Эксплуатация водохранилищ-охладителей электростанций - Борьба с цветением воды

Уничтожение низшей водной растительности

а.  Борьба с "цветением" воды

Ранее,  в характеристике низших растений,  указывалось,  что разнообразные виды водорослей требуют для своего развития определенных количеств минеральных веществ и особенно биогенных элементов,  а также определенной температуры и света. Таким образом,  при организации мер борьбы с "цветением" воды необходимо предвидеть факторы,  содействующие развитию водорослей,  виды водорослей,  которые будут развиваться,  а также сроки их развития.
Для этой цели успешно применяют метод гидробиологической производительности,  который заключается в следующем.

В шесть колб емкостью 50 мл помещают по 25 мл испытуемой воды с имеющимся в ней планктоном,  исключая рачков и коловраток (вылавливаемых пипеткой). 
Одновременно ставят контрольные опыты - без добавок солей в колба.
Колбы помещают в наиболее благоприятные температурные условия и условия освещения,  благодаря чему водоросли в них развиваются на 3-6 дней быстрее,  чем в пруде.
Если нет возможности поставить эти опыты,  то следует колбы заполнить водой из водохранилища и поместить их в место,  где создано постоянное освещение и постоянная температура (она должна быть несколько выше,  чем в водохранилище). Для этого лучше всего использовать термолюминестат*. При отсутствии такового колбы с водой помещают на северное окно лаборатории. Создаваемые в колбах более благоприятные условия вызовут развитие водорослей на 4-6 дней быстрее,  чем в водоеме. Если в колбах наступило "цветение" воды,  вскоре оно наступит и в пруде. Таким образом,  можно дать кратковременные прогнозы надвигающегося "цветения", а также указать его степень и продолжительность,  что позволит своевременно провести профилактические мероприятия по борьбе С ним.
При проведении опытов по краткосрочным прогнозам "цветения" воды встречаются трудности,  связанные с подсчетом водорослей.

*Термолюминестат может быть изготовлен в мастерской ГРЭС. Он представляет собой два металлических сосуда,  изготовленных из оцинкованного кровельного железа,  из которых один помещается в другом. Пространство между ними в процессе работы заполняется проточной водой,  поступающей после конденсатора. Для подвода и отвода воды к стенке наружного сосуда крепятся патрубки с крышками.

Ориентировочный подсчет может быть проведен химиками электростанций после предварительно проведенного гидробиологами количественного подсчета по методу,  разработанному А.В.Францевым. Этот метод заключается в том,  что в период интенсивного развития водорослей из определенного водоема берется проба и в ней производится подсчет водорослей,  как принято в гидробиологической практике. Из этой же пробы отбирается I мл воды и пропускается через фильтровальный аппарат типа Олихова (ВОДГЕО) (рис.37).

Рис.36. Термолюминестат:
а - общий вид; б - установка люминесцентной лампы 1 - лампа; 2 - контактные головки; 3, 4- стеклянные трубки; 5, 6 - резиновые уплотнения; 7 - наружный кожух; 8 - шайба; 9 - внутренний кожух

Вместо бумажного фильтра лучше брать мембранный с меткой "предварительный". Затем фильтр извлекают из фильтровального аппарата и подсушивают. Через второй фильтр пропускают двойной объем воды,  далее - тройной и т. д. В результате получают фильтры различной интенсиности окраски. Из окрашенных фильтров между двумя предметными стеклами размером 100x25 мм монтируется шкала. Зная начальное количество организмов в определенном объеме воды,  профильтрованной через каждый фильтр,  устанавливает,  какой концентрации клеток в воде соответствует определенная окраска фильтра,  и записывают количество водорослей в I мл против каждой окраски. По смонтированной таким образом шкале фильтров химик или другой технический сотрудник ГРЭС может легло установить количество водорослей в воде фильтрованием определенного объема воды в аналогичном фильтровальном аппарате последующим подсушиванием фильтров и сравнением их со шкалой. Диаметр аппарата и фильтры должны быть те же,  что и при фильтровании для составления шкалы. Как показала практика,  составленная шкала может быть использована в течение ряда лет,  если ее хранить в темном,  сухом и незапыленном месте.

