Химия и экология

гашения напора, когда давление в сетях резко снижается, на прогнивших

участках может возникнуть обратный эффект, когда из среды окружения водоема

подсасываются коммунальные стоки. Так, в Екатеринбурге вдоль южного берега

Верх-Исетского пруда проложена канализация, которой уже более 30 лет и

коллектор которой уже прогнил и протекает в питьевой пруд. Периодически,

особенно в последнее время, он протекает. Так, аварию в декабре 1995 года

не могли ликвидировать два месяца, а весной 1996 года в течение месяца. За

эти периоды в водоем поступало соответственно около 70 и 40 тысяч тонн

коммунальных стоков.

Более 2,43 миллионов человек потребляют воду, подаваемую

централизованными системами водоснабжения, не соответствующую санитарно-

гигиеническим требованиям по органолептическим показателям, (цветность,

мутность, железо, марганец, хлоридно-натриевый комплекс), 2,1 млн. —

санитарно-токсикологическим показателям (тяжелые металлы, хлорорганические

соединения, группа азота), более 2,05 млн. чел. — бактериально

загрязненную. Почти 1,5 млн. человек подвергаются двойному риску:

потребляют питьевую воду с химическими и микробиологическими загрязнениями.

Около половины населения области используют для питьевых целей

хлорированную воду открытых водоемов. Хлорирование воды приводит к

образованию высокотоксичных и канцерогенных веществ — хлорированных

углеводородов, количество которых зависит от качества исходной воды

водоисточника и технологии водоподготовки.

Качество питьевой воды, подаваемой населению области, не соответствует

требованиям действующих норм по следующим основным показателям:

1) наличие веществ, влияющих на органолептические свойства воды

(марганец, хлоридно-натриевый комплекс) — 41 территория;

2) наличие веществ, нормируемых по токсикологическому признаку вредности:

. хлорорганические соединения, образующиеся в процессе

хлорирования воды (в т.ч. хлороформ) — на 7 территориях;

. тяжелые металлы — свинец, кадмий, суммарное действие металлов

(свинец + кадмий + мышьяк) — на 7 территориях;

. азотосодержащая группа (аммиак, нитраты, нитриты) — на 5

территориях;

. кремний — на 4 территориях;

. остаточные количества веществ, используемых в процессе очистки

(алюминий) — на 2 территориях;

3) бактериальная загрязненность (ОМЧ, коли-индекс, вирусное загрязнение)

— на 18 территориях.

По эпидемиологическому признаку вредности питьевой воды хуже всего в

области дела обстоят в Кушве, Алапаевске, Верхней Пышме, Ревде и

Екатеринбурге. По токсикологическому — в Кировграде, Алапаевеке, Полевском,

Нижнем Тагиле, Екатеринбурге и Верхней Салде. Наиболее неблагополучными

городами по питьевому водоснабжению являются: г.г. Екатеринбург, Кировград,

Нижний Тагил, Туринск, Алапаевск, Краснотурьинск, Первоуральск, Ревда,

Тавда.

ПОДГОТОВКА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

После того как очищенные стоки попадут в водоемы, вода становится

вполне пригодной для растительной и животной жизни. Однако для употребления

в качестве питьевой вода из водоемов и рек требует дополнительной очистки.

Посмотрим, что же представляют собой сооружения водоподготовки.

СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ВОДОПОДГОТОВКИ. В течение 70-х и начала 80-х годов город

Питсфилд в США столкнулся с проблемой качества питьевой воды: ее вкуса,

запаха и цвета. При применении в процессе обработки только процесса

хлорирования уровни мутности и цвета время от времени начинали превышать

стандарты.

Проблема усложнялась тем, что в отдельные времена года в отдаленных

участках водопроводной системы было слишком мало или совсем отсутствовал

остаточный хлор; вкус воды явно указывал, что сырая вода города при

обработке только хлором содержит органические вещества, формирующие

тригалометаны в концентрациях, выше стандартных. Кроме того, давление воды

не всегда было достаточным в западных и северных частях системы, в то время

как в нижней части города давление наоборот было избыточным.

