CC BY
47
ТЕХНИЧЕСКИЕ НА УКИ
УДК 628.1.033(571.13)
Е.Г. ГЕНЕНКО, З.Н. КОЛОШНИЦЫН, И Г. УШАКОВА
Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина, Омск
ОБЕСПЕЧЕНИЕ СЕЛЬСКОГО ПОСЕЛЕНИЯ КРАСНОЯРСКОЕ ОМСКОЙ ОБЛАСТИ ПИТЬЕВОЙ ВОДОЙ
Представлены результаты анализа обеспеченности жителей и отдыхающих в сельском поселении Красноярское. Из водозаборных скважин вода подается в разводящую сеть без водоподготовки, и она не соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01[1]. Предложен вариант ретехнологизации системы водоснабжения за счет повышения качества воды с помощью рассмотренных технологий водоподготовки. Выполнена оценка качества воды двух видов возможных источников водоснабжения - поверхностных (р. Иртыш) и подземных, а также предложены варианты технологий подготовки воды из этих водоисточников. Анализ гидрогеологических условий показал, что для водоснабжения на различных участках территории могут быть использованы подземные воды четвертичных неогеновых, верхнеолигоценовых и верхнемеловых отложений. Для обработки воды р. Иртыш предложено три варианта реагентных технологических схем. Также проанализирована возможность включения в классическую реагентную схему узлов, позволяющих повысить барьерную роль сооружений в отношении специфических природных и антропогенных загрязнений. Качество воды в подземном водоисточнике имеет отклонения от требований СанПиН по таким показателям, как повышенное солесодержание и железо. Предложено два варианта установок, предназначенных для деминерализации и очистки воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения с заданными параметрами. Выполнены технико-экономические расчеты затрат, связанных с расходованием реагентов при водозаборе р. Иртыш, а также экономическое сравнение стоимостных характеристик предлагаемых вариантов установок заводского изготовления. Мероприятия по узлам водоподготовки в системе водоснабжения в Красноярском сельском поселении позволят обеспечить граждан питьевой водой надлежащего качества в интересах удовлетворения их жизненных потребностей и охраны здоровья.
Ключевые слова: водоподготовка, оценка качества воды, технологии водоподготовки, поверхностные воды, подземные воды.
Введение
Проблема водоснабжения сельских поселений носит многоцелевой характер, находится на стыке интересов многих субъектов, сфер экономики и отраслей промышленности, является одной из главных составляющих безопасности жизни в сельском поселении, требует значительных бюджетных и инвестиционных расходов и может быть эффективно решена только программно-целевым методом.
В настоящее время источником водоснабжения Красноярского сельского поселения служат подземные воды, добыча которых производится водозаборными скважинами с подачей воды в разводящую сеть. Основной водозабор подземных вод состоит из девяти действующих скважин, водопроводной насосной станции, двух резервуаров чистой воды и водонапорной башни.
© Гененко Е.Г., Колошницын З.Н., Ушакова И.Г, 2018
К проблемам водоснабжения Красноярского сельского поселения Омской области, в частности, относятся следующие факты:
- используемая населением вода в с.п. Красноярское не соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 [1], так как во всех технологических зонах водоснабжения отсутствуют сооружения и оборудование для очистки и подготовки питьевой воды;
- отсутствие зон санитарной охраны головных сооружений водопровода либо несоблюдение должного режима в пределах их поясов [2].
Объекты и методы
Предлагаемый вариант ретехнологизации системы водоснабжения предусматривает мероприятия, направленные на создание благоприятных условий жизни человека на территории Красноярского сельского поселения - в частности, за счет повышения качества воды с помощью рассмотренных технологий водоподготовки.
Красноярское сельское поселение Омского района Омской области расположено на правом, более высоком берегу в среднем течении реки Иртыш. Река Иртыш - самый большой левый приток Оби. Основные притоки р. Иртыш на описываемом участке -Омь, Тара, Ишим, Хонда и др. В среднем течении, до г. Омска (в пределах рассмат -риваемой территории), Иртыш не принимает значительных притоков и характеризуется частым делением русла на рукава, большим количеством островов, наличием мелей.
