Введение к работе
Актуальность проблемы. Формирование оптимальных условий жизни населения России включает в себя как важную составляющую обеспечение чистой питьевой водой высокого качества. Эту задачу приходится решать в условиях постоянного увеличивающегося антропогенного воздействия на окружающую среду, загрязнения различными токсичными веществами, в том числе ксенобиотиками Наиболее интенсивно происходит накопление загрязняющих веществ в водоемах и водотоках, поскольку для большинства персистентных соединений именно поверхностные воды оказываются замыкающим звеном миграции и депонирования.
Загрязнение поверхностных вод сказывается и на качестве подземных вод в зависимости от инфильтрационной способности почвогрунтов. Однако несмотря на существующие проблемы загрязнения подземных вод, все же более надежная их защищенность, особенно глубоко залегающих горизонтов, определяет необходимость преимущественного их использования для повышения надежности и безопасности питьевого водоснабжения малых городов России.
На Парламентских слушаниях «Об обеспечении населения Российской Федерации питьевой водой» еще в 1997 г. было констатировано, что качество питьевой воды и технический уровень систем водоснабжения в целом по стране не отвечает непрерывно возрастающим нормативным требованиям, а в ряде регионов эта проблема носит кризисный характер Особенно тревожное положение с обеспечением населения водой питьевого качества складывается в последние годы в таких крупных урбанизированных реї ионах, как Астраханской, Архангельской, Курганской, Томской, Тюменской, Калининградской, Кемеровской, Московской, областях, Приморском крае, в республиках Дагестан, Калмыкия и Саха (Якутия).
Это обусловлено общей неблагоприятной геоэкологической ситуацией в указанных и в ряде других регионах страны, недостаточной эффективностью системы защиты источников и всего комплекса водоснабжения от
широкомасштабної о воздействия іфомишлеі|н^|ць^^и^^еТьСКохоііяйствснньіх
отходов (сбросов, выбросов, захоронений), а также отсутсівием современных технологии и сооївегсгвующих ередсів (систем) обработки И ОЧИСТКИ воды
В связи с вышеуказанным, особую актуальность и жизненно важное значение для урбанизированных регионов приобретают проблемы дальнейшего развития как общих методологических основ рационального использования подземных водоносных источников, так и совершенствования всего комплекса технологических, аппаратурно-технических и контрольно-измерительных средств и систем водоснабжения
Цель настоящей работы - решение важной народно-хозяйственной проблемы рационального использования подземных источников путем совершенствования системы снабжения населения малых городов России чистой питьевой водой нормативного качества, создание высокоэффективных технологий и средств непрерывной очистки питьевой воды для внедрения в урбанизированных территориях от скважины до потребителя. Задачи исследования:
проанализировать природный потенциал и источники водоснабжения урбанизированных регионов России, изучить состояние проблемы очистки питьевой воды в мировом масштабе и в России, сформулировать технологические, геоэкологические и экономические принципы организации рационального использования подземных вод;
исследовать влияние различных факторов на степень загрязнения воды по цепочке скважина - водозаборный узел (фильтрующее устройство) -распределительные сети (транспортировка) - потребитель («вода в кране»);
создать модель для изучения механизма очистки воды от химических и физических примесей различными фильтрующими материалами (существующими и перспективными) для разработки комплекса методов и аппаратурно-технических средств водоподготовки,
разработать экологически чистые энерго- и ресурсосберегающие технологии очистки питьевой воды из подземных источников;
<ч !)*« (>; .** ч* *
обосновать и реализовать проект по реконструкции действующих систем
водоснабжения малых юродов Московского реї иона
Методы исследования В процессе выполнения работы автором были созданы экспериментальные установки но изучению кинетики и стаїики сорбции и регенерации фильтрующих материалов
Современными физико-химическими методами (ИК-сиектроскопия, атомно-абсорбционная спектроскопия, колориметрия и др) изучен механизм очистки подземных вод На модельных образцах огработан процесс очистки подземных вод различными материалами и проведены расчеты для проектирования фильтрующих установок и техпроцессов
В качестве объектов исследований взяты подземные воды Подольско-Мячковского и Алексино-Протвинского водных горизонтов, поскольку они являются типичными и наиболее сложными для Российской Федерации, этими водами обеспечивается большая часть Московской области.
