Проблема водообеспеченности маловодных районов Астраханской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проблема водообеспеченности маловодных районов Астраханской области

Обеспечение населения качественной питьевой водой является одной из главных и приоритетных задач в мире, от выполнения которой зависит благополучие и здоровье человечества, сохранение стабильной санитарно-эпидемиологической ситуации.

По данным исследований ООН [7] через 20-30 лет более 4 млрд. жителей планеты остро ощутят нехватку пресной воды. Ситуация вызвана глобальными климатическими изменениями, увеличением показателей демографии населения, а также ухудшающемся состоянием источников водоснабжения.

Актуальна проблема водообеспечения населения и для многих регионов нашей страны. Примером вододефицитного района служит Астраханская область, где за последнее десятилетие отмечается ухудшение показателей качества водотоков Нижней Волги, вызванное как антропогенной деятельностью, так и большими объемами сбрасываемых в водоемы загрязняющих веществ [1].

Решение проблемы возможно за счет использования подземного водотока в качестве резервного источника водоснабжения для потребителей, поскольку в гидрогеологическом отношении Астраханская область принадлежит к Каспийскому гидрогеологическому району Прикаспийского артезианского бассейна. Запас пресных вод сосредоточен в пределах Волго-Ахтубинской поймы и на севере степной части области, а также на локальных участках остальной территории [4-5].

До 2004 года опорная наблюдательная сеть состояла из 124 скважин [2]. В настоящее время более 60 скважин законсервированы, многие находятся в нерабочем состоянии.

Одним из маловодных районов Волго-Ахтубинской поймы является село Старица Астраханской области. Основным поверхностным водоисточником на территории населенного пункта является река Волга. Больщая часть территории села расположена на правом реки и, только небольшая часть, на левом берегу в междуречье Волго-Ахтубинской поймы.

Застройка МО «Старицкий сельсовет» расположена за пределами зоны санитарной охраны водотока. Поверхностные водотоки, представленные протоками, ериками, озерами, находятся в пойменной части территории муниципального образования. Пополнение части протоков происходит только в период паводка с реки Волга, имеющей постоянную гидравлическую связь с водотоками.

Система водоснабжения села Старица объединенная противопожарная и хозяйственно-питьевая, низкого давления. Разводящие сети построены более 25 лет назад из разнородных материалов: сталь, чугун, асбестоцемент находятся в ветхом состоянии.

По содержанию железа и показателям мутности подаваемая потребителям села водопроводная вода не соответствует требованиям СанПин 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» и ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования».

Полупустынный поселок Верхний Баскунчак, расположенный на территории Ахтубинского района области, отдаленный от поверхностного водотока, имеет ряд существенных проблем в действующем водохозяйственном комплексе, таких как износ водопроводных сетей, старение основных производственных фондов, отсутствие модернизации и реконструкции систем водоснабжения и водоотведения, и остро нуждается в альтернативном резервном источнике водоснабжения.

Согласно Комплексной программе по социальному переустройству поселения с 2011 года в населенном пункте началось реформирование системы жилищно-коммунального хозяйства, а также капитальные работы по восстановлению водопроводных сетей и оформление необходимой документации на артезианские скважины, введенных в эксплуатацию более 30 лет назад. Использование резерва подземных источников для хозяйственно-питьевых целей населением позволит снизить тарифы в два раза на потребление водных ресурсов.

Однако состояние подземного источника водоснабжения населения не позволяет региону использовать водные запасы на полную мощность (табл. 1) [3].

подземный водоток резервный запас

Таблица 1. Результаты лабораторных испытаний артезианских вод из скважин пос. Верхний Баскунчак Ахтубинского района Астраханской области [3]

В таблице 2 приведены органолептические показатели и результаты химического анализа семи скважин, расположенных на территории поселка. Согласно требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01, предъявляемым к питьевому водоснабжению, некоторые из показателей превышают допустимые показатели (табл. 2).

Таблица 2. Сравнительная характеристика качества подземных минерализованных вод в пос. Верхний Баскунчак в Ахтубинском районе Астраханской области

По табличным данным можно сделать вывод о том, что воды, отобранные из скважин подземного водоисточника, жесткие (Ж_общ= 8-12 мг-экв/л), а в некоторых и очень жесткие (Жобщ>12 мг-экв/л), солоноватые и имеют повышенное содержание железа.

На рисунке 1 представлена диаграмма Пурбе, определяющая состояние системы железо-вода в координатах Eh - pH [10].

Рис. 1. Диаграмма Пурбе для системы Fe - H₂O

Окислительно-восстановительный потенциал любой обратимой системы определяется по формуле:

(1)

где Eh - окислительно-восстановительный потенциал данной среды;

E₀ - окислительно-восстановительный потенциал, измеренный при равных концентрациях окисленной и восстановленной форм;

O_x - концентрация окисленной формы;

R_ed - концентрация восстановленной формы;

N - число электронов, принимающих участие в окислительно-восстановительном процессе.

Согласно таблице 1 рН подземных вод соответствует значениям 7,2 - 7,9, редокс - потенциал Еh подземных вод, как правило, соответствует диапазону от -0,2 до +0,5. Из приведенной диаграммы (рис. 1) очевидно, что для железа при рН > 7 устойчив Fe(OH)₃, а Fe³⁺ неустойчив. Значит, при pH > 7 ион Fe³⁺ будет полностью гидролизоваться:

(2)

Двухвалентное железо в данной ситуации находится в растворенном состоянии. Вода, вступая в контакт с воздухом, насыщается кислородом, в результате окислительный потенциал системы повышается.

