Экологическая оценка питьевой воды и системы её подготовки для нужд населения г. костромы
На правах рукописи
КУТКОВЕЦ Андрей Анатольевич ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ И СИСТЕМЫ ЕЁ ПОДГОТОВКИ ДЛЯ НУЖД НАСЕЛЕНИЯ г. КОСТРОМЫ Специальность 03.00.16 – «Экология»
Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук
Москва – 2009 2
Работа выполнена на кафедре зоологии в ГОУ ВПО Костромском государст венном университете им. Н.А. Некрасова
Научный консультант: доктор биологических наук, профессор ШАРОВА Лариса Геннадьевна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Симаков Юрий Георгиевич кандидат биологических наук, в.н.с.
Дмитриева Аида Георгиевна Ведущая организация – Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Панина
Защита диссертации состоится « 24 » апреля 2009 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д. 501.001.55 при Московском Государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Российская Федера ция, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, Московский государственный универ ситет имени М.В.Ломоносова, биологический факультет.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке биологиче ского факультета Московского Государственного университета им. М.В. Ло моносова Автореферат разослан « 20 » марта 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Карташева Н.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Угроза существованию человечества таится в катастрофической экологической обстановке, а именно в настоящее время серьезным опасением является недостаток питьевой воды, ее качественные изменения, несоответствие санитарно-гигиеническим требованиям.
Состояние водоисточников и систем центрального водоснабжения не гарантирует требуемого качества питьевой воды. Большая часть населения России использует для питья воду, которая не соответствует гигиеническим требованиям по различным показателям. Следует отметить, что разработан ные традиционные подходы для охраны природных экосистем малоэффек тивны, так как их использование сводится к установлению только отдельных источников загрязнения.
Питьевая вода – необходимый элемент жизнеобеспечения населения, от ее качества зависят состояние здоровья людей, уровень санитарно эпидемиологического благополучия, социальная стабильность общества.
Проблема обеспечения населения России питьевой водой нормативно го качества с каждым годом все более усугубляется, и сегодня она становится одной из главных социально-экономических проблем в осуществлении госу дарственной стратегии устойчивого развития общества.
В Российской Федерации примерно 109 млн. человек проживают в ус ловиях неблагоприятной санитарно-гигиенической обстановки (Martin, 1989;
Агаджанян, 2001). Рядом авторов установлено, что антропогенные изменения среды обитания человека вызывают неблагоприятные показатели в состоя нии здоровья населения (Брукер, 1982;
Бондарев, 1984;
Лукашев, 1984;
Бе зель, 1992;
Пальгунов, Эльпинер, 1995;
Авакян, 1998;
Никаноров, 2000;
Ак ватек, 2002). Более объективной оценкой загрязнения окружающей среды яв ляются показатели здоровья человека, так как при этом учитывается влияние всех загрязнителей, их действие.
По данным В.В. Найденко (1994), Н.А. Толмачева (2002), применяемые технологии обработки воды из-за повышенного загрязнения водоисточников стали в большинстве случаев недостаточно эффективными, в связи с этим водопроводные сооружения не всегда обеспечивают надежную водоподго товку и подачу населению питьевой воды требуемого качества. В связи с су ществующими проблемами финансирования методы очистки воды внедря ются недостаточно высокими темпами (Васильев, 1992;
Найденко, 1994;
Толмачева, 2002).
Специальных исследований по экологической оценке питьевой воды в городе Костроме не проводилось. Поэтому внедрение в практику передовых технологий, а именно использование усовершенствованной системы крупно габаритного рециркулятора для подготовки питьевой воды, поставляемой на селению города Костромы, несомненно, представляет достаточно актуаль ную задачу и требует широкого экологического исследования.
Цель исследования – оценить качество питьевой воды, поступающей населению города Костромы после введения в эксплуатацию системы водо подготовки с использованием реконструированного крупногабаритного ре циркулятора.
В задачи исследования входило:
- изучить качество заборной воды реки Волги в городе Костроме за пе риод 2002–2006 гг.;
- оценить качество питьевой воды до и после реконструкции малогаба ритного рециркулятора на левобережной насосно-фильтровальной станции (НФС);
- сравнить качество питьевой воды на правобережной НФС, подготов ленной по технологии горизонтальных осветлителей рециркуляторов, с во дой, подготовленной на левобережной НФС с использованием крупногаба ритных рециркуляторов;
- на основе полученных данных оценить эффективность реконструиро ванной системы очистки воды на левобережной НФС с целью выработки ре комендаций для дальнейшего использования реконструированного крупно габаритного рециркулятора в водоподготовке качественной питьевой воды.
