Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ основньгх показателей качества воды, методов и средств их контроля Стр.11
1.1. Общая характеристика проблемы Стр.11
1.2. Основные показатели качества и загрязненности воды Стр.14
1.2.1. Общие физико-химические показатели качества воды Стр.15
1.2.2. Органолептические показатели качества воды Стр.17
1.2.3. Неорганические примеси в воде Стр.18
1.2.4.Бактериологические и паразитологические показатели качества воды Стр.20
1.2.5.Радиологические показатели качества питьевой воды Стр.35
1.3. Основные показатели качества сбрасываемых сточных вод Стр.35
1.4. Анализ нормативной базы по контролю качества воды. Стр.36
1.5. Основные методы, средства контроля и мониторинга качества воды Стр.46
1.5.1. Фотоколориметрический метод контроля качества воды Стр.46
1.5.2. Методы определения растворенного кислорода Стр.55
1.5.3.Методы контроля содержания нефтепродуктов в воде водоисточников Стр.63
1.5.4.Методы жидкостной хроматографии Стр.76
1.5.5 Санитарно—микробиологическое исследование воды Стр.83
1.5.6. Экспресс методы определения микробиологических показателей Стр.95
1.5.7. Методы исследования токсичности воды Стр.99
1.5.8. Метод биомониторинга качества воды Стр.100
ГЛАВА 2. Мониторинг качества воды в санкт-петербурге Стр.102
2.1. Формирование качества воды в р. Неве Стр.102
2.1.1. Общая характеристика р. Невы Стр.102
2.1.2. Источники загрязнения, расположенные на собственном водосборе р.Невы, и сформированная ими нагрузка Стр.112
2.2. Математическое моделирование формирования качества воды в р.Неве Стр.124
2.2.1. Модели переноса примеси в русле реки, основанные на предположениях об установившемся характере течения и быстром перемешивании поступающих примесей по площади живого сечения. Стр. 125
2.2.2. Модели, описывающие неустановившееся течение в русле и соответствующий перенос примеси в гидравлической постановке задачи (при условии осреднения характеристик потока по площади живого сечения). Стр.127
2.2.3. Модели, описывающие неустановившееся течение в русле и перенос примеси с учетом неоднородности характеристик потока по площади живого сечения. Стр. 146
2.3.Комплексная система производственного контроля и мониторинга качества воды в системе централизованного водоснабжения Стр. 150
Глава 3. Основные экспериментальные результаты контроля и мониторинга воды в местах водозабора Стр.155
3.1. Оценка качества воды реки Нева и ее притоков по данным аналитического контроля качества воды за 2005-2008г. Стр.155
3.2. Оценка качества воды на водозаборах водопроводных станций ГУП Водоканал Санкт-Петербург по данным аналитического контроля качества воды (2008г.) Стр.173
3.2.1. Физико-химические показатели качества воды Стр.173
3.2.2. Исследование содержания фитопланктона Стр.190
3.2.3. Исследования токсичности воды Стр.196
3.2.4. Санитарно-паразитологические исследования Стр.199
3.2.5. Санитарно-вирусологические исследования Стр.202
3.2.6. Оценка качества воды в местах водозаборов по интегральному коэффициенту. Стр.206
ГЛАВА 4. Повышение качества питьевой воды путем внедрения безопасных технологий обеззараживания и управления качеством воды в процессе водоподготовки Стр.208
4.1. Современные технологии обеззараживания воды Стр.208
4.2. Внедрение технологии обеззараживания воды гипохлоритом натрия на водопроводных станциях Санкт-Петербурга Стр.212
4.3. Исследования эффективности обработки воды УФ-излучением на Главной водопроводной станции Стр.218
4.4. Внедрение систем УФО на водопроводных станциях Санкт-Петербурга Стр.236
4.5. Обоснование использования сульфата аммония при обеззараживании питьевой воды хлораминами Стр.247
4.6. Внедрение технологии хлораммонирования воды с использованием сульфата аммония в процессе обеззараживания питьевой воды Стр.256
4.7.Автоматизированная система управления качеством воды в процессе водоподготовки на Волковской водопроводной станции. Стр.265
4.8. Оценка качества питьевой воды г. Санкт-Петербурга. Стр.282
Заключение стр.296
Литература и ресурсы интернет стр.300
- Неорганические примеси в воде
- Математическое моделирование формирования качества воды в р.Неве
- Оценка качества воды на водозаборах водопроводных станций ГУП Водоканал Санкт-Петербург по данным аналитического контроля качества воды (2008г.)
- Исследования эффективности обработки воды УФ-излучением на Главной водопроводной станции
Введение к работе
Актуальность работы обусловлена тем, окружающая водная среда Санкт-Петербурга характеризуется значительным уровнем загрязненности, вызванным высокой антропогенной нагрузкой сбрасываемых промышленных, транспортных, бытовых и ливневых сточных вод. Это создает большие проблемы при использовании водной среды для обеспечения питьевой водой население Санкт-Петербурга.
