CC BY
32
D m i-
U
IK
CO
О X
О ^
и a
О ^
О
D m
U
CD iX
О ^
I-
u
и о
X
и D С
О
со ф
VO ч;
О ^
U
ш
т s
о Ст)
УДК 628.394(-21):621.6.057
К 20-ЛЕТИЮ ПУСКА В ЭКСПЛУАТАЦИЮ ИНЖЕНЕРНОЙ СИСТЕМЫ ЗАМКНУТОГО НАСОСНОГО ВОДООБОРОТА И СТРУЙНО-ВИХРЕВОЙ АЭРАЦИИ БОЛЬШОГО ПРУДА МОСКОВСКОГО ЗООЛОГИЧЕСКОГО ПАРКА
DOI: 10.24411/1816-1863-2019-11020
Боровков В. С., д. т. н, профессор ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет», [email protected], Волшаник В. В., д. т. н, профессор ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет», [email protected], Шепелев С. М., начальник мастерской № 4 Мосинжпроекта, [email protected]
Рассмотрены результаты обоснования необходимости создания инженерной системы поддержания качества воды в Большом пруду Московского зоологического парка. Приведено подробное описание состава сооружений и их принципов действия, позволяющих поддерживать требуемое экологическое состояние воды важного для зоопарка объекта экспонирования и архитектурного центра — Большого пруда. Приведены результаты измерений показателей качества воды в Большом пруду, выполненных до пуска в эксплуатацию инженерной системы и после трех лет ее функционирования. Сделано заключение о целесообразности создания подобных инженерных систем на других интенсивно эксплуатирующихся городских водных объектах.
The results of assessment of necessity of creation of engineering system of Big Pond water quality maintenance of the Moscow Zoological Park are considered. A detailed description of the system structure and operation principles allowing maintaining the required ecological state of the water in the Big Pond that is substantial point of exposure and architectural center of the Zoo. The results of water quality measurements are provided. These measurements were made before commissioning of the system and after three years of exploitation. The conclusion about expediency of creation of similar engineering systems on other intensively operated city water objects is made.
Ключевые слова: городские водные объекты, поддержание экологического состояния воды, инженерные системы, насосный водооборот, контрвихревые аэраторы, опыт эксплуатации.
Key words: urban water objects, ecological water state maintaining, civil systems, pumped water circulation, counterjet-vortex water aerators, exploitation experience.water.
7 мая 2016 г. исполнилось 20 лет со д ня пуска в эксплуатацию инженерной системы поддержания нормативного экологического состояния воды в Большом пруду Московского зоологического парка. Эта система была создана зимой 1995—1996 гг. по инициативе группы гидравликов Московского инженерно-строительного института (ныне Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, НИУ МГСУ) по согласованию с Дирекцией Московского зоологического парка. Расчеты и эскизное проектирование системы замкнутого насосного водооборота и струйно-вихревой аэрации были выполнены учеными МГСУ, рабочее проектирование — специалистами гидротехнической мастер -ской Мосинжпроекта.
Перед проектированием были подробно исследованы качество воды и донных
отложений в Большом и других прудах Московского зоопарка [1, 2].
Разработка мероприятий по очистке водоемов от ила, выбор технологии и оборудования для улучшения качества воды требуют детального исследования факторов, влияющих на экологическое состояние городских прудов и рек. К характерным водным объектам с повышенной биогенной нагрузкой относятся пруды Московского зоологического парка [2].
Пруды, выполняющие важные эстетические и технологические функции, — одна из основных причин того, что в свое время для размещения зоосада была выбрана именно эта территория. Они подвержены большой антропогенной (Зоопарк размещается в центре Москвы) и чрезвычайно высокой биологической нагрузке.
С учетом низкого качества воды в прудах, особенно в Большом, программой
Таблица 1
Концентрации тяжелых и переходных металлов в водах Большого пруда, мкг/л (07.12.1995)
Место отбора проб Fe Zn Mn Cd № Pb &
рядом с косой и полыньей вблизи главного входа 51,4 41,8 28,6 21,1 13,9 13,1 202,3 295,5 0,41 0,87 0,67 1,44 10,4 10,8 1,82 5,33 1,40 1,34
кардинальной реконструкции Зоопарка была предусмотрена очистка Большого пруда от донных отложений (ДО) и создание условий для жизнедеятельности водоплавающих птиц. Специальные технические мероприятия для поддержания качества воды первоначально не разрабатывались, хотя необходимость этого была очевидна, так как даже визуально можно было определить, что качество воды (цвет и запах) в Большом пруду недопустимое. Для обоснования и выбора наиболее эффективных из них было предусмотрено проведение подробных исследований для определения гидрохимических и бактериологических свойств воды во всех прудах и ДО в Большом пруду.
