Наши журналы
Опубликовать статью Вход и регистрация
Расширенный поиск
Разделы статьи

ПРОБЛЕМА ВОДООБЕСПЕЧЕННОСТИ МАЛОВОДНЫХ РАЙОНОВ АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ

Научная статья
Усынина А.Э.
Дербасова Е.М.
DOI:
https://doi.org/10.23670/IRJ.2017.59.082
Выпуск: № 5 (59), 2017
Опубликована:
2017/05/19
PDF

Усынина А.Э.1, Дербасова Е.М.2

10000-0001-7795-1646, Старший преподаватель, 2Кандидат технических наук, доцент, Астраханский государственный архитектурно-строительный университет

ПРОБЛЕМА ВОДООБЕСПЕЧЕННОСТИ МАЛОВОДНЫХ РАЙОНОВ АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ

Аннотация

В Астраханской области за последние 10 лет прослеживается стабильное ухудшение состояния малых водотоков, имеющих важное народно-хозяйственное назначение для населения северных районов области. Стабильно прослеживается снижение проточности поверхностных водотоков, их заиливание, что представляет серьезную угрозу подтопления населенных пунктов во время паводка. В статье предлагается для решения обеспечения жителей маловодных районов или имеющих поверхностный источник водоснабжения, не отвечающий санитарным нормам, и лишенных возможности его применять в хозяйственно-питьевых целях, использовать резервные запасы подземных вод предварительно очищенные с помощью мембранных технологий.

Ключевые слова: подземные воды, водоподготовка, жесткость воды, минерализация.

Usynina A.E.1, Derbasova E.M.2

10000-0001-7795-1646, Senior Lecturer, 2PhD in Engineering, Associate Professor, Astrakhan Institute of Civil Engineering, Astrakhan

PROBLEM OF WATER SUPPLY IN LOW WATER REGIONS OF ASTRAKHAN REGION

Abstract

There has been a steady deterioration of small watercourses state in the Astrakhan region over the past 10 years. Small watercourses are an important for national and the population of the northern regions of the region. There is a stable decrease in the flowability of surface watercourses. They are being silted which poses a serious threat to the flooding of populated areas. In the article it is proposed to use reserves of groundwater previously purified with the help of membrane technologies to solve the problem of providing residents of low water areas with water and the problem of having a superficial source of water supply that does not meet sanitary standards and cannot be used for domestic and drinking purposes.

Keywords: underground water, water treating, water hardness, mineralization.

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].

 

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

02-06-2017 11-55-19

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

02-06-2017 11-56-23

По табличным данным можно сделать вывод о том, что воды, отобранные из скважин подземного водоисточника, жесткие (Жобщ= 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].

02-06-2017 11-57-10

Рис. 1 - Диаграмма Пурбе для системы Fe – H2O

 

Окислительно-восстановительный потенциал любой обратимой системы определяется по формуле:

02-06-2017 12-00-47   (1)

где Eh — окислительно-восстановительный потенциал данной среды;

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

Ox — концентрация окисленной формы;

Red — 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:

02-06-2017 12-01-51  (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.

02-06-2017 12-02-58

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 / References

  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.

 Список литературы на английском языке / References in English

  1. Boronina, L.V. Ocenka kachestva poverhnostnyh vodoistochnikov na osnove pokazatelej vremennyh rjadov dinamiki [Estimation of the quality of surface water sources on the basis of the time series of dynamics] / P.N. Sadchikov // Vodosnabzhenie i sanitarnaja tehnika [ Water supply and sanitary engineering]. – 2012. №11. – p. 15-21. [in Russian]
  2. Boronina, L.V. Jekologicheskoe sostojanie vodnyh istochnikov aridnoj zony juga Rossii [Ecological condition of water sources in the arid zone of the south of Russia] / A.Je.Usynina // Vestnik uchebno-metodicheskogo obedinenija po obrazovaniju v oblasti prirodoobustrojstva i vodopol'zovanija.[ Bulletin of the educational and methodological association on education in the field of environmental management and water management] – 2015. - №7(7). – p. 153-158. [in Russian]
  3. Dannye rezul'tatov himicheskogo analiza podzemnyh vod poselka Verhnij Baskunchak Ahtubinskogo rajona Astrahanskoj oblasti, predostavlennye ot OOO «Integral'nye vodnye tehnologii» [The results of the chemical analysis of groundwater in the village of Verkhny Baskunchak in the Akhtuba district of the Astrakhan region, provided by LLC Integral Water Technologies], 2013. [in Russian]
  4. Mihajlov, G. M. Gidrogeologicheskaja harakteristika sostojanija podzemnyh vod na territorii Astrahanskoj oblasti [Mikhailov, GM Hydrogeological characteristics of the state of groundwater in the Astrakhan region] / G. M. Mihajlov // Melioracija malyh vodotokov, nerestilishh del'ty r. Volgi i Volgo-Ahtubinskoj pojmy: materialy Mezhdunarodnoj nauch. - prakt. konf. [Melioration of small watercourses, spawning grounds of the Delta River. Volga and the Volga-Akhtuba floodplain: materials of the International Scientific and Practical Conference]. – Astrahan': OOO «CNTJeP», 2007. – P. 305–314. [in Russian]
  5. Otchet o sostojanii i ispol'zovanii prirodnyh resursov Astrahanskoj oblasti na 01.01.07 g. [The report on a condition and use of natural resources of the Astrakhan area on 01.01.07.]. – Astrahan', 2007. – 86 p. [in Russian]
  6. Pervov, A. G. Metod ul'trafil'tracii v sovremennom vodosnabzhenii problemy i perspektivy [Pervov, AG The method of ultrafiltration in modern water supply problems and prospects] / A.P. Andrianov // Santehnika [Sanitary engineering]. – 2006. - № 6. – p. 12-21. [in Russian]
  7. JuNESKO. Novyj Doklad OON o sostojanii vodnyh resursov: Global'nye vodnye resursy ispytyvajut sil'noe negativnoe vozdejstvie so storony bystro rastushhego sprosa i izmenenija klimata [UNESCO. The new UN report on the state of water resources: Global water resources are strongly affected by rapidly growing demand and climate change] [Electronic resource] . – URL: http:// en.unesco.org (accessed: 23.07.2008). [in Russian]
  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.