Исследование качества воды централизованной системы водоснабжения г. Дальнереченска

Вода Это магическое слово относится к удивительному по своим свойствам, самому распространенному на Земле минералу, непознанному до конца даже в наш век научно – технического прогресса, хотя это самое простое, устойчивое соединение кислорода и водорода.

Что мы знаем о воде? Это единственный минерал, который существует в природе в трех различных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Благодаря своим чудесным превращениям, вода способна к постоянному круговороту на Земле и естественной регенерации как сказочная птица «Феникс». Большинству живых организмов для осуществления процессов жизнедеятельности нужна именно пресная вода. Не смотря на способность воды к естественному круговороту, запасы пресной воды на нашей планете ограничены. Уже сейчас существуют регионы, испытывающие недостаток пресной воды. Очень много воды используется на бытовые и производственные нужды человека. В среднем, потребление воды одним человеком в сутки составляет 200 литров. Это очень много, это значит, что мы не рационально используем воду, не бережем ее и совершенно не думаем о том, что с каждым днем ее становится все меньше.

Природные воды везде в мире и в нашей стране в частности тотально загрязняются. Для того, чтобы их использовать в быту, они должны быть очищены. Без предварительной очистки большинство природных вод не приносят пользы человеку, а могут принести даже вред.

Пресную воду можно разделить на пять классов:

- очень чистая вода (0 баллов) – вода без антропогенных, промышленных, вредных примесей, такой воды в зонах населенных пунктов у нас в Приморье нет;

- чистая вода (1 балл) – вода с незначительными примесями вредных веществ, не достигающих ПДК, после обеззараживания пригодная для питья и приготовления пищи, в Приморском крае такой воды 18 - 34 %;

- умеренно загрязненная вода (2 балла) – в такой воде концентрация загрязняющих веществ достигает, но не превышает ПДК, после обеззараживания, дополнительной очистки эта вода может применяться в быту и на производстве, воды этого класса в Приморье 44 – 55%;

-затраченная вода ( 3 балла) – промышленные и коммунальные стоки, их 14 – 22%, после дорогостоящей очистки и хлорирования эту воду разрешается сбрасывать в природные источники;

- грязная и очень грязная вода (4 и 5 баллов соответственно), концентрация вредных веществ во много раз превышает ПДК, это вода не пригодная для использования, даже сброс ее в природные водные источники должен быть исключен, таких пресных вод в Приморье 8 – 9%.

Таким образом, использование пресной воды из природных источников возможно только после ее очистки.

Целью данной работы является изучение способов очистки пресной воды на примере городского Водоканала, изучение способов контроля качества очистки воды, а так же разработка предложений по улучшению качества очистки воды и по дальнейшему использованию осажденных после очистки веществ.

Питьевая вода играет огромную роль в жизни человека. В нашем организме она играет роль растворителя, без которого не могут идти жизненно важные биохимические реакции. От качества питьевой воды зависит здоровье человека и продолжительность его жизни. Поэтому изучение способов очистки воды и создание новых проектов по улучшению качества питьевой воды является очень важной и актуальной темой.

Для создания данной работы использовалась научная и научно – популярная литература по экологии о водных ресурсах, в частности, перспективы не рационального использования водных ресурсов были описаны еще в начале 90 – х годов прошлого века в книге Израэля Ю. А. «Экология и контроль состояния природной среды», экологические термины и понятия были раскрыты и применены с помощью «Экологического энциклопедического словаря» Дедю И. И. и книги Марковича Д. Ж. «Социальная экология».

Описание производственного процесса очистки воды было осуществлено с помощью книги Н. Ф. Измерова «Коммунальная гигиена», а так же для описания производственного процесса изучался проект дальнереченских очистных сооружений, созданный группой специалистов «Водэко» - проектного бюро в городе Хабаровске. Производственные процессы, применяемые на других очистных сооружениях изучались по специальным журналам «Водоснабжение и санитарная техника». Так, например, предложения об утилизации отходов были взяты из опыта работы томских специалистов, результаты которого они изложили в журнале «Водоснабжение и санитарная техника» № 1 за 2003 год.

Данные о нормах очистки воды и методах производственного контроля были взяты из Сборника Государственных стандартов и СаН ПиН.

Очистка питьевой воды на водоканале г. Дальнереченска

Материалы и методы.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1) Была изучена соответствующая научная литература и издания периодической печати, такие как «Водоснабжение и санитарная техника», «Коммунальное хозяйство России».

2) Была изучена технология очистки воды, которая применяется на Водоканале города Дальнереченска.

