Материал: Перспективы повышения эффективности обеспечения питьевой водой потребителей города Дзержинский Московской области

Перспективы повышения эффективности обеспечения питьевой водой потребителей города Дзержинский Московской области

ВВЕДЕНИЕ

Вода играет важную роль в жизни человека, так как наш организм состоит на 90% из воды. Поэтому обеспечение потребителей чистой, доброкачественной водой имеет большое гигиеническое значение, а именно - позволяет предохранить от различных заболеваний, передаваемых через воду. В связи с этим к воде питьевого качества предъявляются высокие санитарные требования.

Водоснабжение представляет собой комплекс инженерных сооружений и устройств, обеспечивающих получение воды из природных источников, ее очистку до надлежащего качества, транспортирование и подачу потребителям для удовлетворения различных потребностей.

Снабжение населения многих регионов России качественной питьевой водой, отвечающей санитарно-гигиеническим требованиям, является в настоящее время острейшей проблемой. Это связано с тем, что практически 70% рек и озёр России утратили свои качества, как источники водоснабжения. В подземных водах также отмечено превышение содержания различных химических веществ, которые без предварительной очистки могут серьезно повлиять на здоровье людей. Ущерб от загрязнения водных источников оценивается в сотни миллиардов рублей. В то же время примерно 40% действующих сооружений питьевого водоснабжения находится на крайне низком уровне эксплуатации, это связано с износом оборудования.

Например, в городе Дзержинский Московской области, водоснабжение осуществляется за счет подземных вод с повышенным содержанием железа и фтора. Известно, при употреблении воды в питьевых целях с содержанием железа выше нормы, т.е. более 0,3 мг/л, это может привести к различным заболеваниям печени, ухудшению состояния центральной нервной системы, аллергическим реакциям и к увеличению риска инфарктов. А также повышенное содержание железа в воде ухудшает состояние водопроводной сети. При повышенном содержании фтора в питьевой воде, т.е. более 1,5 мг/л, у населения развивается флюороз, нарушение окостенения скелета и истощение организма. Поэтому, прежде чем вода поступит потребителю, она должна соответствовать требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 [1].

Целью выпускной квалификационной работы является повышение эффективности обеспечения питьевой водой потребителей города Дзержинский Московской области, на примере нового строящегося микрорайона Школьный.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

) рассмотреть и проанализировать объект исследования;

) рассмотреть существующие метода обезжелезивания и обесфторивания и выделить их недостатки;

) определить водопотребность потребителей микрорайона Школьный с учётом перспективного развития на 2026 год;

) рассчитать технико-экономические показатели возможных вариантов водоснабжения и выбрать наиболее выгодный вариант;

) разработать технологическое решение водообеспечения с применением более новых, экономически обоснованных технологий.

) изучить технику безопасности при работе с малыми напряжениями и влияние повышенного содержания фтора и железа на организм человека.

Объектом работы является новый микрорайон Школьный города Дзержинский, а предметом - система водоснабжения.

В данной выпускной квалификационной работе использовались методы исследования, анализа и сравнения.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРОДА ДЗЕРЖИНСКИЙ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

.1 Социальная инфраструктура

Дзержинский - город областного подчинения в Московской области, к юго-востоку от Москвы, единственный населённый пункт муниципального образования «Городской округ Дзержинский».

Дзержинский расположен на реке Москва. Является городом-спутником Москвы, граничит с ней, отделяясь от неё Московской кольцевой автодорогой (МКАД). Также Дзержинский граничит с городами Котельники и Лыткарино. Ближайшая железнодорожная станция - Люберцы-1, расстояние до города Люберцы-4 километра. В Дзержинском есть железнодорожная станция (грузовая) без электрификации от станции Яничкино.

История города тесно связана с Николо-Угрешским монастырём, который был основан Дмитрием Донским в 1380 году в честь победы на Куликовом поле.

На месте нынешнего города располагались деревни Алексеевка, Гремячево, Денисьево и Кишкино.

В 1920-х годах монастырь был закрыт, а в его стенах образована детская трудовая коммуна для беспризорников, которая получила название «Коммуна имени Дзержинского».

