Влияние экологического состояния водоисточников на водоснабжение мегаполиса

Аннотация

Теоретически эффективным средством повышения качества питьевой воды является улучшение состояния поверхностных источников водоснабжения. Однако даже при наличии возможности реализации природоохранных мероприятий они носят долгосрочный характер. На практике наиболее реальными методами являются корректировка качества воды на водозаборах станций водоподготовки путем изменения гидрологического режима и оперативное управление очисткой воды на станции водоподготовки. Применение классической технологии очистки воды коагулированием и осветлением в комплексе с озоносорбцией, ультрафильтрацией позволяет обеспечить необходимую степень очистки воды и ее соответствие перспективным нормативным требованиям независимо от состояния источника водоснабжения.

Ключевые слова

питьевая вода , загрязнение , источник водоснабжения , технология водоподготовки

Скачать статью в журнальной верстке PDF

Состояние источников водоснабжения в значительной степени влияет на выбор технологической схемы подготовки питьевой воды на водопроводных станциях. Источники водоснабжения Москвы – поверхностные, их состояние по основным показателям оценивается как стабильное, но неудовлетворительное. В наибольшей степени это относится к воде р. Москвы (с точки зрения микробиологии). На рис. 1 в качестве примера приведены данные по одному из основных микробиологических показателей – термотолерантным колиформным бактериям – на водозаборе Рублевской станции водоподготовки. Количество ТКБ в течение большей части года превышает нормативную величину для водоисточников – 100 КОЕ/100 мл (СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод»). Кроме этого, регулярно отмечается сезонное развитие фитопланктона в воде р. Москвы (табл. 1).

08_04_ris-01

Цветение вызывается воздействием ряда факторов как природного, так и антропогенного характера, в том числе поступлением в водоисточники большого количества биогенных элементов со сбрасываемыми сточными водами. В связи с этим в последнее время участились случаи появления неприятных запахов воды на водозаборах станций, что вызывает серьезные проблемы в технологии водоподготовки.

08_04_tabl-01

Московские водоисточники в силу определенного влияния болот и торфяных массивов характеризуются достаточно высокой цветностью воды и перманганатной окисляемостью, которая может достигать 16 мг/л. В воде р. Москвы высокая окисляемость обычно наблюдается кратковременно, в течение нескольких дней, во время половодья или интенсивных дождевых паводков. В волжских водохранилищах высокая величина окисляемости может сохраняться в течение 2–3 месяцев в холодное время года. Соблюдение нормативных требований к качеству питьевой воды по этому показателю – достаточно сложная технологическая задача.

Основная проблема поверхностных вод, используемых для водоснабжения и расположенных вблизи больших городов, – высокая степень вероятности их залпового аварийного загрязнения. Реки Москва и Волга не являются исключением. На площади водосбора московских водоисточников, а это около 50 тыс. км², расположены сотни населенных пунктов, сельскохозяйственных и промышленных предприятий, представляющих реальную угрозу ухудшения качества исходной воды.

08_04_ris-02

Большинство водных объектов весьма привлекательны с точки зрения отдыха, занятий спортом, рыбной ловли. В последнее время идет интенсивное отчуждение берегов рек, озер и водохранилищ под частную коттеджную застройку (рис. 2). Это сопровождается сведением лесов, что приводит к изменению водно-физических свойств грунтов, снижению ассимиляционной способности почв и, как следствие, снижению естественной самоочищающей способности прибрежных территорий.

Негативное влияние сельскохозяйственных предприятий на водоисточники связано с несвоевременной очисткой навозохранилищ и выгульных площадок скота, несанкционированным складированием навозной массы и сливом органики на поля, а также ее потерями при транспортировке. В результате – неприятный запах, насыщение воды биогенными элементами.

Ливневые коллекторы, а также поверхностный сток вдоль дорог и автомагистралей являются причиной загрязнения воды нефтепродуктами, что особенно характерно для периодов половодья и дождевых паводков.

Рост числа потребителей воды на водосборных территориях обусловливает значительные объемы сброса стоков в водные объекты. Так, только с территории Московской области в реки сбрасывается более 200 тыс. м³/сут сточных вод, из которых около 80% не соответствуют нормативным требованиям очистки воды. Помимо прямого микробиологического загрязнения сточные воды несут в водоисточники биогенные элементы, что приводит к эвтрофированию водохранилищ. Безусловно, комплекс принимаемых мер по охране поверхностных вод позволяет предупредить катастрофический рост воздействия интенсивной хозяйственной деятельности на площади водосбора. Однако положительное влияние реализуемых мероприятий носит «отложенный» характер в силу инерционности природных экосистем.