В Омской области длина Иртыша составляет около 1200 километров. Глубина реки колеблется от 6-15 метров в плесах до 2-3 метров - на перекатах. Особенно малые глубины (до 1,5 метра и менее) встречаются на перекатах участка реки от Омска до села «Красноярка» в Омской области. Протекая в рыхлых песчано-глинистых отложениях, Иртыш сильно меандрирует, образует многочисленные протоки и старицы, особенно на левобережье.
Основной сферой занятости жителей села в последнее десятилетие стало обслуживание санаторно-курортных учреждений. На территории поселения расположены санатории «Колос» и «Коммунальник», многочисленные оздоровительные и лечебные детские учреждения, санаторно-лесная школа и детский легочно-туберкулезный санаторий, участковая больница. Кроме того, работают образовательные и культурно-просветительные учреждения (средняя общеобразовательная школа, специализированная коррекционная школа-интернат, два дошкольных детских учреждения, школа искусств, культурно-досуговый центр, библиотека, спортивный комплекс «Олимпиец»).
Результаты исследований
В представленной работе выполнен анализ возможности использования для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения двух видов водоисточников - поверхностных и подземных вод, а также предложены варианты технологий подготовки воды из этих водоисточников.
Процессы водоочистки в различные периоды изменения качества воды должны обеспечивать гибкость работы сооружений, входящих в единую технологическую систему станции, разнообразных по назначению и принципам действия. Проектная технология водоподготовки должна предусматривать экономичное расходование электроэнергии, сорбентов, химических реагентов и эффективный режим работы энергоемкого оборудования (озонаторов, флотаторов, установок ионного обмена и др.) при изменяющейся степени загрязненности исходной воды.
При выборе технологии водоподготовки желательно максимально использовать методы предварительной очистки воды от грубодисперсных примесей и органически растворенных веществ непосредственно в водозаборном узле. Это позволит сократить количество осадков на водопроводных станциях, а также эксплуатационные затраты на реагентную обработку [3-5].
Оценка качества воды поверхностного водоисточника выполнена на примере данных микрорайона Крутая Горка - ближайшем створе к сельскому поселению Красноярское с учетом регламентов, изложенных в нормативных документах. Так, согласно ГОСТ 2761-84 [6] река Иртыш отнесена ко II классу и для получения воды, соответствующей СанПиН 2.1.4.1074-01 [1], требуется осуществлять процессы коагулирования, отстаивания, фильтрования и обеззараживания.
Согласно классификации п. 9.9 СП 31.13330.2012 [7], природная вода р. Иртыш имеет среднюю мутность М = 124 мг/л и среднюю цветность Ц = 31,7 градусов ПКШ. Проектная производительность станции с учетом перспективного развития поселения составляет 2600 м3/сут. Поэтому обработку воды реки Иртыш можно осуществлять по следующим традиционным (классическим) реагентным схемам [7, табл. 10]:
1) контактные префильтры - скорые фильтры (двухступенчатое фильтрование);
2) вертикальные отстойники - скорые фильтры;
3) трубчатый отстойник и напорный фильтр заводского изготовления «Струя» (для обеспечения расчетной производительности на площадке головных сооружений потребуется размещение не менее трех установок).
Исходя из сравнительного анализа рассмотренных высотных систем [5; 7], с учетом технической оснащенности, позволяющей более эффективно довести качество питьевой воды до требований СанПиН 2.1.4.1074-01 [1], в качестве основного варианта высотной схемы сооружений на данном этапе исследований для дальнейшего рассмотрения была принята технологическая схема с контактными префильтрами и скорыми фильтрами.
Выполнены технико-экономические расчеты затрат, связанных с расходованием реагентов (коагулянтов, флокулянтов и т.д.) по удельным показателям на единицу объема обрабатываемой воды (на 1 м3 воды). Расчет включал в себя стоимость реагента в ценах 2016 г. для данного региона. Затраты (себестоимость) реагентов на подготовку 1 м3 воды из р. Иртыш составили 1,05 руб./м3.