Одной из важных проблем является проведение надежного и достоверного контроля и мониторинга состояния окружающей водной среды, особенно в местах водозабора, а также после очистки и обеззараживания воды.
Вода большинства поверхностных источников водоснабжения характеризуется умеренным и высоким уровнем загрязнения. Приоритетными загрязнителями на протяжении многих лет остаются органические соединения, взвешенные вещества, нефтепродукты, фенолы, СПАВ, тяжелые металлы и др. Среди возбудителей заболеваний из воды водоемов чаще всего выделяются сальмонеллы, энтеровирусы и др.
Исследования последних лет (5лет) показали, что каждая 4-5 проба воды из водоемов I и II категории не отвечала гигиеническим нормам по санитарно-химическим и каждая 3-4 - по микробиологическим показателям.
Одной из причин неудовлетворительного качества питьевой воды является массивное загрязнение поверхностных водоемов - основных источников питьевого водоснабжения в связи со сбросами в них в больших количествах неочищенных и недостаточно очищенных промышленных, хозяйственно-бытовых и сельскохозяйственных сточных вод, ливневых и талых вод с полей, территорий сел и городов.
В настоящее время сложилась напряженная обстановка с обеспечением населения доброкачественной питьевой водой. Основным критерием качества питьевой воды является ее влияние на здоровье человека. Безвредность воды обеспечивается отсутствием в ней токсичных и вредных для здоровья примесей антропогенного и техногенного происхождения.
Качество питьевой воды в значительной степени зависит от качества и степени очистки сточных вод, сбрасываемых в природные водоемы
Питьевой водой считается вода после подготовки (очистки и обеззараживания) или в естественном состоянии, отвечающая установленным санитарным нормам и требованиям и предназначенная для питьевых и бытовых нужд населения и (или) производства пищевой продукции.
Питьевая вода должна соответствовать требованиям гигиенических нормативов по санитарно-микробиологическим, органолептическим, химическим показателям и показателям радиационной безопасности
За последнее десятилетие нормативная база, регулирующая качество питьевой значительно расширилась, введены в действия новые документы, регулирующие оценку качественных характеристик питьевой воды, ужесточились требования, введен ряд новых показателей.
В связи с этим совершенствуются технологии водоподготовки, разрабатываются новые реагенты и методы очистки всех типов вод (поверхностных, подземных).
В Санкт-Петербурге качество водопроводной воды централизованной системы водоснабжения гарантирует полную эпидемиологическую и токсикологическую безопасность питьевого водоснабжения города.
Чтобы гарантировать потребителям качество и безопасность питьевой воды необходимо разрабатывать методы и средства контроля и мониторинга качества воды, а также постоянно совершенствовать технологические процессы водоподготовки и внедрять их в практику производственной деятельности ГУП Водоканал Санкт-Петербурга.
Таким образом, проблема обеспечения качества воды является одной из важнейших и требующая огромного внимания.
Для решения этой проблемы необходим постоянный контроль и мониторинг состояния водной среды Санкт-Петербурга, особенно в местах водозабора, а также реализация эффективных технологий обеззараживания и очистки питьевой воды.
Цель диссертационной работы заключается в повышении качества питьевой воды путем проведения контроля и мониторинга качества воды в местах водозабора и реализация эффективных технологий производства питьевой воды.
В соответствии с поставленной целью сформулированы задачи исследований:
провести анализ основных показателей качества всех типов вод (источников водоснабжения, питьевой воды, очищенных сточных вод);
провести анализ и выбор методов и приборов контроля и мониторинга водной среды;
разработать систему мониторинга качества воды в местах водозабора на р. Неве;
провести моделирование формирования течений и качества воды в р.Неве, на основе которого разработать рекомендации по выбору оптимальных мест устройства водозабора;
провести экспериментальные исследования по оценке качества воды в местах водозабора в р. Неве;
провести оценку качества сетевой водопроводной воды и воды городских водопроводных станций;
исследовать эффективность ультрафиолетового обеззараживания воды;
- исследовать эффективность обеззараживания воды методом хлораммониро-вания воды с использованием сульфата аммония;
разработать систему управления технологическим процессом водоподготовки в условиях изменения качества воды поверхностных водоисточников на примере ГУ 11 «Водоканал Санкт-Петербург"
рассмотреть организационную структуру контроля качества воды в ГУП «Водоканал Санкт-Петербург".
Объектом исследования является водная среда Санкт-Петербурга в местах водозабора на реке Неве и питьевая вода, поступающая в распределительную сеть города.
Методы исследования. Исследования проводились с использованием метода внутрирезонаторной лазерной спектроскопии, оптических, хроматографических методов, методов инфракрасной спектрометрии и др. методов контроля качества воды в водоемах. Применение современных методов статистического анализа с применением математического и компьютерного моделирования, отвечающих поставленным задачам.
