Проблеми якості води в водопровідних мережах

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРОБЛЕМИ ЯКОСТІ ВОДИ В ВОДОПРОВІДНИХ МЕРЕЖАХ

Гіроль М.М. д.т.н., професор, Якимчук Б.Н. к.т.н., доцент (Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне),

Ковальський Д., доктор, ад'юнкт (Люблінський політехнічний університет, м.Люблін), Хомко В.Є. директор (ОВКП ВКГ «Рівнеоблводоканал»)

В матеріалах статті наводиться аналіз стану водопровідних систем України, динаміки режиму їх роботи, умови формування осаду та його впливу на властивість матеріалу труб і якість питної води. Приведена інформація зі світового досвіду. Обґрунтована потреба в розробці методології реновації систем та необхідності ретельної промивки водопровідної мережі.

Керівним документом, що визначає параметри питного водопостачання є вимоги Всесвітньої Організації Охорони Здоров`я (ВООЗ) та директива Європейського союзу №98/83/ЕС щодо якості до питної води, введена в 1998 році. Виходячи з зазначених міжнародних документів, уряди країни Європи розробили свої відповідні документи, що окреслюють вимоги до якості питної води.

За останні десятиліття в країнах центральної та східної Європи зміна соціально-економічної системи надто позначилася і на параметрах роботи систем водопостачання. Питомий показник споживання води через ряд об'єктивних факторів в багатьох регіонах Центральної і Східної Європи в декілька разів знизився і сягнув 80ч120 л/(доб.·людину) досягаючи значення аналогічного показника для країн Західної Європи [1]. При проектуванні систем водопостачання в Польщі значення питомого показника добового споживання води на 1 мешканця є дещо строкатим і коливається в межах 80ч200 л., в Україні ~300 л [4,5]. Проте зменшення питомого показника споживання питної води зумовлює зниження кількості питної води, що подається системами водопостачання. Так, за останніх 17 років зниження в Україні добового споживання води для питних цілей сягнуло 20% (рис.1.). Таке зниження подачі питної води за незмінних конструктивних розмірів водопровідних мереж зумовлює зростання тривалості перебування води в них (рис.1.), що в свою чергу негативно позначається на санітарно-гігієнічних показниках водопровідної мережі та якості питної води.

Рис. 1. Динаміка лобового споживання води для питних цілей та тривалості її перебування в водопровідній мережі України

Загальна протяжність водопровідної мережі в Україні становить приблизно 180 000 км,. з яких 37,5 % знаходяться в аварійному стані і потребують заміни. Варто відзначити, що динаміка наростання протяжності спрацьованих систем набуває загрозливого характеру. Тільки за 20 років протяжність трубопроводів, що перебувають в аварійному стані, зростала більш ніж на 30%, тобто близько 70000 км. [1,2,4]. Подальша неувага до стану водопровідної мережі протягом наступних менше ніж 20 років може призвести до повного її знищення.

Загальний об'єм трубопроводів системи водопостачання можна визначити за допомогою відомостей, наведених на діаграмі розподілу трубопроводів за їх діаметром (рис.2.). За існуючої довжини водопровідної мережі та відповідної довжини трубопроводів певних діаметрів, загальний об'єм її труб складає 14,8 млн.м³ (рис.2.), а середнє значення діаметра цих труб сягає 324 мм.

Виходячи з наведеного для того щоб відновити аварійні ділянки мережі України потреба в коштах сягає понад 10 млрд.гр. При вирішенні посталої проблеми протягом 10 років і наведеній вище продуктивності мережі собівартість 1 м³ поданої в мережу води тільки за цією статтею може зрости більш ніж на 30 копійок.

За умов зменшення продуктивності мережі собівартість надаваних послуг зростатиме. При повільному вирішенні посталої проблеми зростатиме відсоток спрацьованих трубопроводів, а це, поряд з ускладненням якості надання послуг системами водопостачання, зумовлюватиме ще більшу потребу в коштах для їх реновації та зростання собівартості 1 м³ поданої в мережу води.

Варто відзначити, що не по усіх регіонах України протяжність та стан водопровідних мереж однаковий. Найбільша кількість водопровідних мереж в регіонах, що розташовані на сході та півдні держави та в Львівській області. Найменша протяжність водопровідних мереж припадає на Волинську, Чернівецьку, Закарпатську, Тернопільську та Івано-Франківську області.