Комплексные гидрохимические исследования были проведены 07.12.1995 с использованием современных методик и приборов. Во время проведения работ все пруды были покрыты льдом толщиной >10 см. Пробы воды были отобраны через лунки в трех точках Большого пруда (рядом с косой и полыньей, в середине пруда и вблизи главного входа) — (табл. 1).
Вода в Большом пруду во всех точках отбора была серо-зеленого цвета с запахом Появление в воде свидетельствует о нарушении газового обмена в водоеме. Выраженная плотностная стратификация, слабо развитые процессы вертикального турбулентного перемешивания и конвективного обмена, большое количество органического вещества (ОВ) — основные причины появления Наличие в таком мелководном водоеме, как пруд, может служить сигналом крайне неблагополучной экологической обстановки в нем.
Важный показатель экологического и санитарного состояния водоема — содержание растворенного Сорг, которое определяет степень его эвтрофированности. Изменение этого показателя позволяет судить об интенсивности процессов био-
продуцирования и деструкции ОВ в водной экосистеме и способности последней к самоочищению. В Большом пруду были отмечены весьма значительные количества растворенного Сорг (15,9—16,4 мг/л в среднем 16,1 мг/л).
Чрезвычайно высокие значения БПК5 (> 100) отмечены в Большом пруду (максимум 168 мг О2/л). Установленное значение БПК достигает уровня БПК5 для поверхностных сточных вод городов (40—150 мг О2/л) [1—3].
Так как фосфор и соединения азота играют существенную роль в процессе евтрофицирования водоемов, особое внимание было уделено анализу содержания в воде фосфатов и нитратов. Результаты исследований, проведенных 07.12.1995, представлены в таблице 2.
В результате подробных гидрохимических и бактериологических исследований были рекомендованы:
— полное удаление из водоема илового слоя;
— сокращение численности обитающих на водоеме птиц, прежде всего за счет «дикого» поголовья;
— исключение попадания в водоем остатков корма путем сооружения кормушек со смывом в канализацию остатков корма;
— сокращение поступления в водоем стоков с птичьим пометом от мест их кормления и содержания путем устройства санитарной бровки по контуру водоема;
— обеспечение регулярной уборки мест обитания птиц;
Таблица 2
Концентрации фосфатов и нитратов в водах Большого пруда, мг/л
Место отбора проб Фосфаты Нитраты
рядом с косой и полыньей 13,4 23,2
середина 15,2 25,6
вблизи главного входа 14,4 22,8
О) ^
о
О -1
х
а>
Г)
а
¡а
б
а>
ы
О ^
а
г> л
О г>
г>
-I
тз
о
-I
а>
О-
Г> -I 03
а
о ~о о ш
г> ^
о
X
о
ы
Г) -I
оз
а
о
т
I-
и
со О X
О ^
и а О СР
О
а
и
Ф
IX
о
СР
I-
и
и о
X
и о с
о
со ф
Ю ч;
О ^
и Ф т X
О
— улучшение кислородного режима водоема с целью активизации процессов самоочищения;
— принятие мер по обеспечению большей проточности и кратности водообмена Большого пруда;
— предусмотрение регулярного и объективного микробиологического контроля за состоянием воды и донных илов в последующие периоды эксплуатации водоема.
Местность, где в настоящее время располагается Московский зоологический парк, расположена в долине рек Пресни и Кабанихи, место слияния которых размещается практически в центре территории Зоопарка. Река Пресня является одним из левых притоков реки Москвы. Свое название она получила по сладкому, пресному вкусу воды. Со временем реку Пресню ждала судьба, характерная для большинства малых рек крупных городов — она измельчала и ее заключили в трубу [1].
Пресненские пруды были вырыты в 1652 г. по указанию Патриарха Иокима и служили садками для ц арской рыбы. В середине XVIII века Пресненские пруды считались лучшими в Москве. Их проточная вода отличалась чистотой и прозрачностью.
Наступление и развитие городской застройки на территории Зоопарка, многочисленные реконструкции и «благоустройство» самой территории привели к тому, что в настоящее время пруды, составлявшие ранее единую водную систему, совершенно не связаны д руг с другом гидравлически. Образование замкнутых, непроточных водных объектов многократно усложняет задачу поддержания необходимого качества воды, заставляя сейчас делать затраты, несравнимо превышающие затраты, сделанные ранее и вызвавшие изоляцию прудов друг от друга. Большой пруд является главным водоемом и представляет собой основной элемент водной системы Зоопарка.
