ОПТИМАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ВОДОПОДГОТОВКИ ВОДЫ В МАЛЫХ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТАХ

OPTIMAL WATER TREATMENT METHODS IN SMALL POPULATIONS

Kira Solntseva

Student, Department of Water Supply and Wastewater Hydraulics, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh

Yulia Kogteva

Student, Department of Water Supply and Wastewater Hydraulics, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh

Valentina Pomogayeva

Ph.D., Associate Professor of the Department of Hydraulics of Water Supply and Wastewater Disposal, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh

Водоподготовка в малых населенных пунктах сопряжена с рядом проблем. Одной из самых актуальных является недостаточная разработка материалов для проектирования и ограниченное финансирование [1].

При водоснабжении, как правило, используют грунтовые воды.  Подземные воды, особенно из более глубоких горизонтов, более минерализованы, содержат больше солей различных металлов, поскольку, просачиваясь через грунты, вода обогащается различными химическими элементами. В результате этого затраты на водоподготовку и доведение подземных вод до необходимого уровня качества могут быть достаточно значительными. Вместе с тем загрязнение подземных вод происходит медленнее и для них меньше риски внезапного ухудшения качества вод.

Как правило, водоснабжение населённых пунктов осуществляется посредством природных источников, чаще всего скважин или открытых водоёмов. Однако качество воды в них далеко не всегда соответствует всем санитарным нормам. В условиях компактного проживания людей посторонние примеси в воде способны привести к массовым заболеваниям и развитию эпидемий. Поэтому организация водоподготовки для населённого пункта является одной из важнейших задач коммунальных служб и администрации посёлка [1].  

Анализ воды из скважины чаще всего показывает превышения по железу, марганцу, сероводороду и солям жесткости [1, 2]. Такую исходную воду нельзя использовать для питья, приготовления пищи, для бытовых и хозяйственных нужд.

Природные воды часто оказываются низкого качества, которые не рекомендуется использовать ни в питьевых, ни в технических целях. Как показывает практика, все загрязняющие вещества (природные и антропогенные), превышающие ПДК, можно разделить на следующие группы:

• Соединения железа (Fe2+, Fe3+) и марганца (Mn2+), тяжелых металлов;
• Органические вещества, которые влияют на цветность, мутность, запах воды;
• Взвешенные вещества (частицы песка, ила, торфа);
• Соли жесткости (Са2+, Мg2+);
• Вирусы, бактерии, грибки;
• Пестициды, фенолы, сероводород.

Прежде чем попасть к потребителю, забранная вода должна пройти подготовку. Процесс водоочистки связан с составом забираемой воды. Если в воде много мусора, то используется предварительная очистка, которая позволяет удалить грубые примеси (песок, ил, остатки древесной растительности, водоросли, скопления планктона и т. д.). Делается это при помощи грубых фильтров. При высокой мутности может потребоваться отстаивание воды непосредственно в водоприемниках (водохранилищах, ковшах) либо использование фильтрующих водоприемников или гидроциклонов. Все эти методы относятся к механическим методам водоподготовки.

Если в воде наблюдаются высокие концентрации органических загрязнений и соединений азота (что возможно в летний период), то могут быть использованы и биологические методы водоподготовки, схожие с теми, что применяются в водоотведении для глубокой очистки сточных вод. Эти методы включают аэрацию воды в водохранилищах, очистку с помощью водной растительности, биологическую очистку в биореакторах с прикрепленной микрофлорой.

На следующей ступени очистки применяются различные методы, выбор которых определяется исходным составом воды в источнике водоснабжения. Основной этап водоподготовки может включать в себя коагулирование, отстаивание, фильтрование с реагентной обработкой или без нее.

Последней ступенью очистки питьевой воды является обеззараживание, которое обеспечивается различными методами: хлорирование, озонирование, электроимпульсная обработка, ультрафиолетовое облучение, дезинфектанты и др. При значительном превышении стандартов качества в водоисточнике используются дополнительные методы: вторая ступень осветления, окислительные и сорбционные методы и более эффективные методы обеззараживания. Важно понимать, что в зависимости от состава исходной воды для каждого конкретного объекта должны разрабатываться комплексные технологические решения с учетом перспективных технологий и их экономической эффективности.

