Организация питьевого водоснабжения в Токио (часть вторая)
Водоснабжение столицы Японии обеспечивают 11 современных водопроводных станций, на которых широко внедряется метод усовершенствованной обработки воды. Это позволяет удалять большинство органических загрязнителей и следы тяжелых металлов. В Токио большое внимание уделяется вопросам снабжения жителей водой в случае возникновения землетрясений. В связи с этим в постоянном режиме проводятся работы по повышению сейсмоустойчивости важных гидротехнических объектов.
Организацией обеспечением столицы Японии питьевой водой занимается Бюро по водоснабжению Токио, которое обслуживает 23 специальных района (муниципалитета) города и 25 городов в границах Большого Токио. В ведении этого ведомства, в котором работают в общей сложности около 4300 человек, находятся водохранилища, дамбы, водозаборы, каналы, магистральные водоводы, станции водоподготовки, регулирующие узлы, насосные станции и распределительная сеть.
Станции водоподготовки
В состав Бюро водоснабжения Токио входят 11 водопроводных станций.
Самыми мощными из них являются станции Асака (1,7 млн. м3/сут.) и Канамачи (1,5 млн. м3/сут.). На обеих станциях применяется метод усовершенствованной обработки воды (Advanced Water Treatment) с помощью озонирования и очистки на фильтрах с биологическим активированным углем. Две станции водоподготовки (Кинута-камо и Кинута-шимо) оснащены модулями по мембранной фильтрации. Станция Сугинами - единственная, которая использует грунтовую воду (15 тыс. м3/сут.).
На большинстве водопроводных станций (Асака, Канамачи, Хигаши- Мураяма, Мисато, Мисоно, Тамагава, Нагасава) применяется технология очистки воды на скорых фильтрах.
Сырая вода из реки или водохранилища поступает на станцию водоподготовки. После этого она подается в отстойники, где из нее удаляется песок и крупные взвеси. Затем насосы первого подъема направляют воду в накопительно-усреднительный резервуар. После введения коагулянта происходит его соединение с сырой водой в смесительном резервуаре. В камере хлопьеобразования происходит образование хлопьев коагулянта, а затем осаждение коагулированной взвеси в горизонтальных или вертикальных отстойниках. На следующей стадии в воду вводится хлор для удаления таких веществ как аммонийный азот, железо, марганец и др. После этого вода поступает на скорые песчаные фильтры, где происходит дальнейшая ее очистка и осветление. Чистая вода на выходе со скорых фильтров вторично хлорируется с целью обеззараживания. Затем подготовленная вода поступает в сборный резервуар с чистой водой. С помощью насосов второго подъема готовая вода направляется в магистральные трубопроводы и распределительную водопроводную сеть.
В последние годы в Токио все шире внедряется метод усовершенствованной обработки воды. На ряде станций этот метод уже используется (Асака, Канамачи, Мисато, Мисоно), на других (Хигаши-Мураяма) ведутся работы по созданию соответствующих мощностей.
Метод предполагает дополнительную очистку путем озонирования и фильтрации с помощью биоактивированного угля. Благодаря озонированию из воды удаляются вещества, придающие воде несвежий запах, аммонийный азот, а также предшественники тригалометанов. Очистка воды на фильтрах с биоактивированным углем объединяет преимущества высококачественной фильтрации с использованием активированного угля и глубокой очистки с биоразложением большинства органических загрязнителей. После озонирования и биофильтров с активированным углем вода проходит обязательную стадию очистки на скорых песчаных фильтрах. Результаты исследований показали, что этот метод позволяет удалять из воды подавляющее большинство органических загрязнителей и следы тяжелых металлов.
Водопроводная станция Асака
Станция Асака производительностью 1,7 млн. м3 воды в день является крупнейшей станцией водоподготовки не только Токио, но и Японии. Она обслуживает территорию, на которой проживает 2,8 млн. человек, на ее долю приходится примерно 1/4 всей питьевой воды, потребляемой населением японской столицы.
Станция находится в городе Асака (префектура Саитама) на расстоянии около 23 км к северо-западу от специального района Шинжуку в Токио. Станция была сооружена в 1966 году и с тех пор неоднократно модернизировалась. В 2004 году были введены в эксплуатацию новые установки по усовершенствованной обработке воды методом озонирования и очистки на фильтрах с биоактивированным углем.
Станция Асака играет роль своеобразного полигона, на котором опробуются различные нововведения, после чего они внедряются на других японских водопроводных станциях. Так, здесь впервые над резервуарами скорых фильтров были установлены солнечные батареи, которые вырабатывают электроэнергию, использующуюся для потребностей станции. Также на этой станции впервые в Японии применены два вида песчаных фильтров, в которых вода обрабатывается не только перед процессом озонирования, но и после него. В случае аварийных ситуаций или при стихийных бедствиях, таких как наводнение или землетрясение, станция может получать электроэнергию из двух независимых источников. Благодаря развитой системе магистральных трубопроводов станция может использовать различные источники воды и направлять питьевую воду почти в любой район Токио.
