Глава 1 Анализ методов и технологических схем очистки воды из подземных источников 7
1.1 Качество природной воды из подземных источников 7
1.2 Методы очистки воды от железа, марганца и солей жесткости 13
1.2.1 Обезжелезивание воды 16
1.2.2 Деманганация воды 24
1.2.3 Умягчение воды 25
1.3 Технологические схемы очистки подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения малых населенных пунктов 29
1.4 Экономические показатели технологических схем водоочистки из
подземных источников 41
Глава 2 Оценка современного состояния технологической схемы очистки воды на ЖК «Звёздный» села Подстёпки 43
2.1 Краткая характеристика населенного пункта 43
2.2 Система водоснабжения в ЖК «Звёздный» 44
2.3 Оценка качества воды из подземного источника 50
Глава 3 Разработка технологической схемы очистки воды из подземных источников для села Подстёпки ЖК «Звёздный» 56
3.1 Механическая (грубая) очистка (1-я ступень) 58
3.2 Окисление растворенного железа и марганца (2-я ступень) 60
3.3 Обезжелезивание и деманганация (3-я ступень) 63
3.4 Умягчение воды (4-я ступень) 68
3.5 Утилизация воды после регенерации фильтра 73
Заключение 77
Список используемых источников 78
Приложение А Протокол анализа воды 86

Купить

Актуальность и научная значимость настоящего исследования. На сегодняшний день на территории муниципального района Ставропольский Самарской области села Подстепки широко развивается строительство частных домов, детских садов, школ для которых необходимо снабжение водой из подземных источников (индивидуальные скважины).
Важным вопросом является улучшение качества питьевой воды в очистки подземных источников от наличия соединений железа и марганца, содержание которых превышает требования нормативных показателей в 6-7 раз. Низкий рост строительства сооружения станций обезжелезивания в селе, вызвано отсутствием средств и высокой стоимостью строительства, необходимость проведения исследований и создание новых конструкций установок, направленные на сокращение капитальных затрат и развитие процессов очистки воды из подземных источников.
В начале эксплуатации фильтры подвержены механическими, химическими и биологическими осадкам, а также происходит пескование скважин, что в процессе эксплуатации является из важных причин снижения дебита и срока службы скважины. Важное значение имеет при долгой эксплуатации подземной скважины это конструкция фильтра, на сегодняшний день применяемые фильтра отличаются низкой эффективностью и качеством, чем выражается их быстрый выход из строя по причине засорения или пескования. Еще одна причина выхода из строя подземной скважины - это плохая изоляция верхних проницаемых слоев, которые становятся первыми источниками загрязнения водоносных горизонтов. Важной проблемой является снабжение потребителей водой требуемого качества вопрос водоподготовки.
Очистка подземной воды в основном сводится к удалению соединений железа, марганца и солей жесткости.
По результатам проведенных анализов было обнаружено, что в пробе подземной воды присутствует повышенная концентрация железа, марганца и жесткости. Концентрация железа 2,54 мг/дм3, марганца - 0,58 мг/дм3.
Таким образом основными задачами являются: анализ существующих методов очистки природной воды, и подбор технологической схемы и реагентов для улучшения качества питьевой воды и снижении концентрации марганца и железа. К специальным методам водоподготовки природной воды относятся обезжелезивание и деманганация, которые протекают в процессах совместно.
Основные показатели качества хозяйственно-питьевой воды
регламентированы в документах:
- СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» [6],
- Гигиенические нормативы ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно¬питьевого и культурно-бытового водопользования» [2].
Объект исследования: Водоснабжение из подземных источников.
Предмет исследования: Технология водоочистки из подземных источников для хозяйственно-питьевого водоснабжения с. Подстепки.
Цель исследования: Разработка технологической схемы очистки воды и подбор методов водоподготовки природной воды из подземных скважин для хозяйственно-питьевого водоснабжения села Подстепки ЖК «Звёздный» с использованием современных материалов.
