Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ и обобщение информации о качестве исходной воды для систем централизованного водоснабжения 11
1.1. Состояние вопроса по проблемам водоподготовки 11
1.2. Гидрохимическая характеристика источников водоснабжения 16
1.3. Методы анализа статистической информации 18
1.4. Исследование рядов гидрохимических наблюдений 23
1.5. Идентификация формы распределения гидрохимических характеристик по материалам натурных наблюдений 32
ГЛАВА 2. Обоснование методик оценки риска от химического загрязнения воды 36
2.1. Возможности использования оценки рисков здоровью населения для исследований качества воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения 36
2.2. Анализ методик численной оценки риска здоровью человека от факторов окружающей среды 40
2.3. Оценка потенциально вредных факторов к расчету рисков от использования водоисточников 55
2.4. Подходы к оценке и управлению риском в системах хозяйственно - питьевого водоснабжения 65
ГЛАВА 3. Классификация поверхностных водоисточников и оценка эффективности работы водопроводных очистных сооружений 73
3.1. Современные подходы к выбору методов водоподготовки из поверхностных источников 73
3.2. Типовые технологические схемы водоподготовки из поверхностных источников 84
3.3. Описание объектов исследования 94
3.4. Выбор и обоснование перечня основных показателей для оценки эффективности работы 98
ГЛАВА 4. Математическое моделирование качества воды водоисточников и процессов водоподготовки с применением показателей риска от химического загрязнения водоисточника 104
4.1. Цели и задачи 104
4.2. Методика проведения численных экспериментов 105
4.3. Разработка программного продукта для оценки гидрохимического режима водоисточника и моделирования процессов водоподготовки 111
4.4. Результаты численных экспериментов 113
4.5. Результат математического моделирования эффективности работы водопроводных очистных сооружений 121
4.6.Анализ и обобщение результатов математического моделирования 122
ГЛАВА 5. Методика определения расчетных гидрохимических характеристик 125
5.1. Основные положения методики по определению расчетных гидрохимических характеристик водоисточника для обоснования технологии водоподготовки 125
5.2. Пример расчета по предлагаемой методике для поверхностных водоисточников - Рыбинского водохранилища и реки Лежа 127
ГЛАВА 6. Оценка величины экономического ущерба от вреда, причененного здоровью группы населения от загрязнения воды 134
6.1. Описание схем очистки воды объектов, выбранных для экономического сравнения вариантов водоподготовки 134
6.2. Основы расчета экономического ущерба 135
6.3. Результаты расчета экономического ущерба от химического загрязнения воды систем централизованного водоснабжения 137
Выводы 140
Список использованных источников 143
Приложения
- Идентификация формы распределения гидрохимических характеристик по материалам натурных наблюдений
- Оценка потенциально вредных факторов к расчету рисков от использования водоисточников
- Выбор и обоснование перечня основных показателей для оценки эффективности работы
- Пример расчета по предлагаемой методике для поверхностных водоисточников - Рыбинского водохранилища и реки Лежа
Введение к работе
Общая характеристика работы
Актуальность работы. Гидрохимический режим поверхностных водоисточников формируется под влиянием природных факторов в условиях интенсивной хозяйственной деятельности на водосборах. Кроме традиционных природных воздействий качество воды формируют рассеянные и точечные источники техногенной нагрузки, интенсивность процессов эвтрофирования. Сочетание отдельных природных и антропогенных факторов вызывают суммарные эффекты воздействия и, в значительной степени изменяющие природный гидрохимический режим водного объекта, что осложняет обоснование проектных решений процессов водоподготовки.
Инженерные методы и технологии использования гидрохимической информации в практике проектирования и эксплуатации водопроводных очистных сооружений недостаточно разработаны и не дают четких рекомендаций обработки, анализа и расчетов исходных данных по водоисточникам. Учитывая, что до настоящего времени технологические схемы водоподготовки назначаются по максимальным значениям показателей качества воды, что в ряде случаев приводит к удорожанию проектов. Для снижения затрат при проектировании и строительстве требуется научно обоснованное снижение максимальных значений расчетных концентраций ингредиентов при одновременном сохранении санитарно -гигиенической надежности проектируемых сооружений.
Целью данной работы является разработка методов комплексной оценки гидрохимического режима водоисточников для обоснования технологий водоподготовки на основе изучения динамики показателей качества поверхностных вод с применением теории риска.
