МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

 
"РОЛЬ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ЭКОСИСТЕМ "
 
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
 
Москва 2006

УДК 628.394

ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ

 

Н.В. Суйкова

ООО «НИиПИ экологии города», г. Москва, Россия

 

В последние годы во многих странах мира городской водной среде уделяется все больше и больше внимания. Реки, озера и пруды на территориях городов выполняют важнейшие ландшафтно-архитектурные, эколого-градостроительные и социально-рекреационные функции. В то же время они представляют собой совершенно особые природные образования, подвергающиеся интенсивному антропогенному воздействию. Они живут своеобразной жизнью и требуют специального внимания. Однако многие существенные аспекты их надлежащей эксплуатации исследованы недостаточно, слабо освещены в научной и нормативной литературе.

Одним из важнейших факторов, обеспечивающих требуемое качество воды в городских водных объектах, является их кислородный режим. Наличие в воде растворенного кислорода обеспечивает в природных водных объектах самоочистительную способность, суть которой заключается в том, что растворяющегося в силу различных природных процессов кислорода в воде оказывается достаточно, чтобы обеспечить жизнедеятельность организмов, перерабатывающих попадающие в воду в ограниченном количестве загрязнения в безвредные формы. Но в городских водных объектах количество загрязняющих веществ столь велико, что поступающего в воду естественным путем растворенного кислорода оказывается не достаточно для питания такого множества микроорганизмов, которое могло бы существовать в грязной воде и для которых загрязнения служили бы пищей. Поэтому для поддержания жизнедеятельности этих микроорганизмов и обеспечения за счет этого повышенной самоочистительной способности воды необходима искусственная подача в воду дополнительного количества растворенного кислорода, то есть искусственная аэрация воды с помощью специальных средств, устройств и систем.

Искусственная аэрация воды

Вихревые аэраторы – сравнительно новый, прогрессивный тип аэрационных устройств. По ряду своих свойств и характеристик они превосходят другие типы устройств для искусственного насыщения жидкостей различными газами.

Действие вихревого аэратора основано на эффектах, происходящих в камере смешивания при взаимодействии двух соосных потоков, вращающихся в противоположных направлениях, с подсасываемой из атмосферы струей воздуха. В проточной полости аэратора происходит интенсивный процесс растворения кислорода, и его содержание в воде увеличивается на 20-30 мг О2/л в зависимости от исходного дефицита растворенного кислорода.

Сформированная аэратором аэрированная струя может использоваться для проработки и перемешивания массива воды на заданную глубину. Угол падения аэрированной струи назначается в зависимости от поставленной задачи. При входе струи в прорабатываемый массив происходит дополнительный захват воздуха из атмосферы, за счет чего увеличивается содержание растворенного в воде кислорода.

Достоинствами системы струйно-вихревой аэрации является возможность применения самых разнообразных компоновок, конструкций и вариантов исполнения различной производительности.

Независимо от объекта применения, размеров и модификации вихревых аэраторов, они характеризуются следующими конструктивными и эксплуатационными достоинствами:

1. Не имеют движущихся деталей, что облегчает изготовление и повышает надежность эксплуатации. Протекание всех технологических процессов в аэраторе – засасывание воздуха, создание высокотурбулентного потока воды и требуемого водовоздушного потока обеспечивается сформированными в проточной полости специальной геометрической формы закрученными потоками воды.

2. Имеют несложную геометрическую форму образующих проточную полость поверхностей, что не создает дополнительных сложностей при изготовлении аэраторов на традиционном станочном оборудовании.

3. Могут использовать для своего функционирования различные источники энергии; не требуют специального источника энергии для сжатия воздуха, поскольку обеспечивают подсос воздуха в проточную полость самотеком из атмосферы.

4. При правильном выборе мощности энергоустановки для создания необходимого водного потока обеспечивают низкие значения удельной энергии для растворения в воде 1 кг кислорода – 0,15 - 0,40 кВт ч/кг О2.

5. Обеспечивают дополнительный захват воздуха из атмосферы при падении аэрированной струи в прорабатываемый массив воды; обеспечивают проработку массива воды на заданную глубину.

