Организация питьевого водоснабжения Лондона (часть вторая)

Вместе с Лондонской кольце­вой магистралью (London ring main), которая представляет собой уникальный по своим техническим харак­теристикам водовод  глубого  залегания, основу  системы водоснабжения столицы Великобри­тании составляют главные водопроводные станции: Кемптон (Kempton), Эшфорд Комэн (Ashford Common), Хэмптон (Hampton), Уолтэн (Walton) и Коппермиллз (Coppermills). С этих станций  вода поступает в Лондонскую кольце­вую магистраль.

Водопроводные станции Кемптон, Эшфорд Комэн, Хэмптон и Уолтэн расположены в западных предместь­ях Лондона.

Станции Хэмптон и Уол­тэн забирают воду непосредственно из Темзы. Река Темза и ее многочис­ленные притоки - главный источник водоснабжения. Хотя длина Темзы невелика (448 км), а площадь ее бас­сейна составляет 15,3 тыс. км2 (сред­ний расход воды  - 260 м3/сек), ее доля в обеспечении города водой состав­ляет более 70%. Водозабор осущест­вляется в нескольких точках на реке Темзе и ее правом притоке Моул (River Mole) выше центральных райо­нов города, но в черте Большого Лон­дона.

Вторым по значению источником является река Ли и река Крейн (Crane), а также водоносные горизон­ты в северо-западной части Кента, северо-восточной части Сарэй и в до­лине реки Ли. В этой местности нахо­дится станция водоподготовки Коппермиллз. Особенностью работы этой станции является использова­ние комбинированных водоисточни­ков: поверхностных вод из реки Ли и примыкающих водохранилищ, а так­же подземных вод из артезианских скважин.

Искусственные водоемы и водохранилища

В системе водоснабжения Лондо­на очень большую роль играют искус­ственные накопительные водоемы и водохранилища. Размеры водохрани­лищ не очень велики (в среднем не более 0,5 - 1 км2), но их много: только в долине реки Ли в черте Большого Лондона и в ближайших пригородах имеется 9 накопительных водоемов и водохранилищ.

Самые крупные из них: Кинг Джордж V (King George V Reservoir), Уильям Гирлинг (William Girling Reservoir), Бэнбери (Banbury Reservoir), Локвуд (Lockwood Reservoir) и Уорвик (Warwick Reservoir).

Еще одна группа водохранилищ находится в бассейне Темзы к западу и северо-западу от мегаполиса. Это -Моулси (Molesey Reservoir), Найт и Бессборо (Knight & Bessborough Reservoir), Куин Элизабет II (Queen Elizabeth II Reservoir), и Айлэнд Барн (Island Barn Reservoir).

Все территории, где находятся водоемы и водохранилища, имеют статус охранных зон. Некоторые водоёмы частично используются в рекреа­ционных целях. Территории, на кото­рых расположены водоемы и водохра­нилища, из которых осуществляется непосредственный забор воды пред­приятиями водоснабжения, имеют наиболее строгий режим, предусмат­ривающий полный запрет на посещение данной зоны.

Особое внимание уделяется во­просам регулирования заполнения водоемов. Многие водные объекты, расположенные на близлежащих тер­риториях, связаны между собой сис­темой каналов или водоводов, что позволяет оперативно подключать к системе водозабора нужный водоем. Регулирующие устройства и механизмы (водопропускные каналы, затво­ры, ворота и проч.) оснащены сервоп­риводами и системой датчиков и уп­равляются дистанционно. Вся инфор­мация о степени заполнения того или иного водоема и о качестве воды в нем передается в Центр управления во­допроводной системой Лондона. Все это дает возможность гибко управлять системой в зависимости от конкрет­ной ситуации (при недостаточном или избыточном стоке, в случае воз­никновения аварий или очистки во­доемов).

