|
| ||
| Бурение скважин на воду | Технология | Оборудование | Цены | Фото и видео | Техническая литература | ||
 | УСТРОЙСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВОДОЗАБОРОВ |
|
|
Мини-станок для бурения скважин Техническая литература: Колодцы Схема гидрогеологических областей и районов СССР Словарь по гидрогеологии А-Г Словарь по гидрогеологии Д-О Словарь по гидрогеологии П-Я Гидрогеология СССР (Москва 1977г. Л. С.Язвин) Станок для бурения БУР-50:  |
ОГЛАВЛЕНИЕУлучшение качества воды пойменной инфильтрациейМетод улучшения качества воды путем береговой инфильтрации известен давно. Он является по существу первой производственной технологией очистки природ-лых вод для целей хозяйственно-питьевого водоснабже-ния. 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 ис-кусственных 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 инфиль-трации 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.  Рис. 85. Схема водозабора с системой очистки водыа — с обычной технологией инфильтрации; б — с усовершенствованной технологией; 1 — водозаборные скважины; 2 — инфильтрационные бассейны; 3— насосная станция II подъема; 4 — водосборный трубо-провод; 5 — распределительный трубопровод; 6 — водоочистная станция; 7 — насосная станция I подъема; 8 — открытый водоприемнику 9 — соединительные трубопроводы; 10 — рассеивающие выпуски Увеличение мутности исходной воды при низкой ее температуре в предпаводковый период, когда требуется максимальная интенсивность инфильтрации, сопровождается уменьшением водоотдачи бассейнов из-за уско-ренной кольматации фильтрующих грунтов. Производительность водозаборов при этом резко снижается. По-скольку 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 меже-ни, регенерация грунтов в бассейнах производится накануне ледостава. На рассматриваемом водозаборе нака-нуне 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 ма-лой 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 прекра-щения инфильтрации воды из бассейна Б-1 он не выключается, а продолжает работать как отстойник, бла-годаря чему удлиняется фильтроцикл бассейнов Б-2 и Б-3. Таким образом, осуществляется двухступенная очистка воды без применения дополнительных сооружений.  Рис. 86. График работы инфильтрационных бассейнов-отстойников во взаимосвязанном режиме 1 — период чистки бассейна; 2 — период полного выключения бассейна из работы; 3 — период оттаивания фильтрующего грунта Режим работы бассейнов в последующий период отражен на графике (рис. 86). Как видно, при новой тех-нологии каждый бассейн на протяжении одного фильтре цикла последовательно работает в режиме ин-фильтрации 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 рк. Поток воды в бассейне может транспортировать определенное количество взвешенных частиц, соответствующее критической мутности ркр. Содержащаяся сверх критической мутности взвесь (избыточная мутность ри) будет выпадать в осадок. Если полная мутность воды в начале бассейна-отстойника ро, а в каждом сечении по длине потока ркх, то рих = pКХ — ркр. 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 иср 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; CR — коэффициент Шези, CR=Ry/n. При средней ширине бассейна Bср> (15...20)H гидравлический радиус потока примерно равен его глубине (можно принимать R = H), а средняя по сечению скорость vcp близка к наибольшей по ширине бассейна скорости v. С уменьшением ширины бассейна разница между vср и v возрастает и при Вср 6Н в 1,3...1,6 раза превышает иср (в зависимости от заложения откосов т). В таких случаях расчет осаждения взвеси реко-мендуется проводить по наибольшей скорости. По А. М. Латышенкову [21], v = Kvcp, 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, факти-ческая 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 (ркр«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, раз-работанной Т. В. Бурчак [7], рассчитывают далее режим инфильтрации воды из бассейна второй ступени.  Рис. 87. Номограмма к расчету предварительных отстойников |
|