В 1924 г. Большой пруд был очищен и углублен на 1,5 м. О качестве воды перед очисткой, а также о составе донных отложений информация, к сожалению, отсутствует. Последняя очистка Большого пруда производилась в 1980 г.; сведения об очистках пруда в промежутке между 1924 и 1980 гг. у нас отсутствуют; отсутствует также информация о качестве воды и
составе донных отложений перед очисткой 1980 г.
С учетом специфических особенностей, связанных с существованием Большого пруда как органической части Московского зоопарка — крупного общественного культурного 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. На основании предшествующего опыта, накопленного в Московском государственном строительном университете, была принята система замкнутого насосного водооборота и струйно-вихре -вой аэрации, апробированная ранее на ряде объектов в Российской Федерации.
В техническом отношении система во-дооборота и аэрации представляет собой напорную насосную гидравлическую систему, замкнутую через массив воды в Большом пруду. Аэрация в этой системе обеспечивается гидравлическими вихре -выми аэраторами, устанавливаемыми в конце напорной линии насосов. Перемешивание воды во всем объеме пруда обеспечивается за счет вовлечения в медлен -ное движение массива воды под действием аэрированных струй из аэраторов.
Состав сооружений системы водообо-рота определяется ее основными назначениями. В систему входят: водозабор; всасывающий трубопровод от водозабора до насосной станции; насосная станция; напорные трубопроводы по одному к каждому аэратору; вихревые аэраторы (рис. 1) [1].
Расположение водозабора. При выборе места расположения водозабора учитывались следующие соображения:
1. Водозабор желательно расположить в наиболее глубокой части пруда, чтобы обеспечить забор наиболее теплой воды в зимнее время и наиболее холодной — в летнее.
2. Водозабор желательно расположить в той ч асти пруда, где уменьшение запаха сероводорода имело бы наибольший эффект, а именно вблизи главного входа. Забирая отсюда загрязненную воду, можно освободить место для более чистой, с большим содержанием растворенного кислорода.
Рис. 1. Схема расположения сооружений и узлов системы водооборота и аэрации Большого пруда. 1 — водозабор; 2 — всасывающий трубопровод; 3 — насосная станция; 4 — напорные трубопроводы аэраторов; 5 — точки вывода напорных трубопроводов для аэраторов; 6 — направления выпуска аэрированных струй
3. Водозабор желательно расположить на участке пруда, наиболее удаленном от места скопления водоплавающей птицы с тем, чтобы содержание взвешенных частиц в воде было наименьшим, и в систему водооборота поступала наиболее осветленная вода.
4. Как будет показано ниже, аэраторы целесообразно расположить в местах наибольшего скопления водоплавающей птицы, то есть на участках пруда, наиболее отстоящих от главного входа в зоопарк. В связи с этим именно в этих м естах будут располагаться источники энергии, инициирующие движение воды в пруду. В зоне пруда, прилегающей к главному входу, такой источник энергии отсутствует. Если расположить здесь водозабор, с его помощью можно интенсифицировать сюда приток воды и несколько увеличить скорости вторичного потока.
Расположение насосной станции. Местоположение насосной станции задано главным архитектором проекта реконструкции зоопарка. Основным фактором, повлиявшим на выбор места расположе-
ния насосной станции, явилось требование минимального вмешательства в ландшафт Большого пруда и прилегающей территории.
Количество и расположение аэраторов было принято равным трем из следующих соображений.
1. Количество аэраторов должно быть достаточным для исключения имеющегося дефицита кислорода и равномерного (по периметру) воздействия на массив воды с целью его вовлечения во вторичное движение.
2. Конструкция аэратора не должна быть слишком громоздкой, а энергия выходящей из него струи слишком большой по эстетическим соображениям и из условий исключения размыва дна водоема.
3. В то же время энергия выходящей из аэратора струи должна быть достаточной для того, чтобы часть количества движения передалась от струи к массиву воды.
При выборе места расположения аэраторов и направления выпуска аэрированных струй имелось в виду следующее:
1) аэраторы № 1 и 2 расположены там таким образом, чтобы наиболее интенсивно воздействовать на массив в местах наибольшего скопления водоплавающей птицы. Это позволит, во-первых, снять потребность в растворенном кислороде в местах формирования его наибольшего дефицита. Во-вторых, в зимнее время здесь, в привычных для птиц местах кормления, будет поддерживаться незамерзающая полынья;
2) аэратор № 3 расположен в месте, где возможно затухание скорости вторичного течения воды в пруду, для того, чтобы поддержать эту скорость, и заставить струи воды двигаться по направлению к водозабору.