В течение 70-х годов были выполнены исследования, связанные с

проблемами качества воды и давления. К 1982 году была проведена комплексная

чистка водопроводной системы, а также установка дополнительных сооружений

по хлорированию воды. Кроме того, были намечены к проектированию два

очистительных сооружения, система транспортировки воды, хранения и

распределения, для того чтобы ввести очистные сооружения в систему с

обеспечением необходимого давления. Инженерные работы обеспечили основу для

установки очистных сооружений и системы модернизации стоимостью 20,5

миллионов долларов.

В состав системы вошли:

два очистных сооружения, трубопровод для транспортировки сырой воды к

очистным сооружениям, две станции контроля и управления подачей воды на

очистные сооружения, бетонный резервуар на 20 млн. л для распределения

чистой воды, станции усилительных распределительных насосов с резервуарами

для обеспечения соответствующего давления в нужных местах системы

водообеспечения, система управления и отбора проб и небольшая установка для

восстановления электрической энергии системы на клапана, задвижки и пр.

Из этого примера можно увидеть, какой состав оборудования необходим

для обеспечения населенного пункта чистой водой, насколько важна проблема

этого обеспечения, каких громадных капиталовложений она требует и как

относятся к этой проблеме в США. Сравните все это с приведенными ниже

данными по нашей области.

В Екатеринбург вода поступает из системы поверхностных водохранилищ:

Верх-Исетского, Волчихинского и Верхне-Макаровского. Из них главными

являются Волчихинское и Верх-Исетское. В Волчихинское водохранилище

поступают шахтные сильно загрязненные сточные воды из г. Дегтярска, сточные

воды с водосбора и атмосферные потоки с территории Первоуральского

промышленного узла. После этого вода направляется на Главную фильтровальную

станцию (ГФС), расположенную на Большеконном полуострове, где происходит ее

очистка и обеззараживание, после чего грязная часть (шламовые воды) через

отстойник и озеро «Здохня» поступает во второй питьевой водоем — Верх-

Исетский пруд. Таким образом, в год, по подсчетам специалистов, во второй

питьевой источник поступает до б тыс. тонн взвешенных веществ и

загрязнений.

Результаты эколого-микробиологического изучения этого водоема Институтом

гигиены труда и профзаболеваний в течение 1993 - 1994 гг. показали, что во

всех пробах воды обнаружен стафилококк, лактозоположительные кишечные

палочки, периодически появляются вирусы гепатита А. Общее количество

бактерий превышает ПДК в 54, а сапрофитных микроорганизмов в 45 раз. К

этому следует добавить повсеместное распространение в воде паразитных

червей численностью до 40 тыс. экземпляров в 1 м3.

«Питьевая» вода в Екатеринбурге относится к V—VI классам с очень

высокой степенью загрязнения. По мнению специалистов, Верх-Исетский пруд

должен быть исключен из любых видов пользования, в том числе купания.

Из-за неудовлетворительного состояния водопровода г. Екатеринбурга

наблюдается ежегодное увеличение потерь воды. Величина потерь больше, чем

объем воды, используемый на горячее водоснабжение г. Екатеринбурга, который

составил в 1994 году 53,15 млн. м3/год.

Установлено загрязнение органическими соединениями воды поверхностных

и подземных источников водоснабжения (гг. Екатеринбург, Красноуральск,

Качканар, Ара-миль, Ивдель и др.).

Качественные характеристики воды поверхностных водоемов и

значительного числа эксплуатируемых подземных водоисточников не

соответствуют возможностям сооружений водоподготовки из-за значительного

исходного содержания органических соединений, железа, марганца, бора,

брома, нитратов, аммиака, цветности и др.

После водоподготовки из поверхностных водоемов регистрируется наличие

в воде вирусов, повышенных концентраций хлороформа, обладающего влиянием на

развитие онкологических заболеваний и неблагоприятных наследственных

изменений, остаточных количеств ядохимикатов, солей тяжелых металлов. В

1996 году из водопроводной воды выделен антиген вирусного гепатита в гг.