3) Изучены правила отбора проб питьевой воды на анализ: питьевая вода отбирается из источника в стерильную посуду, перед отбором пробы вода сливается в течении 15 минут, емкости с водой плотно закрываются и транспортируются в лабораторию так, чтобы вода не соприкасалась с крышкой.

4) Проведен контроль качества очистки воды по следующим показателям:

- органолептические свойства воды: запах при 20°С и 60°С – определяется визуально, мутность и цветность определяется с помощью прибора фотоэлектрокалориметра «КФК 2», в который помещаются две кюветы, в одну наливают дистиллированную воду для контроля, а в другую помещают исследуемую воду, с помощью рычага перемещают кюветы и на шкале прибора смотрят показания, которые заносят в регистрационный журнал анализов;

- химический анализ воды включает в себя более 20 анализов *которые проводятся в соответствии с установленными государственными стандартами*, на каждый анализ существует определенный ГОСТ, который разрабатывается Государственным комитетом стандартизации.

В настоящее время на территории Российской Федерации действует «Закон о единстве измерений», который предусматривает обязательную

аттестацию всех производственных лабораторий, поверку аппаратуры и проведение производственного контроля по определенным нормативам. Самостоятельно поменять методы анализа производственная лаборатория не может, все анализы проводятся по определенным ГОСТам. Так, например, *для определения остаточного хлора к 50 мл отфильтрованной воды добавляют йодистый калий и буферный раствор по нескольку капель, затем добавляют крахмал до изменения окраски на темно – фиолетовую, и титруют дисульфитом натрия двукислым до обесцвечивания раствора*. Смотрят объем потраченного на титрование раствора дисульфита натрия двукислого, который пропорционален содержанию хлора в литре воды, концентрацию хлора смотрят по таблице. **Титровальным методом определяют так же щелочность. Для этого к 100 мл исследуемой воды добавляют несколько капель метилового оранжевого и титруют 0,1 Н раствором соляной кислоты до обесцвечивания раствора**. Количество кислоты, пошедшей на титрование раствора пропорционально значению щелочности, которую смотрят по таблице.

Водородный показатель (кислотность) на производстве не меряют с помощью лакмусовых бумажек, а пользуются специальными приборами - pH – метрами, которые могут быть как переносными, так и стационарными, они дают более точное определение кислотности.

Результаты и обсуждение.

Водоканал города Дальнереченска осуществляет забор воды для бытовых и производственных нужд города из реки Большая Уссурка и протоки Маркова для бытовых и производственных нужд поселка ЛДК. В результате общего химического и микробиологического анализа воды природных источников стало ясно, что вода в протоке Маркова изначально по своим органолептическим свойствам, химическим и микробиологическим показателям на много качественнее, чем в реке Большая Уссурка. Поэтому технология очистки воды на водоочистных сооружениях поселка ЛДК отличается и является более простым, чем в городе.

Источником водоснабжения г. Дальнереченска являются подрусловые воды р. Большая Уссурка, забираемые дренами. * Производительность водопроводной станции – 8000 м³/сут. Подрусловые воды из дрен поступают в береговой колодец, состоящий из двух секций. Из берегового колодца вода насосами первого подъема подается на вертикальный смеситель. Перед смесителем в воду подается активный хлор, коагулянт (вещество, осаждающее взвешенные вещества) и известь, на выходе из смесителя в воду подается полиакриламид и активный уголь. Далее вода поступает в три осветлителя с коридорного типа (т. е осветлители сообщаются между собой). Где осаждаются крупные взвешенные частицы. Из осветлителей вода поступает на скорые фильтры.

Промывка фильтров производится потоком воды из специальной башни, подкачка в которую производится из резервуара чистой воды.

Очистка природных вод имеет вполне объективные сложности: дренами забираются подземные воды от потока, разгружающегося в реку, а также часть поверхностных вод из реки. В подземных водах в повышенных концентрациях содержатся растворенные формы железа и марганца, в поверхностных – мутность и цветность. Но мутность, цветность и растворенные формы марганца в природной воде находятся в нормах, не превышающих ПДК. А вот железо находится в трудно окисляемой форме и в природной воде его содержание намного превышает ПДК. Поэтому осаждение железа очень актуальна проблема для местных очистных сооружений. Для его устранения существующий метод очистки воды не вполне эффективен и есть необходимость поиска более эффективных способов устранения железа при очистке воды.

Технология очистки воды на водоочистных сооружениях ЛДК (пригороде горда Дальнереченска) более проста.