В работе также проанализирована возможность включения в классическую реа-гентную схему узлов, позволяющих повысить барьерную роль сооружений от специфических природных и антропогенных загрязнений. Согласно рекомендациям [7], с учетом определяющих природных ингредиентов и антропогенных загрязнений в данном населенном пункте возможно преобразование рассмотренной ранее технологической схемы в двух вариантах:
С учетом этих предложений по первому варианту в традиционную технологическую схему возможно введение узла СрПУ, позволяющего осуществить ввод мелко-гранулированных или порошковых сорбентов в очищаемую воду, с последующим фильтрованием на скорых фильтрах.
По второму варианту рекомендуется включить дополнительно узлы биологической предочистки (БПБ) с помощью прикрепленной микрофлоры [8; 9], а также озонирования (ОЗ) и сорбционной доочистки в стационарном слое адсорбента (СрГУ).
ХЛ^К(Ф) ^СкФР1^СрПУ^СкФР2^ХЛ, БПБ^К(Ф) ^СкФР^ОЗ^СрГУ^ХЛ.
(1) (2)
Для окончательного выбора технологической схемы очистки воды р. Иртыш предполагается выполнение моделирования предлагаемых процессов с оценкой полученных результатов.
Технологическая схема водоподготовки с узлом биологической предочистки, контактным префильтром и сорбционным скорым фильтром
Условием современного водоснабжения поселения Красноярское является реконструкция существующих подземных водозаборов, а также, для доведения качества воды до норм СанПиН 2.1.4.1074-01 [1], обязательное строительство на них очистных сооружений. Для организации надежного водоснабжения поселка необходимо проведение оценки и утверждения запасов подземных вод на планируемых водозаборах.
Оценка качества воды подземного водоисточника выполнена по ГОСТ 2761-84 [6], водоисточник относится ко 2-му классу. Качество воды в нем по отдельным показателям имеет отклонения от требований СанПиН 2.1.4.1074-01, которые могут быть устранены аэрированием, фильтрованием. Кроме того, источники с непостоянным качеством воды, которое проявляется в сезонных колебаниях сухого остатка в пределах нормативов СанПиН 2.1.4.1074-01, требуют обязательного обеззараживания.
В соответствии с протоколом лабораторных исследований качество питьевой воды, потребляемой населением из водозаборных скважин в поселении Красноярское, оздоровительных лагерях, санаториях и базах отдыха, не соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 по повышенному солесодержанию и железу [1].
В соответствии с рекомендациями [7] подземные воды относятся к подклассу А4.3 с условиями применения: Бе < 3 мг/л, минерализация < 2000 мг/л, рН > 6,0. В технологическую схему подготовки подземных вод возможно включение следующих процессов: биосорбции с предварительной глубокой аэрацией, коагуляции, флокуляции,
фильтрования, ввода перманганата калия, электродиализа, сорбции на ГА У (гранулированных активированных углях), стабилизации, обеззараживания [10-12].
По результатам выполненного патентного поиска [10-16] наиболее подходящими на сегодняшний день установками для водоподготовки в сельском поселении Красноярское являются мембранная обратноосмотическая установка УМО-50000 и установка «Ручеек 2С/50-100», использующая мембранную технологию [17]. Установки предназначены для деминерализации и очистки воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения с заданными параметрами. В состав установки УМО-50000 входят: фильтр тонкой очистки, насос, аппарат обратноосмотический, с помощью которого реализуется процесс очистки и обессоливания исходной воды, пульт управления, промывная емкость, узел дозирования ингибитора, аппарат бактерицидный.
В конструкции установки УМО-50000 имеются узлы подсоединения блока дозирования ингибитора и промывной емкости. Система управления выдает информацию о величине технологических параметров, характеризующих качество технологического процесса, и отключает установку при снижении давления исходной воды перед насосом не менее 0,1 МПа.
В работе выполнено экономическое сравнение стоимостных характеристик двух вариантов установок заводского изготовления для обессоливания подземных вод - двух установок УМО 50000 и установки «Ручеек 2С/50-100». Экономически целесообразно применить две установки УМО-50000 с суммарной производительностью 2880 м3/сут по цене двух установок 19 584 000 тыс. руб., чем одну установку «Ручеек 2С.50-100» с производительностью 2400 м3/сут и ценой 19 649 280 тыс. руб. Для более глубокого обезжелезивания воды желательно дооснащение данных установок узлом биосорбции с предварительной глубокой аэрацией.