Научная новизна. Впервые в городе Костроме проведено комплексное исследование качества питьевой воды, поступающей населению после введе ния в эксплуатацию системы водоподготовки с использованием реконструи рованного крупногабаритного рециркулятора.
Выявлено, что заборная вода реки Волги загрязнена железом, медью, цинком, марганцем и нефтепродуктами. Расчеты коэффициента комплексной загрязненности воды позволили выявить уровень загрязнения забираемой во ды. Установлена оценка эффективности существующей водоподготовки питьевой воды до проведенной реконструкции рециркулятора и после введе ния в эксплуатацию реконструированного. Впервые проведена сравнительная оценка предлагаемой технологии подготовки питьевой воды с использовани ем крупногабаритных рециркуляторов на левобережной НФС с технологией горизонтальных осветлителей рециркуляторов на правобережной НФС. Ус тановлено, что питьевая вода, подготовленная на левобережной НФС с ис пользованием реконструированной системы крупногабаритного рециркуля тора, по всем показателям приближается к показателям питьевой воды, под готовленной на правобережной НФС, и соответствует СанПиН 2.1.4.1074- (2001 г.) Практическая значимость. Проведенная реконструкция рециркуля торов на левобережной НФС позволила получить качественную питьевую воду для населения.
Результаты исследований использованы при проектировании модерни зированного крупногабаритного рециркулятора в локальной системе подго товки питьевой воды второго блока насосно-фильтровальной станции, что подтверждено актом внедрения результатов исследования в производство от 15 сентября 2005 г.
Полученные данные могут быть рекомендованы к использованию в практике Госсанэпиднадзора, занимающегося экологическими исследова ниями, Государственного комитета по охране окружающей среды Костром ской области, а также послужить совершенствованию методов очистки пить евой воды, контролю ее качества, и использованы в целевой программе об ласти «Обеспечение населения Костромской области доброкачественной питьевой водой».
Основные данные и главные положения диссертационной работы ис пользуются в учебном процессе курса «Экология» Костромского государст венного университета им. Н.А. Некрасова.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Оценка качества питьевой воды до и после ее подготовки с приме нением реконструированной системы крупногабаритного рециркулятора на левобережной НФС с учетом качества заборной воды.
2. Сравнительная характеристика качества питьевой воды, прошедшей водоподготовку на реконструированной левобережной НФС, с водой, подго товленной на правобережной НФС.
Апробация результатов исследований. Материалы диссертационной работы были представлены, доложены и обсуждены на пленарном заседа нии кафедры зоологии и медико-биологических дисциплин ежегодной меж дународной конференции Костромского государственного университета им.
Н.А. Некрасова (Кострома, 2004–2006 гг.);
на пленарном заседании кафедры биологической защиты Костромской военной академии радиационной, хи мической и биологической защиты им. Маршала Советского Союза С.К. Ти мошенко (Кострома, 2004 г., 2005 г., 2006 г.);
на X Международной научно практической конференции «Экономика природопользования и природо охраны» (г. Пенза, 2007 г.);
на IV Международной научно-практической конференции «Aktualne problemy nowoczesnych nauk – 2008» (Интернет конференция, 2008 г.) Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 работ, в том числе 1 статья в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объём работы. Общий объём работы диссертации со ставляет 130 печатных страниц. Текст включает: введение, три главы, заклю чение, выводы, предложения производству, приложения. Список цитирован ной литературы состоит из 144 названий, в том числе 12 работ на иностран ных языках. Диссертация иллюстрирована 42 таблицами, 37 рисунками.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Во введении обоснована актуальность проводимых исследований, оп ределены цель и практическая значимость работы, а также основные поло жения, выносимые на защиту.
Исследования проводились с 2002 по 2006 годы на территории города Костромы. Материалом для исследований послужили пробы воды из артези анских скважин и реки Волги как до очистки, так и после подготовки её на левобережной НФС с использованием малогабаритных рециркуляторов, а также с предлагаемыми нами реконструированными крупногабаритными ре циркуляторами осветлителями.
Для решения поставленных задач была проведена комплексная оценка собственных данных, а также статистических данных других организаций.
Забор воды осуществлялся из открытого водоема с использованием ба тометра, а из водопроводной сети – в стерильные стеклянные бутыли (объе мом 4 л) согласно ГОСТу.