В 1938 году коммуна получила официальный статус посёлка городского типа. Посёлок активно развивался, в 1956 году началось строительство одной из крупнейших в стране теплоэлектроцентралей - ТЭЦ-22. Рядом с монастырскими стенами на месте деревень Гремячево, Денисьево и Кишкино выросли современные многоэтажные жилые кварталы.

В 1981 году рабочий посёлок Дзержинский получает статус города районного подчинения в составе Люберецкого района Московской области.

В 1996 году Дзержинский получил статус города областного подчинения.

Градообразующие предприятия Дзержинского являются ТЭЦ-22 - филиал «Мосэнерго», который считается крупнейшей в России и Европе теплоэлектроцентралью. ФГУП «Союз» ведущее предприятие России в области создания твердых ракетных топлив, зарядов и корпусов из полимерных композиционных материалов, а так же Дзержинский промышленно - строительный филиал ОАО «Мосэнергострой». В городе зарегистрировано более 1000 малых предприятий различных форм собственности. Среди городов Московской области с населением до 100 тысяч жителей, Дзержинский занимает первое место по объему промышленного производства [2].

Население города Дзержинский на январь 2016 года составило 51955 человек, площадь 1566 га.

Город состоит из нескольких микрорайонов: Центральный, Гремячевский, Донской, Заводской, Лермонтовский, Лесной, Пушкинский, Спортивный, Томилинский. В настоящее время строится новый микрорайон Школьный.

В настоящее время, на территории строящегося микрорайона Школьный расположены: больница на 120 коек, гостиницы на 530 мест, средние школы на 870 мест, детские сады на 480 мест, спортивные комплексы с бассейнами на 460 мест, три моечных площадки, котельная, пекарня, деревообрабатывающее предприятие и столярно-плотницкая мастерская.

1.2 Природно-климатические условия

Город Дзержинский находится на территории Московской области. Климат Московской области умеренно континентальный.

Среднегодовая температура воздуха исследуемой территории равна 4,8° С. Самый теплый месяц года - июль, средняя температура его 17,9° С, абсолютный максимум 35° С. Самый холодный месяц года - январь - февраль, со средней температурой - (- 8,1° С), абсолютный минимум - (- 35° С). Годовая сумма осадков составляет 656 мм, в том числе за теплый период года, с апреля по октябрь - 437 мм, за холодный период, с ноября по март - 219 мм. Максимум осадков выпадает в июле 76 мм, минимум в феврале, марте 36,37 мм. Относительная влажность воздуха в течение года повышенная и только в период с мая по июнь она снижается до 54-56% [3]. Скорость ветра имеет сезонную сменность. Наибольшая скорость ветра и порывы ветра наблюдается в холодный период года. Зимние ветры имеют более высокую среднюю скорость 2,2-2,1 м/с по сравнению с летними 1,3-1,5 м/с. Среднегодовая скорость ветра равна 1,8 м/с. В течение всего года, с перевесом в зимние месяцы, преобладают ветры юго-западных направлений 18-26%, среднегодовая повторяемость которых составляет 21%. На втором месте по частоте повторяемости стоят западные ветры 17%. Кроме того, летом по сравнению с зимой увеличивается повторяемость ветров северо-западных 16-18% и северных направлений 11-12%. По физиолого-климатическим условиям, данная территория относится к району, являющемуся типичным для умеренных широт. Здесь отмечается продолжительный период с переохлажденным воздухом 74% от числа дней в году, когда отрицательные температуры сопровождаются повышенными скоростями ветра около 3 м/с. Условия теплового комфорта наблюдаются в 20% случаев от числа дней в году. В целом территория характеризуется умеренными показателями температуры воздуха, преобладают ветры небольшой скорости, влажностный режим находится в зоне комфорта, количество осадков изменяется по сезонам года: большее количество осадков выпадает в летне-осенний период [4].

подземный вода фтор скважина

1.3 Инженерно-геологические условия

Город Дзержинский расположен на левом берегу реки Москвы на первой, второй и третьей надпойменных террасах и части Котельниковского - Лыткаринской возвышенности.

