Основные мероприятия рационального водопользования

Лекция 14. Разработка системы мер по улучшению водопользования

Основные принципы рационального использования воды.Потребление воды в любых масштабах затрагивает интересы водопользователей от самой малой деревни до крупнейших городов-мегаполисов, от уровня района до межгосударственного, поскольку это вызывает изменения в бытовой, социальной и природных сферах, причем эти изменения могут быть как позитивные так и негативные. Из этого следует необходимость комплексного рассмотрения водопользования с учетом потребностей каждого участника и при минимальном отрицательном воздействии на окружающую среду.

Водохозяственный комплекс представляет собой совокупность различных отраслей народного хозяйства, совместно использующих одного водного бассейна. Одним из основных требований к нему является рациональное обеспечение потребителя водой в достаточном объеме и соответствующего качества.

Степень рационального использования водных объектов на промышленном предприятии характеризуют следующие факторы:

· объем (процент) применения безводных технологий производства

· последовательное (повторное) использование воды в технологических операциях

· локальные замкнутые циклы систем технического водоснабжения отдельных цехов, участков и т.д.

· уровень совершенствования методов локальной очистки сточных вод, утилизации технологических продуктов при этом

· оптимизация процессов водообеспечения и водоочистки в направлении малоотходных технологий, вторичных материальных ресурсов

· полное использование очищенных сточных вод города на технические нужды промышленных предприятий

· степень использования очищенных сточных вод предприятия на сельскохозяйственные нужды

Мероприятия по улучшению водоснабжения.Для достижения целей Плана и решения поставленных задач обосновываются и разрабатываются водохозяйственные и водоохранные мероприятия по каждому виду водопользования, общебассейновые мероприятия по восстановлению, охране и управлению водными ресурсами малой реки.

Мероприятия по улучшению водоснабжения должны быть направлены на качественное и количественное улучшение водоснабжения населения, промышленности, сельского хозяйства и других потребителей.

Водоснабжение населения.На основании перспектив развития городов, поселков и сельских населенных пунктов, роста населения определяются современные и планируемые нормы водопотребления. Разрабатываются предложения по развитию коммунальных систем водоснабжения, увеличению степени охвата населения централизованным водоснабжением. Рассматривается возможность размещения крупных водозаборов из поверхностных и подземных источников. Устанавливаются объемы планируемого водопотребления, целевые показатели и стандарты качества воды для питьевого водоснабжения, план мероприятий для их достижения.

Водоснабжение промышленных предприятий.По отдельным предприятиям и отраслям приводятся планы развития производств, связанных с использованием водных ресурсов, характеризуются источники водозабора, требования к качеству воды, планируемые объемы водопотребеления, в том числе из поверхностных и подземных источников.

Отдельно выделяются водоемкие предприятия, имеющие локальные системы водоснабжения, для них обосновываются объемы водопотребления, места водозаборов.

По имеющимся проектным проработкам, существующим нормативам, бассейновым целевым показателям водопользования определяются мероприятия по совершенствованию технологии водопользования и экономии воды, внедрению оборотного и повторного использования воды, маловодных и безводных производств.

Водоснабжение сельскохозяйственного производства.В сельском хозяйстве водоемкими производствами являются орошаемое земледелие, животноводство, рыбное хозяйство.

Для орошаемого земледелия указываются планируемое развитие орошаемых земель, их размещение, площади, оросительные нормы, объемы водопотребления, водозаборы, требования к качеству воды, системы водоподачи и технологии полива, целевые показатели использования воды в орошении, планы по совершенствованию оросительных технологий и систем, достижению целевых показателей.

При планировании водоснабжения животноводческих комплексов характеризуется их количество, размещение, мощность, поголовье скота, рекомендуемые системы водоснабжения. По перспективным проработкам, проектом или утвержденным нормам определяются объемы водопотребления. Разрабатываются мероприятия по улучшению водоснабжения животноводческих комплексов и ферм.

Для товарного рыбоводства указываются перспективы развития, размещения и принципиальные схемы основных хозяйств, места водозаборов, объемы и графики водопотребеления, требования к качеству воды, целевые показатели качества воды для рыбного хозяйства, мероприятия по их достижению.

Во всех случаях производится анализ обеспеченности водными ресурсами планируемых мероприятий.

Мероприятия по регулированию водного стока.Для разработки мероприятий по регулированию водного стока приводится характеристика существующих и планируемых водохранилищ: расположение, назначение, ведомственная принадлежность, основные параметры ( емкость, площадь зеркала, длина, ширина, глубина), параметры гидроузлов и их состояние, заиление водохранилища, потери на испарение, режим стока в створе гидроузла, документы, определяющие порядок эксплуатации водохранилища и использование водных ресурсов.

Разрабатываются рекомендации по регулированию и перераспределению водных ресурсов в различных гидрологических условиях, мероприятия по ремонту, реконструкции или ликвидации гидроузлов, расчистке водохранилища, предложения по совершенствованию системы управления и правил эксплуатации водохранилищ.

