Введение к работе
Актуальность проблемы. Нехватка доброкачественной питьевой воды, как известно, стала одной из самых острых проблем, чреватых социальными потрясениями в отдельных регионах планеты. В настоящее время жители многих населенных мест России продолжают испытывать дефицит воды надлежащего качества в связи с практически повсеместным загрязнением водных источников, неудовлетворительным санитарно-техническим состоянием распределительных сетей, частыми аварийными ситуациями, приводящими ко вторичному микробиологическому ее загрязнению и др. Многие из перечисленных проблем характерны и в отношении обеспечения питьевой водой сельских населенных пунктов, особенно расположенных в отдаленных и труднодоступных местах. К особенностям водообеспечения жителей сельских поселений также относятся нерациональное использование воды питьевого качества на вспомогательные нужды (поение животных и птиц, их содержание, полив приусадебных участков в летнее время), нехватка на очистных станциях высококвалифицированного обслуживающего персонала, недостаточное финансирование на восстановление и ремонт изношенного оборудования. Дефицит качественной питьевой воды в сельских поселениях отрицательно сказывается на здоровье жителей, у которых уровень жизнеобеспечения ниже, чем в городе, и тормозит развитие инфраструктуры, что, в свою очередь, является одной из причин оттока жителей из села.
Экологически устойчивое развитие сельских территорий, повышение занятости и уровня жизни сельского населения являются главной целью Государственной программы «Развитие сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012гг.».
Данная работа выполнялась по теме «Совершенствование процессов очистки природных и сточных вод Южного региона с учетом экологических требований» (Гос. рег. № 01.9.40001739) в рамках научной школы «Высокоэффективные технологии, сооружения и аппараты по очистке природных и сточных вод».
Цель работы - усовершенствование системы водоснабжения малых сельских поселений, включающее ресурсосбережение при подготовке воды и ее кондиционирование на территориях с неблагоприятной экологической обстановкой.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- провести анализ литературных источников, посвященных изучению особенностей водоснабжения сельских населенных пунктов, экологического состояния природных водоисточников и качества питьевой воды и оценить эффективность наиболее часто применяемых методов очистки подземных и поверхностных вод от компонентов-загрязнителей;
- изучить существующие технологии подготовки питьевой воды, используемые в сельской местности, определить их преимущества и недостатки с санитарно-гигиенической, технико-эксплуатационной и эколого-экономической позиций и выявить оптимальные пути ресурсосбережения процесса при сохранении надлежащего качества воды;
- с целью оптимизации технологии водоснабжения сельских населенных пунктов, снижения дозы химических реагентов, определить условия эффективного с экологических позиций сочетания дезинфектантов различной природы;
- разработать рекомендации по повышению уровня экологической безопасности процесса водоподготовки, позволяющие полностью (или частично) исключить применение хлорсодержащих дезинфектантов в условиях сельской местности;
- разработать рекомендации по снижению уровня нерационального использования воды питьевого качества жителями сельских населенных пунктов.
Основная идея работы заключается в повышении уровня экологической безопасности и ресурсосбережения систем питьевого водоснабжения малых сельских поселений путем фотон-ионной обработки воды с последующим ее кондиционированием и рациональным распределением среди различных категорий водопотребителей.
Методы исследований включали лабораторные эксперименты с использованием стандартных методик, обработку полученных результатов методами математической статистики с применением стандартных программ на ПК.
Достоверность результатов работы основана на использовании общепризнанных химических, физико-химических, микробиологических методов исследований и большом количестве экспериментальных данных. Полученные результаты обработаны с помощью математических программ на ПЭВМ с применением критерия Стьюдента (относительная погрешность 79% при вероятности 0,95). Отдельные из полученных данных согласуются с известными экспериментальными данными других авторов (Гутенев В.В., Ажгиревич А.И., Чумакова В.Н. и др.).