Для реализации поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:
- сбор и систематизация численной информации по формированию гидрохимического режима поверхностных водоисточников и создание электронной базы данных;
- выбор и обоснование методов статистической обработки временных рядов наблюдений за качеством воды водоисточника, изучение динамики показателей качества, установление закономерностей в изменчивости показателей химического состава воды;
- разработка и обоснование интегрального показателя качества воды, комплексно учитывающего динамику гидрохимического режима водоисточника;
- проведение численных экспериментов для выявления закономерностей связи показателей гидрохимического режима поверхностного водоисточника с привлечением теории риска;
- математическое моделирование эффективности процессов водоподготовки по данным технологического контроля работы ВОС;
- усовершенствование классификаций поверхностных водоисточников по условиям формирования гидрохимического режима с целью их дальнейшего применения в классификаторе технологий подготовки питьевой воды;
- разработка методики определения расчетных показателей качества воды водоисточника для подбора и обоснования технологической схемы водоподготовки.
Объектом исследований являлись поверхностные водоисточники города Вологды (p.p. Вологда и Тошня, оз. Кубенское), города Пскова (р. Великая), поверхностных водоисточников Вологодской области (р. Лежа и Рыбинское водохранилище) и действующие водопроводные очистные сооружения (ВОС) для вышеуказанных водоисточников.
Методика исследования. Численные эксперименты проводились в специально разработанном программном продукте по оценке качества воды с использованием базы данных натурных наблюдений по указанным выше водоисточникам за десятилетний период по 40 ингредиентам. При экспертной оценке исходной информации, результатов технологических экспериментов и математическом моделировании использовались методы дисперсионного и корреляционного анализа. Проводилось сопоставление полученных данных с результатами близких по характеру исследований, опубликованных в научно - технической литературе. Научная новизна работы заключается в следующем:
- впервые предложен и обоснован в качестве основного параметра для комплексной оценки гидрохимического режима водоисточника безразмерный индекс качества воды (ИКВ), учитывающий фактор временного присутствия и степень превышения концентраций загрязняющих ингредиентов в долях ПДК в исходной и питьевой воде;
- на основании численного моделирования процесса формирования гидрохимического режима водоисточника выявлены и изучены закономерности связи ИКВ водоисточника и показателя риска от химического загрязнения воды;
- обоснована необходимая продолжительность длины ряда гидрохимических наблюдений для выбора технологии водоподготовки, обеспечивающей удовлетворительные барьерные возможности сооружений;
- предложена классификация поверхностных водоисточников по условиям формирования гидрохимического режима с учетом рисков от химического загрязнения воды и усовершенствован классификатор технологий подготовки питьевой воды;
- предложена для практического применения методика определения расчетных гидрохимических характеристик для подбора и обоснования технологической схемы водоподготовки.
Практическая значимость работы заключается в том, что предложены: комплексный безразмерный показатель для оценки уровня загрязнений водных объектов, связанный с показателем риска от химического загрязнения воды; классификация поверхностных водоисточников по условиям формирования гидрохимического режима с учетом рисков от химического загрязнения воды; усовершенствованный классификатор технологий подготовки питьевой воды; новая методика определения расчетных гидрохимических характеристик для подбора и обоснования технологических схем водоподготовки.
Достоверность и обоснованность научных положений и выводов подтверждается использованием современных методов обработки статистической информации, привлечением теоретических разработок в смежных областях для анализа результатов натурных наблюдений за качеством воды, использованием новейших информационных технологий для обработки рядов наблюдений, сопоставлением полученных данных с аналогами, опубликованными в научно — технической литературе.
Реализация работы. Результаты проведенных исследований приняты к использованию при обосновании инвестиций и проекта расширения водопроводных очистных сооружениях города Вологды, при проектировании ВОС институтом «Вологдаинжпроект», использованы в учебном пособии «Водоснабжение. Проектирование систем и сооружений» в 3-х томах, рекомендованное Министерством науки и высшего образования для ВУЗов и применяются в учебном процессе ВоГТУ при подготовке специалистов по специальностям 270112 (290800) «Водоснабжение и водоотведение», 280302 (320600) «Комплексное использование и охрана водных ресурсов», 280103 (330600) «Защита в чрезвычайных ситуациях».