По данным полевого обследования и паспортизации прудов указываются: их число, расположение, емкость, площадь зеркала, морфометрические параметры, потери воды на испарение, слой заиления, ведомственная принадлежность, назначение, проекты строительства и правила эксплуатации, состояние плотин. Устанавливается влияние прудов на водный сток в бассейне реки. Составляются предложения по ликвидации прудов неинженерного типа, использованию существующих и строительству новых прудов в перспективе.

Для улучшения экологического состояния малых рек предусматривается выполнение работ по восстановлению естественных русловых процессов. Для этого определяется общая направленность русловых процессов и их изменение с учетом намечаемых водохозяйственных и водоохранных мероприятий. При осуществлении работ по расчистке наиболее загрязненных участков русел и берегоукреплению сохраняется гидрографическая сеть и ее элементы обеспечивающие саморегулирование естественных русловых процессов, охрану природных комплексов, стариц, пойм. Для сохранения ценной растительности по берегам, при возможности предусматривать периодическую расчистку с одного берега.

Для ценных в рыбохозяйственном отношении водоемов, нерестовых рек расчистка русел рекомендуется землечерпанием до минерального дна с согласованием графика работ с рыбоохранными требованиями.

При целесообразности для сильно загрязненных рек, рассматривается возможность промывки русла в паводки с определением потребных расходов, специальными попусками из водохранилищ. Рекомендуются площади складирования вынутого грунта или его использование.

При берегоукреплении должны рассматриваться возможности применения упрощенных видов креплений из местных материалов и крепление берегов растительностью.

Улучшение качества воды

Качество питьевой воды — вопрос, который остро стоит на протяжении всей истории человечества. Суть проблемы в том, что и в природных источниках, и в трубах центрального водоснабжения она одинаково прозрачная. Что вовсе не означает отсутствие в составе вредных веществ, вредоносных микроорганизмов.

Для чего нужно улучшать качество воды

Самым доступным источником воды сейчас считается централизованная система водоснабжения. Ее используют в приготовлении горячей еды, напитков, для питья в сыром виде. И многим знакома ситуация, когда из крана бежит вода с неприятным запахом или «странным вкусом». Причина этого проста: забор часто идет из поверхностных источников с очисткой от механических примесей вроде песка и обеззараживанием хлором.

Процедура улучшения воды дает преимущества:

• полное удаление твердых нерастворимых частиц;
• очистка от солей магния, кальция, железа и тяжелых металлов;
• избавление от любых запахов, включая хлор;
• удаление органики, водорослей, патогенных микроорганизмов.

Очистка нужна даже при заборе воды из подземных, артезианских источников. Проблема состоит в том, что трубы изнутри постепенно покрываются ржавчиной, которая сама по себе начинает давать осадок и провоцирует скопление органических примесей, где развивается микрофлора. В результате только очисткой и улучшением уже после набора «из-под крана» удается получать качественную воду.

Методы улучшения качества питьевой воды

К основным способам улучшения воды относят осветление или обесцвечивание (удаление механической взвеси), обеззараживание. Методики применяют разные. Выбор зависит от качества источника, что приходится делать, чтобы получить воду по требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01, иных профильных стандартов.

Применяют методы улучшения воды:

1. Физические — магнитная, электромагнитная, ультразвуковая обработка или ионизирующее облучение;
2. Химические — комплексообразование, окисление, нейтрализация, осаждение;
3. Биологические — биофильтры, окислительные каналы, аэротенки, биологические пруды или поля фильтрации;
4. Физико-химические — обезжелезивание, ионообменная очистка, обратный осмос, сорбция, флотация, электродиализ.

Первый вариант относится к простым способам обработки. Он универсален, но малоэффективен в отношении биологических веществ. То же относится к второй категории современных методов улучшения качества воды. За счет химической обработки вода становится безопасной для организма, только в ней остаются примеси с характерным запахом и привкусом.

Методики биологического свойства нацелены на нейтрализацию органических соединений. Такие меры актуальны для сточных вод (бытовых, промышленных). Комплексный же подход с физико-химической обработкой дает очистку от механических взвесей, растворенных соединений вроде остатков хлорного дезинфектора и микроорганизмов.

Плюсы и минусы физико-химических методов улучшения и обеззараживания воды

Единственный нюанс такого способа улучшения качества воды — нужно оборудование с многоступенчатыми фильтрами, которые шаг за шагом отделяют «носитель» от механических, химических загрязнений, мельчайшей органики.

Обезжелезивание воды (с аэрацией)

В целях улучшения качества воды на начальном этапе воду пропускают через фильтр обезжелезивания и аэрационную колонну. Принцип действия установки основан на природном окислителе — кислороде. При смешивании распыленной водной массы с атмосферным воздухом происходит химическая реакция, в результате которой растворимые соли железа и марганца преобразуются в твердый, пусть и мелкодисперсный осадок. Далее этот осадок удаляется непосредственно на фильтре обезжелезивания с каталитической загрузкой.

Преимущества данного метода для улучшения качества воды:

• подходит для частных домовладений при заборе воды из индивидуальной скважины;
• система работает без затрат на химические реагенты, за счет окружающего воздуха;
• существуют компактное (в коттедж или баню), высокопроизводительное оборудование (для промышленности, предприятий сферы ЖКХ).

