Физико-химические свойства воды Кара-Чумышского водохранилища (Барбос А.П.)

Комплекс Кара-Чумышского гидроузла в составе водохранилища на р. Кара-Чумыш и очистной станции, сооруженной для снабжения питьевой водой городов Прокопьевска и Киселевска (Кузбасс), был пущен в эксплуатацию в конце 1954 г. Еще до этого водохранилище было заполнено осенью 1953 г., но попытка подать воду в города сорвалась из-за низкого ее качества. Вследствие того, что ложе водохранилища было плохо подготовлено и под водой оказалось много растительности, торфяников, бывшая территория д. Малый Керлегеш, под ледяным покровом и вблизи водохранилища ощущался резкий запах сероводорода. Летом 1954 г. вода была спущена, и ложе водохранилища подверглось более тщательной обработке. После этого оно вторично заполнилось водой к осени того же года. Несмотря на это, растворенный кислород в первые зимы эксплуатации угрожающе падал (до 1-2 мг/л), но своевременная а-рация (проруби) облегчала положение. Для этого начального периода характерны высокая окисляемость (15 мг/л O₂) и цветность (70-80°).

В 1956 г. Кара-Чумышское водохранилище было обследовано комплексной бригадой Новосибирского научно-исследовательского санитарного института (Т. Г. Попова, А. В. Кайдалина, Л. А. Благовидова, А. Н. Паньков) и подробно описано в брошюре "Кара-Чумышское водохранилище как источник питьевого водоснабжения" [1]. В дальнейшем лабораторией Кара-Чумышского гидроузла велись систематические наблюдения в основном за водой, поступающей на очистные сооружения, т. е. за той, которая забирается насосной станцией 1-го подъема на глубине 4-6 м с уровня, где расположены приемные окна. Об этих наблюдениях и об этой воде и будет идти речь в данной статье.

Уровень забора воды насосной станцией 1-го подъема играет немаловажную роль, поскольку водохранилище малопроточное и отличается резко выраженной летом вертикальной стратификацией, выражающейся в разнице температуры воды, содержании растворенного кислорода, углекислоты и других элементов (табл. 1,2), выравниваемых лишь иногда сильными ветрами.

Таблица 1. Содержание O₂ и СO₂ в нижней части Кара-Чумышского водохранилища в 1962 г. в поверхностном слое (верхняя цифра) и на глубине 4,5 м (нижняя цифра)

Малая проточность в летнее время и, в особенности, зимой превращает водохранилище в хороший естественный отстойник. Этому несколько мешает приток Керлегеш, впадающий в водохранилище в непосредственной близости от станции 1-го подъема. Таковой в случае ливней в верховьях может "подбросить" взвешенные вещества, которые, не успевая отстояться, вызывают этим резкое, но кратковременное ухудшение качества обрабатываемой воды.

Таблица 2. Анализ воды нижней части Кара-Чумышского водохранилища близ водозабора в поверхностном слое (верхний ряд цифр) и на глубине 4,5 м (нижний ряд цифр) за 1962 г.

Физико-химические свойства Кара-Чумышской воды зависят, помимо ее природного состава, от климатическо-метеорологических и биологических факторов. С точки зрения качества воды следует различать три основных периода в году:

1. Подледный период (закрытого водохранилища), начинающийся с момента покрытия всего водохранилища льдом и до начала весеннего паводка. Он продолжался за период 1957-1962 гг. от 161 до 181 дня, в среднем 170 дней. Ледостав в водохранилище в это время наблюдался в период с 28 октября по 6 ноября. Время вскрытия водохранилища приходится на вторую половину апреля.

2. Весенний период, захватывающий момент паводка и некоторое время после него.

3. Летний период.

Основные среднемесячные показатели свойств воды, поступающей на станцию 1-го подъема за 1962 г., приведены в табл. 3.

Подледный период характеризуется постепенным и равномерным изменением гидрохимических свойств главным образом в сторону улучшения. Температура продолжает снижаться с 4-5° в начале ледостава до 1-2° в марте.

Прозрачность, по Снеллену, держится весь период выше 40 см, взвешенные вещества снижаются от 3-4 до 1-2 мг/л в марте.

Цветность нефильтрованной воды держится весь период в пределах 15-8°.

Сухой остаток увеличивается от 200 до 300 мг/л. Щелочность возрастает с 4 до 5,2 мг-экв/л в марте.

Жесткость общая, поскольку она в Кара-Чумышском водохранилище почти исключительно бикарбонатная, возрастает параллельно щелочности.

Окисляемость падает с 5 до 2,6-2,2 мг/л O₂.