В основном сырая вода поступает на станцию из системы рек Ара и Тоне, соединенных каналом Мусаши. Забор воды производится у водозаборной плотины Акигасэ на реке Ара, а затем вода по водоводному каналу Асака направляется на станцию предочистки. После предварительной очистки вода транспортируется на основные очистные устройства станции Асака. В случае необходимости сырая вода может также поступать из бассейна реки Тама по специальному магистральному водоводу диаметром 2,2 м. Этот же водовод используется для подачи сырой воды и на станцию Хигаши-Мураяма, третьей по значению в столичном регионе. Таким образом, станция Асака может использовать воду практически из всех основных поверхностных водоисточников, а при возникновении нештатных ситуаций эти станции могут функционировать в любом режиме.
После поступления воды на станцию Асака насосы первого подъема направляют ее в первичные отстойники после стабилизации уровня и потока в усреднительных резервуарах. Осадок из отстойников собирается, затем обезвоживается и утилизируется. На следующем этапе осуществляется введение коагулянта. В качестве коагулянта используется гидроксохлорид алюминия (хлорид полиалюминия) - коагулянт нового поколения, предназначенный для подготовки питьевой воды при использовании как поверхностных, так и грунтовых вод. Применение гидроксохлорида алюминия позволяет интенсифицировать процесс водоподготовки и улучшить качество воды. Затем вода поступает в камеру хлопьеобразования, в которой для ускорения процесса созревания хлопьев используются медленные мешалки.
До внедрения метода усовершенствованной обработки вода после осветления во вторичных отстойниках далее подавалась для фильтрации на скорых песчаных фильтрах. Сейчас вместо этого вода с помощью насосов направляется в контактный резервуар для озонирования. Насосы имеют регулируемый угол лопастей, что позволяет управлять потоком воды с помощью компьютеров. При озонировании воды в контактный резервуар поступает очень сухой воздух с точкой росы ниже минус 60 градусов по Цельсию, так как чем воздух суше, тем более эффективно работают генераторы озона.
Следующий этап после озонирования - блок фильтров с биоактивированным углем. Удаление загрязнителей происходит как с помощью абсорбции, так и биологического разложения. Слой активированного угля в фильтрах составляет 2,5 м, и вода проходит через него в среднем за 15 мин. Наличие микроорганизмов также способствует продлению срока эксплуатации фильтров с гранулированным активированным углем (ГАУ). В целом применение озонирования и очистки на биологических фильтрах с ГАУ дало возможность эффективно удалять из воды аммонийный азот (удаление до 100%), 2-метилизоборнеол (удаление до 100%), анионные ПАВ (поверхностно-активные вещества - удаление до 80%), предшественники тригалометанов (удаление до 60%), а также марганец и другие вещества.
Пройдя через фильтры с биоактивированным углем, вода еще раз фильтруется, на этот раз на скорых песчаных фильтрах. Затем осуществляется хлорирование воды с целью надежной инактивации патогенных возбудителей. Готовая вода поступает в резервуары с чистой водой, а потом с помощью насосов второго подъема подается в магистральные водоводы и далее на регулирующие узлы и районные распределительные станции.
На станции Асака используются самые современные методы контроля за качеством воды и управления процессом водоподготовки. Применение компьютеров позволило полностью автоматизировать ряд стадий очистки воды, в частности, подачу химических реагентов. Для мониторинга качества воды помимо различных стационарных и переносных анализаторов используется живая рыба, для чего на территории станции имеются особые аквариумы.
Обеспечение водой в случае возникновения землетрясений
Токио находится в зоне высоко сейсмической активности и там периодически происходят землетрясения различной силы. Самым крупным было катастрофическое землетрясение 1923 года интенсивностью 8,3 баллов по шкале Рихтера, в результате которого были почти полностью разрушены Токио и Иокогама и погибло 143 тыс. человек. Землетрясения силой в 6,2 и 5,6 баллов отмечались в Токио соответственно в 2005 и 1995 годах. По оценкам японских экспертов, вероятность того, что на восточном побережье острова Хонсю к северу от Токио до 2030 года произойдет мощное землетрясение до 8 баллов по шкале Рихтера составляет 20%.