Водопроводная станция Уолтон

Водопроводная станция Уолтон была введена в эксплуатацию в 1926 году. В настоящее время занимает терри­торию в 45 акров. Станция поставляет в Лондонскую кольцевую магистраль примерно 50 тыс. м3 воды в сутки. Последняя серьезная модернизация станции была проведена в 90-е годы XX века; стоимость работ составила 47 млн. фунтов стерлингов. На терри­тории станции было возведено три новых здания и отдельно располо­женный блок очистки промывочной воды. С 1995 года на станции применяет­ся усовершенствованная технология водоподготовки (Advanced Water Treatment), которая также введена на других городских станциях. В целом затраты на внедрение инновационных технологий на пяти городских водопро­водных станциях составили 525 млн. долларов.

Усовершенствованная технология водоподготовки (УТВ) - сравнительно новый метод очистки питьевой воды, качество которой должно соответ­ствовать Закону о регулировании во­доснабжения (Water Supply Regulations Act), принятом в 1999 году.

Этот закон ввел более жесткие стан­дарты по качеству воды в связи с воз­росшим использованием пестицидов в промышленности и сельском хозяй­стве. До этого пестициды в ряде слу­чаев не удалялись из воды, поскольку очистка и фильтрация осуществля­лась традиционными методами. УТВ предусматривает обработку воды гранулированным активированным углем (ГАУ) и озоном. На станции Уол­тон, кроме того, применяется новый метод противоточной флотации и фильтрации с насыщением воздухом исходной воды (Counter Current Dissolved Air Floatation and Filtration -CoCoDAFF).

Вода с помощью насосов направ­ляется в водохранилища Найт и Бес-сборо и Айлэнд Барн, либо в водохра­нилище Куин Элизабет II. Из водохра­нилищ вода поступает на первичные озонаторы, где подвергается воздей­ствию озона в невысоких концентра­циях. Озонирование позволяет окислить часть загрязняющих ве­ществ. Озон производится из кисло­рода на месте в специальных уста­новках. Кислород хранится на стан­ции в жидком виде.

На стадии коагуляции в камерах хлопьеобразования (флокуляторах) в предварительно озонированную воду добавляется коагулянт. В результате образуются крупные хлопья, облегча­ющие процесс флотации в соответ­ствии с технологией противоточной флотации и фильтрации в растворен­ном в воде воздухе (ПФФРВВ).

Далее вода очищается по технологии ПФФРВВ, которая включает в себя два процесса.

Первый процесс - флотация в растворенном в во­де воздухе: воздух смешивается с во­дой под давлением, после чего круп­ные частицы поднимаются на поверх­ность. Эти частицы образуют доволь­но толстое «одеяло» на поверхности фильтра, которое через водослив направляется на установку очистки стоков.

Второй процесс - фильтрация: вода проходит че­рез песчаные и антрацитные фильт­ры, которые задерживают более мел­кие частицы, которые не были удале­ны на предыдущих стадиях очистки.

Прошедшая через фильтры вода направляется на вторичное озониро­вание, где обрабатывается озоном в высоких концентрациях. На этом эта­пе озонирование применяется для удаления пестицидов, а также для обеззараживания воды.

Техническое описание и характеристика оборудования

Фильтрация

На станции применяется три ос­новных типа фильтров:

- фильтры ПФФРВВ;

- фильтры ГАУ;

- медленные песчаные фильтры или вторичные фильтры.

Фильтры ПФФРВВ

Общее количество: 14 фильтров.

Площадь фильтрования: 61 м2.

Тип фильтра/толщина: антрацит­ный/600 мм; песчаный/600 мм; гравийный/75 мм.

Максимальный расход (через один фильтр): 15 тыс. м3/сут.

Номинальный расход (через один фильтр): 10 тыс. м3/сут.

Вторичные фильтры

Общее количество: 10 фильтров.

Максимальный поток: 15,7 тыс. м3/сут.

Номинальный поток: 13 тыс. м3/сут

Суммарная производительность при нормальных условиях работы: 130 тыс. м3/сут.

