Научно-методические основы водохозяйственной сертификации

Сурсяков, Валентин Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему
Научно-методические основы водохозяйственной сертификации
ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Научно-методические основы водохозяйственной сертификации"

На правах рукописи

Сурсяков Валентин Николаевич

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОЙ

СЕРТИФИКАЦИИ

11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 1998

Работа выполнена в Уральском филиале Академии стандартизации, метрологии и сертификации.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор О.М.Розенталь.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, член-корреспондент Академии жилищно-коммунального хозяйства А.Н. Попов,

кандидат технических наук, доцент Ю.Р.Муратов.

Ведущая организация:

Уральский научно-исследовательский химический институт (УНИХИМ)

Защита диссертации состоится "ЗР". в//^^часов на заседании диссертационного совета Д099.01.01 в Российском научно-исследовательском институте комплексного использования и охраны водных ресурсов, по адресу: 620049, г.Екатеринбург, ул.Мира, 23

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского научно-исследовательского института комплексного использования и охраны водных ресурсов.

Автореферат разослан 1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

Ю.С. Рыбаков

Общая характеристика работы.

Актуальность темы исследований обусловлена тем, что существование всех форм жизни на земле связано с потреблением воды. Поэтому загрязнение поверхностных и подземных водоисточников несет в себе серьезную угрозу существованию живой природы и ее высшей формы -человека. Однако даже оставшиеся относительно чистые водные источники используются нерационально, что часто приводит к дефициту как питьевой, так и технической воды. Ярким примером этого является Свердловская область, водохозяйственный баланс рек, в которой оценивается специалистами как положительный, однако низкие величины минимального стока на большинстве , рек и повышенное загрязнение отдельных их участков обусловили дефицит водных ресурсов необходимого качества (до 30-80%) в городах Екатеринбурге, 1 Кировграде, Н-Тагиле и др.. Для покрытия этого , дефицита построен ряд водохранилищ и прудов, а также производятся внутрибассейновые и межбассейновые переброски стока, при этом непостоянность качества вод приводит на стадии их очистки к большим перерасходам этих всУд, т.е. налицо нерациональное использование природных источников. К тому же, качество получаемой из этих'источников питьевой воды в большинстве случаев не :оответствует нормативным требованиям. Поэтому разработка научно эбоснованного механизма управления качеством воды от водохранилища до потребителя является актуальной задачей. Таким механизмом, по нашему «нению, может стать опирающаяся на нормативно-правовые и экономические методы регулирования система водохозяйственной сертификации, предусматривающая сертификацию не только самой воды, но и материалов, эборудрвания, технических устройств и технологических установок, используемых в водохозяйственной деятельности, что с успехом доказывает ;овременная мировая природоохранная практика. Однако, в России отсталость уровней стандартизации и сертификации в области водопользования не тозволяют на должном уровне осуществлять государственные функции по : управлению водопользованием на уровне требований Водного кодекса и <онцепции устойчивого развития. В частности, охват отечественной , :ертификационной деятельностью только качественных характеристик воды не логло обеспечить решения задач устойчивого водопользования. Как показывает мировая природоохранная -практика, необходим охват стандартизацией и ;ертификацией всех объектов и : субъектов водопользования, вплоть до :ертификации систем качества. Это учитывается разработкой международных ;истем стандартов серии ЙСО 9000, ИСО 14000 и на их' основе отечественных пандартов серии ГОСТ Р 40000. - - ¡';

Целью диссертационной работы является решение " проблем эационального использования ' водных ресурсов страны средствами :ертификаций.' ..