Первоуральске, Асбесте, Нижнем Тагиле, Верхней Пышме, Алапаевске,

Ектеринбурге.

В периоды паводков и летом в питьевой воде наблюдаются превышения

допустимых норм по остаточному алюминию, железу, марганцу, хлороформу,

мутности, цветности, запаху.

ВИДЫ ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ. По конфигурации водопроводная сеть можетбыть

кольцевой или разветвленной, тупиковой. Гигиенические преимущества — на

стороне кольцевой сети, которая обеспечивает большую надежность и

бесперебойность снабжения всех объектов. Кольцевая сеть лучше противостоит

действию гидравлических ударов, постоянно промывается непрерывном током

воды, поэтому менее загрязняется, чем разветвленная. В тупиковых концах

разветвленной системы вода может застаиваться, что влечет за собой

образование осадка, являющегося благоприятной средой для размножения

микрофлоры: взмучиваясь, он ухудшает орга-нолептические свойства воды.

В качестве материала для водопроводных труб наиболее часто используют

чугун, сталь, асбоцемент и железобетон. В последнее время на практике все

чаще применяются пластмассовые трубы из полипропилена высокого и низкого

давления, стабилизированного полипропилена, полиметилметакрилата.

Перечень новых материалов и реагентов, разрешенных Министерством

здравоохранения для применения в практике хозяйственно-питьевого

водоснабжения, имеет раздел, в котором опубликованы материалы, запрещенные

для использования при строительстве водопроводов.

Источниками воды для систем хозяйственно-питьевого водоснабжения могут

быть поверхностные водные объекты (реки, озера, водохранилища) и запасы

подземных вод. Источники водоснабжения находятся под постоянным

воздействием различных факторов — природных и антропогенных. На них

оказывают влияние метеорологические явления, условия формирования

поверхностного или подземного водного потока, хозяйственная и бытовая

деятельность человека. Надежность работы водопровода тем выше, чем более

постоянен состав воды источника водоснабжения. С целью предотвращения

эпизодического, периодического или систематического действия факторов,

ухудшающих качество воды источника хозяйственно-питьевого водоснабжения,

организуются зоны санитарной охраны (ЗСО). Под ЗСО источника водоснабжения

понимают специально выделенную территорию, связанную с источником

водоснабжения и водозаборными сооружениями.

Зоны санитарной охраны источников хозяйственно-питьевого водоснабжения

устанавливаются в составе трех поясов. Назначение первого пояса (зона

строгого режима) заключается в защите места водозабора и водозаборных

сооружений от загрязнения и повреждения. Территория первого пояса ЗСО

должна быть ограждена, на нее не допускаются посторонние лица, запрещается

строительство любых объектов, не связанных с нуждами водопровода.

Основной задачей второго и третьего поясов ЗСО поверхностного

водоисточника является ограничение микробного загрязнения в створе

водозабора, а для подземных источников — сохранение постоянства природного

состава воды в водозаборе, которая в нашей стране, как правило, без

обработки используется для питьевых целей.

Для эффективной защиты подземных вод от микробного загрязнения служит

второй пояс ЗСО, ограниченный контуром, время движения загрязненного потока

от которого до водозабора (скважины) должно быть достаточно для того, чтобы

патогенные бактерии и вирусы потеряли жизнеспособность и вирулентность (для

грунтовых 400 дней, межпластовых — 200).

В настоящее время в Свердловской области имеется 845 водопроводов.

Половина населения области обеспечивается водой от 49 водопроводных систем,

забирающих воду из поверхностных источников. Наиболее неблагоприятно

обстоят дела в г. Екатеринбурге (из 48 источников не имеют ЗСО — 36),

Серовском (из 41 — 9), Шалинском (из 70 — 20), Ирбитском (из 92 — 83),

Тугулымском (из 6 — 3), Байкаловском (из 16 — 16) районах.

Основной причиной ухудшения качества питьевой воды ряда территорий области

(гг. Екатеринбург, Нижний Тагил, Каменск Уральский, Алапаевск,

Краснотурьинск и др.) является отсутствие необходимых условий защиты от

загрязнения водоисточников, нарушение технологических режимов эксплуатации

сооружений водоподготовки и разводящих сетей, их аварийное состояние.

