Анализ существующей схемы очистки питьевой воды г. Новочеркасска

Введение

Водоснабжение представляет собой комплекс мероприятий по обеспечению водой различных потребителей.

Комплекс сооружений, осуществляющих задачи водоснабжения, т.е. забор воды из природных источников, ее очистка, транспортирование и подача ее потребителю, называется системой водоснабжения.

Обеспечение населения чистой доброкачественной водой имеет большое гигиеническое значение, так как предохраняет людей от различных эпидемиологических заболеваний.

Подача достаточного количества воды в населенное место позволяет поднять общий уровень благоустройства. Для удовлетворения потребностей современных групповых городов в воде требуется громадное ее количество.

Выполнение этой задачи, а также обеспечение высоких санитарных качеств питьевой воды требуют тщательного выбора природных источников, их защиты от загрязнений, надлежащей очистки воды на водопроводных сооружениях.

В настоящее время в связи с общим ростом объемов потребляемой воды и недостаточностью в ряде районов местных природных источников воды все чаще возникает необходимость комплексного решения водохозяйственных проблем для наиболее рационального и экономичного обеспечения водой всех водопользователей и водопотребителей.

Перечисленные выше проблемы характерны и для г.Новочеркасска.  Источником водоснабжения Первомайского района города является р.Дон.

В настоящий момент работает новый водозабор на р. Дон в районе ст.Старочеркасской – плавучая насосная станция. С плавучей насосной станции вода перекачивается на насосную станцию в х. Б.Мишкин в район сырой воды Насосная станция Б.Мишкин перекачивает воду на очистные сооружения питьевой воды г.Новочеркасска. Однако качество питьевой воды не всегда соответствует нормативным требованиям, актуальным остается вопрос о совершенствовании применяемых методов очистки. В данной работе проанализированы существующие схемы очистки на МУП «Водоканал» г.Новочеркасска и предложены современные методы очистки питьевой воды.

Работа составлена на основании  материалов, собранных в период производственной практики на МУП «Горводоканал» г. Новочеркасска.

1.Общая часть

1.1.Природно-климатическая  характеристика района

1.1.1.Общие сведения о  районе

Город Новочеркасск раскинулся на высоком холме, окруженном поймами степных рек Тузлов и Аксай, в 40 км северо-восточнее   г.Ростова-на-Дону – центра Ростовской области (см. рис.1).

В городе около 1000 промышленных предприятий организаций различных форм собственности и профессиональной направленности. В том числе такие крупные предприятия, как электровозостроительный завод, электродный завод, завод синтетических продуктов, ОАО «Магнит», крупнейшая на юге России Новочеркасская ГРЭС.

На современной территории Новочеркасска исторически сформировалась агломерация населенных пунктов, в состав которой входят: 1.Старый город (бывший Первомайский район); 2.Микрорайоны: Хотунок, Соцгород, Октябрьский, Молодежный, Донской, Восточный; 3.Поселки: Новоселовка, Рабочий городок, Новый городок, Яново-Грушевский.

Город состоит из двух крупных селитебно-промышленных образований, разделенных между собой поймой р. Тузлов. Южная часть – бывший Первомайский район – старый компактный город, локализованный  в пределах урочища Бирючий Кут (Новочеркасский холм). Северная часть – бывший Промышленный район. Этот район, в отличие от старой части города, вытянулся с юга на север между автодорогой Новочеркасск – Шахты и поймой реки Тузлов. Население города составляет 200 тысяч человек. Территория города занимает площадь 9258 га, а площадь городских земель – 125 тыс. га.

Рисунок 1.     Обзорная карта Ростовской области.

                          - район работ

1.1.2.Климатические условия

По климатическим условиям район Новочеркасска находится в полуаридной зоне юга Европейской части России, в западной провинции недостаточного увлажнения с умеренно-континентальным климатом. Индекс континентальности составляет 86%, что свидетельствует о преобладании влияния суши на температуру воздуха, остальные 14% характеризуют влияние гидросферы. Континентальность климата выражается в большой амплитуде колебания летних и зимних суточных и дневных температур.