З погіршенням технічного стану водопровідних систем помітно знижується ефективність їх роботи та зростають нераціональні втрати води, витоки. Показник втрат води у міських мережах складають 10-70 м./км/добу, що в перевищує значення аналогічних показників водопровідних мереж Західної Європи у 5…20 разів (рис.3б.).

Погіршення стану водопровідних мереж супроводжується зростанням втрат води, що потрапляє в них. Втрати води у розподільчій мережі знаходяться в межах 30-50% або і більше від загального обсягу поданої у мережу води. Найбільшими вони є у м. Севастополі (45,3 %), Закарпатській (39,6 %), Чернівецькій (37,8 %), Івано-Франківській (37,2 %) та Миколаївській (36,9 %), найменшими - у Херсонській (9,4 %), Київській (11,5 %) і Рівненській (17,9 %) областях та в м.Києві (15,3 %).

Стан трубопровідної мережі України характеризується 1-4 аваріями на 1 км труби, що в 5-40 разів перевищує відповідний показник у країнах Західної Європи (рис.3а.), а більшість аварій найчастіше трапляються на трубах діаметром менше 200 мм та стальних трубах без покриття. Дані по трубах, які було отримано з 359 міст, показують, що 57% довжини мережі становлять труби діаметром 50-200 мм (рис.2.).

Труби водопровідної мережі України виготовлені зі сталі, чавуну, залізобетону, полімеру та азбестоцементу. На більшості трубопроводів відсутнє зовнішнє протикорозійне покриття, і практично на всіх - внутрішнє покриття. Якість матеріалу труб та будівельно-монтажних робіт була завжди незадовільними, що також здійснює значний вплив на сучасний стан та якість води систем водопостачання.

За умов низької якості водопровідних мереж, значного їх об'єму, невисокої надійності в роботі значно потерпає якість питної води. Вода навіть високої якості, потрапляючи в такі системи, втрачає свої властивості. Суттєвий вплив на якість очищеної води мають умови знезаражування, зберігання очищеної води, стан водопровідних мереж, якість обладнання та рівень експлуатації.

Рис. 3. Характерні параметри роботи водопровідної мережі Польщі та ряду міст зарубіжжя6 а - середній показник аварійності водопровідної мережі, б - середній показник одиничних втрат води в водопровідній мережі [10]

Усі чинники, що впливають на якість води в водопровідній мережі, можна поділити на дві групи - внутрішні та зовнішні. До зовнішніх чинників можна віднести солі металів (Al, Fe, Ca, Mg і ін..), що містяться в питній воді - хлориди, сульфати, сполуки азоту тощо. За існуючих методів очистки питної води згадані солі з води не повністю (Al, Fe,..) або і зовсім (Ca, Mg…) не вилучаються, вони є складовими питної води. При порушенні технологічного регламенту експлуатації станцій очистки питної води в водопровідну мережу потрапляють в надмірних концентраціях і інші домішки, що містяться в воді джерела водопостачання. В ній можуть бути присутніми як домішки неорганічного походження: важкі метали, радіонукліди, так і органічного - ароматичні вуглеводні, органіка. В період знезаражування питної води сполуками хлору відбувається певна його взаємодія з домішками питної води. При цьому можуть утворюватися як розчинені, так і нерозчинені сполуки та агрегати [6].

Внутрішні чинники зумовлюють забруднення води завдяки перетворенням наявних в ній домішок та завдяки корозії поверхонь контактну води з трубами та арматурою мережі. Чинники внутрішнього забруднення води пов`язанні головним чином з її недостатньою біологічною стабільністю. Недостатня біологічна стабільність води означає наявність в її об'єму органічних і неорганічних субстратів, сприйнятливих до біодеградації. До тих субстратів можна віднести атомарний азот, органічний вуглець, двовалентне залізо і марганець, сірководень, тіосульфати тощо [3].

До чинників, що впливають на формування та випадання осаду в трубопроводах належать:

- фізичні та хімічні параметри води (суттєву роль відіграє якість та властивості води в джерелі водопостачання. В воді поверхневих водозаборів формуються тверді, кристалоподібні осади, а в воді з підземних водозаборів - м'які.);

- швидкість руху води в трубопроводах (чим менша швидкість, тим більше випадає осаду);

- знезараження води (окислені хлором залізо, марганець та інші домішки при малих швидкостях руху води в трубах випадають в осад);

- тривалість експлуатації водопровідної мережі (кількість осаду в мережі з бігом часу зростає).