В качестве формы вторичного течения воды в пруду принято вращение водного массива в связи с тем, что пруд непроточный, и в нем отсутствуют условия для существования продольного течения, а очертания береговой линии и форма зеркала водной поверхности благоприятствуют поддержанию именно вращательного движения. Те же очертания, главным образом конфигурация косы, способствуют тому, чтобы массив воды в пруду вращался в направлении против ч асовой стрелки. Исходя из такой формы, а также направления вторичного течения и расположены
О) ^
о
О -1
х
а>
Г)
а
¡а
б
а>
ы
О ^
а
г> л
О г>
г>
-I
тз
о
-I
а>
О-
Г> -I 03
а
о ~о о ш
г> ^
о
X
о
ы
Г) -I оз
а
о
т
I-
и
со О X
О ^
и а О СР
О
а
и
Ф
IX
о
СР
I-
и
и о
X
и о с
о
со ф
Ю ч;
О ^
и Ф т X
О
основные элементы системы водозабора и аэрации Большого пруда, а также выбраны направления выпуска аэрированных струй из аэраторов.
Сутью процесса искусственной аэрации является подача в воду воздуха, из которого в воде растворяется кислород. При использовании вихревых аэраторов количество подаваемого в воду воздуха определяется конструкцией аэратора; для расчетов количество воздуха может быть принято равным объемному расходу воды.
Итогом функционирования системы водооборота и аэрации должно быть приближение к нормативам качества воды водоемов культурно-бытового водопользования, к которым относятся водоемы для купания, спорта и отдыха населения, а также находящиеся в черте населенных пунктов.
Выполненные расчеты показывают [1, 4—6] практическую невозможность реализации системы водооборота и аэрации, производительность которой определена по измеренному значению БПК5. Следовательно, для решения этой задачи необходимо пользоваться другими, более практичными соображениями.
С учетом этого заключения наиболее важными для выбора основных параметров системы водооборота и аэрации Большого пруда представляются следующие факторы.
1. Производительность системы водо-оборота и аэрации по расходу воды должна быть достаточной для оказания заметного эффекта по нейтрализации БПК.
2. Производительность системы водо-оборота и аэрации по расходу воды и напору должна быть достаточной для обеспечения перемешивания воды во всем массиве пруда, предотвращения образования застойных зон, равномерного распределения по акватории масс воды, насыщенных растворенным кислородом.
3. Мощность электродвигателей насосов и количество потребляемой ими электроэнергии должны находиться в разумных пределах, имея в виду ограниченные финансовые возможности, которые могут быть предусмотрены Зоопарком по эксплуатации системы водообо-рота и аэрации.
4. Производительность системы водо-оборота и аэрации должна быть выбрана таким образом, чтобы имелся значитель-
ный резерв (по растворенному кислороду), который мог бы быть использован при возникновении критических ситуаций: сильный запах в жаркое время года; сильное цветение воды; особенно большой наплыв посетителей и т. п.
5. Основные параметры системы водооборота и аэрации должны соответствовать компоновочным техническим требованиям ее создания — по размещению основных элементов; типу и количеству насосных агрегатов; числу аэрационных установок и т. п.
Исходя из перечисленных факторов, основные параметры водооборота и аэрации были приняты следующими: суммарная подача насосов порядка 200 л/с; напор насосов порядка 10—15 м вод. ст.; суммарная мощность электропривода насосов не более 50 кВт.
Водозабор системы водооборота представляет собой сваренный из металлического листа конфузор квадратного поперечного сечения длиной (по оси течения) 780 мм, площадью входного сечения 1100 х 1100 мм и выходного 630 х 630 мм. Входное сечение перекрыто сварной сеткой из прутьев с сеткой 50 х 50 мм для предотвращения попадания в насосы крупных топляков.
Средняя точка входного сечения водозабора поднята над отметкой дна на 1,1 м с той целью, чтобы не допустить наличия размывающих скоростей на уровне грунта.
Подводящий трубопровод принят металлическим, внутренним диаметром 614 мм. Скорость потока воды в подводящем трубопроводе при расчетном расходе воды Р = 0,2 м3/с составит 0,676 м/с, что меньше, чем допускаемая скорость в подводящих водоводах (1,5 м/с), определяемая нормами проектирования насосных станций. Длина подводящего водовода 92 м.