Среднегодовая температура воздуха в городе 8,90С, в многолетнем периоде изменяется от 7,0 до 10,70С. Среднемесячная многолетняя температура самого холодного месяца (января)-минус 4,80С, самого теплого (июня)-плюс 22,80С, амплитуда этой температуры достигает 27,60С. Наиболее холодный период, когда среднесуточная температура воздуха понижается до –50С и ниже, начинается с 5 января и длится до 15 февраля. Наиболее теплый период отмечается с 13 июля по 29 августа. Среднесуточная температура выше 00С отмечается с 13 августа по 29 ноября.

Средняя месячная температура поверхности почвы имеет отрицательные значения только зимой; наибольшее ее значение (+290С) наблюдается в июле, наименьшее (-50С) – январе.

Ветровой режим города формируется под воздействием широтной циркуляции атмосферы (см. рис.2, табл. 1), особенно хорошо выраженной в холодный период. Уже с осени, вследствие остывания материка, образования антициклона над Казахстаном и Черноморской депрессии, преобладают ветры восточных румбов, относительное постоянство которых является характерной чертой ветрового режима г. Новочеркасска. В течение города наибольшая повторяемость таких ветров отмечается в ноябре (40%), наименьшая (около 20%) – В июле, когда до 19-22% увеличивается повторяемость западных ветров. Повторяемость ветров других направлений значительно меньше.

Влажность воздуха находится в прямой зависимости от температуры. Наибольшая относительная влажность воздуха зимой. В ноябре-декабре ее значения колеблются в среднем от 70 до 80 %, в январе-феврале достигает наибольших значений (80-90), весной понижаются до 60%, причем возможны «сухие» дни, когда относительная влажность может достигать опасных пределов (30-50%). Еще большие понижения влажности (до5%) в сочетании с высокой температурой (300С и выше) и ветром характерны для засухи и суховеев.

Среднее многолетнее количество осадков в г.Новочеркасске составляет 550 мм в год.

Таблица 1.

Метеорологические характеристики и коэффициенты, определяющие условия рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере города

Рисунок 2.   Роза ветров в г. Новочеркасске

Январь

Июль

1.1.3.Геологическое строение

Геоморфологические особенности и разнообразие рельефа города Новочеркасска определяется принадлежностью различных его районов к сложным тектоническим структурам в зоне регулярного сочленения Скифской плиты со складчатым сооружением Большого Донбасса.

В тектоническом отношении территория города располагается на стыке двух крупных региональных структур герцинского возраста – Ростовского выступа Украинского щита и южной границы герцинского складчатого сооружения Большого Донбасса. Пойма реки Тузлов в городской черте совпадает и орографически обусловлена положением погребенного Тузлово-Манычского разлома, западной ветвью глубинного Манычского грабена субширотного (СЗЗ) простирания. Северный промышленный район целиком занимает южную пограничную зону складчатого сооружения Донбасса с системой погребенных надвиговых тектонических структур.

В геологическом строении принимают участие отложения мелового, палеогенового, неогенового и четвертичного возраста. На дневную поверхность выходят отложения неогенового и четвертичного возраста, более древние отложения вскрыты единичными глубокими скважинами.

Неоген в пределах рассматриваемой территории несогласно перекрывает отложения палеогена и выходит на дневную поверхность в долинах рек Аксай, Тузлов, Грушевка, Аюта.

Наиболее древними породами, слагающими основание Новочеркасского холма, являются конские слои миоценового возраста.

На слегка размытой поверхности конских слоев залегает песчано-глинистая толща нижнего сармата, невыдержанной мощности 5-14 м.

Меотические генетически аллювиальные отложения несогласно залегают на нижнесарматских и прослеживаются по склонам холма со всех сторон. Меотические отложения представлены белыми, реже желтыми и серыми среднезернистыми речными отложениями древнего пра-Дона.

 Отложения плиоцена широко  развиты в городе и его окрестностях, они хорошо обнаружены  по всей периферии Новочеркасского холма и представлены понтическими известняками-ракушечниками и скифскими глинами.

Понтические отложения имеют распространение по всем склонам холма и залегают на мэотических песках. Они представлены желто-бурыми известняками-ракушечниками, состоящими из ядер раковин кардит, сцементированных известковистым и глинистым цементом.

Пестроцветные скифские глины перекрывают понтические известняки и являются водоупором для четвертичных отложений. Мощность толщ глин колеблется в широких пределах в зависимости от форм рельефа.