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

- провести анализ качественных характеристик поверхностных и подземных вод в одном из сложнейших в экологическом отношении регионов страны - в Свердловской области;

- выполнить аналитический обзор существующих международных и отечественных нормативных документов в области водохозяйственной деятельности;

- на основе исследований типовых процессов очистки установить специфические особенности объектов водохозяйственной деятельности с точки зрения задач сертификации;

- найти методические подходы к решению вопросов рационального использования воды крупными водопользователями, использующими воды различного назначения;

разработать научно-методические основы системы водохозяйственной сертификации, как важнейшего инструмента государственного управления водохозяйственной деятельностью в стране;

- на основе разработанных в диссертации научно-методических основ создать техническую и документальную базу системы водохозяйственной сертификации (СВХС).

При этом основное внимание в диссертации было уделено хозяйственно-питьевому водоснабжению, как наиболее подготовленному к внедрению СВХС виду водопотребления. Однако, предстояло преодолеть слабую обеспеченность водоохранной деятельности нормативно-правовой документацией, отсутствие нормативно-установленных методик определения качества материалов, оборудования и водотехнических систем, а также большое отставание отечественных разработок в области рационального водопользования от мировых достижений.

Методы выполнения работы. Разработка СВХС основывалась на сочетании экспериментальной работы с теоретическим анализом результатов. Для такого анализа использовались известные закономерности неорганической, физической и коллоидной химии, отдельные понятия теории систем и теории подобия, а также научные разработки в области природных водных систем. Базой для теоретического анализа служили, в частности, экспериментальные данные по водоподготовке на уровне отдельного технологического процесса (коагуляционная очистка) и в пределах водохозяйственной системы крупного водопользователя. Для обработки экспериментальных результатов широко использовались методы математической статистики. Создание технической базы СВХС в виде стендовых установок основывалось на применении методов физического моделирования для обеспечения возможности переноса результатов лабораторных испытаний на промышленные условия.

На защиту выносятся научно-методические основы анализа типовых процессов водоподготовки, проведения сертификационных испытаний в рамках СВХС, оптимизации отдельных процессов и водотехнических систем и предложений по механизмам реализации Системы как важнейшего средства обеспечения рационального использования водных ресурсов страны.

Научная новизна. Впервые на основе теоретического анализа физико-химических свойств примесей и процессов' гидролиза коагулянтов выделены наиболее значимые стадии коагуляционной очистки, выделены системные . свойства, этого, процесса, которые , могут служить основой для выбора технологической схемы, оборудования, реагентов и для решения оптимизационных задач. Выбранная на научной основе^ классификация примесей воды и физико-химический подход к рассмотрению, механизма типовых процессов (фильтрации, мембранного разделения и др.) положены в основу подбора водоочистных установок. ■ ■

На системной основе выработаны рекомендаций по рационализации сложных водохозяйственных систем с целью минимизации расходов сырой воды и обеспечению бесперебойного внутреннего водопотребления с минимизацией энергетических и материальных затрат. Впервые предложена научная основа концепции регионального подхода' к сертификационным испытаниям в рамках СВХС, а также выбора технической базы этих испытаний и их методического обеспечеййя.

Практическая значимость диссертации. Впервые в стране разработаны научно-методические основы для создания системы сертификации, включающей сертификационную ( оценку материалов, оборудования, технологических процессов и водохозяйственных систем в целом, наряду с оценкой качества самих вод. Созданы техническая база сертификационных испытаний и ее методическое сопровождение.

С участием автора разработана основополагающая документация и создана в системе ГОСТ Р "Система сертификации природных водных объектов, их ресурсов, а также материалов, оборудования, сооружений и технических систем, используемых в водохозяйственной деятельности". Разработаны предложения по включению разработанной СВХС в систему управления рациональным водопользованием на основе нормативно-правовых и экономических методов регулирования водохозяйственных отношений. Сделан практический шаг в сторону сокращения отставания отечественной водохозяйственной практики от мировых достижений и выхода на траекторию устойчивого водопользования.

