Аналіз чинників, які негативно впливають на систему питного водопостачання. Оцінка екологічного ризику і безпеки роботи водопровідних очисних споруд. Розробка технологічних схем та засобів підвищення екологічної безпеки систем питного водопостачання.
Аннотация к работе
У 260 населених пунктах України питна води за окремими фізико-хімічними показниками (загальний солевміст, жорсткість, концентрація заліза, нітратів, аміаку, перманганатна окисність та ін.) не відповідає вимогам ДЕРЖСАНПІН "Вода питна. Особливо несприятлива ситуація з якістю води склалася у Донецькій, Луганській, Хмельницькій, Запорізькій, Херсонській областях, де близько 14% від загальної добової подачі води не відповідає вимогам стандарту. Сучасні технології очищення води (мембранні, сорбційні, каталітичні та ін.) дозволяють очистити воду від будь-яких забруднень. Додаткових досліджень вимагає оцінка якості води на виході з очисних споруд на основі врахування зміни складу води при її транспортуванні. Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному: u запропоновано науково - обґрунтовану модель оцінки екологічної безпеки систем питного водопостачання, яка включає чотири взаємозвязані підсистеми "джерело", "очисні споруди", "водопровідну мережу" і "вузол розбору води", а також методи підвищення безпеки.При розкладанні вищої водної рослинності у воду потрапляють вуглеводи, органічні кислоти, дубильні речовини, лігнін, геміцелюлоза, смоли. В процесі життєдіяльності водоростей у воді зявляються ефірні масла, вуглеводи, амінокислоти, граничні жирні кислоти, ліпоїди, щавлева, лимонна, винна та бурштинова кислоти, альдегіди. Присутність у воді цих сполук погіршує її органічні властивості - запах, присмак, кольоровість. Нітрати, які містяться у воді, впливають на організм людини специфічно, наприклад, при вмісті у воді 21 МГN/дм3 нітратів спостерігається онкологічне і серцево-судинне захворювання людей. При оцінці якості води на виході із очисних споруд має бути врахованою можливість вторинного забруднення води при її транспортуванні і розборі.Запропоновано комплексну оцінку екологічної безпеки систем питного водопостачання і системну модель, яка включає чотири блоки: "джерело", "водопровідні очисні споруди", "системи подачі і розподілу води" й "вузол розбору води". 2) розроблено методику та алгоритм ухвалення рішення щодо поліпшення екологічного стану систем водопостачання, який включає: оцінку стану джерела і вибір споруд попереднього очищення природної води; підбір основних споруд водопровідної станції; аналіз зміни якості води при її транспортуванні й перерахунок критеріїв якості води на виході з очисних споруд з урахуванням забезпечення необхідної якості води у всіх споживачів; економічну й екологічну оцінку системи питного водопостачання. 8) Встановлено, що на якість води у споживача впливає початковий склад води, матеріал труб, температура, віддаленість від джерела і реагенти, які додаються у воду в процесі її очищення і знезараження, надійність трубопроводів та устаткування, швидкість руху води. 10) обґрунтовано і розроблено технологічні схеми очищення води з евтрофованих поверхневих джерел і для очищення підземних вод із високим солевмістом, для вод, які містять нітрати, залізо, а також для реґіонів із підвищеним вмістом атмосферних опадів. Здобувачем визначений напрям досліджень, поставлено мету роботи, запропоновано методи досліджень, узагальнено результати досліджень.
