Водоподготовка и управление качеством воды в условиях развития фитопланктона на примере москворецкого водоисточника

Аннотация

Цветение воды в москворецких водохранилищах может существенно влиять на надежность водоснабжения г. Москвы. Развитие фитопланктона зависит от целого ряда факторов, основными из которых являются прогрев и освещенность водных масс, а также наличие в достаточном количестве питательных веществ – биогенных элементов (в основном азота и фосфора). Большое значение имеют морфометрические особенности водохранилищ и их гидрологический режим. Численность фитопланктона заметно меняется из года в год. Высокие концентрации водорослей в отдельные периоды способствуют ухудшению органолептических показателей качества воды, что осложняет процесс водоподготовки. В таких случаях приходится осуществлять целый ряд мероприятий, начиная от перераспределения попусков из водохранилищ и заканчивая внедрением инновационных технологий водоподготовки.

Ключевые слова

питьевая вода , водохранилище , фитопланктон , цветение воды , станция водоподготовки , органолептические показатели качества воды

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Вопросы обеспечения качества питьевой воды являются основными в деятельности МГУП «Мосводоканал». Их актуальность обусловлена рядом факторов: ужесточением государственной нормативной базы; увеличением антропогенной нагрузки на водоисточники; повышением требований, предъявляемых потребителями. О качестве питьевой воды потребитель судит в первую очередь по органолептическим показателям: запаху, вкусу, мутности и др. Зачастую ухудшение этих показателей связано с развитием фитопланктона. При этом следует отметить, что содержание в воде фитопланктона, создающего много проблем в работе станций водоподготовки (особенно в периоды своего массового роста и отмирания), отечественными нормативами не регламентируется.

Анализ многолетних данных показывает, что из всех водохранилищ, являющихся источниками водоснабжения г. Москвы, наиболее интенсивному цветению подвержены москворецкие, особенно Озернинское и Истринское. В Можайском водохранилище процесс развития водорослей происходит менее заметно, в Рузском – еще меньше.

10_03_ris_01

Существует целый ряд причин, способствующих развитию фитопланктона. Основными из них являются: значительный прогрев и освещенность водных масс, наличие в достаточном количестве питательных веществ – биогенных элементов, главным образом, азота и фосфора. Источники их поступления расположены как на водосборной площади водохранилищ (сточные воды, стоки с сельскохозяйственных полей), так и внутри водоемов (донные отложения). Важными факторами являются морфометрические особенности водохранилища и его гидрологический режим. Так, вероятность цветения выше при низком уровне воды в водохранилище. В данных условиях происходит лучший прогрев водной толщи, ветровое перемешивание, выравнивание плотности воды по вертикали. Соответственно создаются более благоприятные условия поступления биогенных элементов из придонных слоев водохранилища в верхние слои. Этому же способствует наличие большого количества относительно мелких и хорошо прогреваемых заливов (на Озернинском водохранилище), отдельных плесов (на Истринском водохранилище).

В процессе деструкции фитопланктона ухудшается кислородный режим водоема. Например, с конца июля до начала сентября 2008 г. в нижнем бьефе Истринского водохранилища отмечался сероводородный запах интенсивностью 5 баллов. При этом объем воды, сработанный через турбины Истринского гидроузла (придонные слои водохранилища) за этот период, составил 28,5 млн. м³, т. е. около 1/5 полезного объема воды при наполнении водоема до НПУ (нормального подпорного уровня). Сероводородный запах – индикатор процессов разложения органического вещества при дефиците (отсутствии) кислорода. Гидролого-гидрохимические съемки Истринского водохранилища в июле 2008 г. выявили практически полное отсутствие растворенного кислорода в этом водном объекте (в данный период), начиная с глубины 7–8 м и ниже. Наблюдения 2000 г. показали, что в Истринском и Озернинском водохранилищах бескислородные (аноксидные) зоны значительно больше, чем в Можайском и Рузском.

Необходимо отметить, что за последние 20 лет высокие концентрации фитопланктона у водозаборов Западной и Рублевской станций водоподготовки (более 200 тыс. кл/мл) фиксировались в июле–августе 1992 и 1995 годов, а также в сентябре 2002 г.