Научную новизну характеризуют следующие основные результаты диссертационной работы, выносимые на защиту:
разработано новое научно-технологическое направление, связанное с созданием комплексных автономных систем и технологических процессов рационального использования подземных вод,
впервые, с учетом геоэкологических факторов, разработаны научные основы и предложена модель рационального использования и охраны подземных вод питьевого назначения,
на основе проведенных комплексных теоретических и экспериментальных работ с применением математического моделирования выбраны природные и синтетические материалы на базе отечественного сырья для организации промышленного процесса очистки с і очных вод от различных физических и химических примесей, с учетом постоянного появления в подземных водах в последнее время новых заіря мнений (нефтепродукты, соли тяжелых металлов и др ), предложены вновь синтезированные высокоэффективные
іранучированньїе сорбенты цетевою действия - «Новсорб», комгпексы переходных металлов и сложных органических соединений,
экспериментально получены и обработаны фундаментальные кинетические зависимости скорости фильтрации и сорбции основных примесей в воде различными классами фильтрующих материалов, с оптимизацией их физико-химических свойств,
впервые на основе комплексных теоретических и экспериментальных рабог разработаны непрерывные безотходные гехнолої ические процессы очистки подземных вод, которые защищены патентами Российской Федерации,
на основании системного анализа и экспериментальных исследований даны рекомендации по выбору оптимальных условий режима обеззараживания воды с использованием наиболее прогрессивного и экономичною способа - ультрафиолетовой обработки с помощью ртутных ламп низкого давления.
Практическая значимость В работе решена крупная народнохозяйственная и экологическая проблема - обеспечение населения доброкачественной питьевой водой. Научные разработки, приведенные в диссертации, позволяют существенно и целенаправленно улучшить качество воды, добываемой из подземных источников для питьевых целей При этом решается ряд важных социальных, экономических и экологических проблем
население городов и районов бесперебойно обеспечивается питьевой водой нормативного качества, что приводит к значительному снижению заболеваемости іраждан любою возраста,
значительно уменьшаются потери воды как за счет 100% возврата технологической воды, используемой для промывки фильтрующих материалов, так и более рационального ее использования конкретным потребителем,
достигается существенная экономия электроэнергии и трудовых ресурсов засчет непрерывности и автоматизации всего технологическою процесса,
спи/кается техногенное воздействие на окружающую среду, поскольку в технолої ическом цикле отсутствуют отходы Железосодержащий шлам используется для производства пигментов. С учетом мирового опыта и современных социально-экономических
требований, разработан и внедрен параметрический ряд фильтров и установок
для очистки подземных вод до нормативного уровня, установленного СанПиН
2.1 4 1074-01.
Личный вклад автора. Автору принадлежат постановка проблемы и научное обоснование новою технологического направления рационального использования потенциала подземных вод, разработка конструкций и технического задания на проектирование параметрического ряда фильтров и автономных систем водоснабжения, разработка модели фильтрования и очистки воды для питьевых целей, проведение инженерных расчетов для моделирования опытных установок и технолої ического процесса, комплексное обобщение результатов работ, разработка принципов ісозколої ического, технологическою и экономического регулирования водооїведения и водопотрсбления.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на 1-ой Международной научно-практической конференции «Питьевая вода-99» г. Дзержинский, МО, 1999 г., III Международном конгрессе «Вода' экология и технолої ия Экватэк-1998», г Москва, 1998г., IV Международном конгрессе «Вода' экология и технолої ия Эквагэк-2002», г Москва, 2002 г, VI Международной технической выставке - конгрессе «Вода: экология и технология ЭКВАТЭК-2004» г Москва, 2004 г , Международной научно-практической конференции «Рациональное природопользование' ресурсо- и знері осберегающие технолої ни и их метрологическое обеспечение», г Петрозаводск, Республика Карелия, 2004 г. XIII Международном симпозиуме «Экология 2004», г Бурі ас, Болгария, 2004 г, I Международной выставке «Экоэффсктивность 2004», VI Центрально-Азиатской международной вьісіавке водных технологий и водною хозяйства, Казахстан, Алмагы, 2005 і VIII Международном симпозиуме-выставке «Чистая вода России 2005»
Действующие образцы фильтров неоднократно выставлялись на ряде отечественных и зарубежных выставок
Публикации. Автором опубликовано свыше 80 статей, в том числе 10 - в журналах, рекомендованных ВАК, защищено 57 авторских заявок на патент Основное содержание и результаты исследований изложены в 42 научных работах, а также в 4-х монографиях и трех патентах РФ Кроме того, большая часть материалов служебного характера, выполненных по теме диссертации, изложена в 12 научно-производственных отчетах
Внедрение. Результаты данной работы внедрены в 16-ти детских садах, школах, больницах г. Дзержинского Московской области, 12-ти детских садах и школах г. Луховицы, Московской области, в 16 детских садах и школах г. Егорьевска Московской области. Непрерывная безотходная технология очистки питьевой воды производительностью 9600 м3/сутки внедрена на водозаборном узле в г. Егорьевске Московской области. Имеются Акты о внедрении.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 184 наименований, в том числе 42 - иностранных авторов. Общий объем работы составляет 192 страницы, в том числе: 152 страницы основного текста, 50 рисунков, 50 таблиц, 9 страниц библиографии, 31 страницы приложения.