Личный вклад автора: сбор, систематизация, создание электронной базы данных, статистическая обработка результатов, проведение численных и технологических экспериментов, математическое моделирование процессов водоподго-товки, разработка методики определения расчетных гидрохимических характеристик для подбора и обоснования технологической схемы водоподготовки, апробация полученных результатов путем сопоставления с данными других авторов.
На защиту выносятся следующие положения:
- результаты статистической обработки временных рядов наблюдений за качеством природных поверхностных вод - источников систем хозяйственно — питьевого водоснабжения;
- методика определения ИКВ водоисточника, выявленные закономерности связи с показателем риска от химического загрязнения природной воды, полученные по результатам математического моделирования;
- методика и результаты численных экспериментов по данным натурных наблюдений за динамикой гидрохимических показателей поверхностных водоисточников;
- результаты технологических экспериментов и математического моделирования эффективности работы водопроводных очистных сооружений;
- классификация поверхностных водоисточников по условиям формирования гидрохимического режима по изменчивости показателей качества исходной воды с учетом риска от химического загрязнения, усовершенствованный классификатор технологий подготовки питьевой воды;
- методика определения расчетных гидрохимических характеристик для -подбора и обоснования технологической схемы водоподготовки.
Апробация работы:
Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях:
1. 1-я международная научно - техническая конференция «Проблемы экологии на пути к устойчивому развитию регионов» (г. Вологда). — 2001 г.
2. Региональная межвузовская научно - практическая конференция «Вузовская наука — региону» (г. Вологда) - 2002, 2003 г.г.
3. 2-я международная научно - техническая конференция «Проблемы экологии на пути к устойчивому развия регионов» (г. Вологда). - 2003 г.
4. Научно - методический семинар ФГУП «ГНЦ НИИ ВОДГЕО» «Оценка качества природных вод при обосновании технологии водоподготовки» (г. Москва). - 2003 г.
5. Современные технологии, методы очистки и обеззараживания питьевых и сточных вод (г. Череповец). - 2003 г.
6. Заседание межведомственного научного Совета «Химические технологии очистки природных и сточных вод» (г. Москва). - 2003 г,
7. Конференция «Актуальные проблемы профилактической медицины, управления качеством среды обитания и здоровья населения» (г. Череповец). - 2004 г.
8. 9-я международная экологическая конференция «Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ» (г.Новосибирск) - 2004 г.
9. Семинар «Выбор и оптимизация водоочистных технологий. Современные пути интенсификации работы ВОС» (г.Москва) - 7-8 декабря 2004 г.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, заключения, списка использованных источников, включающего Ш наименований. Общий объем работы составляет 153 страницы компьютерного текста, включая 32 таблицы, 50 рисунков и, кроме того, 19 страниц приложений.
Основные результаты диссертации отражены в следующих опубликованных работах:
1. Родина, А.О. Использование статистической информации о водоисточниках при подготовке питьевой воды [Текст]/А.О.Родина, Е.А.Лебедева, С.В.Зобнина // Вестн. С-Пб. Медицинской академии им. И.И. Мечникова - 2001.-№ 2-3(2)- С. 197. -Библиогр.: с. 197.
2. Журба, М.Г. Определение расчетных показателей качества водоисточников для обоснования технологии водоподготовки [Текст] / М.Г.Журба, Е.А.Лебедева, А.О.Родина// Проблемы экологии на пути к устойчивому развитию регионов: сб.науч.тр. - Вологда, 2001. - С Л 98-200.- Библиогр.: с. 200.
3. Журба, М.Г. Анализ гидрохимического режима водоисточников [Текст] / М.Г.Журба, А.О.Родина. // Вузовская наука - региону: сб.науч.тр. - Вологда, 2002.- с. 202-205,- Библиогр.: с. 205
4. Савина, Т.В. Применение показателей риска от химического загрязнения воды для обоснования технологических схем водопроводных очистных сооружений [Текст]/Т.В.Савина, Е.А.Лебедева, А.О.Родина. // Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ: сб.науч.тр.- Новосибирск: НГУ, 2004.- стр.273-275.- Библиогр.: с. 2 5. Родина, А.О. Обоснование выбора методики оценки риска от химического загрязнения воды при расчете систем водоподготовки [Текст]/А,О.Родина, Е.А.Лебедева, Т.В.Карлова, А.Ю.Родин // Вестн. С-Пб. Медицинской академии им. И.И. Мечникова - 2004 - № 4 (12) - с. 59. -Библиогр.: с.59.