Независимо от состояния водоисточника качество питьевой воды должно всегда соответствовать государственной нормативной базе, которая постоянно пересматривается, в основном в сторону ужесточения. В качестве примера в табл. 2представлена динамикаизменения норматива на содержание в питьевой воде хлороформа – основного побочного продукта хлорирования.

08_04_tabl-02

Очевидно, что отечественный норматив сейчас существенно жестче не только по отношению к требованиям Всемирной организации здравоохранения, но и по сравнению с общеевропейским стандартом.

Концентрация хлороформа напрямую зависит от режима хлорирования, который в свою очередь обусловлен микробиологическим загрязнением водоисточника. Аналогичным образом дело обстоит по другим показателям, которые изменяются в процессе очистки. Таким образом, для обеспечения нормативного качества питьевой воды необходимо улучшение, по возможности, качества воды на водозаборах и использование гибкой технологии водоподготовки.

Первое реализуется с помощью мониторинга качества воды по пути ее движения до водозаборов станций водоподготовки, оперативного поиска и ликвидации источников загрязнения. По результатам мониторинга осуществляется управление гидрологическим режимом, когда за счет изменения попусков воды из водохранилищ можно скорректировать качество воды, поступающей на очистку. Такие методы управления применяются для снижения интенсивности запахов, содержания природных органических веществ, фитопланктона и других загрязнений.

Необходимая глубина очистки воды на станциях водоподготовки Москвы достигается изменением режима реагентной обработки воды и эксплуатации очистных сооружений. Яркий пример – снижение содержания хлороформа до 20 мкг/л за счет внедрения хлорирования с аммонизацией на предварительной стадии очистки. Однако далеко не по всем показателям качества воды можно добиться такой эффективности без принципиальных изменений технологии.

Для обеспечения надежности очистки воды до уровня современных и перспективных нормативов дополнительно к классической очистке с использованием коагулянтов необходимо применение эффективных методов, увеличивающих степень извлечения из воды всех видов загрязнений. В Москве подобные технологии используются уже в течение нескольких лет. Традиционное коагулирование с двухступенчатым осветлением реализуется с применением комплекса реагентов – коагулянтов, флокулянтов, регуляторов рН, а также с помощью механического перемешивания воды. При этом достигается не только улучшение качества очищенной воды, но и сокращение объемов осветлительных сооружений и занимаемой площади, что в условиях мегаполиса имеет немаловажное значение.

Технологическая схема водоподготовки дополнена одно- или двухстадийным озонированием для окисления органических и неорганических соединений. Это способствует процессам коагулирования и осветления, одновременно происходит дезодорация воды. Озонирование в сочетании с последующей сорбцией продуктов окисления на порошкообразном или гранулированном активном угле, с одной стороны, обеспечивает эффективность удаления химических загрязнений, включая побочные продукты озонирования (формальдегид), с другой стороны, продлевает срок работы угольных фильтров между регенерациями. В данном случае работает своеобразная биотехнология: озонирование окисляет органические соединения до форм, которые легко сорбируются активным углем и усваиваются микроорганизмами, развивающимися в угле. Таким образом, происходит постоянная очистка угля от части задержанных загрязнений. По нашему опыту, межрегенерационный период активного угля в условиях Москвы составляет около 5 лет.

Применение на завершающей стадии очистки воды ультрафильтрационных мембран, как это делается в Москве на Юго-Западной водопроводной станции, позволяет повысить глубину удаления взвешенных частиц, в том числе всех видов микробиологического загрязнения.

В системе централизованного водоснабжения Москвы качество питьевой воды, получаемой по описанным технологическим схемам, соответствует уровню нормативов развитых стран мира.

Характерной особенностью систем водоснабжения мегаполисов является разветвленная и протяженная водопроводная сеть. Независимо от применяемой технологии подготовки питьевой воды полностью отказаться от использования хлорсодержащих реагентов, которые в данном случае необходимы для поддержания нормального санитарного состояния трубопроводов и обеспечения эпидемической безопасности
питьевой воды, нельзя. Эти реагенты с сильными бактерицидными свойствами обладают длительным действием. Именно этим обстоятельством объясняется ограничение применения в мегаполисах для заключительной дезинфекции других реагентов, например озона, который является нестойким соединением, быстро разлагающимся в воде. Кроме того, необходимо учитывать, что любой дезинфектант, являясь сильным окислителем, вызывает образование «своих» побочных продуктов, содержание которых нормируется в питьевой воде. Задача специалистов, эксплуатирующих систему централизованного водоснабжения – обеспечить эффективную очистку воды и соответствие ее нормативам по содержанию побочных продуктов дезинфекции.