Природная вода в протоке Маркова является более чистой, менее загрязненной антропогенными загрязнителями, кроме того, в ней не содержатся трудно окисляемые формы железа, поэтому здесь применяется другая технология очистки воды, которая называется методом упрощенной аэрации. В отличие от метода, применяемого в городе, здесь в смеситель не подается коагулянт, известь и полиакриламид, а вода просто насыщается кислородом (аэрация) и хлорируется для обеззараживания. Кислород окисляет железо, окисленное железо осаждается на фильтрах.

После очистки воды остается осадок, утилизация которого является экологической проблемой не только у нас в Дальнереченске. Этот осадок просто выбрасывается в окружающую среду, загрязняя ее. Учеными ведутся активные поиски методов утилизации осадков с очистных сооружений, проекты, приемлемые для нашего города будут рассмотрены далее.

Контроль качества питьевой воды.

Контроль качества питьевой воды осуществляется круглосуточно. Анализ, например, на остаточный хлор берется ежечасно, он показывает, сколько миллиграммов хлора осталось в воде после ее очистки, анализ делается ежечасно, потому что обеззараживание воды на водоканале осуществляется хлором, который уничтожает болезнетворные микроорганизмы в питьевой воде.

Контроль качества очищенной питьевой воды проводится не спонтанно, а по графику производственного контроля, который составляет заведующая производственной лабораторией. График производственного контроля качества питьевой воды утверждается директором предприятия и согласовывается в ЦГ СЭН.

Контрольный анализ питьевой воды водозабора города Дальнереченска и водозабора поселка ЛДК проводился 16. 01. 2005 года, результаты химического и микробиологического анализа сравнивались между собой

Из полученных результатов химического и бактериологического анализа можно сделать вывод, что качество питьевой воды в поселке ЛДК значительно выше, чем в городе Дальнереченске. Это связано, в основном, не с различиями в технологиях очистки воды, а с различной степенью загрязненности природных вод и биологическим загрязнением окружающей среды. Производственная лаборатория ежедневно проводит качественный и количественный анализ природной, еще не очищенной воды, при сравнении данных химического и микробиологического анализа природной воды видно, что по органолептическим, химическим и микробиологическим показателям вода в протоке Маркова гораздо лучше, чем в реке Б. Уссурка. Это естественно, потому что Дальнереченск значительно превышает по размерам и количеству населения поселок ЛДК, поэтому здесь больше загрязнены природные воды.

Кроме контроля качества питьевой воды, производственная лаборатория контролирует качество воды в скважинах и разводящей сети ежедневно берутся пробы воды на анализ в колонках и скважинах.

Гигиенические требования к качеству питьевой воды.

Наряду с тем, что население должно быть обеспечено достаточным количеством питьевой воды, необходимо, чтобы используемая вода обладала соответствующим качеством, т. е. имела хорошие органолептические свойства (вкус, запах, прозрачность, цвет), была безвредной по своему химическому составу и не служила источником инфекционных заболеваний.

Железо тоже очень вредно для организма, но в наших природных водах его содержится очень много, а осаждать его бесконечно существующим методом очистки нельзя, потому что коагулянт содержит алюминий и при больших дозах коагулянта содержание в воде алюминия начинает превышать предельно допустимую концентрацию. Кроме того, коагулянт при различных температурах воды работает по-разному (не одинаково активен при различной температуре). Если по химическим показателям вода не соответствует ГОСТу, то могут возникнуть эпидемии среди населения, связанные, например, с низким содержанием йода, высоким содержанием фтора и т. д.

По микробиологическим показателям вода не должна содержать болезнетворных организмов. Через воду передаются такие заболевания как холера, брюшной тиф, различные формы дизентерии, гельминтозы и т. д. Возбудители заболеваний попадают в воду открытых водоемов со сточными водами населенных мест и отдельных объектов. В городе Дальнереченске эпидемиологическая опасность возрастает в несколько раз в летний период,

когда температура воды благоприятствует развитию болезнетворных микроорганизмов и гельминтов, особенно сильно она возрастает во время наводнений.

Органолептические качества воды также лучше зимой, к весне (в марте месяце), цветность и мутность начинают возрастать, хотя и в незначительной степени (до 1 мг/л), что соответствует ГОСТу.

Содержание в воде железа колеблется в течении всего года, но еще и сильно возрастает в осеннее – летний период. С большим содержанием железа связано и повышенное содержание хлора в питьевой воде, т. к. хлор тоже осаждает железо.

Повышенное содержание железа в воде вредно для человеческого организма, из за него могут возникнуть заболевания, такие как сидероз печени, болезни селезенки и на этом неблагоприятном фоне, как последствие, может развиться остеопороз позвоночника.