Идентификация формы распределения гидрохимических характеристик по материалам натурных наблюдений
Риск - количественная величина вероятности неблагоприятного события, что делает возможным использование его как для оценки здоровья населения, так и для технико-экономических расчетов для обоснования инженерных мероприятий, В рамках данной работы рассматривается показатель риска здоровью человека от химического загрязнения воды (в дальнейшем данный показатель называется просто «риск»). Анализ риска - процесс получения информации, необходимой для предупреждения негативных последствий в процессе очистки воды, состоящий из трех компонентов: оценка риска, управление риском и распространение информации о риске (рис.2.5). Безопасность - высокая вероятность отсутствия отказов в технологии водоподготовки при определенном гидрохимическом режиме. Опасность - совокупность свойств химического вещества, определяющих способность вызывать неблагоприятные эффекты при определенных условиях воздействия. Управление риском -процесс принятия решений, включающий рассмотрение экономических и технических факторов совместно с соответствующей информацией по оценке риска с целью разработки оптимальных решений по устранению или снижению уровней риска. Характеристика риска - завершающий этап оценки риска, на котором синтезируются данные предыдущих трех этапов и связанных с ними неопределенностей для обоснования выводов и рекомендаций, необходимых для управления риском. Единица риска определяется как фактор пропорции роста риска в зависимости от величины действующей концентрации вредного вещества. Опасность вещества - характеристика сте--пени воздействия на здоровье человека вредного вещества или группы веществ в реальных условиях. Различают четыре класса опасности веществ; 1- чрезвычайно опасные, 2 - высокоопасные, 3 - опасные, 4 - умеренно опасные.
Оценка риска здоровью является естественной поведенческой реакцией человека и сопровождает его с первых дней жизни и до смерти. На оценке риска здоровью базируется вся система связи человека с окружающим миром. Такие понятия, как «опасность», «угроза» связаны с информацией о риске здоровью от воздействия различных факторов среды обитания, в том числе уровня загрязнения окружающей среды и водных систем, как компонента среды обитания. Оценка риска - вид экспертных работ, направленных на определение числа людей, способных проявить негативные реакции на воздействие конкретного неблагоприятного фактора, действующего с определенной силой и в заданный промежуток времени. До настоящего времени в России опубликованы лишь немногочисленные работы, посвященные оценке риска. С другой стороны, современные научные зарубежные первоисточники чрезвычайно трудно доступны и, кроме того, содержащиеся в них рекомендации в силу ряда причин не могут быть непосредственно использованы в российских условиях.
В контексте данной диссертационной работы механизм оценки риска используется для моделирования взаимосвязи здоровья населения с качеством воды источников систем хозяйственно-питьевого водоснабжения. Применение методологии оценки риска при решении любых технических задач позволяет решить целый ряд проблем [44]: - выявить все потенциально опасные химические факторы, провести оценку их весомости и способности вызывать определенные вредные эффекты у человека, осуществить отбор приоритетных показателей для углубленного исследования в процессе оценки риска; - определить уровни, продолжительность, частоту и способы воздействия приоритетных показателей на экспонируемые группы населения с анализом источников поступления, трансформации и переноса загрязнений в окружающей среде, маршрутов воздействия и путей поступления потенциально вредных веществ в организм человека; - дать количественную оценку связей между концентрациями, экспозициями и вредными эффектами изучаемых химических показателей; - установить источники возникновения и степень выраженности риска при конкретных сценариях и маршрутах воздействия приоритетных химических веществ; - осуществить ранжирование рисков для здоровья экспонируемых групп населения от комплексного воздействия химических показателей; - выявить приоритетные направления оптимального регулирования экологической политики на территории согласно результатам комплексной оценки риска и разработать рекомендации по снижению риска воздействия химического загрязнения окружающей среды на здоровье проживающего экспонируемых групп населения; - провести оценку экономической эффективности здоровья населения от во-доподготовки. Проведение исследования по оценке риска требует сбора и обобщения очень большого банка статистической информации о динамике показателей химического загрязнения, возможных вредных эффектах химических веществ, значениях их безопасных уровней, продолжительности воздействия и т.п. [44] Выявлено, что вещества, содержащиеся в воде водоисточника, могут при повышенных концентрациях вызывать многие заболевания. Существующая практика оценки опасности загрязнения, основанная на сравнении концентрации примесей с нормативными регламентами (ПДК), не отражает истинной картины риска ухудшения здоровья, который может быть связан с окружающей средой. Основой для установления безопасных уровней воздействия загрязнителей окружающей среды является концепция пороговости вредного действия: для каждого агента существуют и могут быть найдены концентрации, при которых изменения функций организма будут минимальными. [49] Однако для того чтобы система оценки риска здоровью обрела правовой статус необходимо ее «вероятностно-расчетный» характер базировать на опробованных и всеми принимаемыми методологиях и моделях. Анализ публикаций по оценке риска позволяет выявить два официально признанных подхода [18, 35, 38, 41-43, 51, 64, 85, 100-111], апробированных в отечественной практике: методика оценки зависимости «доза - ответ» [44, 60-64, 72] и методика оценки риска для комплексной санитарно - экологической экспертизы степени напряженности медико - экологической ситуации различных территорий [35,38].