Для определения качества воды исследовали следующие показатели:
- физические: запах при 200, 600С, (балл);
мутность (мг/л);
цветность (град.);
привкус (балл) (ГОСТ Р 51232-98).
- химические: сухой остаток, жесткость общая, окисляемость перман ганатная, нитраты, нитриты, нефтепродукты, марганец, цинк, медь, железо, аммиак, хлориды, хлор свободный, хлор остаточный (мг/л), рН (ГОСТ Р 51232-98).
- бактериологические: термотолерантные колиформные бактерии (ТБК) – число бактерий в 100 мл, общие колиформные бактерии (ОКБ) – число бак терий в 100 м, общее микробное число (ОМЧ) – число образующих колоний бактерий в 1 мл, колифаги – число бляшкообразующих единиц (БОЕ) в мл (ГОСТ 18963-73, СанПиН 2.1.4.1074-01).
Для проведения анализов использована усредненная проба воды, забор которой осуществлялся в 9 точках реки Волги. В ходе исследований было отобрано и проанализировано более 15000 проб воды. Отбор проб осуществ ляли с периодичностью два раза в неделю;
анализ воды проводили с трех кратной повторностью.
Все полученные данные обработаны математически с расчетом досто верности на персональном компьютере IBM PC с использованием программы «Statistika 6.0».
Корреляционный анализ экспериментально полученных результатов и расчётных характеристик по установлению связи между содержанием тяжё лых металлов в воде и онкологическими заболеваниями населения г. Кост ромы производили с использованием коэффициента корреляции Пирсона (Ржаксинская, 1983;
Кафаров, 1991;
Гланц, 1999;
Реброва, 2006).
Расчет коэффициента комплексной загрязненности (ККЗ) проводился в соответствии с методом комплексной оценки степени загрязненности по верхностных вод по гидрохимическим показателям (РД 52.24.643-2002).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Первый этап наших исследований состоял в изучении оценки качества заборной воды реки Волги на территории города Костромы.
Город Кострома – самый крупный промышленный центр области. Тер ритория – 10959 га, численность населения – более 270 тыс. человек.
Кострома расположена на юго-западе Костромской области в месте слияния рек Костромы и Волги. Город представляет собой областной центр, обеспеченный всеми видами коммунальных услуг, с развитой инфраструкту рой.
В качестве источника для хозяйственно-бытового водоснабжения ис следуемого региона используются в основном поверхностные воды реки Волги, резко отличающиеся от подземных вод по химическому составу. При родная вода Волги, являющейся источником водоснабжения всех админист ративных районов города Костромы, имеет очень сложный состав. В воде присутствуют не только соли тяжёлых металлов, но и многие другие вещест ва техногенного происхождения. Наши данные согласуются с исследования ми главного государственного санитарного врача России Онищенко Г.Г.
(1999).
В качестве природопользователей за период 2002 - 2006 гг. на террито рии города было зарегистрировано более 500 предприятий - природопользо вателей.
Очистка сточных вод в городе Костроме осуществляется на двух ком плексах очистных сооружений:
– Васильевские очистные сооружения канализации (ВОСК), располо женные на левом берегу р. Волги южнее жилой зоны г. Костромы. Общая площадь – 14 га. Эти очистные сооружения обслуживают Свердловский рай он. На ВОСК поступает 70% хозяйственно-бытовых и 30% производствен ных стоков;
– Коркинские очистные сооружения канализации (КОСК), расположе ны на правом берегу р. Волги. Общая площадь – 39,2 га. Эти очистные со оружения обслуживают Ленинский и Дмитровский районы. Соотношение хозяйственно-бытовых и промышленных стоков, поступающих на сооруже ния, составляют 50 : 50 %.
Учитывая состояние почвы, стоков, выбросов предприятиями в окру жающую среду вредных веществ, которые с атмосферными осадками посту пают в реку Волгу, можно получить оценку её загрязнения.
В соответствии с этим в 2002–2006 годах нами и осуществлена оценка состояния воды реки Волги в трёх административных районах города Кост ромы (Ленинском, Свердловском, Дмитровском).
Особое внимание обращали на содержание в воде ионов тяжелых ме таллов. Известно, что в самоочищении воды от ионов тяжелых металлов большую роль занимают окислительно-восстановительные процессы. Усло вия в воде и донных отложениях способствуют переходу окислительных форм металлов в более восстановленное состояние, что приводит к повыше нию содержания металлов в воде. Процессы разрушения комплексных со единений способствуют вторичному загрязнению водоемов. Избыточное со держание в воде железа и марганца способствует обрастанию труб.