Таким образом, можно сделать вывод, что основными проблемами очистки воды в нашем городе являются повышенное содержание железа в природных водах и возрастание опасности биологического загрязнения окружающей среды болезнетворными микроорганизмами и гельминтамив периоды наводнений, а из за биологического загрязнения возникают трудности в очистке воды (опять же в воде содержится избыток хлора для уничтожения болезнетворных организмов).

Комментарии и предложения

Из изложенного материала следует, что очистка воды на водоочистных сооружениях г. Дальнереченска нуждается в применении новых способов очистки воды, в первую очередь таких, которые были бы эффективны для очистки воды от трудно окисляемых форм железа.

Предложения по улучшению очистки питьевой воды

Существуют и детально разработаны способы очистки воды с помощью хемосинтезирующих микроорганизмов. Изобретение разработали в Государственном предприятии «Дальневосточный научно – исследовательский институт гидротехники и мелиорации».

Изобретение относится к области водоснабжения, в частности к очистке природных вод, содержащих растворенные железоорганические соединения, и может применяться в системах водоподготовки для целей водоснабжения. Исходную аэрируют и направляют в биореактор в восходящем потоке при скорости не выше 3 – 4 м/с (чтобы не погибли микроорганизмы). Разложение железоорганических соединений происходит за счет метаболизма (обмена веществ) железоокисляющих микроорганизмов, закрепляющихся на ершовой насадке при самопроизвольном сбросе избыточной биомассы. Плотность микроорганизмов в общем объеме рабочей зоны биореактора составляет не более 10 – 15 %. После биологической очистки воду направляют на фильтрование. Исследователями установлено, что эффективность очистки воды от различных форм железа с помощью хемосинтезирующих микроорганизмов значительно выше, чем при существующем ныне химическом способе очистке воды. Технический эффект – упрощение технологии водоподготовки за счет того, что исключается необходимость регенерации биореактора, исключается вероятность загнивания биомассы в биореакторе, исключается попадание органики в разводящую сеть и развитие в ней железобактерий, а следовательно, предотвращается вторичное загрязнение очищенной воды за счет биокоррозии и обеззараживания хлором. Кроме очистки воды от трудно окисляемых форм железа, существует еще проблема утилизации осажденных в процессе очистки воды веществ. Эта проблема существует повсеместно, по крайней мере в России. Осажденные вещества сбрасываются обратно в реку, тем самым еще больше загрязняя природные воды. Способы решения данной проблемы уже тоже разработаны. *На западе, в странах Скандинавии, влажный осадок брикетируют, затем сушат и используют в металлургии*. Осадок водоочистных сооружений можно использовать в различных областях промышленности. Например, из него же получать реактивы для химического анализа или, опять же, очистки воды. Существует технология, по которой **осадок предварительно растворяют в серной кислоте:

FeOOH + 3HCl + 4H2O = FeCl3*6H2O а так же:

МеСО3 + HCl = МеCl2 + СO2 + H2O

Где Ме – Mg, Ca, Sr, Ba, Pb.

Полученный раствор содержит ионы щелочноземельных металлов в количестве, превышающем ГОСТ – 4147 – 74, поэтому, их необходимо удалять, переводя в осадок с помощью реакции:

Ме + H2SO4 = MeSO4 + 2H.

По этому способу возможно практически полное удаление щелочноземельных металлов виде осадка, затем осадок применяют в стекловаренной промышленности, кроме того, хлорид железа (III) можно использовать для получения кристаллогидрата**. Кристаллогидрат применяется для производственного контроля очистки воды. Специалистами в области экономики установлено, что такой способ получения

Естественно, осадок после очистки воды на Дальнереченском водозаборе необходимо исследовать на его химический состав, но скорее всего он не сильно отличается от такового на других водозаборах. Для осуществления предложенных методик требуются немалые капиталовложения в местный водоканал.

Водоснабжение населения очень важная отрасль производства, даже необходимая, без воды человек жить не может, для устойчивого развития любой отрасли производства, в том числе и этой, необходимы регулярные инвестиции со стороны государства. Это доказал еще *Рой Форбос Харрод, английский экономист (1900 – 1978) в своей теории экономического развития*. Никто на Западе, никогда не спорил с теорией Р. Харрода, потому что она верна. Всему прогрессивному человечеству понятно, что без капиталовложений со стороны государства не может устойчиво развиваться ни одна сфера деятельности.