Растворенный кислород, который в первые дни после покрытия льдом доходит до максимальной годовой величины 12,5-13,5 мг/л (89-97% насыщения), с первых же дней ледостава идет на заметное снижение. Минимальное содержание кислорода, как правило, в марте находится в пределах 4,5-6,5 мг/л. Непонятное исключение составлял I960 г., когда этот минимум был 2,2 мг/л (январь) и держался в этих пределах до конца периода.

Из табл. 3 видно, что в подледный период свойства Кара-Чумышской воды соответствуют стандартным требованиям. С 15-25 ноября есть все основания к тому, чтобы выключить из работы весь комплекс очистных сооружений (в том числе и фильтры) и подавать воду в города непосредственно с 1-го подъема через резервуары чистой воды, где она подвергается хлорированию.

Таблица 3. Среднемесячные показатели качества воды, поступающей на гидроузел Кара-Чумышского водохранилища в 1962 г.

Этот благодатный момент требует малых доз хлора для обеззараживания, хлоропоглощаемость падает в течение периода с 0,9 до 0,25 мг/л хлора.

Весенний период характерен резким ухудшением всех физико-химических показателей, которые за зиму успели стабилизоваться.

В первые два дня паводка прозрачность падает с каждым часом, доходя до минимальной величины, которая колебалась в течение ряда лет между 3-7 см, по Снеллену. После этого резкого снижения она постепенно возрастает, доходя в конце периода до 22-25 см величины, при которой на очистных сооружениях гидроузла прекращается коагуляция и заканчивается весенний период. Возрастание прозрачности идет скачкообразно в зависимости от наличия дождей.

Температура в связи с поступлением талых вод падает еще ниже и держится первые 10 дней в пределах 0,3-0,5° С, после чего начинает расти.

Взвешенные вещества, более крупные и с большим удельным весом против обычного, могут достигнуть (очень кратковременно) 200 мг/л, Как правило, они колеблются в основном в пределах 20-50 мг/л.

В дальнейшем, в результате снижения расхода вешних вод, а также и естественного отстоя характер взвеси меняется. Остаются более мелкие и легкие частицы, а под конец периода - коллоиды. В первые годы после заполнения водохранилища вслед за бурным паводком в воде долгое время сохранялась тонкая коллоидная взвесь белесоватого цвета, которая придавала воде сильную опалесценцию. Природа этой взвеси не установлена, но она не задерживалась на фильтрах и плохо поддавалась коагуляции. В последние три года (1960-1962) эта коллоидная взвесь стала быстрее исчезать из воды, за счет чего сократились периоды коагуляции. Можно предположить, что это явление связано с формированием водохранилища, но подтвердить это могут лишь последующие наблюдения. Очень незначительная опалесценция все же сохраняется долгое время и в летнем периоде.

Цветность во время паводка в первые же 10 дней резко возрастает, колеблясь по годам от 35 до 50°, что за последние два года является и максимальной годовой.

Сухой остаток во время паводка снижается до 100 мг/л - наименьшей годовой величины.

Щелочность быстро падает в течение первых же дней до минимальной в году (0,9-0,99 мг-экв/л). Такой низкий щелочный резерв при коагуляции требует подщелачивания в течение 20 дней. Коагуляция без подщелачивания снижает щелочность до 0,3-0,4 мг-экв/л. В этот период вода со 2-го подъема становится агрессивной.

Окисляемость резко возрастает до 11,2-13,8 мг/л O₂, становясь, как правило, максимальной в году.

Растворенный кислород быстро растет, в начале паводка доходит до 12 мг/л и держится на этом уровне почти до конца периода, когда начинает снижаться.

Лед исчезает полностью с поверхности водохранилища в течение 20-30 дней после начала паводка. Сброс паводковых вод регулируется на водосборе так, чтобы не ломать льда, давая ему постепенно таять.

Следует отметить, что на вышеуказанные показатели в паводковый период могут сильно повлиять дождевые воды, которые, не задерживаясь во влажном грунте, стекают в водохранилище, нарушая процесс улучшения.

Летний период в целом можно охарактеризовать стремлением в сторону улучшения качества воды, имевшей во время паводка низкие показатели. Улучшение это идет весьма скачкообразно под влиянием двух факторов: метеорологического (дожди) и биологического ("цветение").

Сильные и длительные дожди снижают щелочность, ухудшают прозрачность, в результате чего зачастую .приходится включать дополнительно коагуляцию, в особенности в начале лета.

Цветение повышает цветность и окисляемость воды, меняет кислородный режим и, что самое главное, является бичом для очистных сооружений, резко ухудшая фильтруемость воды через песочные фильтры. По наблюдениям за работой фильтров на очистных сооружениях гидроузла, сильнее всего на них оказывают влияние диатомовые водоросли [2].

