Лучше ничего не придумаешь

Вода является самым драгоценным ресурсом, который обеспечивает существование человечества. Однако возрастание хозяйственной деятельности, интенсивное использование водных объектов и их водосбросных площадей, изъятие значительной части стока, отведение в водные объекты загрязненных сточных вод приводит к прогрессирующему снижению качества воды. Будущее окажется под угрозой, если не произойдет существенного улучшения в использовании водных ресурсов Земли.

В настоящее время человечество использует 3,8 тыс. куб. км воды ежегодно, причем потребление можно увеличить максимум до 12 тыс. куб. км. При нынешних темпах роста потребления воды этого хватит на ближайшие 25-30 лет. Выкачивание грунтовых вод приводит к оседанию почвы и зданий (в Мехико и Бангкоке) и понижению уровней подземных вод на десятки метров (в Маниле).

В России из 60 куб. км сточных вод по меньшей мере треть попадает в окружающую среду без всякой очистки. Наиболее загрязнены водные источники юга России, а также Московской области. Из бассейна Кубани в 1991 году было забрано для производственных целей 80% годового стока, из Дона - 65%. Из Терека и Урала современное хозяйствование забирает в среднем 50% их стока. Больше половины забираемой воды возвращается в реки без очистки. Вода не успевает самоочищаться. Для того чтобы вылечить реку после такой агрессии, необходимо разбавлять загрязненную воду чистой как минимум в соотношении 1:30. Этого не происходит.

В Неву каждый день попадает около 2000 тонн загрязняющих веществ. В Печоре по всему ее течению наблюдаются высокие концентрации фенола (из-за сплава леса),              нефтепродуктов, соединений меди. В Северной Двине кроме фенола, нефтепродуктов и соединений меди находят еще соединения азота и отходы целлюлозно-бумажной промышленности. В уральских реках Чусовой, Исети, Тагиле и Туре концентрации меди, никеля, хрома выше предельно допустимых норм в 5-20 раз. Енисей, Ангара и Лена загрязнены медью, цинком и фенолами. Обь на всем протяжении от истока до устья загрязнена нефтепродуктами и фенолом в концентрации от 5 до 17 ПДК.

В 1999-2010 годах предполагается коренное изменение состояния окружающей среды на Волге и ее притоках, восстановление природных компонентов бассейна.

В целом около половины населения России в 1994 году было вынуждено пользоваться водой, не соответствующей гигиеническим нормам и требованиям Государственного стандарта.

Не только пресные, но и соленые воды используются человеком, в частности, для рыболовства.

Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических процессов производства, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах.

Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидировать сбрасывание сточных вод в поверхностные водоемы, а свежую воду позволят использовать для пополнения безвозвратных потерь.

Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы.

Выбор оптимальных технологических схем очистки воды - достаточно сложная задача, что обусловлено преимущественным многообразием находящихся в воде примесей и высокими требованиями, предъявляемыми к качеству очистки воды. При выборе способа очистки примесей учитывают не только их состав в сточных водах, но и требования, которым должны удовлетворять очищенные воды: при сбросе в водоем - ПДС (предельно допустимые сбросы) и ПДК (предельно допустимые концентрации веществ), а при использовании очищенных сточных вод в производстве - те требования, которые необходимы для осуществления конкретных технологических процессов.

В естественных условиях попадающие в воды рек, озер и прудов загрязнения разрушаются микроорганизмами в ходе процесса, который называется самоочистительной способностью. Для нейтрализации громадного количества загрязнений, попадающих в воду в результате деятельности человека, естественной самоочистительной способности оказывается недостаточно, и основная причина этого - дефицит содержания в воде растворенного кислорода, обеспечивающего происходящие в ней очистительные биохимические процессы.

Первоочередную и эффективную помощь загрязненным водным объектам можно оказать только путем их искусственной аэрации. Целью аэрации является насыщение толщи воды пузырьками воздуха, из которых в нее поступает интенсивно растворяющийся кислород, за счет чего в воде существенно возрастает самоочистительная способность.

Струйно-вихревые аэраторы являются практически единственным способом эффективного и экономичного обеспечения аэрации водных объектов с большой площадью водного зеркала и значительным объемом воды.

В компоновочном и конструктивном отношении достоинством системы струйно-вихревой аэрации является возможность применения самых разнообразных компоновок, конструкций и вариантов исполнения различной производительности.

Системы струйно-вихревой аэрации могут применяться на самых разнообразных водных объектах, станциях водоподготовки, очистных и доочистных сооружениях станций очистки сточных вод, а также в других технологических процессах, где требуется аэрация и перемешивание жидкостей и флотация примесей.