Наряду с решением основных проблем в данной работе был сделан ряд сопутствующих разработок, важных в практическом отношении. Так, были определены критерии выбора коагулянта между сульфатом и основным хлоридом алюминия. Был сделан вывод о том, что широко распространенное мнение об абсолютных преимуществах основного хлорида алюминия научно не обосновано. Практически важным можно считать также разработку системы контроля за ходом коагуляционной очистки с помощью спектрофотометрии в водохозяйственной системе г. Нижнего Тагила. Эта разработка показала, что на основе достаточно глубокого теоретического подхода можно простыми ' техническими средствами значительно рационализировать процесс : водоподготовки. '"'*'1 1

К значительному снижению расхода исходной воды (до 50%), а также реагентов и энергетических затрат привели рекомендации для водохозяйственной системы госпиталя ветеранов войн в г. Екатеринбурге. Этот опыт может быть распространен и на многие другие водохозяйственные системы.

Апробация работы. Промежуточные результаты работы обсуждались на многочисленных ведомственных совещаниях, на региональных тематических выставках (например, "Экология-96",-97" и -98"; "Чистая вода-97" и -98", "Техноген-97" и др.).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 10 статьях и 5 тезисах докладов и использованы в двух монографических изданиях.

Научным руководителем работ, результаты которых изложены в главе 5 диссертации, является директор ИВС, к.х.н. Кардашина Л.Ф.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем текста 164 страницы, в том числе 53 рисунка, 10 таблиц, список литературы из 80 наименований.

Содержание работы.

Глава 1. Литературный обзор

Подробно рассмотрено состояние поверхностных и подземных вод в различных регионах России и, в том числе, в одном из наиболее сложных в ¡экологическом отношении регионов страны - в Свердловской области. Отмеченр наличие больших объективных трудностей в решении задач ¡сохранения водных ресурсов страны и снабжения населения доброкачественной питьевой водой. Главные из этих трудностей - высокий уровень загрязнения и разнообразие состава российских вод, а также сложность механизмов водоочистки и водоподготовки. В диссертации эти трудности рассматриваются, в основном, на примере одного из самых распространенных методов водоочистки и водоподготовки - коагуляционной очистки природных вод.

Путем обобщения литературных данных было установлено, что в механизме коагуляционной очистки воды можно достаточно четко выделить последовательный ряд стадий гидролитического разложения исходных сульфатов и хлоридов алюминия и железа (III), используемых в качестве коагулянтов: гидролиз с образованием полимерных гидрооксокомплексов (далее - ПГК), мицеллообразование, коагуляция и старение гелей. Это значит, что стехиометрические уравнения реакций полного гидролиза, например

A12(S04)3 + 6Н20 = 2 А1(ОН)3 + H2S04, (1)

А12(ОН)3С1 + Н20 = 2А1(ОН)3 + HCl, (2)

отражают только конечный результат гидролитического разложения крагулянтов. Практически это многостадийные процессы. При этом, как следует йз рассмотрения фундаментальных физико-х"имических характеристик

ионов AI3"1" и Fe3+, на ход этих процессов большое влияние должны оказывать кинетические затруднения в перестройке структур, связанных с повышенной долей ковагтентной составляющей связей катионов с лигандами. Это предопределяет большую роль в процессах коагуляционной очистки метастабильных состояний продуктов гидролиза, отличающихся высокой активностью во взаимодействиях с примесями воды. По своей природе промежуточные и конечные продукты гидролиза способны к участию в различных химических и физико-химических процессах: обменного разложения, комплексообразования, ионного обмена, коагуляции, флокуляции, сорбции и др.

Со своей стороны, примеси воды, отличающиеся большим разнообразием состава и свойств, также обладают в той или иной степени способностью к участию в этих процессах. Для оценки этой способности нами предложено использовать классификацию примесей воды по Кульскому. В основе этой классификации - деление примесей на четыре классификационные группы, главным образом, с учетом двух физико-химических характеристик - фазового состояния и дисперсности - которые, по нашему мнению, с достаточной точностью могут определять способность примесей участвовать в вышеуказанных процессах, а также в процессах диффузии и седиментации.