На защиту выносятся следующие результаты и научные положения:
- трехмерные математические модели формирования течений и качества воды в
р.Неве;
результаты экспериментальных исследований по оценке качества воды в местах водозабора в р. Неве;
результаты исследований эффективности ультрафиолетового обеззараживания воды;
результаты исследований эффективности обеззараживания воды методом х.ю-раммонирования воды с использованием сульфата аммония и гипохлорита натрия;
система контроля технологических процессов обработки воды на Волковской водопроводной станции Водоканала Санкт-Петербурга;
результаты оценки качества сетевой водопроводной воды и воды городских водопроводных станций;
результаты санитарно-бактериологического и токсикологического контроля воды водоисточников;
- организационная структура контроля качества воды в ГУП «Водоканал Санкт-
Петербург".
Научная новизна работы:
классифицирован перечень показателей, имеющих приоритетное значение для комплексной системы непрерывного мониторинга качества воды в местах водозаборов поверхностных источников с учетом изменения антропогенной нагрузки и возможностью оптимального управления процессами водоподготовки;
для создания методов оценки и прогноза характеристик качества воды в точках существующего и возможного водозабора ГУП Водоканал СПб разработан комплекс моделей различной степени сложности, ориентированных на решение различных задач (от приближенных фоновых оценок до оптимизации пространственною расположения оголовков водозабора), при этом особое внимание уделено организации сбора, обработки и соответствующего представления в цифровой форме больших объемов исходной информации;
разработаны трехмерные модели формирования течений и качества воды в р.Неве, которые позволяют оценивать возможность попадания различных нежелательных примесей в конкретные точки расположения водозаборов в различных стоковых и нагонных ситуациях и формулировать рекомендации по выбору наиболее благоприятных мест их установки;
- установлен факт подавляющего вклада Санкт-Петербурга в загрязнение
р.Невы, проявляющегося особенно сильно при малых расходах реки;
- предложена новая концепция обеззараживания воды, реализующая инноваци
онное технологическое решение - использование двухступенчатою обеззараживания,
включающего применение хлораммонирования воды с использованием экологически
чистых реагентов - гипохлорита натрия, аммиаксодержащего реагента - сульфата
аммония и физического метода обработки воды - ультрафиолетового облучения.
Практическая значимость и внедрение результатов работы.
Основой практической значимости работы является подготовка технических требований и практических решений для реализации внедрения комплексной системы мониторинга качества воды и управления технологическим процессом, реализованных на Волковской водопроводной станции ГУП Водоканал Санкт-Петербурга.
Результаты диссертационной работы использованы при разработке «Рабочей программы производственного контроля качества питьевой воды в Санкт-Петербурге» (далее - РП), согласованной Главным государственным санитарным
врачом по Санкт-Петербургу и утвержденной председателем Комитета по энергетике и инженерному обеспечению.
Результаты диссертационной работы были внедрены при подготовке и реализации следующих нормативных документов в ГУП «Водоканал Санкт-Петербург":
регламент режима реагентой обработки на Волковской водопроводной станции;
методика расчета содержания аммиака в соли и растворах сульфата аммония и определения коэффициентов пересчета массовых и объемных норм расхода 25% раствора аммиачной воды на 40% раствор сульфата аммония;
регламент действий персонала ГУП «Водоканал Санкт-Петербург» и специализированных сторонних организаций Санкт-Петербурга в условиях обнаружения токсичных веществ в воде водозаборных сооружений;
регламент работы водопроводных станций Санкт-Петербурга в условиях резкого ухудшения качества воды по показателям мутность и цветность водоисточника (р. Нева и Невская губа;
регламент действий персонала ГУП Водоканал и специализированной сторонней организации при регистрации превышений нормативных значений нефтепродуктов в воде на водозаборах водопроводных станций;
стандарт СТО Водоканал СПБ 2.2-2009» Организация аналитических исследований питьевой, природной воды.
Разработана и введена в действие новая концепция обеззараживания воды, реализующая инновационное технологическое решение - использовании двухступенчатого обеззараживания, включающего применение хлораммонирования воды с использованием экологически чистых реагентов - гипохлорита натрия, аммиаксодержащего реагента - сульфата аммония и физического метода обработки воды - ультрафиолетового облучения. Схема использования технологий в системе водоподготовки построена по принципу «ближе к потребителю» Установками УФО оборудованы насосные отделения 2-го подъема водопроводных станций и все именные насосные станции 3-4 подъемов. Данное технологическое решение позволяет существенно повысить надежность обеззараживания, бактериологическую и эпидемиологическую безопасность водоснабжения города.