План
Основний зміст роботи
Вывод
За результатами виконаних досліджень науково обґрунтовано і розроблено комплексну оцінку екологічної безпеки систем питного водопостачання, впливу забруднень на навколишнє середовище і людину; розроблено устаткування, технологічні схеми й раціональні засоби підвищення екологічної безпеки систем водопостачання. А також: 1) встановлено основні чинники, що впливають на екологічну безпеку системи питного водопостачання. До них відносяться фізичні, хіміко-бактеріологічні, гідравлічні й експлуатаційні. Запропоновано комплексну оцінку екологічної безпеки систем питного водопостачання і системну модель, яка включає чотири блоки: "джерело", "водопровідні очисні споруди", "системи подачі і розподілу води" й "вузол розбору води". Результати комплексної оцінки дозволяють аналізувати основні чинники виникнення ризику в системі й впливати на вибір раціональних управлінських рішень щодо роботи систем водопостачання;
2) розроблено методику та алгоритм ухвалення рішення щодо поліпшення екологічного стану систем водопостачання, який включає: оцінку стану джерела і вибір споруд попереднього очищення природної води; підбір основних споруд водопровідної станції; аналіз зміни якості води при її транспортуванні й перерахунок критеріїв якості води на виході з очисних споруд з урахуванням забезпечення необхідної якості води у всіх споживачів; економічну й екологічну оцінку системи питного водопостачання. Використання методики дозволяє здійснювати аналіз та ухвалювати рішення щодо підвищення екологічної безпеки системи водопостачання;
3) запропоновано методику комплексної оцінки стану джерел водопостачання, яка включає послідовне визначення наступних параметрів: оцінки лімітуючих показників, їх взаємозвязок, вірогідність появи і тривалість несприятливих подій, оцінки збалансованості продукційно-деструкційних процесів, параметричну надійність джерела. Застосування даної методики дозволило встановити тенденцію зростання перманганатної окисності у джерелах, розробку екологічних нормативів. Встановлено, що для поверхневих джерел лімітуючою є ознака шкідливості "загальні вимоги", а для підземних - "санітарно- токсикологічний". Доведено, що якість природної води значною мірою визначається наявністю у воді органічних сполук та їх зєднань з неорганічними солями, зокрема гумусних і фульвокислот, які впливають на ефективність процесів очищення та її екологічну безпеку. Виявлено, що сезонні зміни якості води, описані детермінованою компонентою, є базою для обґрунтованого управління технологією водопідготовки, оскільки відображають закономірності зміни якості води;
4) обґрунтовано теоретично та експериментально доцільність попереднього видалення органічних домішок послідовним застосуванням біоокислювальних, біоадсорбційно-каталітичних і фізико-хімічних методів для очищення природних вод із евтрофованих джерел. Визначено основні коефіцієнти для процесу біологічного очищення, запропоновано моделі процесу і конструкції споруд. Обґрунтовано застосування біоадсорбційно-каталітичного завантаження для зменшення дози первинного хлору і змісту ТГМ у питній воді. Використання блоку попереднього очищення дозволяє протягом 5 годин видалити, крім органічних речовин, бактерії і нітрати. Застосування у блоці попереднього очищення каталізаторів і природних мінералів, які характеризуються антисептичними властивостями, дозволяє знизити дозу первинного хлору при очищенні і тим самим зменшити концентрацію утворюваних ТГМ на 73,9%;
5) технологічну схему для очищення води від нітратів теоретично обґрунтовано і розроблено. Встановлено, що при проведенні денітрифікації необхідно використовувати двоступеневий біореактор (денітрифікатор преденітрифікатор) для повного видалення нітратів із води і контролювати співвідношення C/N. При низькому значенні співвідношення денітрифікація проходить частково, а також в обробленій воді зявляються проміжні продукти денітрифікації, нітрит NO2-, оксид і діоксид азоту (NO і N2O). Порушення процесу провокує збільшення концентрації у воді токсичних проміжних речовин, що викликає необхідність жорсткого контролю проходження процесу денітрифікації;
6) для запобігання кристалоутворення мінеральним солям на поверхні мембран з боку концентрату, а також для запобігання розвитку мікрофлори у мембранних елементах розроблено технологію регенерації мембран, заснована на методі прямого осмосу. Для промивки рекомендується використовувати консервовану воду. Тривалість служби мембрани збільшується в 1,5 рази. Встановлено, що ефективність очищення води і процес осадкоутворення залежить від концентрації органічних речовин. Для досягнення максимального ефекту очищення і тривалості роботи мембрани необхідно підтримувати значення перманганатної окисності початкової води нижче за 1,5МГО2/дм3.
