Проблемы водоснабжения в условиях Поволжья и обоснование их решения с помощью комплексных исследований

УДК 628.1

В статье рассматривается проблема обеспечения населения качественной питьевой водой в условиях антропогенного эвтрофирования поверхностных водоемов. С каждым годом эта проблема становится все более актуальной. Особенно остро она стоит на водохранилищах Нижней Волги, где в летний период из-за массового развития сине-зеленых водорослей («цветение») наблюдается резкое ухудшение качества воды в источниках питьевого водоснабжения. Обоснование решений проблемы базируется на проведенных комплексных исследованиях.

Ключевые слова: водоснабжение, питьевая вода, эвтрофирование, сине-зеленые водоросли.

Для населения Автозаводского района г. Тольятти источником питьевого водоснабжения является Куйбышевское водохранилище, которое согласно СанПиН 2.1.5.980-00 относится к первой категории вод пользования. Водозабор расположен в нижней части водохранилища на Приплотинном плесе, который ограничивается в верхней части естественным сужением берегов в районе с. Климовка, а в нижней части - плотиной Жигулевской ГЭС. Протяженность плеса составляет 40 км. Правый берег плеса высокий, вдоль него проходит глубоководная русловая часть с максимальными глубинами около 40 м. Левый берег в основном пологий. Глубины левобережной поймы небольшие, достигают 8 м на удалении 100-150 м от уреза воды, а далее глубины в направлении русла возрастают до 19 м. Водозаборные сооружения расположены на левом берегу плеса, вблизи села Подстепки, выше Жигулевской ГЭС на 30 км.

Главную роль в формировании качества воды Куйбышевского водохранилища играют вышерасположенные водохранилища Волжско-Камского каскада, которые испытывают значительную антропогенную нагрузку, и боковые притоки самого водохранилища. Дополнительное негативное влияние на формирование качества воды оказывают точечные источники загрязнения, расположенные непосредственно на Приплотинном плесе: «условно чистые» сточные воды ОА «АвтоВАЗ», Северного промышленного узла и ливневые воды Автозаводского района г. Тольятти.

По данным филиала Приволжского межрегионального территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, вода Приплотинного плеса Куйбышевского водохранилища (0,5 км выше водозабора) соответствует III классу и оценивается как «умеренно загрязненная». Ситуация ухудшается В период «цветения» воды. Как правило, образование сине-зеленых водорослей происходит в июне, пик в июле и августе, а отмирание заканчивается в октябре.

ООО «Автоград-водоканал» забирает воду из водохранилища и транспортирует ее на очистные сооружения воды (ОСВ), где осуществляет ее подготовку для хозяйственно-питьевых нужд Автозаводского района, для хозяйственно-бытовых нужд ОАО «АвтоВАЗ», промышленно-коммунальной зоны, а также для технологических нужд ОАО «АвтоВАЗ», предприятий промышленн-коммунальной зоны, ОАО «ВоТГК» (ТЭЦ ВАЗа) и предприятий на площадке строительной базы. Производительность водозабора составляет 5,20 м3/сек. (449280 м3/сут.).

Вода из водохранилища через затопленные водоприемники (водозаборные оголовки) по самотечным водоводам поступает в сеточный колодец. Сеточный колодец совмещен с насосной станцией первого подъема. В колодце установлены вращающиеся сетки для предварительной очисткводы. Из сеточного колодца вода забирается насосами и по напорным водоводам подается на очистные сооружения. Эксплуатация напорных водоводов от водозабора до ОСВ осущест вляется с 1969 года, а основного насосного оборудования - с 1974 года.

Водозаборные оголовки выдвинуты в водохранилище на расстоянии 370 м от левого берега и размещены на затопленной пойме. При нормальном подпорном уровне (НПУ) воды в водохранилище (53 м) забор воды осуществляется с глубины 18 м, а при минимальном уровне (45 м) - с глубины 10 м. Для забора воды установлены три водоприемных оголовка суммарной проектной производительностью 9,4 м3/сек. Оголовки оборудованы рыбозащитными устройствами.

Исходя из качества воды в водохранилище, на момент проектирования и строительства очистных сооружений и требований, предъявляемым к качеству хозяйственно-питьевой воды, была принята двухступенчатая схема очистки воды с горизонтальными отстойниками и скорыми фильтрами. Для получения питьевой воды, удовлетворяющим по всем показателям санитарно-гигиеническим требованиям [1], применяется химическая обработка воды реагентами. Проектная мощность ОСВ - 408 тыс. м3/сут., в т.ч. по хозяйственно-питьевой воде - 305 тыс. м3/сут. Фактическая производительность ОСВ по хозяйственно-питьевой воде - 270-290 тыс. м3/сут.