Что касается обеззараживания питьевой воды, то в настоящее время в ряде регионов применяются так называемые бактерицидные лампы, которые убивают микроорганизмы в количестве 103 на квадратный кубометр воды, что позволяет не хлорировать очищенную воду. Ведь, как известно, хлор тоже отрицательно влияет на организм. Обеззараживать воду можно с помощью озонаторных установок, где убийцей болезнетворных бактерий выступает атомарный кислород, что тоже менее вредно для человеческого организма, чем хлорирование. Все эти методы очистки и обеззараживания воды разработаны и применяются уже довольно давно, в настоящее время они еще больше разрабатываются и усовершенствуются. Но для Дальнереченского водоснабжения характерно вторичное загрязнение питьевой воды: даже хорошо очищенная вода, проходя по водопроводу, где

Вообще, не смотря на то, что на очистку забираются подрусловые воды, источник питьевой воды в городе – открытый водоем т. е. река, а с очисткой вод поверхностных водоемов всегда больше проблем, чем с водой подземных источников. На мой взгляд, целесообразно рассмотреть проект скважинного забора воды в городе. Другими словами, можно пробурить скважину, рядом с которой построить станцию обезжилезивания и поить город скважинной водой, прошедшей обезжилезивание, как поступили в соседнем, Кировском районе. Такой проект и его осуществление обошлись Кировскому водоканалу в 35 млн. рублей. Все просто и современно Нужны только государственные инвестиции. Потому что сама организация не может собрать столько денег за воду с населения и других организаций за пользование водой.

Кроме того, как правило, результаты анализов на общее железо на выходе с очистных сооружений и на колонках отличаются. На колонках обычно больше общего железа. Это говорит, скорее всего о наличии вторичного загрязнения, которое происходит из-за того, что идет накопление окисленного железа в водопроводе или о том, что в разводящей сети обитают бактерии – хемосинтетики, редуцирующие оксиды железа. Возможно, при хлорировании водопроводных сетей они гибнут и происходит выброс органических форм железа из их организмов в момент гибели. Естественно, водопроводную сеть необходимо менять полностью. Сейчас многие водоканалы отказываются от металлических водопроводных труб, заменяя их на стеклянные или метаполовые трубы. Такие трубы не поддаются коррозии, прочны и удобны в использовании. В настоящее время существуют способы без траншейной прокладки труб: с помощью современной техники можно как бы «протянуть новую трубу внутри старой, не роя при этом траншеи. Проблема заключается еще и в том, что даже если на выходе из очистных сооружений вода соответствует установленным и действующим Санитарным правилам, то до потребителя она доходит уже вторично загрязненной. Понятно недовольство населения: тарифы на воду постепенно повышаются, а качество ее если и улучшается на выходе из водопроводных очистных сооружений, то в квартирах потребителей течет вода совершенно другого качества, а ведь водоканалы торгуют водой не на выходе из очистных сооружений. Поэтому перекладка водопроводных сетей удовольствие очень дорогое, но и очень нужное.

Вода имеет жизненно важное значение для человека. Она необходима для нормального течения физиологических процессов в организме. Поэтому очень важно, какого качества питьевая вода поступает потребителю. На основании проделанного исследования способов очистки и производственного контроля качества питьевой воды на дальнереченском водоканале можно сделать следующие выводы по данной работе:

1. Природные воды реки Большая Уссурка сильно насыщены трудно окисляемыми формами железа, хотя по другим параметрам качественный состав природной воды г. Дальнереченска соответствует санитарным нормам и правилам.

2. Природная вода протоки Маркова не содержит железа в таком количестве, поэтому технология очистки воды на водоочистных сооружениях поселка ЛДК проще, чем в городе Дальнереченске.

3. Способ очистки воды всегда зависит от химического состава природных вод.

4. При существующем способе очистки воды, она недостаточно эффективно очищается от примесей железа, даже при применении самых сильных коагулянтов.

5. Разработаны новые способы очистки воды от железа, которые могли бы быть эффективны в условиях данного водоканала.

6. Внедрение новых способов очистки воды требует регулярных инвестиций со стороны государства.

7. Необходимо выбрать безвредный для окружающей среды способ утилизации отходов осажденных в процессе очистки воды веществ.

8. Вода, очищенная на водоканале города Дальнереченска соответствует санитарным нормам и ГОСТу на питьевую воду, но есть способы повысить качество питьевой воды в нашем городе.

9. Необходимо очищать природную воду так, чтобы этот процесс не наносил ущерба окружающей среде, иначе очищать природную воду будет все труднее с каждым годом.

Автор благодарит работников дальнереченского водоканала в оказании помощи при написании практической части данной работы.