7) теоретично й експериментально обґрунтовано екологічно безпечні комбіновані схеми очищення підземних вод від нітратів і заліза, які включають попередню біологічну обробку води. Встановлено, що застосування змішаного завантаження (мінеральне завантаження волокнувата насадка) дозволяє підвищити ефективність видалення заліза до 90%. Доведено, що для очищення підземних вод від нітратів необхідно застосовувати двоступеневу систему: денітрифікація - нітрифікація. Для проведення денітрифікації бажано підтримувати співвідношення ХПК/N рівним 3,5. Швидкість видалення нітрату визначається за рівнянням: .
8) Встановлено, що на якість води у споживача впливає початковий склад води, матеріал труб, температура, віддаленість від джерела і реагенти, які додаються у воду в процесі її очищення і знезараження, надійність трубопроводів та устаткування, швидкість руху води. Доведено, що в процесі транспортування води збільшується зміст іонів металів, каламутність і концентрація тригалометанів, концентрація мікроорганізмів, а також зменшується вміст розчиненого кисню. Швидкість зміни показників описується за рівнянням: ;
9) розроблено і впроваджено схему двоконтурного управління системою водопостачання, яка дозволяє стабілізувати тиск, контролювати якість води, знизити інтенсивність аварій на мережі. Це забезпечується за рахунок використання двох джерел, при цьому мережа, діаметр якої сьогодні перевищує вдвічі економічно вигідний, використовується як проміжний резервуар. Критична точка вибирається, виходячи з якості води у споживача. За необхідності мережа розбивається на зони із встановленням установок для очищення і підкачки води. Запропоновану схему впроваджено у містах Макіївці, Авдіївці, Шахтарську і Новоазовську. Дана схема дозволяє знизити енергетичні витрати на 30%, а екологічний збиток - на 42%;
10) обґрунтовано і розроблено технологічні схеми очищення води з евтрофованих поверхневих джерел і для очищення підземних вод із високим солевмістом, для вод, які містять нітрати, залізо, а також для реґіонів із підвищеним вмістом атмосферних опадів. Запропоновані технології дозволяють забезпечити екологічну безпеку якості води і готувати глибокоочищену. Технології впроваджені у містах Макіївці, Новоазовську, Синявську, Усть-Лабінську й селищах Корсунь, Сєдове. Впровадження алгоритму підбору споруд дозволяє одержати екологічний ефект - 30% (від експлуатаційних витрат) та економічний по м. Макіївці - 1 млн.грн.
Перелік публікацій по темі дисертації
1. Насонкина Н.Г. Повышение экологической безопасности систем питьевого водоснабжения. - Макеевка: ДОННАСА, 2005. - 181с.
Здобувачем узагальнено результати досліджень. Запропоновано нові конструкції трубчастих фільтрів і методика розрахунку.
3. Найманов А.Я., Насонкина Н.Г., Маслак В.Н., Зотов Н.И. Основы надежности инженерных систем коммунального хозяйства. - НАН Украины. Ин-т экономики пром-сти. - Донецк, 2001. -152с.
Здобувачем узагальнено результати досліджень.
4. Меженский А.Н., Насонкина Н.Г., Скобликов В.В., Уваров П.Є. Методическое руководство по обоснованию надежности и технологичности внешних сетей водоснабжения и канализации при комплексном проектировании, управлении проектами и инженерным мониторингом. - Луганськ: Вид-во СНУ ім. В.Даля, 2004. - 140с.
Здобувачем оброблено результати щодо ймовірності відмов мереж на територіях, що підроблюються.