Гипотеза исследования состоит в том, что выбор технологической схемы зависит от наиболее правильного подбора оборудования для очистки воды от соединения железа, марганца, общей жесткости на основании лабораторного анализа если:
- Провести анализ существующей системы водоснабжения в ЖК «Звёздный»;
- Проанализировать данные лабораторного анализа исходной воды из подземного источника;
- Подобрать наиболее эффективное оборудование системы очистки воды для жилого комплекса «Звёздный».
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Рассмотрение проблемы водоподготовки хозяйственно-питьевого водоснабжения из индивидуальной скважины в жилом комплексе «Звёздный», содержащую повышенную концентрацию железа и марганца и общую жесткость.
2. Проработка современных технологий очистки воды из подземного источника от железа и марганца и уменьшении общей жесткости.
3. Разработка технологической схемы очистки подземной воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения села Подстепки ЖК «Звёздный» в соответствии с СанПин 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» [6].
4. Выбор наиболее эффективного способа водоподготовки подземной воды от соединения марганца и железа для системы водоснабжения ЖК «Звёздный».
Методы исследования анализ системы водоснабжения в ЖК «Звёздный».
Научная новизна исследования заключается в:
- Разработке технологической схемы водоподготовки из подземных источников для удаления из воды железа, марганца и солей жесткости.
Практическая значимость работы заключается в том, что предлагаемая технологическая схема системы водоподготовки воды на хозяйственные- питьевые нужды ЖК «Звёздный» позволит обеспечить абонентов питьевой водой в соответствии нормативным требованиям.
Личное участие автора в организации и проведении исследования состоит в обосновании целей, задач и предложения технологической схемы водоподготовки воды из подземных источников.
Апробация и внедрение результатов работы велись в течение всего исследования. Его результаты докладывались в следующих конференциях:
- XXIII Международная научно-практическая конференция «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии», МНИЦ ПГАУ - Пенза, 2021. Доклад на тему: «Проблема хозяйственно-питьевого водоснабжения села Подстёпки из подземных источников».
- Научно-практическая конференция: «Дни науки ТГУ», Тольятти, 2022. Выступление с докладом «Разработка схемы очистки воды из подземных источников на хозяйственно-питьевые нужды в селе Подстепки».
На защиту выносятся:
1. Лабораторный анализ исходной воды из подземного источника ЖК «Звёздный».
2. Предлагаемая технологическая схема очистки воды из индивидуальной скважины от соединения железа, марганца и общей жесткости для жилого комплекса «Звёздный».
Структура магистерской диссертации. Работа состоит из ведения, 3-х глав, заключения, содержит 23 рисунка, 18 таблиц, список использованной литературы 89-ти источников, 1-го приложения. Основной текст работы изложен на 87 страницах.
Глава 1 Анализ методов и технологических схем очистки воды из подземных источников
1.1 Качество природной воды из подземных источников
Природная вода представляет собой химическое соединение, в котором происходит протекание различных процессов под действием движущихся сил, они изменяют минерализацию и химические структуры подземных вод. Факторы формирования химического состава заключается в следующем:
- Рельеф;
- Гидрографическая часть;
- Климат;
- Почвенный покров.
Эти процессы зависят от природных, геологической и других условий. Подземные воды представляют собой сложную динамическую систему, в составе которой находятся: соли, органические вещества, Газы, органические примеси, водные организмы (планктоны и др.) бактерии и вирусы. В подземных водах содержатся глинистые, песчаные или известковые органические частицы, которые находятся во взвешенном состоянии, так же присутствует вещества органического происхождения: гидроксиды железа, фульвокислота и др. Находящиеся в растворенном состоянии относят минеральные соли, обогащающие воду ионами [17, 18].
Так, например, на территории Самарской области для питьевого водоснабжения чаще используют индивидуальные скважины. Но в большинстве случаев при эксплуатации месторождений скважин не соответствует нормативным требованиям, предъявляемым к воде хозяйственно-питьевого назначения [41, 42].
К основным причинам плохого качества воды относят истощение природных ресурсов или их загрязнение [1].
Однако к причинам ухудшения качества подземных источников водоснабжения является отсутствие или несоблюдение границы зон санитарной охраны (ЗСО), отсутствие изоляции водоносных слоев при бурении подземных скважин, а также биологическое, радиоактивное, химическое загрязнение.