Поряд з привнесеними з питною водою в водопровідну мережу домішками, в трубопроводи потрапляють домішки під час ремонту труб, або завдяки підсмоктуванню ґрунтових вод при надмірному коливанні тиску в мережі та її спорожненні. Окрім того на погіршення якості води впливають корозійні процеси матеріалу стінок металевих труб, що відбуваються за малої швидкості руху (0,5v 0,0001, м/с) води в них. Все це сприяє формуванню на стінках трубопроводів осаду та біоплівки. З бігом часу біоплівка мінералізується, її частинки відриваються від поверхні трубопроводу. Подібний процес спостерігається і з осадом, який під впливом несталої швидкості руху води також періодично збурюється. Збурені частинки осаду, відірвані частки біоплівки, зфлокульовані частинки інших домішок та частки окислу металу потрапляють в потік води, що рухається в трубопроводі, забруднюючи його.

Накопичений в трубах осад порушує гідравліку руху води в них, збільшує шорсткість їх поверхні, сприяє росту гідравлічного опору труб, формує умови для розвитку мікроорганізмів, відіграючи роль джерела забруднення питної води. Зростання гідравлічного опору трубопроводів супроводжується значними перевитратами електричної енергії насосних станцій, тиск насосів яких повинен зростати для підтримання необхідних напорів в усіх точках водопровідної мережі.

Забруднення питної води в трубах водопровідної мережі має місце за раптової зміни руху води в ній, або зміни її хімічного складу. За першої причини спостерігається збурення осаду та його перехід в об'єм питної води. Наявність другої причини супроводжується розчиненням твердої частини осаду, що полегшує його збурення, перехід в об`єм питної води та транспортування до споживачів.

Варто звернути увагу на відмінність складу та властивостей старих на свіжих осадів. Старі осади характеризуються більшою величиною втрат при прожарюванні в порівнянні з аналогічними параметром для свіжих осадів. Окрім того в старих осадах міститься більша кількість заліза. Загальна кількість заліза в осадах змінюється. Дещо інша ситуація з вмістом глини, марганцю, магнію. Вміст в свіжому осаді цих складових більша ніж в старому осаді, проте менша ніж вміст заліза.

Вік осаду не позначається на в його вмісті силікатів та катіонів кальцію. В разі зміни властивостей води, що потрапила в водопровідну мережу, можлива зміна структури осаду, його розчинення, руйнування і як наслідок потрапляння в питну воду [10]. Результати досліджень свідчать, що в пробах осаду водопровідної мережі присутні мінеральні та органічні домішки. Старий осад має бути бронзово-чорного кольору, містить більше твердого матеріалу в порівнянні з аналогічним показником для свіжого осаду. водоспоживання гідравлічний труба

На зовнішні ознаки осаду має вплив матеріал труб, який під впливом ряду факторів кородує. Продукти корозії труб потрапляють в питну воду забруднюючи її. За певних умов частки забрудненої випадають в осад формуючи певну його структуру та колір. Це явище в залежності від властивостей води, поширюється в тій чи іншій мірі, практично, на туби з різних матеріалів. Так, мідь переважно добре протидіє корозії. Проте кородує при транспортуванні м'якої води, за наявності в ній хлору, розчиненого кисню, або за низького рН. Низьковуглецева сталь кородує також при значній кількості розчиненого кисню. Агресивна вода може призвести до поверхневої ерозії чавунних труб. Найбільш стійкими щодо корозійних впливів є труби з полімерних матеріалів [8, 10].

В залежності від виду матеріалів труб виникає потенційна загроза потрапляння в питну воду того чи іншого інгредієнта. Для мідних трубопроводів - мідь, для сталевих та чавунних трубопроводів - залізо (оцинкованих - цинк та залізо), азбестових - азбестове волокно тощо [6,10].

З метою запобігання негативного впливу осадів, що накопичуються в трубах на якість води в ній, поліпшення гідравлічних характеристик водопровідної мережі в практиці її експлуатації широко застосовуються різноманітні методи стабілізації якості води та відновлення працездатності мережі. Найбільш відомими є добавлення в водопровідну воду сполук фосфору, заміна труб мережі, удосконалення експлуатаційних параметрів мережі та робіт з її обслуговування, періодичне проведення промивки мережі, періодичне очищення водопровідної мережі.