Первая и вторая надпойменные террасы имеют локальное распространение в восточной части города, в районе Восточной промзоны. Поверхность террас характеризуется абсолютными отметками 121,0-132,5 м с уклоном в юго-восточном направлении. Третья надпойменная терраса прослеживается вдоль поймы практически на всем ее протяжении. Поверхность - наклонная, с абсолютными отметками 132,5-150,0 м. Уклон поверхности, величиной до 5 - 8°, направлен к руслу реки Москвы.

Котельниковско-Лыткаринская возвышенность оконтуривается горизонталью 150,0 м и служит водоразделом между рекой Москвой и ее левым притоком - рекой Пехоркой. К юго-востоку от границ города долины обеих рек сливаются, образуя обширные морфометрические поверхности. Место слияния реки Москвы и реки Пехорки находится на расстоянии порядка 20,0 км вниз по течению Москвы - реки. Юго-западные склоны возвышенности интенсивно изрезаны балками и оврагами и круто поднимаются на высоту до 40,0 - 50,0 м. Северо-восточные склоны менее расчленены и полого снижаются к Мещерской низменности. Максимальные отметки поверхности Котельниковско-Лыткаринской возвышенности в черте города составляют около 185,0 м. В границах рассматриваемой территории прослеживаются два оврага, долины которых раскрываются в пойму реки Москвы. Овраги имеют крутые склоны высотой 20,0-30,0 м, поросшие древесной, кустарниковой и травяной растительностью.

Естественный рельеф поверхности Котельниковском-Лыткаринской возвышенности нарушен в результате хозяйственной деятельности, включающей, прежде всего, разработку карьеров по добыче формовочного песка, устройство дамб по дну карьеров, образование отвалов породы, подсыпку территории [5].

1.4 Сведения об источнике водоснабжения

Основным источником водоснабжения города являются подземные воды.

Добыча подземных вод для целей централизованного водоснабжения осуществляется из одиннадцати артезианских скважин. Скважины сгруппированы на территории четырех водозаборных узлов (далее - ВЗУ) по 2-4 в каждом и располагаются на семи отдельно стоящих площадках, расстояние между ВЗУ составляет 1,2-1,3 км.

Вода из артезианских скважин насосами типа ЭЦВ подается в два резервуара чистой воды. Далее отстоянная вода насосами второго подъема подается на группу фильтров и далее по водоводу в городскую водопроводную сеть. Также в городе имеется станция обезжелезивания, которой требуется реконструкция.

Можно сделать вывод, что вода с повышенным содержанием железа и фтора поступает потребителям города.

2. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ ПО МЕТОДАМ ОБЕЗЖЕЛЕЗИВАНИЯ И ОБЕСФТОРИВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

2.1 Методы обезжелезивания подземных вод

Существует много различных методов обезжелезивания подземных вод. По классификации Г. И. Николадзе их можно разделить на две основных группы: безреагентные и реагентные. Реагентные методы используются для обезжелезивания поверхностных вод. Для удаления из подземных вод соединений железа в России и странах СНГ получили распространение преимущественно безреагентные методы.

Из них наиболее перспективными являются: вакуумно-эжекционная аэрация с фильтрованием через загрузку большой грязеёмкости; упрощенная аэрация с одноступенчатым или двухступенчатым фильтрованием; «сухая» фильтрация; фильтрование на каркасных фильтрах; фильтрование в подземных условиях с предварительной подачей в пласт окисленной воды или воздуха [6].

Безреагентные методы обезжелезивания могут быть применены, когда исходная вода характеризуется: рН - не менее 7; щелочностью - не менее 1,5 мг-экв/л; содержанием углекислоты - до 80 мг/л и сероводорода до 2 мг/л; перманганатная окисляемость - не более 9,5 мг/л.