Максимальное содержание фитопланктона на водозаборах (до 300 тыс. кл/мл) отмечалось в 2007 г. (рисунок), в результате чего два москворецких водохранилища были поставлены на санитарный попуск (Озернинское – в июне–ноябре, а Истринское – в сентябре–октябре 2007 г.). В указанных водохранилищах, особенно в верховьях, концентрации водорослей достигали 1 млн. кл/мл и более. Дефицит притока покрывался за счет переброски вод из Яузского водохранилища, менее подверженного цветению. Всего было переброшено около 40 млн. м³ воды. Кроме переброски воды из Вазузской гидротехнической системы и приостановки работы водохранилищ, Мосводоканал устанавливал разбавляющие попуски из других двух водохранилищ, менее подверженных цветению. В случае неравномерного цветения воды (по всей толще) осуществлялись селективные сбросы с разных слоев водохранилища (в основном с нижних горизонтов). Однако практика эксплуатации гидротехнических сооружений показывает, что возможность селективных сбросов сильно ограничена.

Обычно в течение года наблюдаются два пика развития фитопланктона – весной (как правило, в мае) и в конце лета (август – начало сентября). В первом случае более интенсивно развиваются холодолюбивые диатомовые водоросли, во втором – сине-зеленые водоросли. Диатомовые водоросли достаточно крупные и легко удаляются обычными способами уже на этапе осветления. Однако при их массовом отмирании в природной воде могут появиться неспецифичные «землистые» запахи, которые на фоне запаха хлора потребители часто ассоциируют с запахом «дуста» (пестицида 2,4-Д). Нередко запах усиливается в городской распределительной сети. В этом случае обычные режимы коагулирования приходится дополнять дезодорированием с использованием порошкообразного угля, который дозируется на начальных этапах очистки воды и полностью удаляется на стадиях осветления и фильтрования. Дозы угля варьируются от 3 до 5 мг/л и, как правило, позволяют предотвратить ухудшение качества воды у потребителей. В данном случае важна своевременность обнаружения запахов в природной воде с оценкой возможности последующей трансформации характера запаха после хлорирования воды и ее транспортировки к потребителям.

Пик цветения в конце лета бывает выражен гораздо сильнее весеннего. В этот период в процессе водоподготовки дополнительно могут возникать проблемы технологического характера. Дело в том, что зеленые и сине-зеленые водоросли характеризуются относительно малыми размерами и плохо удаляются при коагулировании, проскакивая через загрузку песчаных фильтров. Поэтому на станциях водоподготовки приходится применять повышенные дозы коагулянта, дополнительно вводить флокулянт, сокращать время фильтроцикла, увеличивать интенсивность промывки фильтрующей загрузки. Перевод фильтров на однородную песчаную загрузку с водовоздушным режимом промывки позволил существенно интенсифицировать очистку воды на этапе фильтрования.

Внедрение инновационных технологий позволяет значительно повысить эффективность водоподготовки. Уже сегодня введены в эксплуатацию и успешно освоены два новых блока очистных сооружений на Рублевской станции водоподготовки. Начаты работы по строительству двух аналогичных блоков: на Западной и еще один на Рублевской станциях водоподготовки. Технология производства питьевой воды основана на использовании озонирования с последующей сорбцией на гранулированном активированном угле. Принципиально новым этапом стал ввод в эксплуатацию Юго-Западной водопроводной станции, где наряду с традиционной технологией реализованы все современные способы подготовки питьевой воды – озонирование, сорбция и мембранное фильтрование на ультрафильтрационных модулях. Это позволяет осуществлять водоподготовку независимо от состояния водоисточника, обеспечивая при этом надежную дезодорацию воды. Опыт эксплуатации новых очистных сооружений подтвердил надежность очистки воды, в том числе и в период массового развития фитопланктона (за весь период эксплуатации жалобы от потребителей из районов, в которые поступает очищенная по новым технологиям вода, не поступали).

Кроме этого, специалистами МГУП «Мосводоканал» осуществляется планомерная работа по выявлению в водохранилищах соединений, ответственных за появление запахов. На базе ЗАО «Роса» проводятся посезонные скрининговые исследования, а также изучается трансформация запаха от источника водоснабжения до потребителя. В ходе исследований природной воды было обнаружено около 150 летучих органических соединений, из которых около 60 непосредственно связаны с появлением в воде неприятных запахов.

Выводы

Сезонное развитие фитопланктона в москворецких водохранилищах приводит к ухудшению органолептических показателей качества природной воды, что в свою очередь осложняет процесс водоподготовки. Обеспечение нормативного качества питьевой воды достигается комплексом мероприятий, включающих:

планомерную политику улучшения состояния источников водоснабжения;
управление гидрологическими режимами водохранилищ;
оперативное изменение качества воды на водозаборах станций водоподготовки путем перераспределения попусков из водохранилищ;
применение инновационных технологий подготовки питьевой воды.