Озонирование

Озон применяется в качестве окисляющего вещества для более на­дежного удаления из воды пестици­дов и производится из жидкого кис­лорода на самой станции. Озонаторы могут работать в двух режимах: пред­варительного озонирования и озони­рования на заключительной стадии. Второй режим может использоваться в периоды максимального содержа­ния пестицидов в воде.

Количество первичных устано­вок: 3.

Количество вторичных устано­вок: 3.

Обеззараживание

Первичное хлорирование: гипохлорит натрия.

Вторичное хлорирование: би­сульфит натрия.

Обработка аммиаком: сульфат аммония.

Насосы высокого давления (второго подъема)

На станции имеется 7 насосов вы­сокого давления, которые нагнетают воду в два резервуара, в которых контролируется уровень и давление.

Районы, в которые поступает во­да: Чессингтон, Хонэ Оук, Сёбитон

Количество населения: пример­но 1 млн. человек

Водопроводная станция Хэмптон

Станция водоподготовки Хэмптон является центральным звеном в си­стеме подачи воды в Лондонскую кольцевую магистраль. За последние пять лет объем инвестиций в модер­низацию станции составил более 30 млн. фунтов. В рамках внедрения усовершенствованной  технологии водо­подготовки была построена установ­ка по производству озона и введены в действие фильтры с фильтрующим слоем из гранулированного активи­рованного угля.

Вода забирается из реки Темзы и направляется в накопительные водо­емы и водохранилища: Куин Мазэ, Райбэри, Куин Мери, Кинг Джордж VI, Стейнс Норт, Стейн Саут и Куин Эли­забет II. Обычно вода из различных водохранилищ смешивается, что по­ложительно влияет на ее качество и сокращает затраты на очистку, осо­бенно в засушливые периоды. Вода при поступлении на станцию Хэмптон направляется в большой смеситель­ный резервуар. Малый резервуар ис­пользуется для смешивания воды из  различных источников и регулирова­ния потока, поступающего на различ­ные устройства станции.

После этого вода проходит через первичные безнапорные быстрые фильтры (ББФ). Эти фильтры работа­ют в режиме биофильтров без приме­нения коагулянтов. Задача этих фильтров - просто снизить количест­во водорослей, принесенных с пото­ком из водохранилищ, и тем самым продлить срок эксплуатации медлен­ных песчаных фильтров.

Вода, прошедшая через первич­ные фильтры, расположенные под большим смесительным резервуа­ром, попадает в шахту К, где 6 насо­сов поднимают воду и направляют на установку по озонированию. Установ­ка может обрабатывать поток до 790 тыс. м3/сут.

Перед тем как пройти через мед­ленные песчаные фильтры, вода под­вергается воздействию озона. На станции Хэмптон озон применяется для снижения в воде концентраций пестицидов. Кроме того, обработка озоном наряду с медленными песча­ными фильтрами и фильтрами из гра­нулированного активированного угля способствует снижению уровня раст­воренных органических веществ, и, таким образом, сокращается количе­ство хлора, необходимого для обез­зараживания питьевой воды.

В большинстве медленных песча­ных фильтров (МПФ) имеется слой гранулированного активированного угля (ГАУ) для снижения уровня пести­цидов в воде, который носит назва­ние «суперфильтра» или «фильтра-сэндвича из ГАУ».

МПФ промываются согласно графику или в зависимости от степени загрязнения. После 65 тыс. (новый фильтр) или 55 тыс. (ре­генерированный фильтр) циклов очистки загрузка фильтра удаляется и заменяется новым или регенериро­ванным фильтрующим материалом. Каждый раз при замене фильтров ГАУ фильтрующий материал удаляется, а нижний слой песка заменяется. Не реже чем раз в 10 лет все фильтрую­щее вещество удаляется и произво­дится проверка дренажной системы фильтра.