Научная новизна работы заключается в следующем:
- подтверждено результатами исследований и статистической обработкой явление бактерицидного синергетического эффекта при сочетании дезинфектантов физической и химической природы: Cu2++ УФ; Н2О2+Cu2++УФ;
- получены функции, с высокой достоверностью описывающие процесс отмирания тест-микроорганизмов E. coli, подвергшихся комбинированному воздействию дезинфектантов; они могут быть использованы для предварительной оценки глубины обеззараживания воды при изменении основных параметров процесса;
- разработаны технологические основы фотон-ионного обеззараживания воды, позволяющие повысить качество питьевой воды при одновременном снижении доз дезинфектантов;
- обоснованы варианты комплексного использования ионов меди (ниже ПДК), УФ-облучения и пероксида водорода в технологии биоцидной обработки питьевой воды, способствующие ресурсосбережению процесса и удовлетворяющие экологическим требованиям.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
- разработаны рекомендации по повышению эффективности процесса обеззараживания питьевой воды путем ее обработки сочетанием Cu2++УФ; Н2О2+Cu2++УФ в концентрациях ниже установленных нормативов, что улучшает технико-экономические показатели процесса и способствует повышению экологической безопасности питьевой воды;
- разработаны технические рекомендации по использованию устройства обеззараживания воды, применительно к сельским поселениям, принцип работы которого основан на использовании фотон-ионного обеззараживания воды;
- разработаны варианты технологических схем водоподготовки для различных категорий потребителей, позволяющие снизить нерациональные потери питьевой воды за счет разделения водопровода на питьевой и технический;
- разработаны рекомендации и технологии для устранения фтор- и йододефицита у сельского населения путем обогащения питьевой воды соответствующими микроэлементами;
- разработаны и экономически обоснованы технологии обогащения воды жизненно важными микроэлементами для животноводческих комплексов.
Реализация результатов работы:
- результаты приняты для использования в ЮСНЦ «Южводпроект» при реализации проектно-исследовательских работ по реконструкции очистных сооружений, а также разводящих сетей водопроводов, расположенных в сельских поселениях;
- материалы диссертационной работы использованы в учебном процессе кафедрой ВиВ ФГОУ ВПО Новочеркасской государственной мелиоративной академии при преподавании курса «Улучшение качества воды».
На защиту выносятся:
- технические решения по повышению экологической безопасности процесса обеззараживания воды в технологиях водоснабжения сельских поселений путем замены хлорирования на альтернативные дезинфектанты;
- результаты исследований, подтверждающие эффективность использования комбинированного обеззараживания воды по схеме Cu2++Н2О2+УФ, обеспечивающего снижение затрат на ресурсы и экологической опасности процесса водоподготовки в целом;
- рекомендации по использованию с учетом экологических ограничений фотон-ионного реактора для обеззараживания воды в технологиях водоснабжения сельских поселений;
- система доказательств целесообразности (с позиций снижения уровня нерационального водопотребления) разделения сельского водоснабжения на питьевое и техническое;
- результаты эколого-экономической оценки введения в питьевую воду фтор- и йодсодержащих препаратов с целью профилактики фтор- и йододефицитных заболеваний у сельского населения;
- технические решения по обогащению питьевой воды на животноводческом комплексе жизненно важными микроэлементами, позволяющему устранить дефицит в последних, имеющий место на экологически неблагоприятных территориях.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на ежегодных научно-практических конференциях в НГМА (г. Новочеркасск) в 2007 - 2009 гг.; всерос. НПК «Энергосберегающие технологии в АПК» (г. Пенза, 2006 и 2007 гг.); междунар. НПК «Природоресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» (г. Пенза, 2007 г.); всерос. дистанц. НПК «Современные проблемы устойчивого развития агропромышленного комплекса России» (п. Персиановский, 2009 г.); всерос. НПК «Проблемы инновационного развития агропромышленного комплекса» (г. Ижевск, 2009г.).
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 19 работах, в их числе 4 статьи, 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 депонированные монографии в ВИНИТИ и 9 тезисов докладов на конференциях различного уровня.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы из 194 наименований и приложений. Работа изложена на 160 страницах, включает 59 таблиц, 28 рисунков.