Эффективность внедрения систем двухступенчатого обеззараживания воды в Санкт-Петербурге подтверждается официальной статистикой Управления Роспотреб-надзора по снижению темпов заболеваемости гепатитом А в Санкт-Петербурге:
Показатель заболеваемости .... й
на 100 тыс. населения)
Темпы снижения заболеваемости (в %) -34,5
2006 2007 2008 30,1 17,9 10,4 -63,0 -40,5 -42,0
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Международном конгрессе в рамках Международной выставке ЭКВАТЭК-2008; на выездном заседание 10 июня 2008 г. Научно-технического совета Федерального агентства водных ресурсов «Поверхностные источники питьевого назначения в Российской Федерации: состояние, проблемы, перспективы»; на 9-ом Международном экологическом форуме День Балтийского моря 11-13 марта 2008 г.: на И-м Всероссийском семинаре «Очистка и обеззараживание питьевых и сточных вод хлорсо-
держащими реагентами и другими способами»; диссертация прошла обсуждение на заседании кафедры «Приборы контроля и системы экологической безопасности» СЗТУ, в институте озероведения РАН, СПб. НИЦ экологической безопасности РАН. Личный вклад автора:
основная идея работы, постановка исследовательских и практических задач, разработка методов их решения;
математическое моделирование формирования качества воды в р.Неве;
разработка и внедрение системы мониторинга и контроля качества питьевой-воды в ГУП «Водоканал Санкт-Петербург";
руководство работами по организации системы контроля качества воды и разработке программы исследований и нормативных документов в ГУП «Водоканал С анкт-Петербу р г";
- организация и осуществление комплекса исследовательских и пилотных работ.
В трудах, опубликованных в соавторстве, автор участвовал в той доле, которая
указана в заключении организации, где выполнялась работа. Автор глубоко признателен всем коллегам, принявшим участие в совместных работах и в обсуждении полученных результатов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе в Перечне изданий ВАКа - 6 работы
Структура и объем работ Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения. Общий объем 298 страниц, включая 61 таблицу, 102 рисунка и списка литературы из 167 наименований.
Неорганические примеси в воде
Экологические проблемы города являются следствием действия целого комплекса факторов, включающих в себя развитие самого города, его промышленности, а также результатом экономических и социальных проблем, возникающих в регионах.
В настоящее время сложилась напряженная обстановка с обеспечением населения доброкачественной питьевой водой. Основным критерием качества питьевой воды является ее влияние на здоровье человека. Безвредность воды обеспечивается отсутствием в ней токсичных и вредных для здоровья примесей антропогенного и техногенного происхождения.
Одной из причин неудовлетворительного качества питьевой воды является массивное загрязнение поверхностных водоемов - основных источников питьевого водоснабжения в связи со сбросами в них в больших количествах неочищенных и недостаточно очищенных промышленных, хозяйственно-бытовых и сельскохозяйственных сточных вод, ливневых и талых вод с полей, территорий сел и городов. Исследования последних лет (5лет) показали, что каждая 4-5 проба воды из водоемов I и II категории не отвечала гигиеническим нормам по санитарно-химическим и каждая 3-4 - по микробиологическим показателям.
Вода большинства поверхностных источников водоснабжения характеризуется умеренным и высоким уровнем загрязнения. Приоритетными загрязнителями на протяжении многих лет остаются органические соединения, взвешенные вещества, нефтепродукты, фенолы, СПАВ, тяжелые металлы и др. Среди возбудителей заболеваний из воды водоемов чаще всего выделяются сальмонеллы, энтеровирусы и др.
Качество питьевой воды, в значительной степени зависит от качества и степени очистки сточных вод; сбрасываемых в природные водоемы.
Рост промышленного и городского водопотребления, сопровождаемый сбросом в реки большого количества сточных вод, приводит к тому, что вода превращается в ценное дефицитное сырьё.
Очистка рек, озёр и водохранилищ осложняется тем, что в сточных водах увеличивается количество трудно биохимически окисляемых и вредных веществ, таких как синтетические моющие средства и другие продукты органического синтеза. Проблема очистки сточных вод ряда отраслей промышленности до концентраций специфических загрязнений, безвредных для водоёмов, ещё не решена. Поэтому эффективная очистка промышленных и городских сточных вод для сохранения чистоты источников водоснабжения является одной из первоочередных водохозяйственных проблем.
Действующие Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами регламентируют качество воды водоёмов в расчётных пунктах водопользования, а не состав сточных вод. Охрана водоёмов от загрязнения не связана со всей их протяженностью, а только с определёнными пунктами, на подходе к которым вода должна отвечать нормативным показателям качества. Условия спуска сточных вод в водоёмы определяют с учётом возможного их разбавления водой водоёма на пути от места -выпуска до ближайшего расчётного створа водопользования, что, однако не является необходимым и достаточным условием экологической безопасности поверхностных водных объектов, т.к. на данный, момент подавляющее большинство из них уже исчерпали свои биологические резервы, необходимые для своего самоочищения.