Для водозабора, подводящего и напорных водоводов, принято подводное расположение всех конструкций. Это полностью отвечает эстетическим требованиям архитектурно-ландшафтных решений Зоопарка и наиболее просто осуществимо с технической точки зрения. Трубопроводы лежат на бетонных подушках, устроенных на оголовках забитых в дно пруда железобетонных свай. Такое расположение труб предотвратит замерзание воды в них в зимнее время.
При выборе насосного оборудования и
при проектировании насосной станции необходимо было в полной мере учитывать особенности сооружения, связанные с уникальностью водного объекта и прилегающей территории. Основные из этих особенностей таковы:
1) конструкция насосной станции должна быть полностью скрыта от взора посетителей Зоопарка, поэтому размеры насосных агрегатов должны быть небольшими; число насосных агрегатов также не должно быть чрезмерным; монтаж и демонтаж насосных агрегатов должен осуществляться автокраном через люк в крышке насосной станции; никаких кранов внутри насосной станции не должно быть;
2) насосы для системы водооборота должны быть низконапорными и иметь небольшую производительность, что диктуется особенностями работы аэраторов и желанием иметь минимальные энергозатраты на доставку в воду единицы массы растворенного кислорода.
В насосной станции на напорной линии насосов должна быть обвязка напорной линией, позволяющей любому насосу работать на любой аэратор. Такая обвязка позволит обеспечить надежность работоспособности системы. Однако при работе через обвязку существенно повышаются потери напора, поэтому предпочтительной является работа каждого насоса на «свой» аэратор. Поэтому, учитывая принятое число аэраторов, предпочтительной является установка трех насосов.
В насосной станции размещен минимум оборудования, в состав которого входят три насоса К 290/18 с электродвигателями, задвижки на напорных линиях насосов и обвязка на напорных линиях. Насосы установлены «под залив», то есть ниже уровня воды в пруду, что позволяет без затруднений осуществлять запуск насосов.
Выбор трассы, а, следовательно, и длины напорных трубопроводов подробно описан выше. Гидравлический расчет их заключается в определении оптимального по технико-экономическим соображениям диаметра. Основное внимание при этом уделялось гидравлическим потерям. Эти потери д олжны быть невелики (не более 1 м напора) с тем, чтобы обеспечить достаточное значение давления перед вих-
ревым аэратором. С другой стороны, для снижения металлоемкости системы водо-оборота диаметр напорных трубопроводов не должен быть излишне большим. Логичным было также решение для всех трех напорных трубопроводов принять одинаковый диаметр трубы.
Наиболее приемлемым диаметром для напорных трубопроводов является значение ё, близкое к 300 мм, которому соответствует стандартная стальная труба Б = 325 х 6 мм.
Принцип действия вихревого аэратора реализуется за счет особой геометрической формы его проточной полости и заключается в следующем [7—10].
Аэрируемый поток перед аэратором разделяется на две неравные по расходу части, направляемые в тангенциальные завихрители, которые формируют два противоположно закрученных потока. Один из закрученных потоков с помощью короткого прямоосного патрубка круглого сечения направляется концентрично внутрь другого. В створе, где заканчивается этот патрубок, начинается интенсивное взаимодействие закрученных потоков, при котором образуется множество микровихрей, быстро заполняющих все сечение трубы, являющейся камерой смешивания аэратора.
Закрученный поток под влиянием действующих на него центробежных сил имеет в своей приосевой зоне пониженное давление, которое в вихревых аэраторах ниже атмосферного. Здесь формируется полость разрыва сплошности потока, называемая паровоздушным ядром. По патрубку, соединяющему атмосферу с приосевой зоной внутреннего закрученного потока, в последнюю самотеком поступает воздух.
В камере смешивания аэратора воздух попадает в область интенсивного вихре-образования и разбивается на маленькие пузырьки диаметром 1—4 мм с большой суммарной площадью поверхности контакта фаз. За счет высокой турбулентности потока в камере смешивания быстрое растворение кислорода в воде начинается уже в проточной полости аэратора.
Аэрированная струя, покидающая камеру смешивания на некоторой высоте над уровнем воды в пруду, имеет запас энергии, за счет которого при падении в воду захватывает дополнительное коли-
о>
о
О -1
х
а>
Г)
а
¡а б
а>
ы
о ^
а
г> л
О г>
г>
-I
тз
о
-I
а>
О-
Г> -I 03
а
о ~о о ш
г> ^
о
X
о
ы
Г) -I оз
а
о
т
I-
и
со О X
О ^
и а О СР
О
а
т
I-
и ^
Ш
IX
о
СР
I-
и
и о
X
и о с
о
со ф
Ю ч;
О ^
и ш
т
о
чество воздуха. Захваченные пузырьки воздуха вместе с имевшимися в струе ранее транспортируются в массив воды на некоторую глубину. За счет действия архимедовой силы пузырьки воздуха всплывают, а насыщенный растворенным кислородом поток воды продолжает движение в массиве воды.