Решение питьевого водоснабжения населения поселка возможно путем предварительной подготовки воды. Основной задачей процесса водоподготовки является снижение общего солесодержания, жесткости и железа в воде. Известно, что избыток железа в воде пагубно влияет на здоровье человека, функционирование его внутренних органов, вызывает развитие различных онкологических заболеваний и аллергических реакций.

Традиционными методами обезжелезивания воды является аэрация с последующим фильтрованием.

Эффективным решением проблемы предлагается установка компактных, полностью автоматизированных станций очистки, включающих основные стадии предочистки и обеззараживания воды (рис. 2).

На первой стадии водоочистки происходит удаление из воды коллоидных частиц гидроксида железа (III), способных выпадать в осадок, на микрофильтрационных мембранных модулях. Далее на второй стадии на блоках ультрафильтрационных мембран предлагается удаление коллоидного и бактериального органического железа, где также происходит обеззараживание воды (рис. 2).

Применение безреагентного метода ультрафильтрационного разделения альтернативно традиционным методам обеззараживания воды. Ультрафильтрационные мембраны с размером пор 0,01-0,05 мкм способны воспрепятствовать проскоку в очищаемую воду патогенных микроорганизмов, бактерий и вирусов, при достаточно низком энергопотреблении установок (от 0,2 до 0,5 кВт*ч/м3 [6,9]) за счет небольшого перепада давления на мембранном элементе (5-15 м) [10].

По данным некоторых работ [6,8] себестоимость питьевой воды, полученной с помощью ультрафильтрации, составляет от 0,03 до 0,25 евро/м³, а общие затраты с учетом замены мембран оцениваются на уровне 0,5-0,6 евро/м³.

Рис. 2. Двухступенчатая схема микро - и ультрафильтрационной установок очистки подземных вод: 1 - клапан; 2 - микрофильтрационная установка; 3 - насос для подачи воды на ультрафильтрационные фильтра; 4 - ультрафильтрационный мембранный блок; 5 - промывной насос; 6 - бак очищенной воды; 7 - напорный бак для промывки; 8 - насос подачи воды потребителю

Вода из резервного водоисточника под напором, создаваемого скважинными насосами, поступает на предварительную очистку в блоки микрофильтрационных фильтров, затем дополнительными насосами повышения давления на ультрафильтрационную установку. Очищенная вода собирается в емкость очищенной воды, откуда насосами подается потребителю. При необходимости осуществления промывки мембранных установок промывным насосом подают воду для обратной промывки фильтров (1 - 5 раз/час работы системы [6]), с использованием по необходимости дезинфицирующего реагента (NaHClO).

Предложенная схема позволит сократить затраты на реагентное хозяйство, что значительно снизит стоимость 1м³ очищенной воды, тогда как в муниципальных районах области в настоящее время стоимость потребляемой воды населением достигает 30, а в некоторых районах до 50 руб. за 1 м³.

Список литературы

1. Боронина, Л.В. Оценка качества поверхностных водоисточников на основе показателей временных рядов динамики [Текст] / П.Н. Садчиков // Водоснабжение и санитарная техника. - 2012. №11. - с. 15-21.

2. Боронина, Л.В. Экологическое состояние водных источников аридной зоны юга России [Текст] / А.Э. Усынина // Вестник учебно-методического объединения по образованию в области природообустройства и водопользования. - 2015. - №7 (7). - с. 153-158.

3. Данные результатов химического анализа подземных вод поселка Верхний Баскунчак Ахтубинского района Астраханской области, предоставленные от ООО «Интегральные водные технологии», 2013 г.

4. Михайлов, Г.М. Гидрогеологическая характеристика состояния подземных вод на территории Астраханской области [Текст] / Г.М. Михайлов // Мелиорация малых водотоков, нерестилищ дельты р. Волги и Волго-Ахтубинской поймы: материалы Международной науч. - практ. конф. - Астрахань: ООО «ЦНТЭП», 2007. - С. 305-314.

5. Отчет о состоянии и использовании природных ресурсов Астраханской области на 01.01.07 г. [Текст]. - Астрахань, 2007. - 86 с.

6. Первов, А.Г. Метод ультрафильтрации в современном водоснабжении проблемы и перспективы [Текст] / А.П. Андрианов // Сантехника. - 2006. - №6. - с. 12-21.

7. ЮНЕСКО. Новый Доклад ООН о состоянии водных ресурсов: Глобальные водные ресурсы испытывают сильное негативное воздействие со стороны быстро растущего спроса и изменения климата [Электронный ресурс]. - URL: http:// en.unesco.org (дата обращения: 22.04.2017).

8. Laine J.-M., Vial D., Moulart P. / Status after 10 years of operation - overview of UK technology today // Proceedings of the Conference on Membranes in Drinking and Industrial Water Production. Paris, France, 3-6 October, 2000 - V. 1, p. 17-27.

9. Mavrov V., Chmiel H., Kluth J., Meier J., Heinrich F., Ames P., Backes K., Usner P. Comparative study of different MF and UF membranes for drinking water production. // Desalination. 1998. V. 117, p. 189-196.

10. Pourbaix M. Thermodynamics and corrosion. Corrosion Science, Vol. 3 (1), No. 10, pp. 963-988, 1990.

Размещено на Allbest.ru