Нарушения в части защиты водоисточников от загрязнения приводят к

подаче воды, опасной для здоровья населения. В поверхностных источниках

централизованного водоснабжения, кроме сбрасываемых сточных вод,

представляют немаловажную опасность донные отложения.

ОБРАБОТКА ВОДЫ ИЗ ПОДЗЕМНЫХ ИСТОЧНИКОВ. Качество используемых

подземных вод Свердловской области в целом соответствует установленным

стандартам. Однако для городов Асбест и Серов на отдельных водозаборах

требуется дополнительная очистка, деманганация и обеззараживание.

В нашей стране вода из подземных источников часто употребляется без

доочистки, в то время как за рубежом из нее удаляется углекислый газ,

железо и марганец. Иногда требуется снижение высоких уровней жесткости,

высоких концентраций солей, удаление органических и особенно гумусовых

веществ, устранение промышленных

и сельскохозяйственных загрязнений (таких как хлорированные углеводороды

или пестициды), уничтожение бактерий или других патогенных организмов.

Природа и концентрация загрязняющих веществ в сырой воде определяет выбор

средств и оборудования для их удаления.

Раскисление. Для раскисления используются открытые или закрытые

аэраторы, такие как каскадные, дегазифи-кационные или спрейерные системы. В

процессе раскисления удаляются растворенные в воде углекислый газ,

сероводород, метан и другие газы. Для этой цели можно использовать также

химические методы, реагенты типа сода или едкий натр (NaOH), известковое

молоко, мрамор, доломит и другие натуральные или синтетические раскисляющие

средства.

Удаление железа и марганца. Для удаления из воды железа и марганца

используются как гравитационные, так и напорные фильтры с одним или

несколькими фильтрующими слоями.

Умягчение. Высокая карбонатная жесткость контролируется осаждением с

известковым молоком, реже ионным обменом.

Дезинфекция. Окончательная дезинфекция обработанной воды обычно

осуществляется хлором или хлорсодержащими соединениями, такими как диоксид

хлора. В последнее время для стерилизации воды получили распрост ранение

ультрафиолетовое облучение и озонирование.

Обработка загрязненной воды из подземных источников. Сейчас

подземные источники, используемые для питьевой воды, содержат осадочные

продукты сельскохозяйственных химикатов, пестицидов, поступающих вместе со

стоками с полей, растворителей, хлорированных углеводородов химической

промышленности.

Так, Североуральский бассейн подземных вод, в состав которого входит

Кальинское месторождение, содержит повышенные концентрации нитритов.

Дополнительные методы обработки включают в себя десорбирование, добавку

угольной пудры и/или фильтрацию через слой активированного угля.

ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ГРУНТОВЫХ ВОД

Грунтовые воды имеют важное значение для жизнедеятельности всех

живых существ. Они питают подземные и поверхностные источники, используются

растениями и другими организмами. Загрязнение грунтовых вод может серьезно

сказаться на качестве питьевой воды и на жизнедеятельности живых

организмов.

Поэтому в развитых странах грунтовым водам придают очень большое

значение и разрабатывают новые технологии их очистки.

Воздушная вентиляция — один из самых распространенных способов

восстановления грунтовых вод и их очистки. При воздушной вентиляции

осуществляют инжекцию воздуха или кислорода в водоносный слой для отгонки

или смыва летучих загрязнений. При этом воздушные пузырьки проходят через

грунтовые воды и захватываются системой паровой экстракции.

Вся система действует на участке как воздушный де-сорбер. Легкие фракции

или летучие загрязнения обычно извлекаются через почву скважинами паровой

экстракции и в дальнейшем обрабатываются.

Биологическая очистка на месте часто применяется в комбинации с

воздушной вентиляцией. Питательные вещества или источник кислорода

(например, воздух) закачиваются под давлением в водоносный слой для

повышения интенсивности биологического разложения загрязнений в грунтовых

водах. Продукты разложения выкачиваются применением воздушной вентиляции.