В работе выполнена оценка качества воды подземного водоисточника и реки Иртыш, определены классы водоисточников и предложены варианты технологических схем водоподготовки:
• с контактными префильтрами - скорыми фильтрами с дооснащением блоками биологической предочистки, озонирования и сорбционной доочистки в стационарном слое адсорбента (р. Иртыш);
• двух установок УМО-50000 с общей производительностью 2880 м3/сут. Установка может быть дооборудована узлом биосорбции с предварительной глубокой аэрацией для очистки от избытка железа и деминерализации воды, что позволит довести исходную воду до нормативов, принятых в СанПиН [1].
Осуществление предлагаемых мероприятий по узлу водоподготовки в системе водоснабжения в Красноярском сельском поселении позволит:
- обеспечить граждан питьевой водой надлежащего качества в количестве, соответствующем нормам водопотребления, по доступным ценам в интересах удовлетворения их жизненных потребностей и охраны здоровья;
- повысить экологическую безопасность окружающей среды с помощью введения в эксплуатацию новых систем водоочистки, строительства и реконструкции объектов водоснабжения.
В перспективе, при строительстве и введении в строй Горьковского группового водопровода в Омской области, необходимо рассмотреть вопрос подключения с.п. Красноярское к данному источнику водоснабжения.
E.G. Genenko, Z.N. Koloshnitsyn, I.G. Ushakova
Omsk State Agrarian University namedP.A. Stolypin, Omsk
Software rural settlements of Krasnoyarsk Omsk region drinking water
The article presents the results of the safety analysis of residents and tourists in the rural settlement of Krasnoyarsk. Because water wells diluting water is fed into the network without water treatment, and it does not meet the requirements of SanPiN 2.1.4.1074-01. Water system option retehnologizatsii, by improving water quality through water treatment technologies are considered. Made in the assessment of water quality of the two types of potential sources of water - surface (Irtysh). And below ground, as well as options for water treatment technology of these water sources. Analysis of hydrogeological conditions showed that for the water supply in different parts of the territory, underground waters of Quaternary Neogene, Upper Oligocene and Upper Cretaceous sediments can be used. To clean the water district Irtysh offered 3 different reagent flow charts. It also analyzes the possibility of including in the classical scheme of reagent components that improve the barrier role of constructions in relation to specific natural and man-made pollution. The quality of water in the underground water source has a deviation from the requirements of SanPiN on indicators such as high salinity and iron. He suggested two options for desalination systems and water treatment, drinking water with the specified parameters. The feasibility study estimates the costs associated with the cost of the water intake p reagents. Irtysh and economic comparison of the characteristics of the options are prefabricated units. The proposed activities on water treatment in water supply facilities in rural settlements of Krasnoyarsk will enable citizens to drinking water of appropriate quality to meet their vital needs and health.
Keywords: water, evaluation of water quality, water treatment technology, surface water and groundwater.
Список литературы
1. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. М. : Минздрав России, 2002. 103 с.
2. СанПиН 2.1.4.1110-02. Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов питьевого назначения. М. : Минздрав России, 2002. 13 с.
3. Оценка качества вод и их способности к обработке : учеб. пособие / И.Г. Ушакова [и др.] ; М-во сел. хоз-ва Рос. Федерации, Ом. гос. аграр. ун-т. Омск: Изд-во ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина, 2014. 88 с.
4. Ушакова И.Г., Горелкина Г.А., Маджуги-на А.А., Корчевская Ю.В. Условия эффективной водоочистки маломутных природных вод высокой цветности // Электрон. науч.-метод. журн. Омск. ГАУ. 2015. № 2 (2), июль - сентябрь [Электронный ресурс]. URL: http://e-journal. omgau.ru/index.php/ 2015-god/2/19-statya-2015-2/173 -00044.