Эффективность применения систем струйно-вихревой аэрации для увеличения содержания растворенного кислорода в воде и флотации примесей подтверждена многочисленными исследованиями и опытом промышленной эксплуатации аэраторов различной производительности на разнообразных водных и промышленных объектах Российской Федерации. Геометрическая форма проточной полости аэратора, установленная в результате теоретических и экспериментальных исследований, зависит от условий его установки, требуемой глубины проработки массива воды, расхода и напора энергонесущего потока воды и в каждом конкретном случае определяется расчетом.

Система замкнутого водооборота

В условиях сокращенной или отсутствующей проточности единственным способом предотвращения гибели водоема является создание системы замкнутого насосного водооборота, обеспечивающей искусственную проточность. Создание такой системы необходимо совместить с применением искусственной механической аэрации, простейших очистных устройств и с другими мероприятиями, обеспечивающими повышение качества воды.

В общих чертах идея создания системы замкнутого водооборота заключается в следующем. В нижнем течении участка реки, каскада прудов или в каком-либо благоприятном месте непроточного водного объекта вода забирается и подается к насосной станции, от которой по напорным водоводам она передается и поднимается в вышележащие участки. В месте выпуска воды или по трассе водовода могут быть размещены аэраторы, фонтаны или подобные им устройства для обогащения воды растворенным кислородом. С верхних участков реки или каскада прудов аэрированная вода самотеком спускается вниз, обеспечивая перемешивание всего массива и улучшение качества воды по всему течению водотока. В непроточных водоемах забор и выпуск воды должны быть организованы таким образом, чтобы была обеспечена циркуляция воды в той или иной форме и чтобы с помощью системы водооборота были выполнены те же функции, что и в проточных водоемах.

Практика расчета и проектирования систем водооборота для ряда водных объектов нашей страны показала, что определение основных параметров системы водооборота – подачи и напора насосной станции – полностью связано с местными характеристиками водного объекта и индивидуальными задачами, ставящимися перед системой.

Основными среди этих задач могут быть следующие:

1. Обеспечение проточности водотока или каскада прудов, достаточной для создания необходимого водообмена, предотвращения образования застойных зон и развития сине-зеленых водорослей, улучшения кислородного баланса, создания эстетического восприятия текущей воды.

2. Обеспечение интенсивной аэрации водных масс с помощью аэраторов, фонтанов, перепадов и других устройств для достижения требуемой концентрации растворенного кислорода в воде.

3. Обеспечение, в случае необходимости, дополнительной очистки воды с помощью несложных и малогабаритных очистных устройств, например, механических фильтров, озонаторов и т.п.

4. Обеспечение циркуляции массива воды в непроточных водоемах с целью предотвращения образования застойных зон, стратификации и равномерного распределения объемов воды, обогащенным растворенным кислородом.

5. Обеспечение, в случае необходимости, незамерзающей полыньи в зимнее время года за счет подачи на поверхность водоема придонных масс воды, обладающей достаточным количеством теплоты.

В типовых проектах систем замкнутого водооборота и аэрации, разрабатываемых для условий городов и парковых комплексов Российской Федерации, значения основных параметров составят:

подача насосной станции                                            от 0,05 до 2,0 м3/с;

статический напор насоса                                            до 25 м;

напор насоса на преодоление гидравлических сопротивлений в напорной сети                                   до 50м.

Эффективность систем замкнутого насосного водооборота определяется следующими факторами:

1. Интенсивностью гидромеханических и гидрохимических процессов, обуславливаемой общей технической идеей.

2. Возможностью применения адекватных методов расчета общего эффекта системы и производительности отдельных ее устройств, обуславливаемой достаточной научной изученностью происходящих процессов.

3. Надежностью эксплуатации системы, обуславливаемой простотой применяемых устройств и подтвержденной многолетним опытом эксплуатации.

4. Экологической чистотой энергоисточников, используемых для привода в действие систем водооборота, в том числе возможностью непосредственного использования экологически чистых возобновляющихся источников энергии.