Суммарной энергии аэрированных потоков воды, выходящих из установленных на пруду аэраторов, достаточно для возбуждения м едленного д вижения всей массы воды в пруду, что необходимо для ее перемешивания и предотвращения образования застойных зон, в которых наиболее интенсивно происходят анаэробные процессы и скапливается сероводород.
Вихревые аэраторы с тангенциальными завихрителями характеризуются следующими техническими и эксплуатационными свойствами, представленными ниже.
1. Не имеют движущихся деталей, что облегчает изготовление и повышает надежность эксплуатации.
2. Имеют несложную геометрическую форму образующих проточную полость поверхностей, что делает возможным их изготовление на обычном станочном оборудовании с применением стандартного стального проката.
3. Требуют для своей эксплуатации некрупный источник электроэнергии, что позволяет эксплуатировать систему аэрации при допустимых затратах на электроэнергию; для работы системы необходим только энергонесущий поток воды, создаваемый насосом; подсос воздуха в проточную полость производится самотеком из атмосферы.
4. Обеспечивают высокие значения коэффициента эжекции (расход воздуха на единицу расхода воды) — до 1,0 в диапа-
зоне напоров, применяемых в системе аэрации Большого пруда.
5. Обеспечивают эффективное д робле-ние засасываемой воздушной струи на мелкие пузырьки и интенсивное растворение в воде кислорода воздуха; содержание растворенного кислорода в воде только в пределах проточной полости аэратора увеличивается на 6 мг 02/л (табл. 3) при имеющемся в пруду значительном дефиците растворенного кислорода.
6. Обеспечивают дополнительный захват воздуха при падении аэрированной струи из атмосферы в массив воды с коэффициентом эжекции до 1,0.
Эффективность применения вихревых аэраторов для увеличения содержания растворенного кислорода в воде и перемешивания прорабатываемого водного массива подтверждена многочисленными модельными исследованиями и результатами промышленной эксплуатации аэраторов различной производительности на ряде объектов разного технологического назначения в нашей стране. Конструкция аэратора защищена авторским свидетельством СССР и патентом РФ.
Перемешивание массива воды в Большом пруду предполагается обеспечивать за счет его вовлечения в круговое движение (против часовой стрелки) с использованием энергии аэрированных струй. Точная картина этого движения вряд ли сейчас может быть определена из-за очень сложной формы массива пруда, нарушен -ного множеством конструкций, образующих островки.
Оценка скорости вторичного течения при работе одного аэратора дает значение 0,0167 м/с. При работе двух аэраторов эта скорость может д остигнуть 0,03 м/с, а при работе трех аэраторов — 0,04 м/с. Сейчас очень сложно судить о том, какой про-
Таблица 3
Количество растворенного кислорода, поступающего в воду Большого пруда в различных режимах работы системы водооборота, кг О2
Число работающих насосов Время работы системы
1 ч 8 ч 16 ч 24 ч Один цикл водооборота Один месяц
1 1,728 13,824 27,648 41,472 317,261 1244,16
2 3,456 27,648 55,296 82,944 634,522 2488,32
3 5,184 41,472 82,944 124,416 951,783 3732,48
Таблица 4
Сопоставление данных анализов проб воды, отобранных из пруда в 1995 г. до его реконструкции, и проб воды, отобранных в 1999 г.
Наименование показателя Пробы воды, декабрь 1995 г. Пробы воды, май 1999 г.
Зона косы Центр пруда Зона у главного входа Зона косы Центр пруда Зона водостока
Водородный показатель (РН) 6,5 6,77 6,57 7,3 7,3 7,3
Мутность — — — 2,46 1,52 1,37
БПК5, мг О2/л 128,7 168,7 162,0 5,1 55,4 6,0
Растворенный кислород, мг О2/л 1,39 0,95 0,93 7,3 7,7 7,9
Аммоний, мг/л 7,3 6,8 7,6 1,1 1,03 0,74
Хлориды, мг/л 27,1 15,9 62,7 26,1 26,1 26,4
Нитраты 23,2 25,6 22,8 12,6 14,0 13,1
Нитриты — — — 0,15 0,13 0,10
Железо, мкг/л 51,4 — 41,8 23,0 16,0 13,0
Марганец, мкг/л 202,3 — 295,5 109,0 102,0 88,0
О) ^
о
О -1
х
а>
Г)
о ^
б
а>
ы
О ^
0 Г)
1
о
Г)
Г) -I
тз
о
-I
а>
О-
Г> -I 03
О
О ТЗ О Ш
Г) ^
О
X
о
ы
Г) -I оз О
филь скоростей сложится по глубине пруда; можно надеяться, что наличие круто расположенного аэратора № 3 и помещенного близко ко дну водоприемника заставит перемешаться воду по всей глубине пруда и предотвратит вертикальную стратификацию и образование застойных зон.