В соответствии с этой классификацией различаются следующие группы примесей:

- первая группа (I) - примеси с размером частиц более 10 '7 м (нерастворимые взвеси, образующие суспензии и эмульсии);

- вторая группа (II) - с размером частиц 10 -8 - 10 -7 м (коллоиды, высокомолекулярные органические вещества, вирусы, микроорганизмы);

- третья группа (III) - с размером частиц 10 "9 - 10 "8 м (растворенные газы и органика, образующие молекулярные растворы);

- четвертая группа (IV) - с размером частиц менее 10"9 - электролиты.

Путем теоретического анализа процессов гидролиза и взаимодействия их с примесями воды составлена табл.1, отражающая механизм коагуляционной очистки в виде последовательности процессов перехода примесей из одной группы в другие за счет их взаимодействия с продуктами гидролиза коагулянтов. В этой таблице подстрочный индекс "к" означает отнесение классификационной группы к продуктам гидролиза.

Как следует из этой таблицы, коагуляционная очистка воды является следствием перевода примесей VI, III и II групп в I группу с помощью процессов их взаимодействия с продуктами гидролиза, а затем разделение образовавшейся дисперсии методами фильтрации и отстаивания, как это делается на практике.

Другим результатом теоретического анализа литературных данных был выбор кинетических уравнений, описывающих наиболее важные в коагуляционной очистке процессы агрегации примесных частиц.

Таблица 1

Механизм коагуляционной очистки.

N п/п Вид взаимодействия Результирующий эффект Базовая реакция, процесс

1 IV, + IV IV -» II -> I комплексообразование

2 IV*+и II —> I перикинетическая коагуляция

3 IV,+ 1 укрупнение частиц флокуляция

4 П. + 1У IV II I сорбция, ионный обмен

5 Пк + Ш Ш-*П->1 сорбция

6 Пк + И II ->1 гетерогенная коагуляция, сорбция

7 1К+Г/ IV->1 сорбция, ионный обмен

8 1к+Ш III -»I сорбция

9 1к+И II —> I ортокинетическая коагуляция

10 Пк + 1 II -»I ортокинетическая коагуляция

Этот выбор выявил обилие в коагуляционной очистке процессов сложной физико-химической природы как в термодинамическом, так и в кинетическом отношениях. Он делает этот вид водоочистки и водоподготовки очень чувствительным к условиям реализации: свойству и концентрации примесей, качеству используемых реагентов, типу технологических устройств и т.д. В свою очередь, это порождает необходимость учитывать строго индивидуальный характер поведения указанных объектов при сертификационных испытаниях, что придает этим испытаниям исследовательский характер с ограничением "зоны действия" выводов определенным составом вод. Без разработки методических основ таких испытаний СВХС не может быть создана. Причем этот вывод, как показывает анализ литературных данных, касается не только коагуляционной очистки, но и всех других типовых процессов водоочистки и водоподготовки.

Анализ литературных источников и нормативно-правовых документов показал, что существующие отечественные системы стандартизации и сертификации явно недостаточны для решения задач рационального использования водных ресурсов страны и обеспечения населения и хозяйственных потребностей доброкачественной водой. Прежде всего необходимо обеспечить переход от сертификации воды к сертификации материалов, оборудования, сооружений, технологических устройств, производства и систем качества, т.е. к созданию СВХС. Достижение в этих вопросах мирового уровня требует поэтапного преодоления трудностей, среди которых выделяется своей первоочередностью проблема организации сертификационных испытаний.