Окружающая водная среда Санкт-Петербурга характеризуется значительным ; уровнем загрязненности, вызванным высокой антропогенной нагрузкой сбрасываемых промышленных, транспортных, бытовых и ливневых сточных вод. Это создает большие проблемы при использовании водной среды для обеспечения питьевой водой население Санкт-Петербурга.
При этом река Нева является основным источником питьевого водоснабжения Санкт-Петербурга. Процесс формирования качества воды в р. Неве определяется-мно-гими факторами, основными из которых, являются поступление примесей из Ладожского озера, водность года и антропогенная нагрузка со стороны собственного водосбора реки.
Качество воды Невы определяется множеством факторов. В истоке реки оно полностью формируется состоянием Ладожского озера, что зависит от сезона и сильно меняется по площади озера: от чистых вод в центральной части до эвтрофных вод в прибрежных южных районах. На эту разнородность в качестве вод озера наклады вается характер циркуляции, который претерпевает существенные изменения в течение года. По этой причине в одни периоды в исток Невы могут поступать чистые воды из центральных частей озера, а в другие - воды из загрязненных или эвтрофных прибрежных районов с возможным содержанием цианотоксинов. Это в свою очередь будет сказываться на качестве исходной воды на водозаборных сооружениях Санкт-Петербурга.
Одной из важных проблем является проведение надежного и достоверного контроля и мониторинга состояния окружающей водной среды, особенно в местах водозабора и по всей цепочке процессов водоподготовки и транспортировке питьевой воды к потребителю.
Питьевой водой считается вода после подготовки (очистки и обеззараживания) или в естественном состоянии, отвечающая установленным санитарным нормам и требованиям и предназначенная для питьевых и бытовых нужд населения и (или) производства пищевой продукции. Питьевая вода должна соответствовать требованиям гигиенических нормативов по санитарно-микробиологическим, органолептическим, химическим показателям и показателям радиационной безопасности За последнее десятилетие нормативная база, регулирующая качество питьевой значительно расширилась, введены в действия новые документы, регулирующие оценку качественных характеристик питьевой воды, ужесточились требования, введен ряд новых показателей. В связи с этим совершенствуются технологии водоподготовки, разрабатываются новые реагенты и методы очистки всех типов вод (поверхностных, подземных). В Санкт-Петербурге качество водопроводной воды централизованной системы водоснабжения гарантирует полную эпидемиологическую и токсикологическую безопасность питьевого водоснабжения города. Гарантированное водоснабжение безопасной и безвредной питьевой водой невозможно без достоверной информации о качестве.
Математическое моделирование формирования качества воды в р.Неве
Кюветное отделение (6) представляет собой корпус, который с помощью болтов крепится к корпусу монохроматора. В правой части этого корпуса расположен карман (5) с крышкой, в котором находится фотометрическое устройство. В фотометрическое устройство входят фотодиод и усилитель постоянного тока. Усилитель постоянного тока устанавливается в фотометр через разъём.
В кюветодержатель устанавливаются кюветы с растворителем (контрольным раствором) и исследуемым раствором и помещают их в кюветное отделение (6).
Кюветодержатель устанавливают в кюветное отделение на столик так, чтобы две маленькие пружины находились с передней стороны.
Ввод в световой пучок одной или другой кюветы осуществляется поворотом рукоятки (4) до упора влево или вправо.
При установке рукоятки до упора влево в световой пучок вводится кювета с растворителем, при установке рукоятки до упора вправо в световой пучок вводится кювета с исследуемым раствором. При открытой крышке кюветного отделения шторка перекрывает световой пучок.
Электрохимический принцип измерения Электрохимические датчики для измерения концентрации растворенного кислорода используются на очистных сооружениях уже более 40 лет. В принципе, электрохимическая ячейка всегда включает в себя анод и катод, выполненные из различных металлов и погруженные в электролит. На мембранных датчиках, камера с электролитом отделена от образца газопроницаемой мембраной, через которую молекулы кислорода из образца диффундируют в электролит, пока парциальное давление кислорода с обеих сторон мембраны не выровняется. На датчиках без мембраны роль электролита выполняет сам образец.
Электрохимические измерительные ячейки подразделяются на гальванические и полярографические (электролитические). В гальванической измерительной ячейке между анодом и катодом самопроизвольно возникает разность потенциалов, определяемая электрохимическим рядом напряжений. Этого достаточно для восстановления кислорода на катоде и инициации соответствующего окислительного процесса на аноде. Разность потенциалов между анодом и катодом пропорциональна концентрации кислорода в образце. Гальванические измерительные ячейки относятся к самополяризуемым, другими словами, они готовы к работе сразу после включения.