Вода, пройдя ультрафиолетовую обработку (УФО), поступает в смесители по трубопроводам, куда подается коагулянт и при необходимости хлор. В качестве коагулянта на ОСВ применяется «Аква-Аурат». Указанный вид реагента более эффективный по сравнению с сернокислым глиноземом, а его применение направлено на достижение нормативных требований к качеству питьевой воды по окисляемости и остаточному алюминию. В период недостаточной щелочности обрабатываемой воды предусмотрено ее подщелачивание известковым молоком с технической кальцинированной содой. Для интенсификации процесса очистки воды от взвесей добавляется флокулянт марки «Праестол» на выходе из смесителей. Для обеззараживания воды перед подачей ее потребителям применяется жидкий хлор.

Для охраны источника водоснабжения и водозабора установлены границы зон санитарной охраны (ЗСО) в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.4.1110-02. Граница I пояса установлена на расстоянии 100 м от водозаборных оголовков во всех направлениях по акватории и по прилегающим к водозабору берегам. Границы II и III поясов совпадают и установлены по акватории во все стороны от водозабора на расстоянии 3 км и на 500 м от уреза воды при летне-осенней межени.

Контроль качества питьевой воды, подаваемой потребителям, проводится лабораторией ООО «Автоград-водоканал» согласно рабочей программе, согласованной начальником территориального управления Роспотребнадзора по Самарской области в г. Тольятти и мэром городского округа Тольятти. Официальные данные свидетельствуют, что качество питьевой воды, подаваемой потребителям, соответствует санитарно-эпидемиологическим требованиям по всем показателям.

Комплексные исследования, проводимые Институтом экологии Волжского бассейна Российской академии наук (ИЭВБ РАН) по обеспечению населения Автозаводского района г. Тольятти качественной питьевой водой, выявили две основные проблемы: неудовлетворительное состояние источника водоснабжения и нарушение нормативов качества питьевой воды после водоподготовки. Существуют и другие проблемы, оказывающие влияние на качество питьевой воды, подаваемой населению, например неудовлетворительное состояние водопроводных сетей. Однако в рамках данной статьи они не рассматриваются.

Неудовлетворительное состояние источника водоснабжения. По данным многолетних наблюдений ИЭВБ РАН качество воды Куйбышевского водохранилища не соответствует нормативам, предъявляемым к источникам питьевого водоснабжения по перманганатной окисляемости (ПО) и химическому потреблению кислорода (ХПК) в течение всего года и периодически по цветности, запаху и биохимическому потреблению кислорода (БПК). В период 2012-2013 гг. изменение ПО наблюдалось в пределах 5,8 -13,8 мг/дм3, а изменение ХПК - в пределах 23-36 мг/дм3 при нормативах 5 мг/дм3 и 15 мг/дм3 соответственно.

В период массового развития водорослей ситуация с органическим загрязнением воды резко ухудшается, а в маловодные годы становится катастрофической. Повышение окисляемости летом связано с увеличением количества автохтонного органического вещества (ОВ) за счет интенсивного развития фитопланктона. Более того, доминирующие на плесе виды сине- зеленых водорослей (Microcystis, Anabaena и Aphanizomenon) способны к продуцированию токсинов (микроцистины). В настоящее время известно более 70 структурных вариантов микроцистинов, наиболее токсичным является микроцистин LR, для которого Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) рекомендована допустимая концентрация в воде на уровне 1 мкг/ дм3. К сожалению, на Куйбышевском водохранилище в период «цветения» воды микроцистины практически не контролируются.

Нарушение нормативов качества питьевой воды после водоподготовки. По данным многолетних наблюдений ИЭВБ РАН в различных кварталах Автозаводского района установлено, что качество питьевой воды периодически не соответствует нормативным требованиям, предъявляемым к воде централизованных систем водоснабжения, по перманганатной окисляемости (ПО), цветности, запаху и остаточному хлору.