После медленных фильтров вода с помощью насосов второго подъема направляется на установку по обезза­раживанию. Сначала вода пропуска­ется через микросита, где удаляются водные организмы. После этого она поступает в контактные резервуары, где осуществляется ее обеззаражи­вание газообразным хлором. Затем в воду добавляются сульфаты и аммо­ний.

При помощи насосов высокого давления вода направляется в 4 маги­стральных трубопровода: 2 высокона­порных трубопровода, 1 низконапор­ный трубопровод и водовод  Барнз. По этим трубопроводам вода поступает в Лондонскую кольцевую магистраль (ЛКМ). Через шахту Хэмптон вода сбрасывается в ЛКМ и далее самоте­ком движется по подземному трубо­проводу. Объем воды, поступающей в ЛКМ со станции Хэмптон, варьирует от 450 до 790 тыс. м3/сут., однако обычно составляет около 650 тыс. м3/сут.

Техническое описание и характеристика оборудования

Фильтрация

На станции применяется два ос­новных типа фильтров:

- первичные (безнапорные быст­рые) фильтры;

- вторичные (медленные песча­ные) фильтры;

Первичные фильтры: 32 фильтра, сооружены в 1938-1943 гг.

Площадь фильтрования: 128,81 м2.

Толщина слоя песка: макс. - 0,9 м; мин. - 0,75 м.

Фильтрующий материал: песок (0,6 - 1,8 мм), стандарт

BSS14/25.

Гравий: 6,3 - 9,5 мм (в форме го­рошин)

Отводящие трубопроводы:

Количество: 78 на 1м2

Количество сопел: 286 на фильтр

Вторичные фильтры

Общее количество: 25.

Фильтры имеют разный размер, производительность - от 25 до 55 мл/день.

Суммарная производительность при нормальных условиях работы: 790 тыс. м3/сут.

Озонирование

Озонаторная установка может ра­ботать в двух режимах: прямого действия и остаточного действия. Ре­жим остаточного действия функцио­нирует при пиковых уровнях пестици­дов воде.

Режим прямого действия: 1,25 мг/л Оз при 10% концентрации.

Режим остаточного действия: концентрация Оз > 1,25 мг/л для того, чтобы получить остаточную концен­трацию 0,2 мг/л после воздействия озона. Для поддержания остаточной концентрации 0,2 мг/л может быть добавлен бисульфат натрия

Обеззараживание

Применяются Сl2, SO2 и NНз. Ис­пользуется метод «дегазации».

Перед подачей воды в контакт­ные резервуары происходит микро­фильтрация. Количество микро­фильтров (микросит) – 2,  размер ячеек - 400 микрон.

Объем воды, который может быть обработан в контактных резер­вуарах:  600 тыс. м3/сут.

Насосы третьего подъема

На станции установлено 13 насо­сов высокого давления.

Насосы №1 и №11 /низкого дав­ления с фиксированной скоростью / 78 тыс. м3/сут.

Насосы №3 и №13 / высокого давления с изменяемой скоростью / от 22 до 45 тыс. м3/сут.

Насосы №4 и №14 / высокого и низкого давления с изменяемой ско­ростью / от 22 до 45 тыс. м3/сут.

Насосы №5, №6, №7 и №17/вы­сокого давления с фиксированной скоростью / 90 тыс. м3/сут.

Насосы №8 и №9 / с фиксиро­ванной скоростью, подают воду в во­довод Барнз /15 тыс. м3/сут.

Районы, в которые поступает во­да: Хамнерсмит, Кью, Кэмден, Кингстон, Ричмонд и Барнз.

Водопроводная станция Коппер­милз

Водопроводная станция Коппер­милз вступила в строй в 1972 году, обес­печивает питьевой водой около 1,5 млн. жителей Большого Лондона, проживающих в районах от Уолтем Эбби на севере до Айл эф Догз на юге и от Сток Ньюуингтон на западе до Ист Хэм на востоке.

Средняя произ­водительность станции - 500 тыс. м3/сут.