Рис.37. Фильтровальная установка:
1 - вакуумный насос; 2 - фильтровальный аппарат

Ориентировочно изменение количества водорослей в одной а той же воде можно определить фильтрованием на мембранном фильтре определенного объема воды один раз в два-три дня,  с последующим подсушиванием фильтров и сравнением их окраски с первоначальной. Обычно при появлении сине-зеленых водорослей,  вызывающих "цветение" воды в водохранилищах-охладителях,  фильтры сразу приобретают сине-зеленую и при увеличении количества водорослей - темно-сине-зеленую окраску.
Для определения надвигающегося "цветения" воды необходимо ставить пробы на прогноз "цветения" в течение всего вегетационного сезона. Для этого один раз в 7-8 дней ставят пробы в термолюминестат или в лаборатории и производят указанные выше подсчеты. В крайнем случае,  в течение всего вегетационного сезона (с мая по октябрь) берут I раз в 2-3 дня пробу воды в водохранилище,  в районе выпуска теплой воды из сбросного канала,  где нет сильного течения воды;,  фильтруют один и тот же объем воды через мембранный фильтр и устанавливают по изменению окраски увеличение количества водорослей. По этим данным определяют время профилактических и активных мер борьбы с водорослями. Обнаружить "цветение" воды можно также визуально по изменению ее окраски,  в этот период резко падает прозрачность воды. Например,  на ряде водохранилищ Украины прозрачность воды падает с 200 до до-50 см; в большинстве случаев вода приобретает зеленый цвет с различными оттенками: изумрудно-зеленый при развитии сине-зеленых водорослей,  светло-зеленый при развитии протококковых,  зеленовато-бурый при развитии диатомовых водорослей. После уничтожения водорослей и их оттирания характерная для "цветения" окраска воды исчезает и резко повышается ее прозрачность.
В настоящее время наиболее эффективным профилактическим мероприятием,  а также активной мерой борьбы с "цветением" воды является применение медного купороса,  который в ничтожно малых количествах губительно действуют на водоросли.
Токсичные дозы медного купороса для разных видов водорослей и других организмов различны. Экспериментальные работы по этому вопросу были проведены ВОДГЕО. Некоторые отечественные и зарубежные данные по токсичным дозам медного купороса для некоторых организмов приведены в табл.11.
Таблица II

Из данных табл.11 видно,  что токсичная доза медного купороса для большинства организмов (водорослей),  вызывающих "цветение” воды (авабена,  микроцистис,  осцидлятория,  мелозира и др.),  колеблется в пределах 0, 3-0, 6 мг/л,  из расчета на всю наличную емкость водохранилища. Такая доза не вызывает гибели рыб и, ,  по литературным данным,  не наносит ущерба рыбному хозяйству.
Метод купоросования описан в [Л.12, 31-36] и широко поменяется на практике. Так,  еще с 1937 г. и до настоящего времени обработка воды медным купоросом с целью уничтожения низшей водной растительности используется на ряде водохранилищ питьевого назначения (в Донбассе - Кардовское,  Клебан-Быкское,  Оль- ховское,  Соколовское и др.) и для технических целей (Кураховскбе,  Мироновское,  Зуевское.,  Старобешевское и ряд других),  а также на рыбоводных прудах (нерестовые,  выростные,  маточные пруды хозяйства "Нивка" Киевской обл. и др.) без нанесения ущерба рыбному хозяйству.
Применение,  медного купороса профилактически на основании краткосрочных прогнозов "цветения" водохранилища значительно снижает его дозу и не ухудшает физико-химических качеств воды.
При профилактическом купоросовании ориентировочно можно создавать концентрацию CuSО4 в охлаждающей воде,  равную 0, 2-0, 3 мг/л. При активных мерах борьбы,  т.е. во время "цветения" воды,  концентрация медного купороса повышается и,  как указано выше,  лежит в пределах 0, 3-0, 6 мг/л.
Необходимо отметить,  что при повышенной жесткости,  солесодержании,  высоком значении pH и пониженной температуре требуются более высокие концентрации медного купороса. Так,  на водохранилище- охладителе Брянской ГРЭС в 1956 г. при солесодержании воды 292 мг/л,  общей жесткости 4, 2 мг-экв/л и температуре 27-28°С доза медного купороса 0, 1 мг/л была достаточной для профилактики "цветения" воды в течение вегетационного периода.
На Курганском водохранилище-охладителе при общей жесткости воды 5, 6 мг-экв/л,  солесодержании 540 мг/л,  значении рН=7, 8 и температуре 18-19°С примененная в 1960 г. профилактическая обработка воды медным купоросом (доза 0, 3 мг/л) исключила "цветение" лишь на 25 сут. после чего водоросли вновь развились и потребовалась вторичная обработка.