В условиях повышенного органического загрязнения обеззараживание воды общепринятым способом хлорирования приводит к образованию токсичных хлорорганических соединений, например, летучих галогенорганических соединений - тригалогенметана (ТГМ). Результаты исследований [2] показывают, что в фильтратах проб с сине-зелеными водорослями после хлорирования заметен значительный рост ТГМ, хотя самих водорослей в фильтратах не обнаружено. Предшественниками ТГМ, скорее всего, являются метаболиты, выделяемые сине-зелеными водорослями, или продукты распада их водорослевой массы.

Для «смягчения» проблемы ООО «Автоград-водоканал» с согласия Роспотребнадзора изменило норматив для перманганатной окисляемости с 5,0 до 6,3 мг/дм3. Остается изменить нормативы по цветности, запаху и остаточному хлору, и ситуация «нормализуется».

Для решения первой проблемы необходимо провести:
- снижение биогенной нагрузки, прежде всего фосфорной, на Куйбышевское водохранилище как на бассейновом, так и на региональном уровнях за счет внедрения глубокой очистки сточных вод;
- строительство очистных сооружений для «условно чистых» сточных вод ОАО «АвтоВАЗ», Северного промышленного узла и ливневых вод Автозаводского района г. Тольятти, поступающих на Приплотинный плес Куйбышевского водохранилища;
- оптимизацию регулирования (сезонного, недельного и суточного) водного стока на каскаде ГЭС с учетом проблем питьевого водоснабжения;
- корректировку границ 2 и 3 поясов ЗСО и режима использования хозяйственных территорий, входящих в зону санитарной охраны всех поясов. Совершенно очевидно, что из-за «цветения» воды значительно возрастает стоимость производства питьевой воды из-за необходимости в оборудовании и реагентах для удаления водорослей и продуктов их обмена веществ.

Для решения второй проблемы необходимо усовершенствовать технологию водоподготовки в ООО «Автоград-водоканал» за счет внедрения озонирования и сорбции на угле [3].

Озонирование применяется для окисления загрязнений природного происхождения и улучшения процессов коагуляции. Предварительное озонирование позволяет существенно уменьшить необходимую дозу коагулянта. Этот метод повышает качество воды по мутности, цветности, перманганатной окисляемости (ПО) и остаточному алюминию. Однако озонирование применяют при сравнительно невысокой цветности исходной воды - до 50>70 град, т.к. при большой цветности требуются высокие дозы озона, которые негативно сказываются на качестве очищенной воды [4].

Только одним озонированием, так же как только сорбционной очисткой, не всегда удается обеспечить требуемую эффективность очистки воды. Наиболее целесообразным в большинстве случаев является использование озона в сочетании с заключительной сорбционной очисткой на фильтрах с активным углем.

Сoвмeстнoe вoздeйствиe oзoнирoвaния и фильтрoвaния грaнулирoвaнным aктивирoвaнным углeм имeeт oсoбoe знaчeниe в прoцeссe oчистки вoды. Глaвнaя рoль oзoнa в биoлoгичeскoм рaзлoжeнии состоит в тoм, чтo в рeзультaтe вoздeйствия oзoнa вoзникaют прoмeжутoчныe прoдукты рeaкции биoлoгичeски рaзлaгaeмыe сoeдинeния, кoтoрыe рaзлaгaются в двухслoйных фильтрaх и фильтрaх с грaнулирoвaнным aктивирoвaнным углeм [5].

В связи с возрастающим загрязнением водных объектов, используемых в качестве источников водоснабжения населения, в мировой практике расширяется использование озона для подготовки воды питьевого качества. В настоящее время более 1000 водопроводных станций в Европе, особенно во Франции, Германии и Швейцарии, применяют озонирование как составляющую ступень в технологическом процессе очистки воды.

В России озонирование применяется в основном лишь на некоторых водопроводных станциях крупных городов (Москва, Нижний Новгород) с использованием зарубежного оборудования. Испытания отечественного оборудования, направленные на оценку эффективности озонирования воды, уже проведены в различных городах России (Владимир, Таганрог, Рязань, Кемерово, Новокузнецк, Ярославль, Оренбург и др.).

Внедрение озонирования и фильтрации на угле позволяет удалить:
- запах и привкус от антропогенных загрязнений;
- специфические органические загрязнители: фенолы, нефтепродукты, СПАВ, пестициды, хлорорганические соединения, амины и многие другие;
- гуминовые вещества природного происхождения, обуславливающие цветность воды;
- специфические запах и привкус, появляющиеся при «цветении» воды, и выделяемые сине-зелеными водорослями токсические вещества;
- привкусы и запахи, продуцируемые различными водными организмами.