Из минусов такой схемы улучшения воды отмечают отсутствие функции обеззараживания. Но это не критично, если берут воду из индивидуальной скважины. При необходимости обработки больших объемов придется мириться с громоздкостью конструкции. Поэтому на промышленных предприятиях под водоочистительное оборудование выделяют отдельное помещение.

Ионообменная очистка воды

Ионный обмен — способ смягчения воды путем удаления солей, придающих жесткость. Относится к современным методам улучшения качества питьевой воды. Методика рассчитана на относительно чистый носитель, без механических примесей. Система работает за счет просачивания через специальный фильтр (ионит). Твердый осадок в оборудовании не появляется, все происходит на уровне химических реакций.

К преимуществам улучшения качества воды с помощью ионного обмена относят:

• не требуется механическая фильтрация от нерастворимых частиц солей магния, кальция;
• функции фильтров восстанавливаются промыванием в растворе поваренной соли;
• вода приобретает хорошие органолептические свойства (вкус, мягкость).

Недостаток такого улучшения показателей воды — необходимость утилизации отработанных фильтров и невысокая скорость обработки воды. Первое незаметно при маленьких объемах потребления, а второе компенсируется добавками с каталитическими свойствами.

Обратный осмос — специальный метод улучшения качества воды

Метод обратного осмоса подходит как для смягчения воды, так и ее очистки от коллоидных масс, бактерий и вирусов. В оборудовании такого типа установлена полупроницаемая мембрана, которая под воздействием гидростатического давления пропускает чистый носитель. Этот способ позволяет превращать морскую воду в пресную. Хотя на практике его используют и для обработки сточных и промышленных жидких отходов.

Преимущества данного способа улучшения и обеззараживания воды:

• универсальность технологии, сфера применения зависит лишь от мощности установки;
• высокая степень обессоливания (до 98%) при низких затратах энергии;
• доступная цена бытовых моделей очистительного оборудования.

Минус — вода на выходе больше похожа на дистиллированную (нет вообще вкуса). Промышленные установки дорогие, требуют затрат на очистку фильтров. Компенсирует недостаток высокая степень улучшения воды.

Обеззараживание воды

Методика основана на комбинации применения химических реагентов вроде хлора, озона, ценных металлов (например, золота) и физического воздействия — ультрафиолетовым, ультразвуковым облучением, термической, электроимпульсной обработкой.

• комплекс дает безопасную для использования воду независимо от качества источника;
• свободный выбор химических реагентов, способа физического обеззараживания;
• простота бытового применения с сохранением эффективности улучшения.

Недостаток метода улучшения и обеззараживания воды заключается в необходимости дополнительной очистки от механических частиц вроде песка, нерастворимых солей металлов. Технология больше рассчитана на избавление воды от активной органики, включая микроорганизмы.

Сорбция (угольные фильтры)

Сорбционные методы по улучшению качества питьевой воды основаны на избирательном поглощении загрязнений поверхностью или внутренним объемом сорбента. Чаще всего в его качестве используют угольные фильтры. При очистке эффективно удаляются поверхностно-активные вещества, пестициды, гербициды и фенолы.

Преимущества такого способа для улучшения качества воды:

• широкий выбор сорбентов от активированного угля до силикагеля, алюмогеля, цеолита;
• высокая степень очистки от разнообразных примесей, и природных, и искусственных;
• возможность регенерации большинства сорбирующих веществ.

Минус технологии улучшения воды с помощью сорбционных фильтров — маленькая скорость обработки, сложность конструкции фильтров проточного типа, если нужна высокая производительность.

Улучшение качества воды методом флотации

Методика флотации чаще используется при очистке сточных вод. Она рассчитана на то, что более крупные частицы всегда стремятся осесть на дно, а те, что легче носителя, плавают на поверхности. Последние за счет наполнения емкости пузырьками воздуха скапливаются в виде пенки, в которой содержится концентрат шлама.

Преимущества флотационного метода улучшения свойств воды:

• доступна очистка от маслянистых веществ, продуктов нефтепереработки, смол, полимерных материалов, донного ила;
• возможен непрерывный процесс со стабильным качеством результата;
• простая регулировка степени очистки в зависимости от гидрофобности мусора.

К минусам флотации для улучшения воды относят: не удаляются гидрофильные загрязнения, их придется убирать дополнительным фильтром механической очистки. Но это не всегда и требуется, например, если достаточно убрать из носителя полимерные примеси.

Электродиализ (электродеионизация)

Комплексная технология, где сочетаются мембранный и электрический процессы. Ее, как и ионный метод, используют для обессоливания воды. Благодаря ионоселективным мембранам на «другую сторону» проходит чистый дистиллят.

Преимущества электродиализа, как метода улучшения качества воды:

• в оборудовании отсутствуют движущиеся детали, что повышает срок эксплуатации в разы;
• минимальные потери носителя, растворы солей в установках прогоняются повторно вплоть до нужного качества;
• результат получается независимо от изначальной загрязненности воды.

Недостаток такой системы для улучшения воды один: узкая направленность методики, востребованность лишь для химической промышленности.