Значимые изменения в воде реки Волги по содержанию железа отраже ны на рис. 1. Так, минимальное превышение его – 1,2 ПДК (0,36 мг/л) – от мечалось в Ленинском районе в 2002 году, максимальное – 96,7 ПДК (29, мг/л) в Свердловском районе в 2004 году.
В Дмитровском районе в 2002 году содержание железа в воде состави ло 9,2 ПДК (2,75 мг/л), а в 2006 году – 9,1 ПДК (2,74 мг/л);
в Ленинском рай оне в 2002 году содержание железа в воде составило 7,9 ПДК (2,38 мг/л), а в 2006 году – 7,7 ПДК (2,31мг).
2, мг/л 1,5 Ленинский район 1 Свердловский район 0, Дмитровский район 2002 2003 2004 2005 Годы Рис. 1. Содержание железа в воде р. Волги в исследуемых районах г. Костромы Проведенные исследования химического состава воды реки Волги по казали превышение ПДК по содержанию марганца. По результатам исследо вания просматривается тенденция увеличения его концентрации в воде всех районов города. Так, минимальная концентрация данного элемента выявлена в воде реки Волги в Ленинском районе в 2003 году и составила – 12,2 ПДК (1,22 мг/л), в то же время в Свердловском районе концентрация данного эле мента в воде была на уровне 13,4 ПДК (1,34 мг/л) (рис. 2).
1, 1, 0, мг/л Ленинский район 0, Свердловский район 0, 0,2 Дмитровский район 2002 2003 2004 2005 Годы Рис. 2. Содержание марганца в воде р. Волги в исследуемых районах г. Костромы Значительную опасность загрязнения реки Волги представляют нефте продукты, так как в городе расположено большое количество автозаправоч ных станций. Хранение и транспортировка нефтепродуктов способствуют за грязнению земель, которые, в свою очередь, являются источником загрязне ния поверхностных вод.
При исследовании поверхностных вод на содержание общего количе ства нефтепродуктов за исследуемый период выявлено превышение ПДК в 88 раз в Дмитровском районе, в Свердловском районе – в 75 раз, а в Ленин ском районе – в 59 раз (рис. 3).
мг/л Ленинский район Свердловский район 2 Дмитровский район 2002 2003 2004 2005 Годы Рис. 3. Содержание общего количества нефтепродуктов в воде р. Волги в исследуемых районах г. Костромы Для определения степени загрязненности воды были проведены расчё ты коэффициента комплексной загрязнённости (ККЗ) воды в районах города Костромы. Расчёт ККЗ даёт возможность осуществить оценку аналитической информации о химическом составе воды, а также может быть использован в качестве интегрального показателя, комплексно оценивающего степень за грязнения и качество воды водных объектов.
При проведении расчетов загрязненности воды учитывалось 14 ингре диентов, такие как БПК, нитраты, нитриты, сульфаты, хлориды, фосфаты, аммоний, кадмий, марганец, железо, медь, цинк, формальдегид, нефтепро дукты, по которым определяли коэффициент комплексной загрязненности воды. В Дмитровском районе число ингредиентов, превышающих нормы ПДК, составило семь: это нитраты, кадмий, аммоний, марганец, железо, формальдегид и нефтепродукты. Вода реки Волги сильно загрязнена желе зом, аммонийным азотом и нефтепродуктам. Наиболее высокий коэффициент комплексной загрязненности воды выявлен в Дмитровском районе наимень ший – в Свердловском районе.
На основании проведенных исследований установлено, что наиболее загрязненной является вода, забираемая из реки Волги для водоподготовки в Дмитровском районе города Костромы, а наименее загрязненной – в Сверд ловском районе.
Второй этап работы заключался в исследовании питьевой воды, под готовленной на левобережной НФС по старой технологии с использованием малогабаритных рециркуляторов, и воды, подготовленной после их реконст рукции в крупногабаритные рециркуляторы.
Первая очередь левобережной насосно-фильтровальной станции по строена по проекту объекта-2075, разработанному Ленинградским отделени ем Гипрокоммунводоканала. Первый блок фильтровальной станции с про ектной мощностью 50000 м/с был введён в действие в 1971 году.
Движение воды по очистным сооружениям свободное, за счет перепада высот.