Цветение, в свою очередь, зависит не только от особенностей самого водохранилища (хорошо прогреваемого мелководья, наличия элементов питания), но также от метеорологических факторов. Теплое и засушливое лето способствует "цветению", холодное и дождливое - тормозит. Кроме того, своевременные проливные дожди, увеличивая дебит реки, могут унести через водосброс планктон, который к этому времени успел развиться.

За время эксплуатации Кара-Чумышского гидроузла "цветение" наблюдалось каждое лето, но больших масштабов оно достигло в 1955 и в 1962 гг. Затруднения в работе фильтров летом 1962 г. имели место 5 раз.

Так как более эффективных мер борьбы с этим злом не было, на очистных сооружениях гидроузла применялась коагуляция планктона сернокислым глиноземом и хлорным железом. Опыт показал, что коагуляция (добавление 0,5 мг-экв/л, или 28-30 мг/л безводного сульфата алюминия) повышает фильтроцикл в два раза.

Температура воды в течение летнего периода продолжает возрастать, достигая в июле-августе максимальной величины, после чего с середины сентября начинает резко падать (до 4-5° к концу периода). 9 августа 1962 г. температура воды, подаваемой насосной станцией 1-го подъема, достигла годового максимума (19,8°). Эта температура была максимальной и за весь период 1957-1962 гг. в это время она обычно 16-18°.

Прозрачность воды, несмотря па большое "цветение" в летний период, держится высокой, уменьшаясь в основном, как уже говорилось выше, под влиянием дождей.

Высокая цветность воды в летний период отмечалась в первые годы формирования водохранилища (70°). Начиная с 1959 г., она не превышала 43°, а 8 июня 1962 г., несмотря на обильное цветение, имела летний максимум 35°.

Окисляемость в летний период, как правило, ниже паводковой, в 1962 г. она держалась в пределах 5-6 мг/л O₂, повышаясь во время "цветения" до 7-8 мг/л O₂.

Растворенный кислород в летнее время подвержен колебаниям. Минимальное количество растворенного кислорода колебалось, между 0,7 мг/л (август 1957 г.) и 4,5 мг/л (июль 1959 г.). В 1962 г. 4 августа (после второго цветения) содержание его упало до 1,9 мг/л, в то время, котда температура воды была максимальной. После осеннего "цветения", несмотря на его интенсивность, количество растворенного кислорода равномерно повышалось, достигнув к моменту ледостава 13 мг/л. Это объясняется тем, что в это время температура стала резко снижаться, достигнув к концу его 5-4° С. В таких условиях окислительно-восстановительные процессы замедляются и продолжаются в таком темпе в течение зимних месяцев.

На резкое снижение растворенного кислорода в середине лета следует обращать внимание, так как параллельно ему вода начинает приобретать ощутимый гнилостный запах. К этому времени отстойники должны быть тщательно очищены от грязи, ибо такие же процессы имеют место и в них, усиливая еще больше запах и цветность. Последняя при наличии грязи в отстойниках может стать намного выше против цветности исходной воды.

Высокая хлоропоглощаемость в летнее время (до 2 мг/л) Сl₂ объясняется не только большим содержанием органических веществ, но и высокой температурой.

Осенний паводок мало ощутим для Кара-Чумышского водохранилища. Лишь в ноябре 1957 г. пришлось применить коагулирование в течение 4 дней.

Что касается улучшения качества воды на очистных сооружениях, то следует отметить, что из-за ряда факторов оно не всегда достигалось, приводя к тем или иным отклонениям от стандартных норм.

В заключение следует сказать, что за последние годы качество воды Кара-Чумышского водохранилища по сравнению с первыми годами заметно улучшилось. С намечаемым увеличением водохранилища следует ожидать со временем еще более лучшего качества воды, хотя в первые годы после затопления новых участков может получиться и отрицательная картина, как это было с первой очередью в 1953-1955 гг., но, вероятно, не в такой острой форме.

Существенную роль в улучшении качества воды должен играть правильный уход и надзор за существующим водохранилищем, в котором за последние годы заметно увеличились площади мелководья и заросли притоки.

Литература

1. Кара-Чумышское водохранилище как источник питьевого водоснабжения. Изд. Новосиб. науч.-иссл. санитарн. ин-та, Новосибирск, 1959.
2. Куксн М.С, Удилова Т.С. О "цветении" Кара-Чумышского водохранилища в 1962 г. См. настоящий сборник.

Выгодная цена на алюминиевую фольгу для бани. Доставка во все города России.