Четвертичные отложения, пользуясь исключительно широким распространением по всей территории города и его окрестностям. Они характеризуются большим генетическим, стратиграфическим, литологическим разнообразием и представлены преимущественно глинистыми породами, в числе которых эолово-делювиальные, делювиальные, элювиальные, пролювиально-делювиальные, покровные суглинки, делювиально-аллювиальные и аллювиальные отложения голоцена, верхнего, среднего и нижнего плейстоцена.

Четвертичные покровные отложения пользуются наибольшим распространением в зоне влияния инженерных сооружений и представлены преимущественно делювиальными и элювиально-делювиальными лессовидными суглинками, реже супесями и легкими глинами, которые залегают плащеобразно на породах различного состава и возраста, чаще – на скифских глинах.

По периферии Новочеркасского холма распространены серые и серовато-бурые грубослоистые легкие суглинки, часто переходящие в супеси или даже в глинистые пески.

1.1.4.Геоморфологическая и ландшафтная характеристики

Природные ландшафты г.Новочеркасска находятся на юге Русской равнины и входят в состав Донецко-Южно-Ергеневской провинции, Донецкой и Нижнедонецкой геоморфологических областей.

По периферии с севера. Востока и юга Новочеркасского холма отчетливо прослеживается терраса, образованная понтическими известняками-ракушечниками. Ширина террасы до 200-300 м, высота 40-43 м над уровнем р.Тузлов; наиболее выдержана она в северной части холма. Переход от плато к речным долинам осуществляется путем сноса по склонам лессовидных суглинков  и скифских глин и формированием делювиальных шлейфов протяженностью до 200-600 м.

Территория Новочеркасского холма расположена на восточной окраине субширотного языковидного останцевого неогенового плато. С трех сторон  это плато ограничено поймами рек Тузлов и Аксай. Городская часть плато имеет форму плоской возвышенности, с запада ограниченного балками Куричьей и Кундрючьей.

В пределах старой селитебной части города находятся относительно крупные балки: Западенская, Куричья, Кундрючья, Епифановка с более или менее выположенными и задернованными склонами.

Северная часть города (бывший первомайский район) занимает левый пологий склон долины реки Тузлов, представляющей собой водораздельный участок между левыми притоками реки Тузлова – реками Грушевской и Кадамовской.

Территория Новочеркасска расположена на стыке трех орографических районов: Приазовской равнины, Донецкого кряжа и Нижнедонской равнины. Южная часть города приурочена к восточному окончанию языковидного выступа понтического плато правобережья поймы реки Дон.  С севера плато ограничено долиной реки Тузлов, восточное окончание плато срезается поймой рек Тузлов и Аксай. Водораздельная линия холма лежит ближе к долине р.Тузлов.

Континентальная аккумуляционно-денудационная равнина, развитая в северной части промышленного района, на юге и западе переходит в террасированную равнину рек Тузлов и Грушевка.

Террасы долин рек Тузлова и Грушевки представлены практически ровными поверхностями, иногда с небольшими уклонами в сторону коренных склонов. Южный и Северный городские массивы разделены поймой реки Тузлов. Пойма реки Тузлов, хотя и входит в городскую территорию, не затронута промышленным и гражданским строительством, прирусловые, ее участки заняты дачными массивами и огородами.

1.1.5.Гидрография и гидрогеология

Гидрографическая сеть города Новочеркасска представлена реками Аксай и Тузлов с притоками Грушевской и Кадамовской, балками Тангаши (приток р.Тузлов) и Западенской (приток р.Аксай).

Река Аксай – протока, правый рукав древней дельты р.Дон протяженностью 100 км, омывает юго-восточную и южную части города и имеет пологие, редко крутые, высотой до 2-3 м берега. В летние и зимние месяцы, особенно во время засух, река на отдельных участках пересыхает, сохраняя свое русло в виде отдельных плесов.