Оценка потенциально вредных факторов к расчету рисков от использования водоисточников
Оценка качества воды невозможна без всестороннего учета всех источников, способных ее загрязнять. Такие источники делятся на две основные группы: естественные и антропогенные.
Первая из названных групп проявляет свое действие при стихийных бедствиях (извержение вулканов, землетрясения идр.). При этом в атмосферу, гидросферу, литосферу и биосферу выделяется большое количество взвешенных веществ, сернистого ангидрида и пр. В ряде случаев опасное загрязнение может создаваться и при относительно «спокойных» ситуациях (при выделении радона и других опасных природных соединений из недр Земли через трещины и изломы ее поверхностных слоев).
Наибольшую опасность в настоящее время представляет вторая группа источников антропогенного загрязнения (промышленность, сельское хозяйство, автотранспорт и др.). Эти источники, непосредственно загрязняя атмосферу, водные объекты, почву, создают условия и для ее вторичного загрязнения, вызывая накопление примесей в объектах окружающей среды. Характеристика этих источников загрязнения и их влияние на качество питьевой воды была приведена в параграфе 1.1.
При оценке хозяйственно - питьевого водопользования, необходимо учитывать, что на пути источник - питьевая вода - потребитель имеется система защитных барьеров (зоны санитарной охраны источника, ВОС, системы подачи и распределения воды). Качество воды оценивается по нескольким гигиеническим критериям: эпидемическая и радиационная безопасность, безвредность химического состава, обеспечение благоприятных органолептических свойств. Среди показателей, характеризующих качество воды, можно выделить ряд ингредиентов специфического, са-нитарно - токсикологического и общесанитарного действия, которые играют роль индикатора, предупреждающего об угрозе здоровью, так как связаны с наличием веществ специфического действия, появляющихся в воде из-за недостаточной эффективности защитных барьеров. Например, такие интегральные показатели, как цветность и перманганатная окисляемость, предупреждают о возможности образования тригалометанов при хлорировании воды. Общие и термотолерантные колиформные бактерии (ОКБ и ТКБ) являются индикатором возможного присутствия в воде патогенной микрофлоры. По величине мутности и хлорпоглощаемости можно оценивать обеззараживающий эффект, оперативно регулировать процессы обеззараживания и наличия в воде повышенных концентраций железа, а также возбудителей вирусных инфекций. Такие показатели как: нефтепродукты, фенолы, ценообразование, появление посторонних запахов, - служат сигналом возможного содержания более токсичных ингредиентов (крезолов, фенолов, канцерогенного бензола и т.д.). [40]
Учет специфики формирования качества воды и многообразие критериальных оценок, взаимосвязь между интегральными и специфическими показателями позволяет специалистам [40] разработать метод учета тенденций изменений, обеспечивающий выявление начальных стадий процесса их загрязнения, еще не представляющих угрозы для здоровья. Этот метод включает выполнение следующих этапов: - мониторирование качества воды источников по специфическим, интегральным и индикаторным показателям; - выявление тенденций возрастания во времени концентраций специфических, высокотоксичных веществ (на уровнях, не превышающих нормативов); - обнаружение стойких динамических тенденций изменения интегральных и индикаторных показателей (по сравнению с фоновыми величинами) должно иметь такое же значение, как и специфические показатели; - выбор приоритетных специфических показателей на основе оценки реальной санитарной ситуации на участках питания и разгрузки водоисточников, технологии обработки и способов транспортировки и распределения воды; - прогнозирование уровней загрязнения; - оперативное реагирование на нарушения защитных барьеров системы водоснабжения. Для оценки воздействия группы веществ используется лимитирующий признак вредности (ЛПВ), который определяет суммарный эффект воздействия группы веществ на организм человека. Различают: санитарно-токсикологический, токсикологический и органолептический признак вредности. Для оценки воздействия группы веществ, относящихся к 1 и 2 классу опасности и нормируемых по санитарно-токсикологическому признаку вредности, оценивается эффект суммации вредного воздействия по формуле С.Н. Черкинского:
Оценка риска здоровью невозможна без достаточной и полной информации о количественных и качественных характеристиках фактора окружающей среды. Необходимо отметить, что ранжирование химических веществ, присутствующих в водоисточнике на этапе идентификации опасности, при расчетах риска позволяет обосновать оптимальный перечень химических веществ, подлежащих последующему удалению в процессе водоподготовки. Повторное ранжирование проводится также на этапе расчета риска при подаче питьевой воды потребителю. В этом случае выявляются приоритетные источники риска для здоровья населения, и может быть составлен короткий список «индикаторных веществ» для оценки риска методом «доза - ответ» с целью принятия управленческих решений по его снижению.
Для оценки состояния проблемы следует затронуть еще один важный аспект -нормирование качества фактора воздействия. Санитарно-гигиеническое нормирование качества фактора (ПДК и др.) в последнее время подвергается критике. В отдельных случаях требования нормативов практически невыполнимы на сегодняшнем уровне научно-технического прогресса. Кроме того, на ряде территорий факторы влияния среды уже характеризуются значительным превышением установленных норм. В таких условиях становится невозможным оценка гигиенической ситуации и прогнозирование ее. При этом действующая система нормирования не учитывает комплексного воздействия различных факторов на здоровье человека. Из предварительного перечня потенциальных канцерогенных веществ могут быть исключены следующие вещества: 1. Химические соединения, для которых отсутствуют убедительные научные данные об их потенциальной канцерогенной активности (данные вещества могут оказаться приоритетными по другим критериям (общетоксическому действию)). 2. Химические канцерогены, риск воздействия которых на уровне максимальных наблюдаемых концентраций на данной территории не выше 10"6. 3. Вещества, в отношении которых ни одним из доступных способов (мониторинг, моделирование) не удается получить даже ориентировочного представления о величине экспозиции.
Выбор и обоснование перечня основных показателей для оценки эффективности работы
Оценка риска осуществляется в три этапа: формулировка проблемы, характеристика экспозиции, характеристика возможных последствий при протекании процесса очистки воды.
Принцип предосторожности используется для описания потенциальных действий по управлению риском в ситуации, когда научные данные о вредном влиянии, изучаемого фактора отсутствуют, малонадежны, или не полны. В соответствии с этим принципом незамедлительные действия не могут быть отложены из-за неопределенностей или отсутствия четких доказательств о способности какого-либо показателя сильно влиять на процесс очистки.
Использование принципа предосторожности для выбора методов очистки воды должно быть разумным. Например, немедленный отказ от хлорирования водопроводной воды, основанный на имеющихся научных данных о канцерогенной опасности образующихся в процессе хлорирования тригалометанов, мог бы через несколько недель привести к возникновению тысяч случаев инфекционных заболеваний. В этом случае защита населения от рака, основанная на принципе предосторожности, привела бы к огромным негативным эффектам.
Быстрые действия, основанные на неполной оценке риска, приводят к его снижению только на 8%. Последующие, более углубленные исследования обычно выявляют необходимость гораздо большего числа мероприятий, которые следовало бы проводить в отношении оцененных источников риска.