5. Насонкина Н.Г. Потери и неучтенные расходы воды из систем водоснабжения городов // Вістник ДОНДАБА.- Макіївка, 1998. - Вип.98-2(10). - С.16-19.
6. Куліков М.І., Насонкіна Н.Г. Втрати води з водопровідних мереж та їх вплив на навколишнє середовище і людину // Інформаційний вісник Академії наук вищої школи України. - Київ, 1999. -№21. - С.9-14.
Здобувачем визначений напрям досліджень, поставлено мету роботи, запропоновано методи досліджень, узагальнено результати досліджень.
7. Насонкіна Н.Г. Стан водопровідних мереж і якості питної води //Вісник ДОНДАБА. - Макіївка, 1999. - Вип. 99-3(17). - С.29-30.
8. Насонкина Н.Г. Интенсификация работ систем водоснабжения // Проблеми екології. -Донецьк: ДОНДТУ, 1999.- Вип. 2"99. - С.11-15.
9. Насонкіна Н.Г. Аналіз надійності трубопроводів у районах гірських розробок // Вісник ДОНДАБА. - Макіївка, 2000. - Вип. 2000-3(23). - С.105-108.
10. Насонкіна Н.Г. Перспективи поліпшення якості питної води у споживачів //Збірник наукових праць: "Обладнання та технології харчових виробництв".- Донецьк: ДОНДУЕТ, 2000. - Вип. 4. - Том.2. - С.164-171.
11. Насонкина Н.Г., Чумак А.В. Применение мембранных методов для очистки воды//Проблеми екології. -Донецьк: ДОНДТУ, 1999.- Вип. 1"2001. - С.41-45.
Здобувачем визначений напрям досліджень, поставлено мету роботи, запропоновано методи досліджень, узагальнено результати досліджень.
12. Насонкина Н.Г., Карпенко Ю.Г. Изменение показателей качества воды в процессе ее распределения // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ, 2002. - С.246-249.
Здобувачем визначений напрям досліджень, поставлено мету роботи, запропоновано методи досліджень.
13. Насонкина Н.Г. Приготовление воды высокого питьевого качества//Экология Донбасса. Водные ресурсы: Сб.науч.тр. / НАН Украины. Ин-т экономики пром-сти. - Донецк, 2003г.- С.217-222.
14. Насонкіна Н.Г., Жуков Е.І. Комбіноване очищення природних вод із забруднених джерел//Коммунальное хозяйство городов. - Київ: "Техніка", 2002. - С. 170-174.
Здобувачем визначений напрям досліджень, поставлено мету роботи, запропоновано методи досліджень, узагальнено результати досліджень.
15. Насонкіна Н.Г., Карпенко Ю.Г. Безреагентне очищення водопровідної води//Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. - Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2003. - №28(40). - С.76-81.
Здобувачем визначений напрям досліджень, поставлено мету роботи, запропоновано методи досліджень.
16. Насонкіна Н.Г. Очищення природних вод від органічних сполук//Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. - Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2004. - №32(44). - С.111-115.
17. Насонкина Н.Г., Жуков И.И., Жуков Э.И. Прогнозирование изменения качества воды в Донбассе // Водозабезпечення та водне господарство. - № 1 -2004. - С. 34-37.
Здобувачем визначений напрям досліджень, поставлено мету роботи, узагальнено результати досліджень.
18. Насонкіна Н.Г., Сльоз Л.Г. Гідравлічний змішувач для очищення води//Вісник ДОНДАБА: Зб. наукових праць. - Макіївка, 2003. - Вип. 2003-4(41). - С.111-115.
Здобувачем визначений напрям досліджень, запропоновано методи досліджень, узагальнено результати досліджень, складено модель роботи змішувача.
19. Насонкина Н.Г., Акулова Ю.Г. Анализ отказов водопроводных сетей на подрабатываемых территориях//Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. - Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2004. - №41(53). - С.48-52.