По данным Донбассводтреста,  на питьевых водохранилищах Донбасса (Кардовское,  Клебан-Быкское и др.),  где жесткость и солесодержание вод высокие,  для достижения эффективных результатов применяют дозы медного купороса от 0, 5 до 1, 0 мг/л,  не нанося вреда рыбам.
На основании-данных обследования водохранилищ-охладителей при обработке воды медным купоросом с целью предупреждения "цветения" воды при высокой ее жесткости (5, 0-7, 0 МГ-ЭКВ/л),  ВЫСОКОМ солесодержании (от 400-500 мг/л и выше) и низкой температуре (16— 17°С) следует повысить нормы дозирования медного купороса на 0, 1- 0, 3 мг/л и более в зависимости от физико-химических показателей воды.
Медный купорос  (молекулярный вес 249, 69) не имеет запаха, ,  представляет собой кристаллы синего цвета размером от 2-3 до 20-50 мм; его получают путем обработки медного лона и различных медных отходов серной кислотой.
Растворимость медного купороса в воде (грамм на 100 г насыщенного раствора) при различной температуре приведена в табл.12.
Таблица 12

Водные растворы медного купороса окрашены в синий цвет; реакция этих растворов кислая.
В техническом медном купоросе кроме сернокислой меди содержатся небольшие количества сернокислых солей железа,  цинка и магния,  а также малые количества соединений,  содержащих мышьяк и свободную серную кислоту.
Состав технического медного купороса,  выпускаемого по ГОСТ 2142-43,  приведен в табл.13 со следующими показателями.
Медный купорос в водохранилищах-охладителях в основном применяется как альгицид,  т.е. как химикат,  уничтожающий водоросли.

Таблица 13

При определенной концентрации его в воде он может служить и как гербицид-. Медь действует на живые организмы в виде ионов меди,   т.е. растворимых ее. соединений. Металлическая медь нерастворима в плазме,  клеточном соке и не оказывает никакого действия на живые организмы.
При обработке циркуляционной воды медным купоросом концентрация меди с момента ее введения начинает падать. По поводу снижения концентрации меди существуют две гипотезы. Суть первой Гипотезы состоит в том,  что белковые вещества планктонных организмов связываются с растворенной в воде медью и при отмирании организмов медь выпадает с ними. Вторая гипотеза - медь образует в воде малорастворимые углекислые соединения. При этом в жестких водах идет более интенсивное выпадение меди в осадок в виде труднорастворимых карбонатных соединений,  в результате чего токсичное действие меди на водоросли и в целом на водные организмы уменьшается. Этим и объясняется увеличение дозы медного купороса (см. выше) для борьбы с водорослями в жестких водах.
Большим преимуществом медного купороса как альгицида является его свойство выпадать в осадок в виде карбонатных соединений,  токсичность которых очевидно ничтожна. В результате этого в начальный период происходит гибель организмов (водорослей),  вызывающих "цветение" воды и наиболее чувствительных к медному купоросу,  а в дальнейшем действие его как токсичного вещества падает.

Медный купорос в применяемых для уничтожения водорослей концентрациях вполне соответствует нормам питьевого водоснабжения,  согласно  которым медь в питьевой воде не должна превышать 3 мг/л по иону меди Cu 2+(Г0СТ 28074-54) или 12 мг/л по купоросу Допустимые концентрации меди в водоемах санитарно-бытового водопользования лежат в пределах 0, 1 мг/л по меди или 0, 4 мг/л по купоросу т.е. в большинстве случаев совпадают с токсичными дозам меди для уничтожения водорослей.
Перед обработкой циркуляционной воды медным купоросом определяют необходимое количество химиката для обработки всего объема воды. 
Обработку воды медным купоросом в водохранилищах-охладителях можно производить различными методами. Наиболее экономичным,  быстрым и эффективным является авиакупоросование. Хорошая эффективность и экономичность при авиаобработках достигается равномерной обработкой поверхностного слоя воды с основной массой водорослей,  где и достигается наибольшая начальная концентрация меди. При обработке другими способами начальная концентрация меди расходуется на больший объем воды,  причем по глубине,  а не по поверхности водохранилища.
Авиаобработка была успешно проведена на Кардовском  водохранилище [Л.37].  Медный купорос предварительно измельчали на бегунковой мельнице и отсеивали.

*Нормы утверждены 15 июля 1961 г. Министерством здравоохранения СССР по поручению Совета Министров СССР; согласованы с Госпланом СССР,  № 372-61.

После помола величина кристаллов составляла преимущественно 0, 3-0, 4 мм. При авиаобработке ширина рабочего захвата достигала 50 м. Однако метод авиаобработки имеет следующие недостатки:

1. Необходимость измельчения большого количества медного  купороса на шаровых или бегунковых мельницах,  что является трудоемким процессом,  связанным с соблюдением правил техники безопасности.
2. Возможность попадания купороса в порошкообразном виде при обработке водохранилищ малой ширины на сельскохозяйственные растения.
3. Связь авиаобработка с метеорологическими условиями,  в то время как профилактическое купоросование необходимо проводить в определенное время.