В 2008 г. Федеральное агентство по окружающей среде Германии (FEA), Центр сотрудничества ВОЗ по исследованиям в области гигиены питьевой воды (Германия) провел семинар на тему «Безопасность воды. в малом населенном пункте водоснабжении в Европейском регионе: общие проблемы и потребности» (Бад-Эльстер, 26-27 ноября 2008 г.). Широкий спектр экспертов из 19 стран в Европейском регионе - включая регуляторы питьевой воды, исследователей, специалисты по надзору и полевые работники из неправительственных организаций (НПО) поделились своим опытом и доказательствами, связанными с проблемами, обычно встречающимися в маломасштабных системах водоснабжения, а также варианты эффективных подходов к улучшению.
Системы водоснабжения в малых населенных пунктах жизненно важны для населения во всех странах Европейского региона. Это относится как постоянным жителям и также временных потребителей (например: туристы, гости). Помимо этого, системы водоснабжения необходимы в сельской местности, в том числе в индивидуальных хозяйствах или поселках, деревнях, в небольших городах или даже на небольших островах [3]-[5].
По оценкам Hulsmann, каждый десятый гражданин ЕС получает питьевую воду от небольших или очень маленьких систем, включая частные колодцы.
В Армении, например, водоснабжение осуществляется примерно через централизованное общественное водоснабжение, в основном управляемое пятью организованными коммунальными предприятиями. Кроме того, в сельских населенных пунктах поставка осуществляет само сообщество или муниципалитет.
В Беларуси насчитывается около 52% сельского населения получают питьевые напитки.
В Чешской Республике 7,6% населения (или примерно 780 000 человек) обеспечиваются водой из индивидуальных источников (то есть колодцы для постоянного пользования). Кроме того, несколько миллионов человек используют воду из домашних колодцев в выходные или праздничные дни (например, коттеджи, домики для отдыха, базы отдыха). По последней официальной оценки в 1989 г. насчитывалось около 750 000 частных индивидуальных скважин в Чехии. Для коммунального водоснабжения в 2007 г. 93% из водоснабжения каждая зона снабжения обслуживала менее 5000 человек, при этом 29% обслуживали меньше более 100 человек и 51% обслуживают от 101 до 1000 человек.
В Эстонии 16% всего населения полагается на частное водоснабжение. (скважины и колодцы) и 59% сельского населения подключены к централизованное коммунальному водоснабжению. Из централизованных систем питьевого водоснабжения поставки в Эстонии, 107 поставок от 100 до 1000 м3 в сутки, обслуживающие примерно 12% от общей численности населения; и 1106 поставляют менее 100 м3 в день, также обслуживает примерно 12% всего населения.
В Венгрии зарегистрировано около 75% из около 1650 систем водоснабжения. Примерно 0,8% от общей численности населения обслуживаются системами, обслуживающими менее 500 человек и примерно 15% системами, обслуживающими менее 5000 человек. Из 317 компаний водоснабжения 192 работают только единая система водоснабжения, 119 из которых обслуживают менее 5000 человек.
В Италии из примерно 11 500 источников питьевой воды более 7100 обслуживает от 3 до 275 м3 в день, и примерно 2800 обслуживают от 276 до 1370 м3 в сутки в 1999 году. Большая часть этих небольших общественных запасов в качестве источников водоснабжения используют родниковую или колодезную воду. Около 25% от общей численности населения в 3,4 миллиона людей.
В Литве снабжаются водой из индивидуальных (выкопанных) скважин, обслуживающих в основном по одной семье. Из данных 1918 г. централизованных государственных систем питьевого водоснабжения в Литве 6% обслуживают от 100 до 1000 м3 в сутки и 91% обслуживают менее 100 м3 в сутки.