7 мая 1999 г. исполнилось 3 года со дня пуска системы водооборота и аэрации. Проведенные измерения (табл. 4) и орга-нолептическая оценка свидетельствуют о значительном улучшении качества воды. Понимая это, дирекция Московского Зоопарка прилагает большие усилия по поддержанию системы водооборота в работоспособном состоянии и эксплуатиру-
ет ее круглосуточно вот уже в течение более двадцати лет.
Очистка водоема от загрязненных донных отложений, эксплуатация системы водооборота и струйно-вихревой аэрации позволили значительно улучшить качество воды в водоеме, в особенности по комплексному показателю загрязненности БПК5.
Сопоставление данных анализов проб воды, отобранных из пруда в 1995 г. до его реконструкции и проб воды 1999 г. после трех лет эксплуатации системы, приведенные в табл. 4, подтверждают высокую эффективность осуществленного комплекса инженерно -экологических мероприятий.
Библиографический список
1. Богданов В. М., Боровков В. С., Волшаник В. В. Очистка Большого пруда Московского Зоопарка системой замкнутого водооборота и струйно-вихревой аэрации // Чистый город. — 2000. — № 1 (9). — С. 42—48.
2. Боровков В. С., Волшаник В. В., Лапина Н. М., Мордасова Н. В. Исследование качества воды и донных отложений в водоемах Московского Зоопарка с повышенной биогенной нагрузкой // Водные ресурсы. — 2000. — Т. 27. — № 2. — С. 213—220.
3. Боровков В. С., Волшаник В. В., Орехов Г. В. Инженерная система водооборота и аэрации для очистки воды в городских водных объектах // Экология урбанизированных территорий. — 2010. — № 2. — С. 21—31.
4. Борисова Т. С., Боровков В. С., Волшаник В. В. Система насосного водооборота и струйно-вих-ревой аэрации городских водных объектов. Доклад Международного конгресса «Экологические проблемы больших городов. Инженерные решения». — М.: Изд-во, — 1996. — С. ...
5. Боровков В. С., Волшаник В. В., Карелин В. Я., Пупырев Е. И., Баяраа У. Системы поддержания качества воды в городских водных объектах // Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века. — 2005. — № 5. — С. 62—63.
6. Волшаник В. В., Боровков В. С., Орехов Г. В. Инженерные системы замкнутого водооборота для интенсификации процессов самоочищения воды в городских водных объектах // В кн. «Инженерная защита окружающей среды. Очистка вод. Утилизация отходов». — М.: Изд. АВС, 2002. — С. 74—97.
7. Волшаник В. В., Зуйков А. Л., Орехов Г. В. Гидравлический расчет проточной части контрвихревых аэраторов // Водоснабжение и санитарная техника. — 2009. — № 12. — С. 50—56.
8. Волшаник В. В., Зуйков А. Л., Орехов Г. В., Баяраа У. Особенности рабочего процесса контр-О вихревых аэраторов и задачи их гидравлических исследований // Экология урбанизированных
¡5 территорий. — 2013. — № 2. — С. 74—80.
>¡5 9. Волшаник В. В., Зуйков А. Л., Орехов Г. В., Свитайло В. Д., Скаткин М. Г. Использование вихре-
вых аэраторов для интенсификации процессов очистки природных вод // В кн. «Инженерная за-
со
X щита окружающей среды. Очистка вод. Утилизация отходов». — М.: Изд. АВС, 2002. — С. 97—106.
10. Карелин В. Я., Волшаник В. В., Зуйков А. Л., Орехов Г. В. Экспериментальное обоснование оп-О тимальной формы проточной полости вихревого аэратора // Вестник Отделения строительных
наук РААСН, Белгород. — 2005. — № 9. — С. 229—237.