Помимо авиации для опыления водохранилища измельченным медным купоросом можно также использовать различные опылители (марки ОПМ и др.),  монтируя их на понтоне или на катамаране аналогично опрыскивателям. При обработке воды  купоросом с помощью конно-моторного опылителя (ОПМ) можно также достигнуть равномерной обработки водной поверхности; при этом необходимо измельчать кристаллический купорос.
Обработку воды медным купоросом наиболее целесообразно проводить внесением его в водоем в виде раствора,  приготовляемого в специальной установке (рис, 38). Установка представляет собой бак емкостью 1-2 м3,  который монтируют на понтоне,  загружают в него 200-250 кг медного купороса и с помощью насоса растворяют его и разбрызгивают по поверхности воды. Обработка поверхностных слоев воды водоема раствором,  а не кристаллами обеспечивает наибольшую и равномерную концентрацию меди в поверхностном слое воды,  где сосредоточена основная масса водорослей. Купоросование с помощью такой установки проводилось в 1966 г. на Молдавской и в 1967 - 1968 гг. на Бурштынской ГРЭС,  где получены эффективные результаты.
Купоросование можно осуществлять с помощью желоба,  покрытого мелкоячеистой сеткой и укрепленного на носовой части понтона (рис.39). Купорос в желоб загружается вручную на ходу понтона. С помощью подъемно-опускного механизма желоб удерживается на поверхности воды,  что дает возможность обрабатывать купоросом также верхний слой воды. С помощью таких установок проводится купоросование на Старобешевской и Молдавской ГРЭС.

Рис.38. Схема установки для разбрызгивания медного купороса:

Рис.39. Понтон с подвесным желобом для купоросования:
1 - бак для приготовления рабочего раствора; 2 - конус для загрузки медного, купороса; 3 - насос производительностью 40-60 м3\ч; 4 - брызгало; 5 - фильтр

1 - понтон; 2 - двигатель понтона; 3 - ковш; 4 - подъемный механизм ковша; 5 - направляющие штанги ковша
На водохранилищах-охладителях в большинстве случаев купоросование осуществляется с моторных лодок либо с понтонов или других плавучих средств. С этой целью к лодке привязывают один,  два или более рогожных мешка с медным купоросом. Для более медленного растворения медного купороса его можно загружать в двойные рогожные мешки. Мешки с купоросом погружают в воду у и лодка курсирует по заранее размеченному на продольные и поперечные створы участку до полного растворения купороса. Количество купороса,  загружаемого в мешки,  определяется для каждого участка,  при этом расчет производится аналогично расчету для всего-водоема,  как это было описано ранее. Для обеспечения равномерной концентрации желательно,  чтобы купорос вымывался из мешков медленно,  что связано с необходимостью увеличения времени буксирования мешков с купоросом. Купоросование этим методом целесообразно проводить в ветреную погоду,  что обеспечивает как равномерную концентрацию купороса в воде за счет волнения,  так и насыщение воды кислородом. В штилевую,  погоду купоросование следует проводить медленнее,  с расчетом меньшего одновременного расхода купороса.
Купоросование водохранилищ-охладителей выполняют также путем подвешивания рогожных мешков с медным купоросом в сбросном канале. При таком методе купоросования необходимо учитывать общий расход  циркуляционной воды,  скорость ее в сбросном канале и в водохранилище,  особенно по пути распространения циркуляционного потока.
Во время купоросования и после него в течение 2-3 сут. необходимо вести тщательный химический контроль за содержанием меди и кислорода в обрабатываемой воде. При резком падении содержания кислорода или при повышении в обрабатываемом районе концентрации меди сверх расчетной,  купоросование следует немедленно прекратить,  а воду аэрировать моторными лодками и катерами.
На второй-третий день после обработки воды медным купоросом сине-зеленые водоросли,  вызывающие "цветение" воды,  почти полностью погибают (практически их остается 0, 5-2%). Через определенный промежуток времени (25-40 сут. и более) "цветение" воды может повториться. Повторное развитие водорослей зависит от химического состава воды,  ее температуры,  проникновения на глубину лучей солнца,  необходимых для фотосинтеза, наличия или поступления организмов,  вызывающих "цветение".
Для предупреждения повторного "цветения" воды и проведения профилактических мероприятий целесообразно спустя 15-20 дней после купоросования ставить пробы на краткосрочные прогнозы либо производить фильтрование воды по методике,  описанной выше. При определении таким образом времени надвигающегося "цветения" воды или установления момента начала его необходимо проводить повторную обработку циркуляционной воды медным купоросом. Опыт купоросования водохранилищ-охладителей показал,  что в течение вегетационного периода требуется двух-трехкратная обработка воды медным купоросом.
При таких обработках происходит также отмирание или угнетение многих представителей высшей растительности.