Введение 8
Обзор литературы 11
1 Экологическая безопасность хозяйственно-питьевого
водопользования 12
2 Общая характеристика природной среды Томской области 14
3 Технология обезжелезивания подземных вод 16
3.1 Железо в природных водах 16
3.2 Зональность железосодержащих подземных вод 19
3.3 Методы обезжелезивания воды 20
3.4 Технология обезжелезивания воды на Томском подземном
водозаборе 23
4 Лабораторно-аналитические исследования
4.1 Химический состав подземных вод
4.2 Рентгеновская дифрактометрия
5 Морфология и вещественный состав минеральных
новообразований 26
5.1 Внутреннее строение осадка 26
5.2 Химический и минеральный состав минеральных
новообразований 26
6 Проблема отделения осадка водоподготовки станции
обезжелезивания 28
6.1 Проблема отделения осадка от воды 28
6.2 Методы отделения осадков от воды 29
7 Пути утилизации отходов станции обезжелезивания 33
7.1 Пути переработки и использования в производстве отходов
станции обезжелезивания 33
Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 35
Социальная ответственность 50
Заключение 65
Список публикаций 67
Список использованных источников 69
Приложение А Схема системы обеспечения экологической
безопасности 73
Приложение Б Схема движения воды на станции обезжелезивания
подземного водозабора г. Томска 74
Приложение В Расчет балансовой стоимости основных фондов .... 75
Обеспечения населения России чистой питьевой водой - это проблема общегосударственного масштаба. Это связано с тем, что реки и озера России по разным причинам утратили свое назначение, как источник питьевого водоснабжения, а на некоторых водозаборах подземных вод отмечено отклонение от требований государственных стандартов к качеству питьевой воды. Томский водозабор эксплуатирует подземные воды месторождения, открытого в междуречье р. Оби и р. Томи сотрудниками кафедры гидрогеологии и инженерной геологии Рассказовым Н.М и Удодовым П.А в 1963 г. Вода в Томи была настолько загрязнена промышленными и хозяйственными-бытовыми отходами, что существовавший метод очистки не позволял освободить ее от всех ядовитых примесей. В водопроводной воде всегда присутствовали загрязнители промышленного происхождения, и не всегда они соответствовали санитарным нормам по бактериологическим показателям. Статистика острых кишечных заболеваний, фиксировавшая их неуклонный рост, особенно в период, предшествовавший пуску очистных сооружений. Так, если в 1964 году было зарегистрирован 1056 случаев, а в 1965 году - 1135, то в 1966 году - 1581, а в 1967 году уже - 2040. При этом количество заболеваний брюшным тифом увеличилось в 3,6 раза, а дизентерией - в 21,3 раза [30]. В стоках Кемеровского коксохимического комбината, сброшенных в Томь 31 марта 1980 года, концентрация фенола составляла 275 ПДК, а в апреле 1983 года дважды в течение 5- 7 дней уже в створе томского водозабора содержания фенола превышало норму в 21 раз [30].
По сколько р. Томь являлась главной рекой, которая принимала на себя часть сбросов, то задумывалось строительство Крапивинского гидроузла, но из-за ряда причин была приостановлена [15-17, 29].
С начала эксплуатации подземного водозабора встала проблема утилизации осадков, которые образуются в результате подготовки вод хозяйственно-бытового и технического назначения перед подачей в водопроводную сеть. Сходная проблема встречается не только на территории Томской области, но и затрагивает другие регионы Сибирского федерального округа, потребляющую воду из подземных источников с большим содержанием железа. Актуальностью данной работы является учет механизма формирования осадков при водоподготовке, повышение эффективности технологических процессов и снижение эксплуатационной стоимости производства питьевых вод.
Цель работы проанализировать методы обезжелезивания воды, которые используются в настоящее время при эксплуатации Томского подземного водозабора, а также исследовать основные характеристики и особенности осадка и выявить наиболее рациональные пути его использования, в связи с экологической безопасности водных объектов, в которые сбрасываются разбавленные железосодержащие осадки.
Задачи исследования:
1) Оценить современное состояние водоснабжения населения г. Томска;
2) Изучение способов очистки подземных вод от железа для хозяйственно-питьевых целей и на Томском подземном водозаборе по литературным и фондовым источникам;
3) Исследовать морфологический и вещественный состав формирующихся осадков;
4) Проанализировать методы утилизации минеральных новообразований;
5) Выявить рациональные пути его использования, а также разработать рекомендации по утилизации железосодержащих осадков, с учетом технико-экономических особенностей промышленности.
Научная новизна работы заключается в исследовании вещественного состава железосодержащих осадков и на основании полученных данных
разработаны рекомендации по их утилизации.