Водозабор производится из рек Ли и Темзы, а также из артезианских скважин. После этого вода хранится в расположенных в долине реки Ли на­копительных водоемах и водохрани­лищах, из которых она поступает на станцию.

Как только вода из накопительных водоемов достигает станции, она сразу же поступает на первичные безнапор­ные быстрые песчаные фильтры.

После первичной фильтрации во­да поднимается с помощью насосов первого подъема, после чего она са­мотеком поступает в озонирующие установки, где происходит обработка озоном.

Из озонаторных установок вода направляется на вторичные фильтры. Это медленные песчаные фильтры, которые содержат слой фильтрующего материала из гранулированного активированного угля (ГАУ), расположенного между песком («фильтры-сэндвичи из ГАУ»). На вто­ричных фильтрах (фильтрах тонкой очистки) происходит выделение из воды мелкодисперсных взвесей. Фильтры ГАУ поглощают вредные ор­ганические вещества, включая пести­циды, которые были разрушены в процессе озонирования. В фильтрах ГАУ в качестве фильтрующего мате­риала может использоваться уголь на древесной и кокосовой  основе.

Гранулированный абсорбент, как губ­ка поглощает посторонние вещества и, в конце концов, оказывается неспо­собным к качественной адсорбции; поэтому через определенное время фильтрующее вещество удаляется из фильтра и регенерируется или заме­няется на новое.

Для предотвращения вымывания свинца из труб в воду добавляются небольшие количества ортофосфор­ной кислоты. Эта стадия обработки воды была недавно включена в техно­логический процесс в связи с измене­ниями в водном законодательстве.

По выходе из вторичных фильтров вода пропускается через микро­фильтры, а затем осуществляется обеззараживание воды методом хло­рирования. Хлорирование обеспечи­вает полное уничтожения всех опас­ных бактерий в воде.

Готовая вода насосами высокого давления (второго подъема) нагнета­ется в водопроводную распредели­тельную сеть, откуда поступает по­требителям.

Техническое описание и характеристика оборудования

Первичные фильтры

Безнапорные быстрые фильтры: предназначены для удаления грубых взвесей и крупных водорослей.

Общее количество: 24.

Толщина слоя песка: 0,6 м - 0,75 м.

Площадь фильтрования одного фильтра: 155 м2.

Вторичные фильтры

Медленные песчаные фильтры: предназначены для удаления мелко­дисперсных взвесей и патогенных микроорганизмов, а также пестици­дов и растворенных в воде органи­ческих веществ. Каждый фильтр со­стоит из «сэндвича»: песок - уголь (ГАУ) - песок.

Общее количество: 34.

Общая площадь одного фильтра: 3361 м2.

Озонирование

Озон применяется в качестве окисляющего реагента для удаления из воды пестицидов и производится из жидкого кислорода на водопро­водной станции.

Количество первич­ных установок: 3.

Количество вторичных устано­вок: 3.

Концентрации озона : от 0,5 до 2,5 мг/л в зависимости от уровня пести­цидов в сырой воде.

Обеззараживание

Хлорирование с использованием газа (CI) для уничтожения бактерий.

Насосы высокого давления (второго подъема).

На станции установлено 10 насо­сов высокого давления, которые на­гнетают воду в рабочие резервуары, в которых контролируется уровень и давление. Из них вода поступает в распределительную сеть.

Количество насосов: 10, в том числе 4 насоса суммарной производи­тельностью 45,5 тыс. м3/сут. и 6 насосов суммарной произво­дительностью 91 тыс. м3/сут.

Резервные генераторы

На станции Коппермилз имеется 4 дизельных генератора, суммарная мощность которых составляет 5,8 МВт. Они предназначены для обеспечения станции энергией в случае аварии на электросетях.

Алекс Твин

В обзоре использованы иллюстрации  с сайта компании Thames Water

Журнал «Вода Magazine», №3 (ноябрь) 2007 г.