в р. Подкумок в райцентре Учкекен 42 км, площадь водосбора 316 км², средний уклон 0.03. Скорость течения реки в межень 0.5−0.7 м/сек и в половодье 2.5−3.0 м/сек. Областью питания являются многочисленные 6 родники и ручьи, выклинивающиеся на склонах гор Эшкаконского ущелья.

По водному режиму р. Эшкакон относится к рекам СевероКавказского типа, для которых характерны высокие летние паводки и устойчивая низкая зимняя межень. Расход воды по реке изменяется от 0.3−0.4 м3/сек в межень до 100 м3/сек и более в половодье. Родниковый характер питания обуславливает хорошие вкусовые (органолептические) качества Эшкаконской воды.

Для удовлетворения расчетного водопотребления в количестве 100 тыс. м3/сут было принято решение о строительстве водохранилища.

В 1978 году проект Эшкаконского водохранилища, разработанный самым авторитетным союзным институтом в области гидростроительства Гидропроектом им. С. Я. Жука, прошел государственную экспертизу и был утвержден Советом Министров РСФСР со сметной стоимостью 19 млн руб.

Заполнение водохранилища было начато в октябре 1989 года и после аккумулирования весеннего паводка 1990 г. нормальный подпорный горизонт (НПГ) достиг проектной отметки 1212 м.

Зарегулирование стока р. Эшкакон позволило не только обеспечить гарантированный отбор воды для целей водоснабжения, но и улучшило в результате естественного отстаивания качество воды в источнике, которое превзошло все прогнозы.

Не умаляя значения выполненной институтом «Гидропроект» им. С. Я. Жука работы, мы сочли целесообразным проведение самостоятельных исследований, которые позволили бы в условиях строго организованного научного эксперимента уточнить полученные результаты процесса осветления Эшкаконской воды в объеме самого водохранилища.

До строительства водохранилища качество воды в горной реке колебалось в очень широких пределах, особенно во время паводков от 300 мг/л до 3000 мг/л. Качество воды после пуска водохранилища в эксплуатацию резко улучшается. Вода горного водохранилища характеризуется низкой температурой от 3 до 14 °C. В объеме водохранилища происходит осаждение взвешенных и влекомых наносов.

Регулирующий объем водохранилища в количестве 10,5 млн. м3 гарантирует отбор воды для целей водоснабжения в количестве 85тыс. м3/сут в расчете на самый маловодный год, повторяющийся один раз за 30 лет, то есть расчет произведен по минимальному расходу 95% обеспеченности.

Естественно в более полноводные года отбор воды может быть увеличен, поэтому предлагается мощность очистных сооружений довести до 100 тыс. м3/сут. 7.

В процессе эксплуатации необходимо организовать наблюдения за режимом заполнения и сработки водохранилища, чтобы прогнозировать уровень отбора и исключить аварийную ситуацию по преждевременной сработки регулирующего объема, а также за темпами заиления мертвого объема.

Целью работы является теоретико — экспериментальное обоснование работы сезонно — регулируемого водохранилища на р. Эшкакон как предварительного отстойника и создание высокоэффективной с экологической и экономической точек зрения ресурсосберегающей схемы водоподготовки для хозяйственно-питьевых целей г. Кисловодска.

В соответствии с постановленной целью намечено решить следующие задачи:

— проанализировать опыт работы аналогичных регулируемых водохранилищ;

— исследовать скорость движения воды по створам и глубинам для определения расхода воды из водохранилища;

— обобщить движение взвешенных и влекомых наносов, определить заиление регулируемого водохранилища и рассчитать срок его эксплуатации;

— исследовать возможность использования воды из Эшкаконского водохранилища для безреагентной обработки воды на очистных сооружениях в целях хозяйственно-питьевого водоснабжения;

— на основе положений теории коагуляции и флокуляции определить наиболее эффективный коагулянт при очистке низкотемпературной воды Эшкаконского водохранилища;

— разработать математическую модель водохранилища как предварительного отстойника для внедрения АСУ в технологическую схему водоподготовки;

— разработать рекомендации по корректировке технологической схемы отбора и водоочистки воды из Эшкаконского водохранилища для хозяйственно-питьевых целей г. Кисловодска и прилегающих районов в количестве 100 тыс. м3/сут.

Исследования проводились на Эшкаконском водохранилище сезонного регулирования речного стока реки Эшкакон и очистных сооружениях Муниципального производственного предприятия «Водоканал» города Кисловодска Ставропольского края с 1996 года по 2000 год включительно, совместно с Ростовским Государственным строительным Университетом согласно договора № 100/96 от 1 сентября 1996 г. 8.