Однако первая очередь очистных сооружений водопровода не достигла проектной производительности. Для увеличения производительности (по пред ложению представителя объединения " Росводоканалналадка") 30–40% воды, минуя осветлители со взвешенным осадком, поступали на скорые фильтры на контактную коагуляцию.
В 1976 году пять скорых фильтров были переоборудованы в двухслойные с загрузкой кварцевый песок-активированный уголь АГ-3 или АГ-4(50-60 см).
Второй блок фильтровальной станции с проектной производительностью 45000 м3/сутки (вторая очередь насосно-фильтровальной станции построена по проекту Ленинградского отделения Гипрокоммунводоканала – заказ 3214) была пущена в эксплуатацию в 1979 году.
Однако и вторая очередь не достигла своей проектной производитель ности, т.к. в осветлителях со взвешенным осадком не удалось достигнуть про ектной скорости восходящего потока воды, при увеличении которого малога баритные рециркуляторы не справлялись с очисткой воды, и происходил вы брос осадка, содержащего загрязняющие вещества, из осветлителя рециркулятора в емкости с осветленной водой. Отмечены превышения норм ПДК некоторых элементов в воде, подготовленной для нужд населения.
Левобережная насосно-фильтровальная станция находится в центре го рода и занимает малую площадь. Использование других технологий (напри мер, горизонтальные осветлители) было невозможно из-за недостатка пло щадей. Поэтому нами совместно с сотрудниками Костромагорводоканала было предложено реконструировать осветлители со взвешенным осадком второго блока в крупногабаритный аппарат рециркуляции осадка, что позволило увеличить скорость восходящего потока воды в них. В результате второй блок достиг проектной производительности, при этом очистка воды повысилась на 26%.
Поэтапная реконструкция замены малогабаритных рециркуляторов на усо вершенствованные крупногабаритные рециркуляторы была проведена собст венными силами сотрудников предприятия с минимальными капитальными затратами.
Была изменена схема подачи полиакриламида наряду с сохранением схемы подачи, предусмотренной проектом на первом и втором блоках.
По новой схеме в летний период применяется слабый раствор поли акриламида – 0,01%, доза 0,05 г/м3. Точка ввода данного раствора ПАА была перенесена для подачи в трубопровод перед введением раствора коагулянта.
Из резервуаров чистой воды питьевая вода при помощи насосов второ го подъема подается в систему водоводов Ленинского и Свердловского рай онов города. При этом давление в водопроводах города Костромы поддержи вается от 6,5 атм. (в ночное время) до 8 атм. (в дневное время).
Проведенный анализ данных, характеризующий качество питьевой во ды, подготовленной по старой технологии (малогабаритные рециркуляторы) и по предложенной нами подготовке питьевой воды с применением реконст руированной системы рециркуляции осадка, показал, что с использованием усовершенствованного рециркулятора все качественные характеристики имели статистически достоверные изменения.
Так, например, после обработки воды по старой технологии на левобе режной насосно-фильтровальной станции за весь период исследования ( –2006 гг.) она имела запах и привкус, а после подготовки с использованием крупногабаритного рециркулятора данные показатели понизились: запах – в среднем на 47,0–92,0%, привкус на 46,0–77,0%. Аналогичная картина имела место и по такому показателю, как мутность воды. К 2006 году мутность по низилась на 49%.
Важно отметить, что питьевая вода, подготовленная с использованием реконструированной системы крупногабаритных рециркуляторов, в эпиде миологическом отношении безопасна. Если в 2002 году при подготовке питьевой воды по старой технологии общее микробное число было представ лено 11,8 колоний в 1 мл воды, то при подготовке питьевой воды по усовер шенствованной технологии оно снизилось в 2006 году более чем в 5 раз и со ставило 2,4 в 1 мл воды, при этом коэффициент очистки воды равен 0,9.
При использовании реконструированной системы крупногабаритного рециркулятора для подготовки питьевой воды отмечено снижение содержа ния в воде железа: в 2002 году – на 6,5% (р 0,05), а в 2006 году на – 10,6% (р 0,05), содержание меди: в 2005 году – на 66,7 % (р 0,05), а в 2006 году отмечены следы данного элемента в воде. Также снизилось содержание цин ка в питьевой воде: в 2003 году – в 6 раз, а в 2006 году – в 9 раз;
содержание марганца – понизилось до уровня ПДК. Значительно снизилось количество нитратов и хлоридов в воде.
Третий этап работы заключался в проведении сравнительного анализа питьевой воды, подготовленной на левобережной НФС до реконструкции и после реконструкции рециркулятора, с водой, подготовленной на правобе режной НФС, функционирующей по принципу горизонтальных осветлите лей, за промежуток исследования – 5 лет.