Основные защищаемые положения:
1) Экологическая безопасность водоснабжения рассматриваемого региона определяется не только ландшафтно-климатическими, гидрогеологическими и геолого-структурными факторами, но и характером и уровнем развития хозяйственной деятельности.
2) В системах водоснабжения из подземных источников образуются минеральные новообразования. Его состав нужно учитывать при разработке мероприятий по охране окружающей среды.
3) Строение, химический и минеральный состав новообразований определяется характером среды, из которых они формируются.
4) Учет железосодержащих осадков и его роль в эффективности работы водозаборных сооружений.
Значимость работы - в процессе упрощенной аэрации с последующим фильтрованием на скорых фильтрах выпадает большое количество осадка, который сбрасывается вместе с неочищенными сточными водами в реку Кисловка (в среднем за сутки 100-150 кг, в год 54,75 тонн). Данный водоток протекает по особо охраняемой пригородной зоне междуречья Томи и Оби, что усугубляет проблему (ФЗ « Об охране окружающей среды»). Утилизация осадка путем захоронения нельзя считать удовлетворительной, требуются все новые и новые территории, которые необходимо рекультивировать. Осадок в сухом виде характеризуется повышенным пылением и при несоблюдении технологии есть опасность загрязнения атмосферы. Поэтому отсутствие удовлетворительных методик утилизации отходов водоочистки представляет собой серьезную экологическую проблему.
Полученные материалы в ходе написания выпускной квалификационной работы, в будущем будут анализироваться, и формировать идеи, реализации которых будут представлены в магистерской диссертации.
Водохозяйственные и водоохранные мероприятия осуществляются, прежде всего, для обеспечения потребностей хозяйственной деятельности в воде, а также предотвращения ущербов от вредного воздействия вод и негативных воздействий загрязнения водных объектов (Лист 3). Особенностью томской подземной воды заключается в высокой концентрации в ней железа. Причем водоподготовка осуществляется на станции обезжелезивания методом упрощенной аэрации артезианской воды в аэраторах с последующей фильтрацией на скорых фильтрах, при этом образуется осадок двух видов. Первый вид образует плотный налет на материале загрузки. Этот осадок плотный, при промывке фильтров не удаляется. Второй вид - основная масса осадка, которая образуется между зернами загрузки и представляет собой сметанообразную массу, легко удаляющуюся при промывке фильтров.
В результате работы станции обезжелезивания выпадает в среднем 100-150 кг осадка, который сбрасывается вместе с неочищенными сточными водами в реку Кисловка. Данный водоток протекает по особо охраняемой пригородной зоне междуречья Томи и Оби. В результате чего, с одной стороны, увеличиваются тарифы водопользования, которые не
посредственно связаны с взиманием штрафов за ущербы, наносимых водному объекту, при нарушении водного законодательства. А с другой стороны, отсутствие удовлетворительных методик утилизации отходов водоочистки представляет собой серьезную экологическую проблему В ходе исследования были получены следующие данные:
1) Подземная вода, которая поступает на технологический процесс, характеризуется повышенным содержанием железа и кремния. В процессы водоподготовки повышается рН,увеличивается содержания хлора, гидрокарбоната и нитратов, наблюдается снижение большинства показателей. Кроме указанных выше природных загрязнителей (железо и кремния), другие показатели из эксплуатационных скважин Томского подземного водозабора не превышают предельно допустимых значений. Водоподготовка дает вполне удовлетворительные результаты, отвечая требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 практически по всем параметрам.
2) Большое количество содержания в воде редкоземельных элементов, таких как гадолиний, диспрозий и эрбий, определяют область применения железосодержащих осадков. Например, церий - стекольная промышленность; неодин - производство цветного стекла и лазерных материалов, а также производство мощных постоянных магнитов; эрбий - окрашивание стекла; сплав гадолиния и тербия используются для изготовления холодильников.
3) Результаты рентгеновской дифрактометрии показывают о преобладании содержания в железосодержащих осадков - Sio2. Имеются также и другие минералы, которые составляют 48,5 % от аморфного тела.
4) ТГ/ДСК/ДТА термоанализатор c масс-спектрометром свидетельствует о том, что на протяжении всего процесса нагревания масса образца постепенно терялась. В интервале от 30 - 200 °С зарегистрирована потеря основной массы образца - 21,40% (4,438 мг), которая свидетельствует об эндотермических процессах и указывает о наличии большого количества свободной воды.
Железосодержащие осадки являются сырьем для химической и строительной промышленности, и его переработка не только решит экологическую проблему, но и может быть экономически оправдана и рентабельна. Перспективными путями являются: переработка на химические реактивы и получения магнитных пигментов для записи информации. Также по минеральному составу этих осадков, можно исследовать динамику преобразования гидрогеологических условий формирования химического состава подземных вод.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