Маломасштабные системы водоснабжения часто подвержены загрязнению. Во многих в сельских местностях часто отсутствуют комплексные подходы к водным ресурсам. Например: защита источника; санитарная охрана источников питьевой воды; охранные зоны часто не устанавливаются; а иногда и владельцы, и пользователи не знают, откуда поступает вода. Опыт показал, что надлежащее удаление отходов, дренаж сточных вод, размещение септических систем, контроль доступа животных к водоснабжению и рыночная гигиена в сельских общинах часто создают проблемы в сельских сообществах. Особенно в сельскохозяйственных районах, общие риски загрязнения включают животноводство, дикую природу, которые часто приводят к плохому качеству питьевой воды и повышенному уровню нитратов. Использование технологий очистки воды обычно ограничено и не соответствует качеству исходной воды. Во многих сельских районах грунтовые воды используется для питья без дезинфекции, независимо от его уровня загрязнения. Сильные дожди и оттепели также создают значительную нагрузку на мелкомасштабные очистные сооружения. Маломасштабные системы водоснабжения менее устойчивы к качеству и количеству (например, нехватка воды), вызванные возможными последствиями изменения климата [9, 10].
Например, в Беларуси несоблюдение санитарных требований к питьевой воде из малых централизованных общественных мест составляет примерно 14,5% по параметрам микробных индикаторов и 30,1% для параметров химических индикаторов; а несоблюдение нитратов и нитритов самое высокое, на 28,6%.
В Хорватии насчитывается 443 небольших систем водоснабжения (обслуживающих примерно от 50 до 3000 человек), которые не подлежат регулярной проверке качества воды Институтом общественного здравоохранения. По данным собраны за 2008 год в ходе исследования Хорватского института общественного здравоохранения о статусе малых систем водоснабжения, примерно 7% населения Хорватии обеспечиваются такими системами. Согласно этому исследованию, примерно 70% из этих 7% населения получают воду, несоблюдающую соответствующим стандартов. Примерно 14% населения обеспечены водой из частных колодцев; однако данных о качестве воды нет.
В Чехии согласно исследованию, проведенному Национальным институтом общественного здравоохранения в 1999 г., анализ воды качественных данных примерно из 1700 небольших общественных скважин подземных вод и 3300 частных скважин в период 1991-1998 гг. наблюдался уровень несоблюдения связанных со здоровьем параметров примерно в 70%. В общей сложности 9 из 27 вспышек заболеваний, передающихся через воду, зарегистрированных в 1995¬2005 гг., также были зарегистрированы заболевания вызваны питьевой водой из частными (бытовыми) колодцев, скважин и еще 10 небольшими промышленными колодцами.
А вот в Англии анализ данных, собранных 150 местными органами власти, охватывает примерно 35 000 результатов микробиологического качества воды приблизительно для 11 200 частных водопроводных сетей. На период 1996-2003 гг. анализ показал, что Escherichia coli (E. coli) была обнаружена в 19% проб, по крайней мере один положительный образец обнаружен на 32% участков водоснабжения (по сравнению с 0,1% пробы из водопровода). В то время, как только около 0,5% всего населения полагается на частных поставщиков, 36% всех выявленных вспышек болезней питьевой воды были связаны с такими запасами.
В Эстонии в 96-ти небольших централизованных системах водоснабжения основные проблемы связаны с качеством питьевой воды. Концентрация встречающегося в природе фторида выше 1,5 мг/л. Степень загрязнения варьируется в зависимости от региона и от используемого уровня грунтовых вод. В 2009 г. микробиологические показатели были отмечены на 0,05% обследованных гидротехнических сооружений. В основном эти отклонения от требований возникают, когда возникают технические проблемы, связанные с водоснабжением. За счет технических усовершенствований (например, капремонт скважин, трубопроводов, очистных сооружений и водоснабжения) и усиленного контроля качества питьевой воды происходит улучшение систем водоснабжения.
Для того, чтобы система водоснабжения в малых населенных пунктах обе спечивала бесперебойной подачей воды необходимо правильная эксплуатация подземных источников (скважин). Для этого требуется соблюдение ряд мероприятий по правильному оборудованию конструкции индивидуальных скважин. Конструкция скважин должна быть герметична и при проектировании должны быть соблюдены все правила и нормы, а также правильно рассчитано и подобрано оборудование и материалы. Скважинный оголовок не должен допускать проникновения осадков и различных загрязнений в межтрубное и за трубное пространство [49]-[59].
Система водоснабжения должна обеспечивать потребителей качественной водой и быть пригодной для использования, а не наносить вред здоровью человека [25]-[29].

Купить