В полярографических измерительных ячейках возникающей между анодом и катодом разности потенциалов недостаточно для восстановления молекул кислорода. Поэтому для прохождения электрохимической реакции необходимо дополнительно прикладывать внешний поляризующий потенциал, после чего измеряется ток, который в условиях постоянного потенциала будет пропорционален концентрации кислорода в электролите. Стабильная разность потенциалов между катодом и анодом не устанавливается мгновенно, для этого необходимо определенное время, называемое «временем поляризации». В зависимости от типа сенсора, поляризация может занимать до 2 часов. Если для поддержания датчика в поляризованном состоянии не используются батареи, то после включения датчик войдет в рабочий режим только по завершении поляризации. В последние годы были предприняты значительные усилия для дальнейшего развития и оптимизации техники электрохимических измерений. Однако, главным недостатком всех электрохимических измерительных систем остается тот факт, что для каждой восстановленной на катоде молекулы имеет место соответствующая окислительная реакция на аноде, которая является причиной деградации анода и расхода электролита. Оба этих процесса неизбежно приводят к дрейфу показаний и занижению результатов. Привносимые погрешности можно удерживать в определенных рамках только за счет регулярной калибровки датчика и замены электролита, производимой пользователем.
Негативные последствия занижения результатов измерения растворенного кислорода Как правило, кислородные датчики используются в замкнутых системах автоматического регулирования или управления. В этом случае контролер регулирует аэрирующее устройство таким образом, чтобы показания кислородного датчика соответствовали установленному значению. При этом занижение показаний датчика кислорода не может быть определено напрямую. Реальное содержание кислорода в активном иле может значительно превышать необходимое значение. Это, в свою очередь, может привести к технологическим сбоям, например, таким как подача кислорода в денитрификационную зону.
Повышенная концентрация кислорода в аэрационных тенках также нежелательна из экономических соображений. Количество энергии, необходимое для аэрации активного ила, помимо прочих параметров, зависит от: N CS/(CS - Сх), где Cs: максимальная концентрация кислорода в данных условиях (100 % насыщения), Сх: текущая концентрация кислорода в активном иле. Количество энергии необходимое для подачи кислорода в активный ил, а значит и стоимость этого процесса, возрастает с ростом концентрации кислорода Сх. На рис. 1.12 показана зависимость роста энергопотребления от величины занижения показаний при измерении концентрации кислорода для концентрации насыщения Cs = 9.0 мг/л и установочной точки в 2.0 мг/л. Так, например, в случае занижения датчиком показаний на 0.3 мг/л, потребление энергии на подачу кислорода возрастает на 4.5 %.
Оценка качества воды на водозаборах водопроводных станций ГУП Водоканал Санкт-Петербург по данным аналитического контроля качества воды (2008г.)
Река Нева — это протока между Ладожским озером и Финским заливом длинной 74 км. Она берет начало в Шлиссельбурге кой губе Ладожского озера и впадает в Невскую губу Финского залива, образуя из множества рукавов, проток, каналов обширную дельту, на которой расположен город Санкт-Петербург (рис. 2.1). Р.Нева — источник питьевого водоснабжения Санкт-Петербурга.
Бассейн р.Невы - огромная территория, занимающая более 280000 квадратных километров на северо-западе России и юго-востоке Финляндии. Он включает в себя более 60000 рек (общая протяжённость которых - около 160000 км), более 50000 озёр (общей площадью около 48000 км2 и объёмом воды - 1350 км3). Бассейн Невы включает в себя такие крупные озёра как Ладожское, Онежское и Ильмень в России и Сайма в Финляндии с питающими их многочисленными реками, среди которых наиболее крупными являются: Шуя, Суна (Онежское озеро), Мета, Ловать, Шелонь (озеро Ильмень), Вуокса, Сясь, Паша, Оять, Волхов, Свирь (Ладожское озеро). Бассейн Невы можно разделить на шесть составных частей (Нежиховский, 1981):
Нева - широкая, глубокая, полноводная, малоизвилистая река. По стоку она занимает пятое место среди рек Европейской части России после Волги, Печоры, Камы и Северной Двины. Нева проносит столько же воды, сколько Днепр и Дон вместе взятые (Нежиховский, 1981). Отличительной ее особенностью является обильное и равномерное водное питание в течение всего года с высокой степенью зарегулированно-сти, а также сложный уровневый режим, не характерный для равнинных рек северо-запада России. Р.Нева протекает по дну Приневскои низменности, представляющей
собой плоскую заболоченную равнину, постепенно понижающуюся от Ладожского озера к Финскому заливу. Преобладающая ширина реки 400-600 метров. Самые широкие места - у города Отрадное и в месте впадения реки Тосна (1000-1250 метров). Самое узкое (210 метров) - у мыса Святки в начале Ивановских порогов. Преобладающие глубины 8-10 метров. Наибольшая глубина 24 метра - у правого берега вблизи Финляндского вокзала, наименьшая 4,3-4,5 метра - в Ивановских порогах. Нева почти на всём протяжении имеет крутые, обрывистые берега со средней высотой 6-9 метров (в дельте 2-3 метра). Она имеет всего три крутых поворота - у города Отрадное, Невского лесопарка ("Кривое колено") и Смольного, а также три острова (не считая островов собственно дельты).