Река Тузлов – приток реки Аксай – имеет протяженность 187 км и берет начало в пределах Донецкого кряжа на высоте 200 м над уровнем Азовского моря. В пределах городской территории река Тузлов течет с запада на восток, разделяя южный и северный городские районы, впадает в р.Аксай в районе ст.Кривянской. Субширотное направление реки совпадает с региональным Тузлово-Манычским глубинным разломом. Тузлов – немноговодная река, относящаяся к категории малых рек равнинно-степного типа с весьма слабым течением в межень. Речная сеть в бассейне р. Тузлов развита умеренно, но неравномерно. Водный режим реки определяется, в основном, атмосферными осадками и характеризуется весенним половодьем и низкой летней меженью. Зимнее снегонакопление при сильном промерзании почвы обеспечивает высокое и продолжительное половодье. Подъем уровня начинается за 5-10 дней до момента вскрытия реки ото льда. Начало половодья относится в среднем ко второй половине февраля.

По берегам р.Тузлов на территории города Новочеркасска сконцентрированы выпуски нормативно очищенных сточных вод крупных промышленных предприятий города. Со сточными водами в реку сбрасываются различные органические и неорганические соединения, что приводит не только к загрязнению воды, но и к заилению русла, его кольматации и снижению дренирующей способности реки.

Река Грушевка – левый приток р.Тузлова, питание реки осуществляется, главным образом, за счет атмосферных осадков. Меньшее значение имеют в питании реки подземные воды, дренируемые балками. Водный режим реки определяется хорошо выраженным половодьем и низкими расходами воды в летне-осенний и зимний периоды. Берега реки пологие и заболоченные, в пределах речной поймы русло реки значительно меандрирует, имеется несколько стариц, связанных с запрудами для местного орошения. Водный режим других более мелких водотоков в общих чертах повторяет водный режим реки Тузлов.

Наиболее крупные балки Западенская и Тангаши имеют практически постоянный сток, особенно в среднем и нижнем течениях. Сток зарегулирован каскадом плотин и формируется преимущественно за счет грунтовых вод,  городских сточных вод и фильтрационных потерь из прудов. Балки обычно с корытообразной долиной, шириной в устьевой части 200-280 м и глубиной от 3-5 и в верховьях и до 40 м в устье.

Все поверхностные стоки в различной степени загрязнены  сбросами неочищенных шахтных вод, промышленными, бытовыми и ливневыми водами. Наиболее существенную нагрузку по загрязнению вод несут реки Грушевка и Тузлов, являющиеся основными водоприемниками сточных вод. Минерализация воды рек постоянно превышает предельно допустимые нормы. По химическому составу воды рек относятся к сульфатно-натриевым, за исключением р.Аксай выше устья р.Тузлов, где вода частично кальциевая.

Территория г. Новочеркасска относится к северной части Азово-Кубанского артезианского бассейна. Эта часть ограничена складчатой областью Донбасса и приурочена к Тузлово-Манычскому артезианскому бассейну второго порядка.

Климатические условия, геологическое строение территории, литолого-фациальные особенности и история геологического развития препятствовали накоплению в грунтовых породах пресных подземных вод. В связи с этим на характеризуемой территории отсутствуют водоносные горизонты, имеющие практическое значение для централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Район города характеризуется развитием порово-трещинных грунтовых и межпластовых вод с повышенной минерализацией, которые приурочены, в основном, к отложениям миоцена, плиоцена, плейстоцена и голоцена, дренируются системой понижений, в рельефе и часто выходят на дневную поверхность. Нижележащие водоносные горизонты мела и палеогена напорные и содержат высокоминерализованные воды. Они экранированы толщей майкопских глин мощностью до 25 м и не имеют гидравлической связи  с вышележащими водоносными горизонтами. Водоносный комплекс верхнего миоцена представлен конским, сарматским, меотическим и понтическим водоносными горизонтами.

Конский водоносный горизонт имеет повсеместное распространение в основании Новочеркасского холма, обнажается на его склонах в районе ул. Советской, у железнодорожной площадки Студенческая, на юго-западе холма – в карьерах.

Водоносный горизонт нижнего сармата приурочен к песчано-глинистой толще, вскрыт скважинами на глубинах от 9 до 84 м, подстилается водоупорными темными сланцеватыми глинами, мощностью около 8 м, и выходит на поверхность в виде родников по правому склону долины р. Тузлов. Мощность водоносного горизонта колеблется от 3,3 до 28,8 и, дебит скважин – от 0,2 до л/сек. Воды повышенной минерализации (1-6 г/дм3) сульфатно-хлоридно-натриевого состава используются населением для бытовых нужд, рядом предприятий – для технического водоснабжения.