Обработка пассивными барьерами аналогична обработке

химическими барьерами из жидкой глины.

Загрязненная грунтовая вода контактирует с барьером и начинается

химическая реакция. Один из типов обработочного барьера — известковый

барьер, который повышает рН. Повышение рН эффективно задерживает

растворенные металлы в насыщенной зоне. Другой тип пассивного барьера

содержит железную начинку, которая дехлорирует хлорные соединения.

При окислении на участке используют соответствующие химические

вещества, которые окисляют загрязнения, растворенные в грунтовых водах,

превращая их в нерастворимые соединения, которые осаждаются. Применяется

при известном составе загрязнений.

Смывание поверхностно-активными веществами (ПАВ) воздействует на

жидкие загрязнения, не содержащие воду, повышает растворимость и

подвижность загрязнения в воде. Таким образом, эти жидкие загрязнения более

легко могут быть подвергнуты разложение в водоносном слое и восстановлены

после откачки воды для обработки на поверхности.

ОБРАБОТКА ВОДЫ ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Так как ресурсы воды хорошего качества из подземных источников

ограничены, возникает необходимость привлечения все большего количества

воды из поверхностных источников: рек, озер и водохранилищ. Для обработки

воды из поверхностных источников необходим значительно более широкий

диапазон методов (см. рис. 62), так как они содержат другие многочисленные

загрязняющие вещества, часть из которых просто нежелательна, в то время как

другие опасны для здоровья. Этими загрязняющими веществами могут быть:

мусор, водоросли, планктон, органика, вещества, придающие воде неприятные

вкус и запах, соединения тяжелых металлов, бактерии и другие патогенные

микроорганизмы.

Мусор удаляется грубыми и тонкими решетками, перемещающимися

ленточными решетками или вращающимися барабанными решетками. На этой стадии

удаляются также присутствующие в сырой воде водоросли и планктон.

Удаление коллоидных, взвешенных и растворенных загрязняющих веществ

осуществляется в несколько этапов. Процесс очистки воды в этих сооружениях

обычновключает в себя:

химическую флоккуляцию с помощью первичных флоккулянтов (соединения

железа или алюминия), отделение твердых взвешенных частиц, например

воздушной флотацией, фильтрацию песком осадочных продуктов флоккуляции.

Довольно часто проводятся предварительная и сопутствующая дезинфекции, а

также дополнительная фильтрация воды через активированный уголь с

заключительной фильтрацией песком.

1 — Забор сырой воды.

2 — Камера химического перемешивания.

3 — Реакционная камера.

4 — Камера флоккуляции.

5 — Распределительная камера.

6 — Блок наклонных пластин.

7 — Зона уплотнения отстоя.

8 — Зона сепарации.

9 — Канал выпуска чистой воды.

10 — Насос обратной перекачки отстоя.

11 — Излишний осадок.

Флоккуляция. Взвешенные частицы могут быть удалены из воды путем

агломерации в частицы с размерами, достаточными для осаждения под действием

силы тяжести. После ввода коагуляторов отталкивающие электрокинетические

заряды частиц нейтрализуются, они прилипают друг к другу, и формируется

медленно оседающий флоккулированный осадок из небольших по размеру частиц.

Если жидкую массу теперь мягко перемешать, контакт между частицами

усилится, и они начнут расти в размерах. Этот эффект, называемый

флоккуляцией (flocculation — образование хлопьев), значительно ускоряется,

если проводится при заранее сформированном флоккулированном осадке, так как

сформировавшиеся новые частицы наращиваются на уже осажденные, тем самым

рост происходит значительно быстрее.

Фильтрация. Заключительная фильтрация (см. рис. 64) в большинстве

случаев выполняется с помощью песочных фильтров в бетонных сооружениях, но

иногда используются напорные фильтры, размещенные в стальных или бетонных

резервуарах.

Предварительная и попутная дезинфекция с целью разрушения вредных

организмов, регулирования вкуса и запаха иногда выполняется совместно с

озонированием. Очень часто для предотвращения повторного размножения

организмов в обработанной воде водопроводной системы используется

последующее хлорирование.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7