Непосредственно в Неву впадает 26 небольших рек и речек, крупнейшие из которых: Мга, Тосна, Ижора, Славянка, впадающие с левого берега и Черная и Охта, впадающие с правого (рис. 2.1). Они не оказывают существенного влияния на режим течения Невы, чего не скажешь о качестве невской воды.
Расход воды - важнейшая характеристика реки. Измерения расхода воды в Неве производятся уже более полутора столетий, но систематически они начали вестись с 1900 г. Подсчитано, что в среднем Нева ежесекундно проносит 2500 м3/с или 78,9 км /год. Влияние расхода Невы на хозяйственную жизнь Санкт-Петербурга весьма разнообразно и сложно (Нежиховский, 1981):
Чем значительнее расход воды в Неве, тем выше уровень и, следовательно, больше глубина. Это очевидное положение относится лишь к верхней части реки, которая используется главным образом как водный путь. Но с увеличением расхода воды возрастает и скорость течения (особенно в Ивановских порогах), что создает трудности для судоходства.
С уменьшением расхода воды ослабевает стоковое течение в Невской губе, расширяются зоны обратных и водоворотных течений. А это ведет к ухудшению санитарного состояния губы и неблагоприятно сказывается на рыбном хозяйстве.
Чем больше расход воды, тем реальнее опасность образования мощного зажора льда на участке Володарский мост - Усть-Ижора при замерзании реки. Зажор вызывает подъем воды и подтопление прибрежных районов в восточной части города. С увеличением расхода воды возрастает количество внутриводного льда и шуги, которые большими массами появляются в реке в начале зимы. Это создает затруднения для многочисленных водозаборов.
В многоводные годы ледяной покров на Неве очень торосистый, что создает неудобства для пешеходов.
Максимальный расход воды в году бывает в июне, когда уровень Ладоги достигает наивысшего положения. В маловодные по весне, но с дождливым летом годы максимум расхода смещается на август - октябрь. Минимальные годовые расходы, как правило, большей частью приходятся на начало зимы, когда замерзает Шлиссель-бургская губа, и вследствие появления торосистого ледяного покрова, а также скопления шуги резко сокращается площадь живого сечения реки на отмели перед истоком. В этот момент расход воды в Неве уменьшается на 40-60%. И, тем не менее, колебания расхода воды в течение года относительно невелико; максимальный годовой расход примерно в 1,7 раза больше минимального, тогда как на других крупных равнинных реках - в 30-50 раз (Нежиховский, 1981).
Исследования эффективности обработки воды УФ-излучением на Главной водопроводной станции
Концентрации азота нитратного и нитритного в первом створе не превышало ус-тановленных норм, и находилось в диапазоне 0,12 - 0,35 и 0,002 — 0,008 мг/дм соответственно.
Содержание фенола не превышало норматив. В одной из отобранных проб содержание нефтепродуктов составило 2 ПДК (август) и водной пробе - 1 ПДК (июль). Среднее содержание нефтепродуктов составило величину, равную нормативу (0,05 мг/дм3).
В створе № 2, расположенном в 0,5 км ниже впадения р. Ижоры, возрастают по сравнению с первым створом средние значения содержания таких показателей как азот нитратный и нитритный, фосфор общий, нефтепродукты, алюминий и марганец, а средние значения БПК5, ХПК, фенола уменьшаются. По показателю нефтепродукты половина проб превышают норматив, в этом створе в августе зафиксирована максимальная концентрация нефтепродуктов в Неве на всей ее протяженности (0,52 мг/дм3 - 10,4 ПДК), средняя концентрация составила 2,9 ПДК (0,15 мг/дм3).
Концентрации алюминия и марганца превышали норматив во всех отобранных пробах. Максимальные значения превышений составили 11 ПДК и 5,5 ПДК для алюминия и марганца соответственно.
Концентрации меди, также как и в первом створе превышали допустимое содержание в 100% отобранных проб, среднее значение содержания этого элемента (0,0025 мг/дм - 2,5 ПДК) было незначительно ниже, чем в створе, расположенном выше по течению (0,0029 мг/дм ).
Увеличение концентрации азота нитратного вероятно объясняется влиянием р. Ижора, в устье которой среднее значение этого показателя превышает среднее значение в Неве почти в 8,5 раз. Во всех отобранных пробах содержание азота нитритного не превышало нормы, при этом отметим, что в 2001 году в 100% отобранных проб было превышение содержания этого показателя.
Кроме этого не понятно уменьшение концентраций БПК5 и ХПК, т.к. средние концентрации этих показателей в устье р. Ижора превышают соответствующие значения в Неве, что должно было бы привести к увеличению содержания ниже впадения Ижоры.