Меотический водоносный горизонт залегает на нижнесарматских глинах на высоте 16-24 м над уровнем реки Тузлов, вскрывается скважинами на глубинах 14-67 м и проявляется в виде родников на коренных склонах правого берега реки. Водовмещающие породы – тонкозернистые пески  с прослоями глин. В ряде случаев пески меотиса не имеют водоупора и практически безводны. Основная зона питания водоносного горизонта – полоса шириной 200 м, протягивающаяся с северо-запада до юго-запада по периферии Новочеркасского холма. При мощности пласта меотических песков 10-18 м мощностью обводненной зоны в основании пласта изменяется от 1,2 до 5 м. Воды хлоридно-сульфатные, кальциевые  и натриевые с минерализацией 1,3-3,6 г/дм3, используются населением для сельскохозяйственных нужд.

Понтический водоносный горизонт дренируется реками Аксай, Тузлов, Грушевка. Водовмещающие породы – известняки, иногда содержат слабо дебитные безнапорные воды. Нижним водоупором являются понтические, верхним – скифские глины. Родники, выходящие из понтических известняков, имеют малые расходы и горько-соленый вкус. Практического интереса водоносный горизонт не представляет.

Четвертичный водоносный горизонт распространен почти повсеместно, подвержен наиболее сильному техногенному воздействию и представлен грунтовыми водами покровных суглинков Новочекасского холма, эолово-делювиальных суглинков бывшего Промышленного района и аллювиальных отложений террас и поймы рек Тузлов, Аксай, Грушевка.

Грунтовые воды аллювиальных отложений террас и поймы рек Тузлов, Грушевка, Аксай образуют единый водоносный горизонт мощностью 15-20 м, гидравлически связанный с вышележащим.

Грунтовые воды современных пойменных отложений рек Тузлов и Грушевка протягиваются полосой шириной от нескольких сот метров до 4 км. Они вскрыты скважинами на глубине от 1 до 3,5 м, характеризуются минерализацией от 1,5 до 6 г/дм3, дебитами скважин от 0,6 до 1,7 л/сек и коэффициентом фильтрации от 0,1 до 1 м/сутки, редко более. Используются населением для водопоя скота и полевых нужд.

Естественная дренированность территории бывшего Промрайона обусловлена неглубоким эрозионным врезом реки Тузлов и его притока Грушевки, суглинисто-глинистым составом покровных отложений, незначительными уклонами грунтового потока и не обеспечивает боковой отток.

1.1.6. Характеристика гидрологического и гидрохимического режима поверхностных водотоков.

Малые реки Новочеркасска – Грушевка, Кадамовка, Тузлов относятся к типу рек с четко выраженным половодьем, во время которого проходит до 50-70% городского стока. Наибольший объем стока наблюдается в марте, а наименьший – в сентябре и октябре.

Сток рек в значительной степени зарегулирован прудами, а также равномерным сбросом шахтных и сточных вод в районе г. Шахты. Река Аксай выше впадения в нее р.Тузлов имеет сравнительно равномерный  сток за счет сброса донской воды, используемой Новочеркасской ГРЭС.

Река Аксай. Река Аксай является не только источником технического и питьевого водоснабжения промышленных предприятий и населения города, но и водоприемником сточных вод. В верхней части притока река принимает сточные воды ОАО «НчГРЭС», ОАО «Новочеркасский рыбокомбинат», коллекторно-дренажные воды казачьего фермерского хозяйства «Мелиоратор», в районе устья р.Тузлов – сток этой реки. Кроме того, в реку впадают, в основном с правого берега, несколько временных водотоков с городской территории и Западенская балка.

По химическому составу и степени загрязнения воды р.Аксай существенно различаются выше и ниже устья р. Тулов (см. табл. 2). По химическому составу вода ниже устья р. узлов более загрязнена, так как наблюдается превышение ПДК в содержании взвешенных веществ, а также в 2001 году содержание азота нитритного превышает ПДК в 2 раза и составляет 7 мг/дм3. В устье р. Тузлов еще наблюдается высокое содержание меди.

1.2 Организация водоснабжения Первомайского района г.Новочеркасска

Водоснабжение представляет собой комплекс мероприятий по обеспечению водой различных потребителей.