В связи с этим все новые водопроводные и распределительные станции и трубопроводы в Токио, как и во всей Японии, проектируются с учетом возможных землетрясений, а более старые сооружения укрепляются или перестраиваются. В последние годы все здания и промышленные сооружения в Токио строятся по особым сейсмоустойчивым проектам, что позволяет им выдержать толчки до 6 баллов. Везде, где это возможно, кирпич и дерево заменяются на сталь и железобетон. При ремонте старых трубопроводов и при сооружении новых вместо старых труб из мягкого железа укладываются трубы из современных материалов, имеющие более надежные сочленения, что предотвращает утечки при их деформации. По состоянию на 2004 год количество водопроводных труб, изготовленных из ковкого чугуна и вязкой стали в городской распределительной сети достигло 97%, а количество внутридомовых водопроводных труб из нержавеющей стали - 99%.
Для того, чтобы смягчить последствия землетрясения для населения Токио и близлежащих городов, властями разработана специальная система аварийных мероприятий (Emergency Operation System). В соответствии с планом аварийных мероприятий создается единая система забора, хранения и транспортировки воды, специальные станции по водоподготовке и распределительные узлы. Поскольку при землетрясениях, как правило, случаются перебои с электричеством, то ставка делается на сравнительно небольшие частные электростанции, способные обеспечить энергией все мощности по очистке и доставке воды населению. Периодически проводятся занятия с персоналом по особой программе, а так- практические учения в полевых условиях.
Для снабжения водой пострадавшего от землетрясения населения созданы базовые пункты питьевого водоснабжения. Аварийные пункты расположены на расстоянии, не превышающем два километра друг от друга, чтобы сделать их доступными для жителей каждого района Токио. Исходя из того, что при стихийных бедствиях каждому человеку требуется примерно 3 литра воды в день, общего количества чистой воды должно хватить на всех жителей Токио (почти 13 млн. человек) в течение четырех недель. В аварийных резервуарах, подключенных к магистральным трубопроводам, постоянно находится питьевая вода. Используются два типа резервуаров: объемом в 1500 м3 и 100 м3. По состоянию на август 2004 года всего в черте города имелось 73 аварийных резервуара с питьевой водой общей емкостью 82,9 тыс. м3. Предполагается, что в чрезвычайных обстоятельствах воду смогут подавать населению 122 станции водоподготовки (включая насосные и распределительные станции), совокупная производительность которых составляет 943,89 тыс. м3.
Повышение сейсмоустойчивости плотины на водохранилище Мураяма-шимо
Плотина на водохранилище Мураяма-шимо расположена в городской черте, в северо-западном районе Токио, является одним из источников питьевого водоснабжения японской столицы. Полный объем водохранилища - 12,148 млн. м3, полезный объем - 11,843 млн. м3, площадь поверхности при полном заполнении - 1,1 км2. Конструкция плотины - неоднородная земляная, длина - 587,27 м, высота - 32,6 м. Решение о повышении сейсмоустойчивости плотины было принято после анализа последствий землетрясения, происшедшего в 1995 году.
В результате этого землетрясения, амплитуда которого составила М=7,3, серьезно пострадал город Кобе. Землетрясение и последующие пожары уничтожили более 100 тыс. зданий и погубили более 5 тыс. человек. Многие эстакады, мосты и промышленные объекты получили значительные разрушения. Анализ разрушений показал, что величина магнитуды М=6,5 является критической для большинства гидротехнических сооружений. На основании проведенных исследований был сделан вывод о том, что плотина Мураяма-шимо получит серьезные повреждения при землетрясении силой 7 баллов. Такие землетрясения (уровень 1) происходят в этой части Японии в среднем один раз в 30 лет. Периодичность землетрясений, подобных Токийскому в 1923 году (уровень 2) оценивается как 1/300 лет. Были проведены комплексные инженерные изыскания с использованием метода коэффициентов сейсмичности (поперечное строение плотины). Затем с помощью динамического анализа определялась устойчивость откосов в случае возникновения землетрясения. Результаты изысканий показали, что существующая плотина может быть значительно укреплена, что позволит ей выдержать землетря-сение амплитудой М=7,0. Для этого необходимо выполнить следующие работы:
- укрепить низовой откос плотины с помощью специального заполнения;
- соорудить наклонный дренажный канал в теле плотины с выходом в низовую грань;
- угол конструкции должен составлять 45°.
Для укрепления откоса плотины было решено использовать геотекстильные нетканые материалы, которые обладают высокой способностью выдерживать большие нагрузки. Это первый проект, который предусматривает укрепление находящейся в эксплуатации плотины с помощью геотекстильных материалов.
Геотекстильные материалы укладываются с интервалом в 1,6 м по высоте для предотвращения сдвига и с интервалом в 0,4 м по высоте в качестве дополнительной меры, направленной против оползней грунта.
Александр Литвинов
Фото в открытии материала: funjapan.ru
Журнал «Вода Magazine», №6 (22), 2009 г.
Продолжение следует