Среднее значение ХПК составило такую же величину, как и в 2001 году (25мг/дм3-1,7ПДК)
Содержание растворенного кислорода не опускалось ниже значения 8 мг/дмЗ, тогда как в летний период 2001 года наблюдался дефицит кислорода порядка 55 -67%.
В третьем створе Невы, расположенном 0,5 км ниже впадения р. Славянки, возросло среднее значение содержания нефтепродуктов по сравнению с предыдущими двумя створами и составило 3,9 ПДК (0,19 мг/дм ). Максимальное значение превы-шения составило 10 ПДК (0,5 мг/дм ) в сентябре, что более чем в 6 раз выше максимального содержания, зафиксированного в 2001 году.
Среднее значение БПК5 возросло по сравнению со вторым створом, и составило 2,0 мг/дм3 - 1 ПДК, как и в первом створе.
Среднее значение содержания растворенного кислорода составило максималь-ную величину 10,1 мг/дм , помимо этого в 3 створе зафиксировано максимальное со-держание этого показателя на протяжении всей Невы - 12 мг/дм .
Средние значения концентраций алюминия, цинка и железа на уровне концентраций первого створа (1,4 ПДК, 1 ПДК и 1,1 ПДК).
Четвертый контрольный створ, расположенный 500 м ниже впадения р. Охта, подвержен влиянию сильно загрязненных вод этой реки.
В этом створе были зафиксированы максимальные значения содержания БПК5 (3,3 мг/дм3 - 1,7 ПДК), ХПК (39 мг/дм3 - 2,6 ПДК), железа общего (0,79 мг/дм3 -7,9 ПДК), алюминия (0,43 мг/дм3 - 11 ПДК), марганца (0,41 мг/дм3 - 41 ПДК) в течение всего контролируемого периода на всей протяженности Невы.
Среднегодовое значение БПК5 составило 2,0 мг/дм (1 ПДК), что незначительно ниже аналогичного значения 2001 года (1,1 ПДК). Из 6 отобранных проб норматив превысили 2, из них одно превышение было максимальным для всей Невы (1,7 ПДК). Однако максимальное значение содержания БПК5 было ниже максимального-значения 2001 года (2,1 ПДК).
Среднее значение ХПК, как и БПК5, было максимальным в створе №4 и составило 28,3 мг/дмЗ (1,9 ПДК). Максимальное значение и среднее значение ХПК в этом створе составили такие же значения, как и в 2001 году. Содержание ХПК превышало норматив во всех отобранных пробах. Среднее значение железа общего составило 0,23 мг/дмЗ (2,3 ПДК), что меньше по сравнению с 2001 годом (3,6 ПДК). Максимальная концентрация была несколько выше и составила 7,9 ПДК, против 7 ПДК в 2001 году.
Концентрации свинца не превышали норматив, тогда как в 2001 году превышения по этому показателю отмечались в четверти проб, отобранных в этом створе Невы.
Как и в 2001 году, в створе №4 зафиксирована максимальная концентрация марганца 41 ПДК, средняя концентрация этого элемента в 2005 году в данном створе составила 11,9 ПДК, а в 2001 - 6,4 ПДК.
Средняя концентрация нефтепродуктов уменьшилась по сравнению с расположенными выше по течению створами и составила значение, равное ПДК (0,05 мг/дм3). Максимальное превышение составило 2 ПДК. В целом уровень загрязненности нефтепродуктами в 4-м контрольном створе по сравнению с 2001 годом остался прежним.
Во всех пробах содержание аммонийного азота менее 0,08 мг/дм , нитритного азота не более 0,008 мг/дм , а в 2001 году содержание этих показателей находились на уровне 1 ПДК и 1,5 ПДК.
По сравнению с 2001 годом уменьшились концентрации меди и цинка, среднее содержание которых в 2005 составило 2,9ПДК и 1 ПДК, а в 2001 6,2 ПДК и 3,4 ПДК.
Следующий по течению Невы створ расположен возле Литейного моста. Среднее значение ХПК составило 1,8 ПДК, что незначительно выше, чем в 2001 году (1,5 ПДК). Содержание БПК5 в половине проб превысило норматив (максимум - 2,3 мг/дм3 в сентябре), среднее содержание составило 1,9 мг/дм3 (0,95 ПДК). По данным 2001 года превышений по БПК5 не отмечалось. Превышения по железу и, марганцу были в 4 из шести проб (максимальные значения составили 1,5 ПДК и 14 ПДК), тогда как в 2001 году отмечаются «отдельные» превышения по этим показателям, составившие до 1,2 и 1,5 ПДК соответственно. Среднее содержание нефтепродуктов 0,06 мг/дмЗ - 1,2 ПДК, что на фоне средних концентраций в остальных створах не очень большая величина.