Комплекс сооружений, осуществляющих задачи водоснабжения, т.е забор воды из природных источников, ее очистка, транспортирование и подача ее потребителю, называется системой водоснабжения.

Обеспечение населения чистой доброкачественной водой имеет большое гигиеническое значение, так как предохраняет людей от различных эпидемиологических заболеваний.

Подача достаточного количества воды в населенное место позволяет поднять общий уровень благоустройства. Для удовлетворения потребностей современных групповых городов в воде требуется громадное ее количество.

Выполнение этой задачи, а также обеспечение высоких санитарных качеств питьевой воды требуют тщательного выбора природных источников, их защиты от загрязнений, надлежащих очистки воды на водопроводных сооружениях.

В настоящее время в связи с общим ростом объемов потребляемой воды и недостаточностью в ряде районов местных природных источников воды все чаще возникает необходимость комплексного решения водохозяйственных проблем для наиболее рационального и экономического обеспечения водой всех водопользователей и водопотребителей.

В настоящий момент работает новый водозабор на р. Дон в районе ст. Старочеркасск - плавучая насосная станция. С плавучей насосной станции вода перекачивается на насосную станцию в х.Б. Мишкин в районе сыр. воды. Насосная станция Б. Мишкин перекачивает воду на ВОС-1 – в Р.С.В.

Старый водозабор в районе г. Аксай находится в резерве.

Общие сведения о предприятии.

Производственные подразделения ПУ «Водоканал» расположены на двух промплощадках, находящихся в г. Новочеркасске.

На территории площадки расположены следующие производственные службы и сооружения: Управление ПУ «Водоканал», складские помещения, гаражи, ремонтные службы автотранспорта, производственные мастерские, насосная станция, два резервуара питьевой воды объемом до 1500 м3, автозаправочная станция и склад ГСМ, лабораторный корпус.

Ремонтными службами предприятия выполняются работы по прокладке к ремонту водоводов центральной части города и текущий ремонт запорной и другой арматуры. Ремонтные службы автотранспорта предприятия занимаются текущим ремонтом и обслуживанием автотранспорта. В состав ремонтных служб автотранспорта входят: аккумуляторная, ремонтно-механический участок, токарный участок, сварочный участок и электро-участок. Территория станции подготовки питьевой воды расположена на выезде из города с левой стороны автодороги Новочеркасск-Ростов. Во время ввода в эксплуатацию станции подготовки (1951 год) ее территория находилась в окружении земель, на которых не располагалась жилая зона. С расширением производственной, жилой и садоводческой зоны города территория станции оказалась окружена с запада, юга и востока дачными участками садоводческих товариществ. С севера, через автодорогу Новочеркасск-Ростов территория станции граничит с производственными строениями. Санитарно-защитная зона станции подготовки питьевой воды составляет 300 м согласно СН 245-71. Основной продукцией ПУ «Водоканал» является вода питьевого качества, подготавливаемая на очистных сооружениях станции водоподготовки и отвечающая требованиям ГОСТ 2874-82. Питьевая вода подается на нужды потребителей Первомайского района г. Новочеркасска. Службами предприятия оказываются услуги по прокладке водоводов питьевой воды, ремонту существующих водоводов и проведению сантехнических работ. Кроме того, ремонтные службы МУП «Горводоканал» занимаются  текущим ремонтом и техническим обслуживанием насосных станций, основных водоводов и сооружений,  входящих в состав предприятия. Мобильность проведения ремонтных, монтажных и эксплуатационных работ обеспечивается наличием в составе предприятия специализированных мастерских и собственного автопарка, обеспеченного службами эксплуатации и текущего ремонта.

1.3.Общая технологическая схема очистки воды

Детальное описание схемы

1. резервуары сырой воды
2. реагентное хозяйство
3. смесители
4. камеры реакций (хлопьеобразования)
5. отстойники
6. фильтры
7. хлораторная
8. резервуары чистой воды

Площадка очистных сооружений расположена вблизи шоссе Ростов-Новочеркасск.

Водопроводная очистная станции была построена в 2 очереди. Первая очередь была завершена в 1951 году –  производительность 1й очереди –  12,5 тыс. м3/сут. Вторая очередь в 1961 году – производительность – 30,0 тыс.м3/сут Проектная производительность очистных сооружений составляет –  42,5 тыс. м3/сут.