Работа выполнялась в рамках федеральной программы «Развитие особо — охраняемого эколого-курортного региона Российской Федерации — Кавказских Минеральных Вод (Постановление Совета Министров Правительства РФ N 1063 от 23 октября 1993 г.) и Краевой целевой программы «Обеспечение населения Ставропольского края питьевой водой» .

На защиту выносятся.

Результаты анализов наблюдений за качественными изменениями состава воды в водохранилище на реке Эшкакон и выявление примесей в воде используемой для хозяйственно-питьевых целей г. Кисловодска и прилегающих районов Карачаево-Черкесской Республики.

Исследования по определению скорости движения воды в водохранилище, температуры, расходы воды из водохранилища. Влияние процесса осаждения наносов и формирование тела заиления мертвого объема водохранилища влияющего на нормальную его работу в целях использования для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Экспериментально — теоретические исследования отбора воды из водохранилища из верхних более чистых слоев в период межени и паводка с определением наиболее оптимальных условий ввода реагентов в обрабатываемую воду на очистных сооружениях. Рекомендации по практическому воплощению результатов выполненных исследований. Расчеты экономической эффективности применения технологической схемы очистки низкотемпературной воды с применением оксихлорида алюминия в период паводка и безреагентной обработке в период межени. Разработка и внедрение АСУ в технологию водоподготовки при помощи математического моделирования Эшкаконского водохранилища. 9.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Анализ состояния существующих технологий очистки и обеззараживания воды позволяет сделать вывод о том, что станции водоподготовки работают с гидравлическими перегрузками из-за неудовлетворительного санитарного состояния поверхностных источников и повышенного износа сооружений и сетей водопровода, тем самым складывается напряженная ситуация с обеспечением населения водой питьевого качества.

2. Результаты многолетних наблюдений за изменениями качественного и количественного состава воды в Эшкаконском водохранилище свидетельствуют о том, что вода отвечает требованиям, предъявляемым к источникам хозяйственно-питьевого водоснабжения. Вода характеризуется низкой температурой от 4 до 14 °C. не происходит зарастания водохранилища водорослями, нет накопления ионов тяжелых металлов.

3. Установлены и обоснованы расходы и скорости движения воды в водохранилище связанные с отбором на хозяйственно-питьевые цели и санитарный попуск. Доказано, что забор воды необходимо производить из верхних водозаборных окон, более чистых слоев воды Эшкаконского водохранилища. Мутность исходной воды колеблется в течении восьми месяцев в году от 0 до 10 мг/л, поэтому в этот период производится безреагентная обработка воды на очистных сооружениях для хозяйственно-питьевых целей г. Кисловодска и прилегающих районов.

4. В результате исследований движения взвешенных, влекомых и донных наносов в Эшкаконском водохранилище, расчитан и практически подтвержден объем отложений осадка за восемь лет эксплуатации и составил 281 тыс/м3 поэтому срок эксплуатации Эшкаконского водохранилища в нормальном режиме до заиления мертвого объема составит 29 лет.

5. Предложено ирпользовать составленную математическую модель Эшкаконского водохранилища, как предварительного отстойника, где распределение концентрации взвешенных веществ определяется по высоте на любой момент времени по теории Эйнштейна — Самолуховского.

Свых = и СВх 1п для внедрения АСУ в технологическую схему водоподготовки с использованием реагентов в период паводков и ливневых дождей, позволит обеспечить надежность технологической цепочки водоподготовки и экономию реагентов.

6. Для снижения капитальных вложений, затрат и соблюдения качества подаваемой воды потребителям была разработана и внедрена технологическая схема водоподготовки на очистных сооружениях Эшкакон МПП «Водоканал» г. Кисловодска. Экономический эффект составил 42 676 тыс. руб.

7. На основании проведенных исследований регулируемого водохранилища на реке Эшкакон, был разработан и реализован технологический регламент эксплуатации Эшкаконского водохранилища, в котором даны рекомендации по наполнению и сработке уровня воды в.

111 водохранилище, разработан диспетчерский график отбора воды из водохранилища для хозяйственно — питьевых целей и санитарного пропуска.

8. Проведена экологическая и экономическая оценка технологического метода обработки воды обеспечивающего население и промышленность качественной питьевой водой и позволяющая максимально возможно снизить степень отрицательного воздействия загрязнений на окружающую среду в результате образования остаточных продуктов после обработки воды.

9. На основании производственных исследований водохранилища на реке Эшкакон, выданы рекомендации по составлению правил эксплуатации водохранилищ и декларации безопасности гидротехнических сооружений ОАО проектно-изыскательский институт «Кубаньводпроект» и АООТ проектный институт «Ставрополькоммунпроект» .