Введение к работе
Актуальность темы исследований. В государственном докладе «О санитарно-эпидемиологической обстановке в Российской Федерации в 2008 году» отмечено, что в сельских поселениях страны эксплуатировались 58 581 водопровод (83,6 % от числа водопроводов в целом по России), из них не соответствуют санитарным правилам и нормативам 11 470 (19,6 %). Не соответствуют: по гигиеническим показателям (общей минерализации) в Калмыкии – 24,5 % и Ростовской области – 16,3 %; по содержанию химических веществ, нормируемых по санитарно-токсикологическому признаку (хлороформ, формальдегид, кадмий, хром, никель и т. д.) в Калмыкии – 26,4 %,в Архангельской области – 12,3 %. В целом, доля проб воды из сельских водопроводов, не соответствующих гигиеническим нормативам, составила: по санитарно-химическим показателям - 22,2 %, по микробиологическим – 5,9 %.
В СССР обеспечение водой сельских поселений преимущественно решалось путем присоединения их к централизованным системам водоснабжения или путем строительства крупных групповых водопроводов. В настоящее время, в связи с нехваткой средств у муниципалитетов, невозможно привязать комплекс дорогостоящего оборудования по дополнительной очистке и кондиционированию воды или построить новые групповые водопроводы. Такое положение дел характерно для ряда регионов на постсоветском пространстве.
Альтернативой для малых населенных мест могут быть децентрализованные системы водоснабжения, обоснование и исследование которых определяет актуальность настоящей работы.
Цель исследования - разработка и исследование процессов и устройств водоподготовки в мобильно-картриджных (МК) системах децентрализованного водоснабжения малых населенных мест.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
разработка принципов построения и организации МК-систем на основе гибких взаимозаменяемых процессов очистки природных вод различного состава и методов унификации отдельных узлов и оборудования водоподготовки;
анализ основных современных методов и оборудования водоподготовки, с целью выявления наиболее значимых, для их дальнейшей оптимизации;
исследование и оптимизация передвижного сборно-разборного водозабора с рыбоотводным устройством струйного типа;
исследование гетерогенных металлокомплексных катализаторов применительно к водоподготовке речной воды для выделения загрязнений, обеззараживания и консервации воды;
создание и отработка опытно - промышленных децентрализованных систем водоснабжения для Южного федерального округа.
Поставленные задачи решали в лабораторных условиях на кафедре «Водоснабжение и водоотведение» ГОУ ВПО «РГСУ» и в промышленных МК-системах децентрализованного водоснабжения хозяйственно-питьевых вод ЮФО.
Объект исследования: МК-система децентрализованного водоснабжения малых населенных мест.
Предмет исследования: процессы очистки и оборудование водоподготовки небольших объемов хозяйственно-питьевых вод для малых населенных мест из поверхностных водоемов.
Основная идея работы состоит в обосновании концепции, технологических процессов и технических решений МК-системы децентрализованного водоснабжения для ряда водопотребителей, расположенных в экономически целесообразной зоне удаления.
Методы исследования: химические и санитарно-гигиенические анализы состава исходных и очищенных вод, свойств загрузок, выполнялись по действующим методикам с применением поверенного аналитического оборудования; активный и пассивный эксперимент на модельных и производственных установках по общепринятым в практике методам очистки вод. Обработка результатов проводилась по стандартным программам математической статистики.
Достоверность научных положений и выводов обоснована применением классических положений теоретического анализа, моделированием изучаемых процессов, планированием необходимого объема экспериментов и подтверждена удовлетворяющей сходимостью полученных результатов, выполненных в лабораторных и опытно-промышленных условиях, с расчетными зависимостями в пределах погрешности =±10% при p=0,95.
Научная новизна работы заключается в том, что:
предложена концепция и структура унификации децентрализованного водоснабжения малых населенных мест на базе МК-системы;
разработана методика расчета сборно-разборного рыбоотводного устройства струйного типа на водозаборах МК-системы из поверхностных источников;
получены регрессионные уравнения, характеризующие зависимость эффективности процессов очистки речной воды при применении различных типов катализаторов от органических загрязнений;
установлены оптимальные условия и зависимости эффективности комплексного метода обеззараживания-консервации очищенной воды на основе применения каталитического обеззараживания и овицидного препарата (БИНГСТИ) с консервантом бензонатом натрия или серебросодержащих дезинфектантов.
Практическое значение полученных результатов:
на основе унификации процессов очистки вод в МК-системах сформулированы принципы построения технологических схем, компоновки состава оборудования и устройств водоподготовки, предложена методика их оптимизации на стадии проектной разработки и эксплуатации базовых центров технологий;
установлена эффективность металлокомплексных гетерогенных катализаторов в процессе выделения растворенных органических загрязнений, частичного снижения мутности и цветности речной воды без предварительной коагуляции и флокуляции;
предложена инженерная методика расчета и оценены экономические, технологические и экологические показатели МК-систем.
На защиту выносятся следующие основные научные положения:
для децентрализованного водоснабжения малых населенных мест экономически, экологически и технологически целесообразно создание территориальных базовых центров водоочистных технологий;
унификация процессов очистки вод в МК-системах определяет построение технологических схем, компоновку состава оборудования водоподготовки и позволяет вести их оптимизацию на внешнем и внутреннем уровнях применения;
упрощенный сборно-разборный водозабор струйного типа пригоден для экипировки передвижных, плавучих и стационарных МК-систем;
полученные экспериментально данные о степени очистки речной воды с применением металлокомплексных гетерогенных катализаторов позволяют вести процесс без предварительной коагуляции и флокуляции, а также обеззараживание и консервацию воды применительно к МК-системе;
регрессионные зависимости позволили разработать методику расчета эффекта очистки вод от загрязнений и рекомендации на проектирование МК-системы.
Связь с научными программами: работа выполнялась по тематическим планам НИР кафедры «Водоснабжение и водоотведение» ГОУ ВПО «РГСУ» по госбюджетной теме № 01.9.40001739 «Совершенствование процессов очистки природных и сточных вод южного региона страны с учетом экологических требований», а также в рамках подпрограммы «Архитектура и строительство» Минобрнауки РФ по проекту «Разработка концепции и опытно-промышленная отработка мобильно-картриджной системы водоснабжения малых населенных мест Юга России», шифр 07.01.365.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на международных научно-практических конференциях: института инженерно-экологических систем ГОУ ВПО «РГСУ» ("Строительство-2003 - 2010" г. Ростов-на-Дону); ЮРГТУ (НПИ) - "Техновод – 2004", г. Новочеркасск; межрегиональной научно-практической конференции - "Научные подходы к решению проблем производства продуктов питания" г. Ростов-на-Дону, 2003 г.; конференции по проблемам водоснабжения «Питьевая вода: проблемы, пути решения» (г. Элиста, 2004 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в т. ч. 2 в рецензируемых изданиях (ВАК).
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 156 страницах основного текста; состоит их введения, пяти глав, выводов, списка литературы, содержит 28 таблиц, 36 рисунков. Список литературы включает 125 источников, 18 из них иностранные.