При этом при содержание железа (III) не более 10% от общего и концентрации железа (II) в бикарбонатной или карбонатной форме до 3 мг/л рекомендуется метод фильтрования на каркасных фильтрах без вспомогательных фильтрующих средств; до 5 мг/л предпочтительно применять метод «сухой» фильтрации; от 5 до 10 мг/л следует использовать метод упрощенной аэрации с одноступенным фильтрованием; от 10 до 20 рекомендуется аэрация и двухступенчатое фильтрование; от 10 до 30 мг/л применяется вакуумно-эжекционная аэрация с фильтрованием через загрузку большой грязеемкости.

При концентрации углекислого или карбонатного железа (II) более 20 мг/л или при содержании сероводорода 1-5 мг/л, рН не менее 6,4 рекомендуется метод вакуумно-эжекционной аэрации с последующим отстаиванием в тонком слое воды или обработкой в слое взвешенного осадка и фильтрование.

Обезжелезивание воды катионированием целесообразно лишь в тех случаях, когда одновременно с обезжелезиванием требуется умягчение воды, при этом ионным обменом могут быть лишь извлечены ионы железа (II) [7].

Сущность метода «сухой» фильтрации (рисунок 2.1) заключается в фильтровании воздушно-водяной эмульсии через «сухую» (незатопленную) зернистую фильтрующую загрузку путем образования в ней вакуума или нагнетания больших количеств воздуха с последующим отсосом из поддонного пространства. В обоих случаях в поровых каналах фильтрующей загрузки образуется турбулентный режим движения смеси, характеризующийся завихрениями и противотоками, что способствует молекулярному контакту воды с поверхностью зерен контактной массы. При этом на зернах фильтрующей загрузки формируется адсорбционно-каталитическая пленка из соединений железа (и марганца, если он присутствует в воде), повышая эффективность процессов деманганации и обезжелезивания.

Особенностью процесса является образование дегидратированной пленки на зернах загрузки (песок, керамзит, антрацит, винипласт, пористирол, полиметилметакрилат и другие), состоящей, как показали рентгенографические определения, из магнетита, сидерита, гетита и гематита. Указанные соединения имеют плотную структуру, а объем их в 4-5 раз меньше, чем гидроксида железа. Поэтому темп прироста потерь напора в фильтрующей загрузке при напорном фильтровании по методу «сухой» фильтрации чрезвычайно мал, а продолжительность фильтроцикла велика (от нескольких месяцев до года и более). Характерными особенностями процесса являются: минимальный период «зарядки» фильтрующей загрузки, т.е. образование на поверхности зерен активной адсорбционной пленки, составляющий от 0,3 до 2 ч; повышение рН и некоторое снижение жесткости фильтрата; высокая грязеёмкость загрузки; отсутствие промывных вод (загрузка отмывается от соединений, железа 0,5-1%-ным раствором дитианита или заменяется на новую, можно отмывать 5-10%-ным раствором ингибированной: соляной кислоты). В фильтрате обычно наблюдается железо (II) и следы железа (III) [8].

Рисунок 2.1 - «Сухая» фильтрация: 1 - скорый фильтр; 2 - компрессор; 3 - ввод хлора; 4 - отвод воды к потребителю

Метод упрощенной аэрации с двухступенчатым фильтрованием (рисунок 2.2) предпочтительно применять в напорном варианте. Сущность процесса аналогична рассмотренной выше. В самом начале процесса обезжелезивания при поступлении на фильтр первых порций воды, когда загрузка еще чистая, адсорбция соединений железа на ее поверхности происходит в мономолекулярном слое, т.е. имеет место физическая адсорбция, обусловленная силами притяжения между молекулами адсорбата и адсорбента (поверхность твердого тела - адсорбента насыщается молекулами адсорбата). После образования мономолекулярного слоя процесс выделения соединений железа на зернах песка не прекращается, а наоборот, усиливается вследствие того, что образовавшийся монослой химически более активен, чем чистая поверхность песка. Электронно-микроскопические исследования пленки показали, что она состоит из шаровых молекул гидроксида железа и других соединений, как железа (III), так и железа (II). Количество связанной воды в пленке достигает 20%. Величина истинной поверхности пленки составляет не менее 200 м2/г [9].