Оценка риска осуществляется в соответствии со следующими этапами: - идентификация опасности: выявление потенциально «опасных» показателей, оценка связи между ними и процессом водоподготовки, достаточности и надежности имеющихся данных об уровнях загрязнения различных объектов окружающей среды исследуемыми веществами; составление перечня приоритетных веществ; - выявление количественных связей между временем воздействия определенной концентрации и методами очистки и доочистки воды; - оценка времени содержания загрязняющих веществ в водоисточнике: характеристика источников загрязнения, маршрутов движения загрязняющих веществ от источника к ВОС, определение доз и концентраций, содержащихся в рассматриваемый период в прошедшие годы, которые возможно будут содержаться в будущем; - характеристика риска: анализ всех полученных данных, расчет рисков, сравнение рисков с допустимыми (приемлемыми) уровнями, сравнительная оценка и ранжирование различных рисков по степени их значимости, установление приоритетов и тех рисков, которые должны быть приемлимы. Если на завершающей стадии оценки риска устанавливается степень опасности конкретного вещества при определенных условиях, то на начальном этапе управления риском проводится сравнительная характеристика рисков с целью установления приоритетов. При этом выделяются показатели качества воды в водоисточнике, требующие первоочередного внимания, определяются вероятности появления их в больших концентрациях и продолжительность периодов превышения, а также установление последствий. Этот этап управления риском включает в себя обоснование изменений в процессе водоподготовки. На стадии управления риском учитываются приведенные затраты, связанные с применением дополнительных способов и технологических приемов; техническая возможность осуществления регулирующих мер с целью уменьшения негативного воздействия вещества на процесс водоподготовки; рассматриваются возможности предотвращения загрязнения исходной воды. Обобщая вышеизложенное: 1. Для оценки риска от химического загрязнения водоисточников в системах хозяйственно - питьевого водоснабжения наиболее приемлемой методикой является -оценка риска для комплексной санитарно - экологической экспертизы степени напряженности медико — экологической ситуации различных территорий. Эта методика хотя и дает менее точные результаты по сравнению с методикой «доза - ответ», но позволяет выявить тенденции и ранжировать различные водоисточники по степени их пригодности к использованию в системах хозяйственно - питьевого водоснабжения. 2. Система оценки риска от химического загрязнения воды позволяет на основе данных наблюдений за показателями качества питьевой воды и здоровьем населения получить количественную и качественную характеристики влияния фактора среды обитания (в данном случае — качество воды в системах хозяйственно — питьевого водоснабжения) на здоровье человека до того, как проявятся последствия этого влияния. 3. Управление риском направлено на обоснование наилучших в данной ситуации решений по его устранению или минимизации, а также динамическому контролю времени превышения заданной концентрации, оценке эффективности выбранной схемы ОСВ. Управление риском базируется на совокупности оценок полученных величин риска, сравнительной характеристике возможных негативных эффектов при водоподготовке, возможных затрат на реализацию различных вариантов методов до-очистки, направленных на снижение риска и тех результатов, которые будут получены в результате реализации мероприятий. 4. Система оценки риска делает возможным обосновать и оптимизировать приведенные затраты на применение технологий очистки и использование тех или иных технологических приемов, рассчитать стоимость и оценить рентабельность проектов строительства, реконструкции и модернизации систем хозяйственно — питьевого водоснабжения. 5. Система оценки риска органично вливается в систему общего управления и принятия административных решений, так как риск может измеряться количественно, иметь стоимость, понятен по смыслу специалистам водопроводно-канализационного хозяйства и водопотребителям, позволяет проводить сравнения, осуществлять выбор и нормирование.
Пример расчета по предлагаемой методике для поверхностных водоисточников - Рыбинского водохранилища и реки Лежа
Наиболее часто применяемая в практике очистки природных вод технологическая схема приведена на рисунке 3.12. В состав этой схемы входят осветлители со слоем взвешенного осадка и скорые фильтры. Исходная вода, подаваемая на осветлители, обрабатывается реагентами (коагулянтами и флокулянтами) после ее первичного хлорирования и микрофильтрования. Такая технологическая схема, разработанная для очистки поверхностных высокомутных вод южных районов, широко распространена в применении в центральных и северных районах России, где гидрохимический режим стока неодинаков и имеет свою специфику.
Рассмотренные технологические схемы являют собой примеры получения воды питьевого качества в зависимости от состава природной воды и производительности сооружений. На практике при решении конкретных задач для различных источников водоснабжения вариантов технологических систем значительно больше, состав сооружений и условия реагентной обработки многообразнее.