5. Ушакова И.Г., Горелкина Г.А., Кадысе-ва А.А. Методика проектирования сооружений первой ступени водоподготовки из поверхностных водоисточников в курсовых и дипломных проектах. Омск : Изд-во ОмГАУ, 2007. 39 с.
6. ГОСТ 2761-84. Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора. М. : Изд-во стандартов, 1986. 6 с.
7. Свод правил СП 31.13330.2012 (Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84*). Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М. : ФАУ «ФЦС», 2012.128 с.
References
1. SanPiN 2.1.4.1074-01. Pit'evaja voda. Gi-gienicheskie trebovanija k kachestvu voda central-izovannyh sistem pit'evogo vodosnabzhenija. Kontrol' kachestva. M. : Minzdrav Rossii, 2002. 103 s.
2. SanPiN 2.1.4.1110-02. Zony sanitarnoj ohrany istochnikov vodosnabzhenija i vodoprovodov pit'evogo naznachenija. M. : Minzdrav Rossii, 2002. 13 s.
3. Ocenka kachestva vod i ih sposobnosti k obrabotke : ucheb. posobie / I.G. Ushakova, [i dr.] ; M-vo sel. hoz-va Ros. Federacii, Om. gos. agrar. un-t. Omsk: Izd-vo FGBOU VPO OmGAU im. P.A. Stolypina, 2014. 88 s.
4. Ushakova I.G., Gorelkina G.A., Madzhugi-na A.A., Korchevskaja Ju.V. Uslovija effektivnoj vo-doochistki malomutnyh prirodnyh vod vysokoj cvetnosti // Elektron. nauch.-metod. zhurn. Omsk. GAU. 2015. № 2 (2), ijul' - sentjabr' [Elektronnyj resurs]. URL: http://e-journal. omgau.ru/index.php/ 2015 -god/2/19 -statya-2015-2/173-00044.
5. Ushakova I.G., Gorelkina G.A., Kadyseva A.A. Metodika proektirovanija sooruzhenij pervoj stupeni vodopodgotovki iz poverhnostnyh vodoisto-chnikov v kursovyh i diplomnyh proektah. Omsk : Izd-vo OmGAU, 2007. 39 s.
6. GOST 2761-84. Istochniki centralizovan-nogo hozjajstvenno-pit'evogo vodosnabzhenija. Gi-gienicheskie, tehnicheskie trebovanija i pravila vy-bora. M. : Izd-vo standartov, 1986. 6 s.
7. Svod pravil SP 31.13330.2012 (Aktual-izirovannaja redakcija SNiP 2.04.02-84*). Vodos-nabzhenie. Naruzhnye seti i sooruzhenija. M. : FAU «FCS», 2012.128 s.
8. Орлов М.В. Биологическая предочистка природных вод с повышенным содержанием органических веществ : автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.23.04. Вологда, 1999. 21 с.
9. Пушников М.Ю. Очистка природных вод биосорбционным методом : дис. ... канд. техн. наук : 05.23.04. М., 2000. 111 с.
10. Czekalla C. Die biologishe Enteisenung und Entmanganung - Verfahrenstechnik und betriebliche Aspekte // Fachtechnik, Wasseraufbereitung, 4/97, 48. S. 22-27.
11. Аскерния А.А., Сорокина А.Ю., Дубинина Г.А. Микробиологические аспекты процессов обезжелезивания и деманганации природных подземных вод // Водоснабжение и санитарная техника. 2014. № 12. С. 14-21.
12. Бирюк В.В., Горшкалев А.А., Шиманов А.А. Мобильная вакуумно-дистилляционная установка для опреснения воды // Электротехника. Электротехнология. Энергетика: сб. науч. тр. VII Междунар. науч. конф. молодых ученых. Новосибирск, 9-12 июня 2015 : в 3 ч. Ч. 3. Секция Энергетика. Новосибирск : НГТУ, 2015. С. 289-293.
13. Говорова Ж.М. Технология кондиционирования подземной воды сложного состава для хозпитьевого водоснабжения малых населенных пунктов // Вода и экология: проблемы и решения. 2017. № 1 (69). С. 3-12.