Правобережная насосно 0,25 фильтровальная станция 0, Левобережная насосно железо, мг/л 0,23 фильтровальная станция до реконструкции 0, Левобережная нссосно 0,21 фильтровальная станция после реконструкции 0, 0, Рис. 4. Суммарное содержание железа в воде (в среднем за 5 лет) Как следует из рисунка 4, после реконструкции рециркулятора содер жание железа в воде снизилось на 8% и было близким к содержанию железа в воде после прохождения водоподготовки на правобережной НФС. Такая же тенденция прослеживается по содержанию меди в воде: снижение составило 50% и соответствовало содержанию меди в питьевой воде, подготовленной на правобережной НФС (рис. 5). Особенно значительно снизилось после ре конструкции рециркулятора содержание марганца в воде, в среднем за 5 лет, – почти в 10 раз (рис. 6).
Правобережная насосно 0,004 фильтровальная станция 0,003 Левобережная насосно медь, мг/л фильтровальная станция до реконструкции 0, Левобережная насосно фильтровальная станция 0, после реконструкции Рис. 5. Суммарное содержание меди в воде (в среднем за 5 лет) Правобережная насосно 0,12 фильтровальная станция 0, марганец, мг/л Левобережная насосно 0,08 фильтровальная станция до реконструкции 0, Левобережная насосно 0,04 фильтровальная станция после реконструкции 0, Рис. 6. Суммарное содержание марганца в воде (в среднем за 5 лет) По бактериологическим показателям (общее микробное число) питье вая вода, подготовленная на левобережной НФС после реконструкции, соот ветствовала воде, подготовленной на правобережной НФС, и ОМЧ составля ло 4,3 колоний бактерий в 1 мл воды. Тогда как в соответствии с СанПиН 2.1.4.1074-01 допускается 50 колоний бактерий в 1 мл воды. Полученные данные свидетельствуют о том, что питьевая вода является бактериологиче ски безопасной (рис. 7).
Правобережная насосно фильтровальная станция колоний бактерий в 1 мл число образующих 8 Левобережная насосно фильтровальная станция до реконструкции Левоборежная насосно фильтровальная станция после реконструкции Рис. 7. Суммарное содержание ОМЧ в воде (в среднем за 5 лет) Итак, после водоподготовки с использованием усовершенствованной системы рециркулятора произошло значительное снижение количества желе за, меди, цинка, марганца и общего микробного числа в питьевой воде.
Далее был проведён сравнительный анализ данных, характеризующий качественное состояние питьевой воды, подготовленной на левобережной НФС после реконструкции рециркулятора, по сравнению с водозаборной во дой реки Волги, который показал, что все качественные характеристики воды значительно улучшились и соответствовали действующим ГОСТам и Сан ПиН 2.1.4.1074-01.
Так, например, после водоподготовки с использованием реконструиро ванного рециркулятора практически исчез запах и привкус, произошло сни жение рН и мутности, а также снизилось содержание сухого остатка.
Для выявления степени сходства и различия полученных конкретных данных по одним и тем же показателям были построены по усреднённым данным в каждой группе диаграммы размаха. Оказалось, что разброс содер жания химических веществ в группах примерно одинаков, а разница заклю чается только в их количественном выражении. Этот факт можно рассмот реть на следующих примерах (рис. 8-10).
Как следует из рисунка 8, (в среднем за 5 лет) минимальное содержа ние железа в воде реки Волги составило 1,33 мг/л, максимальное 1,6 мг/л, по сле же водоподготовки с использованием усовершенствованного рециркуля тора, соответственно, 0,17 мг/л и 0,29 мг/л, то есть содержание железа в воде за 5 лет снизилось в 6,5 раз.
1, 1, 1, 1, железо,мг/л 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1 Примечание. 1 – заборная вода, поступающая на левобережную насосно фильтровальную станцию;
2 – вода, подготовленная на левобережной насосно-фильтровальной станции с использованием крупногабаритного рециркулятора.
Рис. 8. Размах колебаний концентраций железа (в среднем за 5 лет) в водозаборной воде и после водоподготовки её с использованием крупногаба ритного рециркулятора на ЛНФС 0, 0, 0, медь, мг/л 0, 0, 0, -0, 1 Примечание. 1 – заборная вода, поступающая на левобережную насосно фильтровальную станцию;
2 – вода, подготовленная на левобережной насосно-фильтровальной станции с использованием крупногабаритного рециркулятора.