Технологическая схема очистки поверхностных вод для целей хозяйственно — питьевого водоснабжения должна комплексно решать следующие задачи: обеспечивать техническую надежность и высокую степень очистки в условиях изменяющегося качества исходной воды; обладать достаточной барьерной ролью в отношении специфических загрязнений, содержащихся в исходной воде; обеспечивать снижение рисков от химического загрязнения воды до уровня не вызывающего опасения для здоровья населения; обеспечивать возможность как утилизации промывных вод фильтровальных сооружений, так и обезвоживания образующегося осадка.
Классификатор позволяет подобрать несколько альтернативных вариантов технологических схем для конкретного водоисточника. Окончательный выбор схемы провидится в результате технико - экономического сравнения вариантов. Более обоснованный выбор базового варианта может быть проведен путем математического моделирования процессов водоподготовки с использованием эмпирических формул для расчета эффективности работы сооружений в составе технологической схемы с учетом изменчивости в гидрохимическом режиме водоисточника. Такого рода формулы можно получить путем проведения исследований на действующих очистных сооружениях водопровода и статистической обработки полученной информации.
Для проведения исследований эффективности работы сооружений водопод-готовки были выбраны несколько объектов, расположенных на территории северо-запада России. Основным объектом для проведения опытно - промышленных исследований были выбраны очистные сооружения водопровода г. Вологды. Для сравнительных оценок использовались данные технологического мониторинга процессов водоподготовки на ВОС г. Череповца, г. Великого Новгорода и г. Рыбинска, а также результаты скриннинговых опытно - промышленных исследований на ВОС г. Пскова. Ниже приводится описание технологических схем водоподготовки на объектах исследований.
На ВОС г, Череповца реализована, разработанная в НИИ АКХ СПб схема водоподготовки, которая представлена на рисунке 3.13. В основе разработанной схемы лежит использование метода непрерывной рециркуляции осадка на сооружениях первой ступени очистки. Рециркулируемый осадок в данном случае играет роль, дополнительно вводимых в воду центров хлопьеобразования, способствующих образованию новых хлопьев с большой плотностью и прочностью. Концентрация взвеси во взвешенном слое этих сооружений достигает 4000 - 6000 мг/дм3, обеспечивая тем самым высокую степень предварительной очистки воды перед поступлением ее на скорые фильтры. Мутность на выходе из этих сооружений не превышает 3 - 4 мг/дм3, составляя в среднем 1.5-2.0 мг/дм3. Осветлители - рециркуляторы способны задерживать от 85 - 100% планктона, содержащегося в исходной воде.
При дозировании в очищаемую воду порошкообразных сорбентов (доза порядка 5-10 мг/дм3), последние, накапливаясь во взвешенном слое осветлителей -рециркуляторов, обеспечивают надежную барьерную защиту по отношению к специфическим загрязнениям, которые могут тем или иным путем попадать в поверхностные водоисточники.
В соответствии со схемой промывные воды направляются в резервуар - усреднитель. Имеющее место при этом диспергирование хлопьев (в промывной воде) способствует улучшению протекания процессов коагуляции, сорбции и адгезии при одновременной экономии расхода коагулянта.
Очистные сооружения водопровода г. Вологды были построены по традиционной технологической схеме, включающей реагентное хозяйство, смесители, камеры хлопьеобразования, горизонтальные отстойники и скорые песчаные фильтры. системы обеззараживания. В качестве основного водоисточника используется р. Вологда, качество которой подробно исследовано в главе 1.
Исходная вода поступает на микрофильтры с расчетной производительностью по 1,6 тыс,м3/час каждый. Затем вода подается на смеситель дырчатого типа. Подача реагентов в смеситель осуществляется: полиакриламид - перед первой перегородкой, коагулянт одновременно с известью перед третьей перегородкой, угольная пульпа - в трубопровод, подающий воду из смесителя на осветлители. Кроме обработки выше перечисленными реагентами очищаемая вода обеззараживается жидким хлором. Обрабатываемая вода после смешения с реагентами поступает на 6 осветлителей - рециркуляторов. Осветленная вода отводится для дальнейшей обработки на скорые однослойные фильтры. После фильтров очищенная вода поступает в резервуар чистой воды.