Основним завданням промивки мережі є видалення з потоком промивної води «м`яких» (рихлих) осадів. Застосування такого способу може бути ефективним в мережах, що перебувають в доброму стані. Інтенсивність його використання визначається швидкістю формування «старих» (твердих) осадів. Враховуючи, що осади такого типу формуються переважно на немагістральній мережі, з експлуатаційної точки зору такий спосіб може бути достатньо ефективним [7].

Для видалення осаду з трубопроводів в практиці експлуатації водопровідної мережі застосовують механічне зшкрябування осадів, гідравлічне (струмінь води під тиском до 20 МРа) їх змивання, хімічне розчинення осадів з наступним їх вимиванням. Ефективність видалення «нових» і «старих» осадів за такого способу є доволі високою. Проте таки спосіб характеризується високою трудомісткістю та супроводжується витратами значних коштів.

Висновки:

1. Осад трубопроводів є сприятливим середовищем для корозії внутрішньої їх поверхні, життєдіяльної біоценозів в ньому, та негативно позначається на міцності труб і створює небезпеку забруднення питної води.

2. Добавлення в воду мережі сполук фосфору позитивно позначається на зниженні кольоровості і каламутності води, сприяє її стабілізації, запобігає корозії стінок труб та позитивно відбивається на якості питної води. Застосування цього способу є доцільним для водопровідних мереж, що перебувають в доброму технічному стані.

3. Поліпшенню якості питної води сприяє раціоналізація конструктивних елементів водопровідної мережі під час її експлуатації - поліпшення гідравлічних параметрів мережі, заміна старих трубопроводів та арматури, застосування захисних поверхонь труб та арматури, промивка та прочищення мережі.

Література

1. Гіроль М.М., Ткачук О.А., Хомко В.Є., Васильєв А.Й. Ковальський Д. Раціоналізація параметрів водопровідних систем в умовах скорочення водоспоживання. Збірка доповідей Міжнародного Конгресу «Екологія, технологія, економіка, водопостачання, каналізація», Ялта, 24…27.05 2005 р., 168-173 с.

2.Гіроль М.М., Проценко С.Б., Ткачук О.А., Семчук Г.М., Хомко В.Є. Стан водопостачання та водовідведення в Україні. Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури №19, Одеса, 2005 р., 3-9 с.

3.Національна доповідь про якість питної води та стан питного водопостачання в Україні у 2003 році. наук.керівник Гіроль М.М.. Рівне.-2005.-143 с.

4.Николадзе Г.И., Минц Д.М., Кастальский А.А. Подготовка воды для питьевого и промышленного водоснабжения. Учеб. пособие по спец. Водоснабжение и канализация» для вузов. - 2-е узд., перераб. и доп. - М.: Высш.шк., 1984.-368 с.

5. Balcerzak W., Knapik K., Kubala M. „Modelowanie zjawiska zanieczyszczenia wody w sieci wodoci№gowej”. Gaz, Woda i Technika Sanitarna. 6/1999 str. 201-205.

6.Bobruk P., Bonetyсski K., Kowalski D. „Badanie moїliwoњci ochrony jakoњci wody w ukіadzie osiedlowej sieci wodoci№gowej.” I Kongres Inїynierii Њrodowiska, materiaіy, Monografie Komitetu Њrodowiska PAN, 2002, vol.11, 381-389.

7.Cerrato J.M., Reyes L.P., Alvarado C.N, Dietrich A.M. “Effect of PVC and iron materials onMn(II) deposition in drinking water distribution systems”. (Water reaserch 40 2006 2720-2726).

8.Crabtree R.W. "Sediments in Sewers." J.IWEM, (Journal of the Institution of Water and Environmental Management) vol. 3, 569-576, (1989).

9.Denczew S. „Przedsiкwziкcia sіuї№ce utrzymaniu lub przywracaniu wymaganej jakoњci w sieci wodoci№gowej”. Ochrona Њrodowiska. 4/2001 str.31-32.

10.Drinking Water Distribution System Sediment Resuspension Characteristic Study-New Application of Jar Test-Departamet of Water Management, Faculty of Civil Engineering, June 2006.

Размещено на Allbest.ru