Рассмотрим водоподготовку на примере одного из районов Липецкой области. Водоснабжение осуществляется из скважин.

Для водоснабжения всего района необходимо 1 846 650 м3.Вода из большинства скважин соответствует требуемым нормам и не нуждается в особой водоподготовке. Но в некоторых из них превышены показатели бора, железа и жесткости.

Для того что бы добиться хорошего качества и сделать воду пригодной для пользования населением, очистка должна производиться с помощью установок обратного осмоса для удаления бора из воды [3]. В подземных водоисточниках, располагающихся даже в пределах одного небольшого населенного пункта, концентрации бора могут различаться более чем на порядок. Для нормальной жизнедеятельности человеку необходимо в сутки получать 1-2 мг бора, при этом минимальная доза поступления бора – 0,2 мг., максимальная - 10 мг [3]. Физиологическая норма содержания бора в питьевой воде, составляет 0,1 – 0,4 мг/л, а ПДК 0,5 мг/л.

В воде скважин содержание бора составляет 0,91-1,7 мг/л [4], что превышает нормы содержания, введённые различными организациями. Метод обратного осмоса был выбран т.к. из всех исследованный методов способ удаления бора методом обратного осмоса является самым эффективным. В методе используется полупроницаемая мембрана, которая пропускает воду, а на своих стенках задерживаются коллоиды, ионы растворенных солей, молекулы органических веществ и микроорганизмы. Размер мембраны принимается в зависимости от размера задерживаемых частиц. Эффективность очистки от бора при обратноосмотическом удалении бора в среднем она составляет 90,11% [5], что выше на 5-30%, очистки на пример на сорбирующих фильтрах при сорбенте - гидроксиде циркония.

Так же в скважине находящейся на территории одной из деревень района превышены показатели содержания железа и жесткости воды. Нормой содержания железа является 0,3 мг/л, показатели из проб составляют 9,1 мг/л. По санитарным правилам и нормам (СП 2020) жесткость питьевой воды из централизованного источника водоснабжения не должна превышать 7 мг-экв/л (в отдельных случаях 10 мг-экв/л). На практике даже «средняя» жесткость вызывает заметный дискомфорт. Показатели из проб составляют 8,9 мг-экв/л [4]. Оптимальным вариантом является использование системы обезжелезивания и умягчения воды из скважины. Особенность такой фильтрации заключается в том, что вода потребителю поступает с предварительной обработкой растворенным кислородом, необходимость которого возникает тогда, когда требуется окислять двухвалентное железо. Особенностью данной системы является аэрационная колонна. Вода насыщается кислородом воздуха, и все растворенное в ней железо окисляется, а затем, попадая в слой загрузки фильтра-обезжелезивателя, задерживается. На фильтре умягчителе удаляются главным образом катионы кальция и магния, что приводит к снижению общей жесткости.Механический фильтр тонкой очистки является барьером от случайного попадания каких-либо частиц.

Так же требуется осуществить умягчение воды. Принцип умягчения и водоочистки методом ионного обмена заключается в том, что ионообменная смола, вступая в реакцию с растворенными в воде солями, отдает ионы. Основная причина обмена частицами между жесткой водой и фильтровой загрузкой заключается в разности концентрации ионов.

Выводы:

Уникальность каждой системы водоснабжения требует индивидуального подхода, тщательной подготовки и анализа исходных данных, выполнения достаточно сложных технико-экономических расчётов [6]. Диктующим фактором при этом является состав и свойства исходной воды, а также местные условия. Это позволяет оптимальным образом решить проблему очистки даже весьма сложных по составу подземных вод. Приоритетными методами являются - безреагентные методы водоподготовки [6]. Они легко автоматизируемы и просты в эксплуатации.

Представленные варианты являются самыми оптимальными при водоподготовке воды в изучаемом районе Липецкой области.