Рис. 9. Размах колебаний концентраций меди (в среднем за 5 лет) в во дозаборной воде и после водоподготовки её с использованием крупногаба ритного рециркулятора на ЛНФС Концентрация меди в воде реки Волги за этот же период составила 0, мг/л, после водоподготовки снизилась более чем на 90% (рис. 9).
После обработки воды с использованием крупногабаритного рецирку лятора произошло снижение в ней хлоридов на 50% (рис. 10).
хлориды, мг/л 1 Примечание. 1 – заборная вода, поступающая на левобережную насосно фильтровальную станцию;
2 – вода, подготовленная на левобережной насосно-фильтровальной станции с использованием крупногабаритного рециркулятора.
Рис. 10. Размах колебаний концентрации хлоридов (в среднем за 5 лет) в водозаборной воде и после водоподготовки её с использованием крупнога баритного рециркулятора на ЛНФС Полученные данные свидетельствуют об эффективной очистке забор ной воды, проходящей через реконструированную систему водоподготовки.
Согласно данным литературы (Кирилюк, 1999;
Миркин, Наумова, 2002) наиболее важными элементами, оказывающими влияние на развитие онкологических заболеваний, являются железо, марганец и цинк, содержа щиеся в питьевой воде.
Поэтому нами дополнительно проведено исследование по выявлению связи между онкологическими нозологиями в городе Костроме и содержани ем тяжёлых металлов в питьевой воде при водоподготовке по старой техно логии.
С помощью выполненного корреляционного анализа была установлена зависимость роста числа некоторых онкологических заболеваний у населения города Костромы от содержания некоторых тяжёлых металлов в воде.
Выявлено, что развитие рака лёгких достоверно коррелирует положи тельно с содержанием в воде железа, цинка, марганца, а рак молочной желе зы коррелирует положительно с содержанием в воде железа, марганца, что согласуется с данными других авторов (Крутилина, 1990;
Гейнрих, Гергт, 2003;
Скальный, 2004).
Мы считаем, что данное соответствие обусловлено тем, что в период исследования (2002-2006 гг.) увеличилось загрязнение водоисточников тяжё лыми металлами за счет неконтролируемых залповых сбросов крупными предприятиями, а также в результате использования старого, изношенного на 80% дюкера, проложенного по дну реки Волги. Однако следует отметить, что зависимость онкологических заболеваний населения от содержания железа, цинка, марганца в питьевой воде при водоподготовке её по новой технологии не выявлена.
Эпидемиологически трудно установить зависимость между воздейст вием питьевой воды на человека и возникновением рака, так как недостаточ на продолжительность наблюдения, а скрытый период образования опухоли у человека довольно длительный, при этом постоянно изменяется состав во ды и не исключено воздействие других факторов.
Приведённые предварительные результаты по выявлению причин раз вития онкозаболеваний у населения от некачественной водоподготовки сви детельствуют о том, что контроль качества питьевой воды и соответствую щая водоподготовка являются одной из приоритетных задач современного общества.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Питьевая вода – важнейший фактор здоровья человека. Река Волга и ее притоки, являющиеся источниками водоснабжения прибрежных городов и поселков, принимают на всем протяжении огромное количество загрязнений, с которыми естественные процессы самоочищения уже не справляются.
Санитарным нормам и правилам не отвечает 20% поверхностных и подземных источников центрального питьевого снабжения России (Дмитри ев, 1995).
В результате интенсивных стоков промышленными предприятиями существенно снизилось качество воды реки Волги в районе г. Костромы.
Проведённые расчеты коэффициента комплексной загрязненности воды по казали, что наибольшее загрязнение реки Волги в районе города Костромы вызвано соединениями железа, нефтепродуктами и аммонийным азотом. Вы сокая степень загрязненности заборной воды указывает на необходимость проведения качественной водоподготовки.
В некоторых регионах России еще функционируют насосно фильтровальные станции с малогабаритными рециркуляторами, которые на данный момент не справляются с водоподготовкой в связи с увеличением объемов подаваемой питьевой воды населению. Поэтому возникла необхо димость в проведении усовершенствования данных насосно-фильтровальных станций.
Одним из путей решения данного вопроса является замена малогаба ритных рециркуляторов на крупногабаритные, которые позволяют увеличить объем подаваемой питьевой воды, снизить расход коагулянта и при этом по лучить качественную питьевую воду.