Независимо от объекта применения, размеров и модификации, вихревые аэраторы 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 обеспечиваются 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, а также проработку массива воды на заданную глубину и равномерное перемешивание массива воды.

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 искусственного водооборота и струйно-вихревой аэрации была внедрена при реконструкции Большого пруда Московского зоологического парка (по проекту МГСУ, под руководством кандидата технических наук В. В. Волшаника).

На основании анализа результатов гидрохимических и бактериологических исследований воды в Большом пруду было сделано заключение о необходимости создания технической системы, которая позволяла бы поддерживать качество воды в пруду в течение предстоящего периода его эксплуатации. С учетом специфических особенностей, связанных с существованием Большого пруда как органической части Московского зоопарка, крупного культурного общественного и научного центра, было признано целесообразным применить гидравлическую систему, обеспечивающую механическую аэрацию и перемешивание воды в пруду; все элементы системы должны быть укрыты от взора посетителей.

7 мая 2006 года исполнилось 10 лет со дня пуска системы водооборота и аэрации. Проведенные измерения свидетельствуют о значительном улучшении качества воды.


В условиях сокращенной или отсутствующей проточности и невозможности постоянной подпитки водного объекта извне, из-за всеобщего дефицита воды и ее дороговизны в водопроводной сети единственным способом поддержания стабильной экосистемы водоема и приемлемого качества воды является создание системы замкнутого насосного водооборота, обеспечивающей искусственную проточность или циркуляционное течение воды в изолированном водном объекте. Создание такой системы целесообразно совместить с применением аэрации, простейших очистных устройств и с другими мероприятиями, обеспечивающими повышение качества воды.

В общих чертах идея создания замкнутого водооборота заключается в следующем. В нижнем течении участка реки, каскада прудов или в каком-либо благоприятном месте непроточного водного объекта (по гидрогеологическим, архитектурно-ландшафтным, экономическим соображениям и др.) вода забирается и подается к насосной станции, от которой по напорным водопроводам 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.


В МГСУ разработаны проектные предложения по сооружению таких систем для ряда водных объектов в городе Москве: Кузьминских, Лефортовских, Терлецких прудов в Восточном административном округе города Москвы, Малого пруда Зоопарка, участка реки Чермянка, Коньковских прудов. К сожалению, эти проекты до сих пор не реализованы.


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 гидрографическими, гидрологическими, гидрогеологическими, гидрохимическими, архитектурно-ландшафтными, функциональными характеристиками водного объекта и индивидуальными задачами, стоящими перед системой.

Основными среди этих задач могут быть следующие:

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

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

3. В случае необходимости сделать возможной дополнительную очистку воды с помощью несложных и малогабаритных очистных устройств, например, механических фильтров, озонаторов и т. п.

4. Обеспечить циркуляцию массива воды в непроточных водоемах с целью предотвращения образования застойных зон, стратификации и равномерного распределения объемов воды, обогащенных растворенным кислородом.

5. В случае необходимости создать условия для 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, значения основных параметров составят:

Эффективность систем замкнутого насосного водооборота определяется следующими факторами:

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

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

3. Надежностью эксплуатации системы, обусловленной 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.

Инженерные технологии и системы для улучшения экологического состояния и поддержания качества воды в водных объектах обеспечивают резкое повышение их самоочистительной способности. Предлагаемые инженерные системы, включающие эффективное аэрационное оборудование и элементы регулирования гидравлического режима, применяются на непроточных и малопроточных водных объектах: озерах, прудах, каскадах прудов, участках малых рек в городах, дворцово-парковых комплексах, зонах рекреации.

Эффективность предлагаемых технологий и систем определяется интенсификацией протекающих гидравлических и микробиологических самоочистительных процессов в водных объектах путем направленного воздействия на кислородный и гидравлический режим гидромеханических процессов, обеспечивающих значительное повышение самоочистительной способности. Для всех процессов, происходящих в системе инженерного оборудования и сооружений, разработаны точные методы расчета и инженерно-конструктивные решения.

Осуществление мероприятий по очистке водоемов вместе с созданием активного водооборота и интенсивной аэрации водных масс позволяет сформировать и поддерживать экосистему водоемов, ориентированную на преобладание аэробных процессов окисления загрязнений, и таким образом обеспечивает долговременный устойчивый положительный экологический эффект по оздоровлению водных объектов.    

СУЙКОВА
Наталья
Валерьевна