Глава 2. Разработка научно-методических основ водохозяйственной сертификации на примере исследования коагуляционной очистки на водозаборах г. Нижнего Тагила

В данной главе приводятся результаты лабораторных исследований коагуляционной очистки природных вод Верхне-Выйского и Черноисточинского водохранилищ. Состав и содержание примесей этих вод отличаются большими сезонными колебаниями. Так, мутность в течении года менялась в пределах 0,6-2,4 мг/л, цветность - 30-65 град, щелочность - 0,6-1,5 мг-экв/'л, содержание железа - 0,1-0,54 мг/л. Общее солесодержание менялось в пределах 75-143 мг/л. Все эти и другие показатели состава определялись по ГОСТ 2874-82.

В качестве коагулянтов использовались сульфат алюминия (ГОСТ 12966-85) и основные хлориды алюминия отечественных фирм "Алкам" (с основностью коагулянта от 50 до 81%) и "Уралкоагулянт" (с основностью от 50 до 75%), а также гидрооксихлорид с основностью 83,3% венгерской фирмы "Бопак". Отечественные препараты отвечали требованиям ТУ 2163-001-36417448-96, марка А.

Условия лабораторных исследований соответствовали условиям работы промышленных водоочистных систем, включающих стадии смешения коагулянта с очищаемой водой, хлопьеобразования, отстаивания и фильтрацию.

Экспериментальные результаты обрабатывались методами корреляционного и регрессионного анализов. Выбор функций регрессии производился по величине коэффициентов парной или множественной корреляций. Коэффициенты корреляции простых регрессий превышали, как правило, 80%, множественных регрессий - 70%. С помощью компьютерной программы БТАТСКАРН обрабатывались два массива данных - 42 опыта для сульфата алюминия и 61 опыт для основных хлоридов алюминия. При этом изучалось влияние наиболее значимых факторов (температуры; дозы коагулянта; щелочности, мутности и цветности исходной воды; основности хлоридов алюминия) на показатели цветности, мутности, содержания железа и алюминия в очищенной воде, а также на дисперсность образующихся при очистке осадков.

В автореферате приводятся только те результаты исследований, которые относятся к обнаружению наиболее значимых эффектов. Ряд из них выявляется при рассмотрении влияния параметров очистки на содержание железа в очищенной воде.

Найденные уравнения множественной регрессии для железа имеют следующий вид:

для опытов с использованием в качестве коагулянта сульфата алюминия

СРе = - 0.00065Т + 0,69165Д"1 + 0.00368М + 0,00085Ц„ - 0,0186Щ; (3)

для основных хлоридов алюминия

СРе = -0,00036т + 0,40158Д"0'3 + 0,0918Н - 0,00497М + 0,00162Ц„ - 0,19637Щ;(4)

где Сре - содержание железа в очищенной воде, мг/л; Т, М, Ц,„ Щ -соответственно, температура ( °С), мутность (мг/л), цветность (град) и щелочность (мг-экв/л) исходной воды, Н - основность коагулянта, доли ед.

Наряду с множественными находились также функции простых регрессий:

для сульфата алюминия

Сре =0,0959+ 1,5839 х 10"3 Т, (5)

СЯе = 0,7661Д"1 , (6)

Сре =0,1345 - 1189,7Цн"3 , (7)

СРе =0,1268Щ-0,5 , (8)

Сре = 0,0774+ 2,1878 x10"5 рН4; (9)

для основных хлоридов алюминия

Сре = 0,0533 +4,239 X Ю-3 Т, (10)

Сре = 0,2924Д"0,5 , (И)

Сре = 0.07089Н"1 , (12)

Сре = -0,4791 +0,1544 1пЦн3, (13)

Сре = 0,1455Щ"2, (14)

Сре = -2,4572 - 0,0379рН. (15)

Обращает на себя внимание изменение в некоторых случаях знака у коэффициентов для одних и тех же параметров при переходе от сложных к простым регрессиям (например, для Т, Цн, Щ). Это связывается нами со значительным взаимным влиянием параметров, в результате чего при действии сразу нескольких факторов влияния каждого из них на конечный результат

очистки может во многом определяться косвенным влиянием на него других факторов. В уравнениях простой регрессии проявилась резко выраженная нелинейность поведения системы вода-коагулянт, на что обращалось внимание в главе 1 при обсуждении природы процессов коагуляционной очистки.