До разработки схем и принятия решения о применении озона на ОСВ «Автоград-водоканал» необходимо проведение специальных исследований, в результате которых можно обоснованно судить о целесообразности и эффективности озонирования, необходимости использования сорбционной очистки воды. Важно определить места ввода озона в общей технологической схеме и оценить его влияние на основные процессы очистки воды, применяемые на ОСВ.

В ходе исследований можно установить оптимальные дозы озона в характерные периоды года, определить расчетно-конструктивные параметры метода окислительно-сорбционной очистки воды, а именно: коэффициент использования озона, время контакта озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой, варианты использования сорбционных фильтров с выбором наиболее эффективных марок активных углей; уточнить скорость фильтрования, время до реактивации угольной загрузки и режим реактивации с определением его аппаратурного оформления, а также другие технологические и технико-экономические вопросы применения озона и активных углей на ОСВ.

Опыт зарубежных и отечественных исследователей убедительно доказывает, что без применения озонирования и фильтрации на угле получить воду требуемого качества из воды поверхностных загрязненных водных объектов, используемых и качестве источников водоснабжения, практически невозможно.

Литература:

1. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Санитарно- эпидемиологические правила и нормативы. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2002. -103 с.
2. Васильева А.И., Насырова Н.П., Кантор Л.И., Мельницкий И.А., Кантор Е.А. Влияние фитопланктона на образование ТГМ. Сборник докладов конгресса ЭКВА- ТЭК. Под ред. д-ра мед. наук, проф. Эльпинера Л.И., [электронный ресурс]. М-2008. ISBN 978-5-9900677-7-6.
3. Драгинский В.Л., Алексеева Л.П. Методические рекомендации по применению озонирования и сорбционных методов в технологии очистки воды от загрязнений природного и антропогенного происхождения. - Москва, 1995.
4. Сколубович А.Ю., Войтов Е.Л., Сколубович Ю.Л. Очистка маломутных высокоцветных природных вод. Сборник докладов конгресса ЭКВАТЭК. Под ред. д-ра мед. наук, проф. Эльпинира Л.И., [электронный ресурс]. М-2008. ISBN 978-5-9900677-7-6.
5. Стакович И. Современные методики очистки питьевой воды. Сборник докладов конгресса ЭКВАТЭК. Под ред. д-ра мед. наук, проф. Эльпинира Л.И., [электронный ре- сурс]. М-2008. ISBN 978-5-9900677-7-6.
6. Селезнева А.В.,Селезнев А.В., Сайриддинов С.Ш. Экологическое нормирование биогенной нагрузки на источники питьевого водоснабжения ( на примере Саратовского водохранилища). //В журн. «Вода Magazine», №4.-М.: 2012.- с.40-43.

Water supply problems in conditions of the Volga region and the rationale for their decisions through comprehensive research

The article considers the problem of providing the population with quality drinking water in the conditions of anthropogenic eutrophication of surface water bodies. Every year this problem is becoming more urgent. Especially sharply it costs in reservoirs of the Lower Volga, where in the summer due to mass development of blugreen algae («blooms») have seen a dramatic deterioration of water quality in drinking water sources. Justification of solutions to the problem is based on carried out complex research.

Keywords: water, drinking water, eutrophication, blue-green algae.

Sayriddinov Sayriddin Chahobovich, candidate of technical Sciences, Professor of Department «heat and gas supply and ventilation, water supply and sanitation, Energy machines and systems management, Togliatti state University. 445667, Samara region, Tolyatti, Belorusskaya,14. E-mail: mrssо@yandex.ru

Bespalova Ksenia Vladimirovna, Junior researcher of the laboratory of monitoring of water objects of the Institute of ecology of Volga basin RAS.

Seleznev Vladimir Anatolyevich, doctor of technical Sciences, Professor, head of laboratory of monitoring of water objects of the Institute of ecology of Volga basin RAS. 445003, Russia, Samara region, Togliatti, ul Komzina, 10. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Selezneva Alexandra Vasilyevna, candidate of technical Sciences, senior researcher of the laboratory of monitoring of water objects of the Institute of ecology of Volga basin RAS. 445003, Russia, Samara region, Togliatti, Komzina, 10.

Журнал «Вода Magazine», №2 (102), 2016 г.