Здобувачем визначений напрям досліджень, поставлено мету роботи, запропоновано методи досліджень.
20. Насонкина Н.Г., Каишева Ю.А. Анализ состояния водопроводных сетей в условиях Донбасса//Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. - Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2004. - №41(53). - С.39-47.
Здобувачем визначений напрям досліджень, поставлено мету роботи, запропоновано методи досліджень.
21. Насонкина Н.Г., Маслак В.Н., Зотов Н.И. Автономная система снабжения населения г. Новоазовска питьевой водой // Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. - Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2004. - №41(53). - С.171-178.
Здобувачем визначений напрям досліджень, поставлено мету роботи, запропоновано методи досліджень, узагальнено результати досліджень.
22. Насонкина Н.Г., Жуков Э.И. Проблемы водоснабжения Донбасса//Технологии очистки воды "ТЕХНОВОД-2004". - Новочеркасск: ООО НПО "ТЕМП", 2004. - С.17-19.
Здобувачем визначений напрям досліджень, поставлено мету роботи, запропоновано методи досліджень, узагальнено результати досліджень.
23. Насонкіна Н.Г. Використання біореакторів для очищення води із евтрофованих джерел // Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. - Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2005. - №54(77). - С.46-55.
24. Насонкіна Н.Г. Дослідження процесів осадкоутворення на мембранах//Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: ОДАБА, 2005. - Вип. № 19. - С.138-144.
25. Насонкіна Н.Г. Оцінка стану джерел питного водопостачання //Вісник ДОНДАБА: Зб. наукових праць. - Макіївка, 2005. - Вип. 2005-6(54) - С.143-149.
Здобувачем визначений напрям досліджень, поставлено мету роботи, запропоновано методи досліджень, узагальнено результати досліджень.
26. Насонкіна Н.Г., Каішєва Ю.О., Маслак В.М. Оцінка технічного стану водогінної мережі //Вісник ДОНДАБА: Зб. наукових праць. - Макіївка, 2005. - Вип. 2005-2(50) - С.92-95.
Здобувачем визначений напрям досліджень, поставлено мету роботи, запропоновано методи досліджень, узагальнено результати досліджень.
27. Насонкіна Н.Г. Прогнозування та підтримка якості води у системах подачі і розподілу води // Збірник наукових праць Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. - Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2005. - №55(78). - С.118-123.
28. Патент N 33909A UA, 6 Е 03 В 7/04 / Куліков М.І., Насонкіна Н.Г. Система водопостачання. - Надрук. 15.02.2001.
Здобувачем визначений напрям досліджень, поставлено мету роботи, узагальнено результати досліджень.
29. Деклараційний патент UA 55924А 7 B 01 D 29/00, C 02 F 1/46. / Куліков М.І., Насонкіна Н.Г., Карпенко Ю.Г.Напірний фільтр.
Здобувачем визначений напрям досліджень, поставлено мету роботи, узагальнено результати досліджень.
30. Деклараційний патент UA 55923 А 7 Е 03 В 7/04. / Куліков М.І., Насонкіна Н.Г., Чернишев В.М. Спосіб водопостачання регіонів з підвищеною кількістю атмосферних опадів.
Здобувачем визначений напрям досліджень, поставлено мету роботи, узагальнено результати досліджень.
31. Деклараційний патент №69533 А 7 C02F1/46. / Насонкіна Н.Г., Чумак А.В., Лютов І.В. Пристрій для консервації води іонами розчиненого срібла.
Здобувачем визначений напрям досліджень, поставлено мету роботи, узагальнено результати досліджень.
32. Деклараційний патент UA 67933 А 7 С 02 F 3/06. / Насонкіна Н.Г., Жуков Е.І. Пристрій для попередньої обробки забруднених поверхневих вод.
Здобувачем визначений напрям досліджень, поставлено мету роботи, узагальнено результати досліджень.