Как показали наши исследования, при таком режиме водоподготовки происходит значительное снижение содержания в воде некоторых тяжелых металлов от 3 до 11 раз. Практически исчезли запах и привкус, снизилась мутность воды. В результате проведенной реконструкции население города получает воду, безопасную в бактериологическом отношении. Качество по лученной питьевой воды соответствует требованиям действующих ГОСТа и СанПина.
Необходимо отметить, что замена малогабаритных рециркуляторов на реконструированные крупногабаритные рециркуляторы происходила без ос тановки работы левобережной насосно-фильтровальной станции, что позво ляет рекомендовать проводить реконструкцию подобных насосно фильтровальных станций в других регионах.
ВЫВОДЫ 1. Вода реки Волги в районе города Костромы загрязнена тяжёлыми металлами с превышением ПДК в 9–17 раз, нефтепродуктами – в 17–88 раз, нитратами в 2–3 раза, хлоридов – в 1,5 раза.
2. Расчет коэффициента комплексной загрязненности воды показал, что максимальный уровень загрязнения воды реки Волги в Дмитровском районе города Костромы, минимальный – в Свердловском районе.
3. Введение системы крупногабаритного рециркулятора для водо подготовки на левобережной насосно-фильтровальной станции привело к снижению содержания тяжёлых металлов в воде в среднем в 3–11 раз, нефте продуктов – в 80–100 раз, нитратов – в 20 раз, хлоридов – в 2 раза, показатель общего микробного числа – в 23 раза.
4. Реконструкция рециркулятора, направленная в сторону увеличе ния размеров аппарата рециркуляции, привела не только к существенному улучшению качества питьевой воды, подаваемой для нужд населения, но и к увеличению объема подготовленной питьевой воды на 10–15%, а также к уменьшению использования коагулянта на 20%.
5. Качество питьевой воды, подготовленной на левобережной на сосно-фильтровальной станции с использованием реконструированного крупногабаритного рециркулятора, по таким показателям воды, как запах, мутность, рН, сухой остаток, общее микробное число, содержание железа, меди, цинка и марганца практически не отличается от качества питьевой во ды, подготовленной на правобережной насосно-фильтровальной станции, функционирующей по принципу горизонтальных осветлителей.
6. Высокое качество питьевой воды, получаемое при её водоподго товке с использованием реконструированной системы крупногабаритного рециркулятора, позволило обеспечить население качественной питьевой во дой, соответствующей ГОСТу и СанПину.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК 1. Кутковец, А.А. Комплексная оценка уровня накопления загрязняю щих веществ в водных объектах [Текст] / А.А. Кутковец // Естественные и технические науки – 2008. № 5 (37) – С. 84 – 86.
Другие научные работы 2. Кутковец, А.А. Усовершенствование системы водоподготовки пить евой воды на левобережной насосно-фильтровальной станции [Текст] / А.А.Кутковец, Л.Г.Шарова // Научно – технический сборник. – Москва : ВА РХБЗ, 2004. – № 3 (40) – С. 156 – 158.
3. Кутковец, А.А. Сравнительная оценка показателей качества питьевой воды подготовленной на левобережной НФС с использованием малогабарит ного и крупногабаритного рециркуляторов [Текст] / А.А.Кутковец // Научно – технический сборник. – Кострома : ВА РХБЗ, 2006. – № 3 (43) – С. 87 – 89.
4. Кутковец, А.А. Санитарное состояние водных объектов и влияние его на здоровье населения [Текст] / А.А.Кутковец // Научно – технический сборник, Кострома : ВА РХБЗ, 2006. – № 4 (44) – С. 89 – 94.
5. Кутковец, А.А. Экологическая оценка качества питьевой воды [Текст] / А.А.Кутковец // X Международная научно-практическая конферен ция «Экономика природопользования и природоохраны», Пенза : Сборник статей, 2007. – С. 45 – 47.
6. Кутковец, А.А. Общая оценка качества подземных вод города Кост ромы [Текст] / А.А.Кутковец // IV Международная научно-практическая конференция «Aktualne problemy nowoczesnych nauk», Nauka I studia, – 2008, С. 63 – 65.
7. Кутковец, А.А.Влияние качества питьевой воды на показатели он кологической заболеваемости населения города Костромы [Текст] / А.А.Кутковец, В.В.Король // Информационно-аналитический журнал «Ак туальные проблемы современной науки», Москва – 2008. – № 4 (43) – С.
123 – 125.