14. Говорова Ж.М., Говоров О.Б. Исследование и опыт внедрения технологии обезжелезивания и умягчения подземной воды в Московской области // Водоснабжение и санитарная техника. 2016. № 9. С. 6-15.
15. Высоцкий С.П., Коновальчик М.В. Проблемы выбора технологий обессоливания воды // Энергосбережение и водоподготовка. 2016. № 2 (100). С. 29-35.
16. Аверина Ю.М., Павлов Д.В., Варак-син С.О. Комплексный подход к обезжелезива-нию воды // Водоочистка. 2012. № 4. С. 33-36.
17. Каталог-справочник по технологиям и технологическому оборудованию для очистки природных вод, доочистки водопроводной воды и приготовления питьевой воды / под ред. Н.М. Фрог. М. : ПО «СОВИНТЕРВОД», 2000. 182 с.
Гененко Евгений Геннадьевич, магистрант, Омский ГАУ, [email protected]; Ко-лошницын Захар Николаевич, магистрант, Омский ГАУ, [email protected]; Ушакова Ирина Григорьевна, канд. геогр. наук, доц., Омский ГАУ, [email protected].
8. Orlov M.V. Biologicheskaja predochistka prirodnyh vod s povyshennym soderzhaniem or-ganicheskih veshhestv : avtoref. dis. ... kand. tehn. nauk: 05.23.04. Vologda, 1999. 21 s.
9. Pushnikov M.Ju. Ochistka prirodnyh vod biosorbcionnym metodom : dis. ... kand. tehn. nauk : 05.23.04. M., 2000. 111 s.
10. Czekalla C. Die biologishe Enteisenung und Entmanganung - Verfahrenstechnik und betriebliche Aspekte // Fachtechnik, Wasseraufbereitung, 4/97, 48. S. 22-27.
11. Askernija A.A., Sorokina A.Ju., Dubinina G.A. Mikrobiologicheskie aspekty processov obez-zhelezivanija i demanganacii prirodnyh podzemnyh vod // Vodosnabzhenie i sanitarnaja tehnika. 2014. № 12. S. 14-21.
12. Birjuk V.V., Gorshkalev A.A., Shimanov A.A. Mobil'naja vakuumno-distilljacionnaja ustanovka dlja opresnenija vody // Elektrotehnika. Elektrotehnologija. Energetika: sb. nauch. tr. VII Mezhdunar. nauch. konf. molodyh uchenyh. Novosibirsk, 9-12 ijunja 2015: v 3 ch. Ch. 3. Sekcija Energetika. Novosibirsk : NGTU, 2015. S. 289-293.
13. Govorova Zh.M. Tehnologija kondicion-irovanija podzemnoj vody slozhnogo sostava dlja hozpit'evogo vodosnabzhenija malyh naselennyh punktov // Voda i jekologija: problemy i reshenija. 2017. № 1 (69). S. 3-12.
14. Govorova Zh.M., Govorov O.B. Issledo-vanie i opyt vnedrenija tehnologii obezzhelezivanija i umjagchenija podzemnoj vody v Moskovskoj oblasti // Vodosnabzhenie i sanitarnaja tehnika. 2016. № 9. S. 6-15.
15. Vysockij S.P., Konoval'chik M.V. Prob-lemy vybora tehnologij obessolivanija vody // Ener-gosberezhenie i vodopodgotovka. 2016. № 2 (100). S. 29-35.
16. Averina Ju.M., Pavlov D.V., Varak-sin S.O. Kompleksnyj podhod k obezzhelezivaniju vody // Vodoochistka. 2012. № 4. S. 33-36.
17. Katalog-spravochnik po tehnologijam i tehnologicheskomu oborudovaniju dlja ochistki pri-rodnyh vod, doochistki vodoprovodnoj vody i prigotovlenija pit'evoj vody / pod red. N.M. Frog. M. : PO " SOVINTERVOD", 2000. 182 s.
Genenko Evgeny Gennadievich, Master, Omsk SAU, [email protected]; Koloshnitsyn Zakhar Nikolayevich, Master Omsk SAU, [email protected]; Ushakova Irina Grigorievna, Cand. Geogr. Sci., Ass. Prof., Omsk SAU, [email protected].