^
и а О CP
О
S TO THE 20TH ANNIVERSARY OF COMMISSIONING OF ENGINEERING SYSTEMS g OF THE CLOSED WATER PUMPED CIRCULATION AND JET-VORTEX AERATION " OF THE BIG POND OF MOSCOW ZOO
£
x V. S. Borovkov, Dr. of Sc. (Techn.), Professor at the National Research Moscow State
¡^ University of Civil Engineering, [email protected],
u V. V. Volshanik, Dr. of Sc. (Techn.), Professor at the National Research Moscow State
£ University of Civil Engineering, [email protected],
o S. M. Shepelev, Head of Workshop № 4 of Mosinzhproekt, [email protected]
u o
o References
CO
CD
vo
w D
l. Bogdanov V. M., Borovkov V. S., Volshanik V. V. Ochistka Bolshogo Pruda Moskovskogo Zooparka sis-temoi zamknutogo vodooborota I struino-vikhrevoi aeratsii. [Cleaning of the Big Pond of the Moscow g Zoo by the system of closed water circulation and jet-vortex aeration] // Clean city. — 2000. — № 1 (9). —
CD P. 42—48 [in Russian].
x 2. Borovkov V. S., Volshanik V. V., Lapina N. M., Mordasova N. V. In. Issledovanie kachestva vody i don-
¡5 nykh otlozhenii v vodoyomakh Moskovskogo Zooparka s povyshennoi biogennoi nagruzkoi [Study of wa-
¡g ter quality and bottom sediments in reservoirs of the Moscow Zoo with increased biogenic load] // Water
* resources. — 2000. — Vol. 27. — № 2. — P. 213—220 [in Russian].
3. Borovkov V. S., Volshanik V. V., Orekhov G. V. Inzhenernaya sistema vodooborota I aeratsii dlya ochistki vody v gorodskikh vodnykh objectakh [Engineering system of water circulation and aeration for water purification in urban water objects] // Ecology of urban areas. — 2010. — № 2. — P. 21—31 [in Russian].
4. Borisova T. S., Borovkov V. S., Volshanik V. V. Sistema nasosnogo vodooborota i struino-vikhrevoi aeratsii gorodskikh vodnykh objectov [Pumping water circulation system and jet-vortex aeration of urban water objects] // Report of The International Congress "Ecological problems of big cities. Engineering decision" — M.: Izd-vo, — 1996. — P. ... [in Russian].
5. Borovkov V. S., Volshanik V. V., Karelin V. Ya., Pupyrev E. I., Bayara U. Sistemy podderzhaniya kachestva vody v gorodskikh vodnykh objektakh [Water quality maintenance Systems in urban water bodies] // Construction materials, equipment and technologies of XXI century. — 2005. — № 5. — P. 62—63 [in Russian].
6. Volshanik V. V., Borovkov V. S., Orekhov G. V. Inzhenernyie sistemy zamknytogo vodooborota dlya in-tensifikatsii protsessov samoochischeniya vody b gorodskikh vodnykh objektakh. [Engineering systems of closed water circulation for intensification of water self-purification processes in urban water objects] // In the book. "Engineering protection of the environment. Water treatment. Utilization of wastes". — M.: Izd. ABC, 2002. — P. 74—97 [in Russian].
7. Volshanik V. V., Zuykov A. L., Orekhov G. V. Gidravlicheskii' raschyot protochnoi chasti kontr-vikhrevykh aeratorov. [Hydraulic calculation of flow part of counter-rotating aerators] // Water supply and sanitary engineering. — 2009. — No. 12. — P. 50—56 [in Russian].
8. Volshanik V. V., Zuykov A. L., Orekhov G. V., Bayaraa U. Osobennosti rabochego protsessa kontr-vikhrevykh aeratorov i zadachi ikh gidravlicheskikh issledovalii [Features of the workflow contrarely aerators and the problem of hydraulic research] // Ecology of urban areas. — 2013. — № 2. — P. 74—80 [in Russian].
9. Volshanik V. V., Zuykov A. L., Orekhov G. V., Svitaylo V. D. Ispolzovaniye vikhrevykh aeratorov dlya intensifikatsii protsessov ochistki prirodnykh vod. [Use of vortex aerators for intensification of natural water purification processes] // In the book "Engineering protection of the environment. Water treatment. Utilization of wastes". — M.: Izd. ABC, 2002. — P. 97—106 [in Russian].
10. Karelin V. Ya., Volshanik V. V., Zuykov A. L., Orekhov G. V. Eksperimentalnoye obosnovanie optimal-noi formy protochnoi polosti vikhrevogo aeratora [Experimental assessment of the optimal form of flow cavity of vortex aerator] // Herald of the Department of building Sciences of the RAASN. — Belgorod. — 2005. — № 9. — P. 229—237 [in Russian].