Высокая нелинейность отмечается для наиболее значимых параметров, например для зависимости СГе (Д) (рис.1). При этом до Д = 5 мг/дм3 обнаруживается преимущество основных хлоридов алюминия, а при Д > 5 мг/ дм3 различия в эффективности по глубине обезжелезивания нивелируются и даже проявляется некоторое преимущество сульфата алюминия.

5 ю 45 Доза , иг/дмЗ

Рис. I. Влияние дозы коагулянта на содержание железа в очищенной воде,

1, 1 1 -дляСА, 2,2' -дляОХА (на всех рисунках линии 1 и 2 получены по уравнениям сложной регрессии, линии I1 и 21 - по уравнениям простой регрессии.)

Аналогичным было влияние дозы коагулянта на остаточное содержание алюминия в очищенной воде. При этом, это содержание как алюминия, так и железа при Д<5 мг/дм3 на несколько порядков выше теоретического значения, обусловленного произведением растворимости соответствующих гидроксидов при рН 6-7.

Этот факт объясняется, по нашему мнению, следующими причинами:

- упомянутыми выше кинетическими затруднениями в перестройке структур при переходе от одних форм продуктов гидролиза к другим;

- низкой скоростью перикинетической коагуляции в соответствии с малыми значениями концентрации частиц золя;

действием правила Освальда-Буцага, в соответствии с которым полнота перехода золя в гель зависит от количества последнего в системе.

При Д до 5 мг/ дм3 геля просто не хватает для полного перехода золя в гель и последующего образования хлопьев посредством флокуляции и ортокинетической коагуляции. Об этом свидетельствуют также данные рис.2.

5 Ю 45 Доза ) мг/дп3

Рис 2 Влияние дозы коагулянта на размер частиц осадка Таким образом, при малых Д процесс гидролиза коагулянта "останавливается" на промежуточных стадиях, и симбатное снижение ««держания на кривых С, (Д) и СА, (Д) (где СА1 - остаточное содержани Пиния в очищенной воде) свидетельствует о большой роли вз~тв примесей железа с промежуточными продуктами гидролиза при агуляционной очистке. Такой же вывод можно сделать, оценивая влияние Д „а цветность очищенной воды (рис.3), только в этом случае рассматривается взаимодействие органических примесей с продуктами гидролиза.

5 -10 Д05а) мг/<3*5

Сравнение лид к пйео.течивания очищаемой воды. При

ШШШрг

процессах агрегации подтверждается также данными рис.4.

<и Эп * 1

£ 3

и э-1

30 50 70 90 цёетность, град.

Рис.4. Влияние цветности исходной воды на размер частиц осадка.

Особого внимания заслуживают зависимости, которые можно отнести к разряду неожиданных. Так, отрицательное влияние температуры на обезжелезивание (уравнение (5) и (10)) противоречит известному стимулирующему влиянию этого параметра на протекание физико-химических процессов. В противоречии с равновесными условиями растворимости находится также отрицательное влияние рН на содержание железа в очищенной воде при использовании сульфата алюминия (уравнение (9)).

Эти и другие противоречия свидетельствуют о большой роли косвенных влияний параметров на результат очистки, т.е. через их влияние на другие параметры. Выше такое заключение связывалось с изменением знака при коэффициентах при переходе от сложной к простым регрессиям.

Отрицательное влияние цветности на обезжелезивание (уравнение (7) и (13)) вполне убедительно объясняется влиянием процессов комплексообразования на растворимость соединений железа (Ш). В рассматриваемом случае имеется в виду "маскирующее" действие органических окрашенных лигандов, образующих прочные комплексы с ионом Ре 3+ .

Отдельная серия опытов была проделана по разработке фотометрического метода контроля за ходом коагуляционной очистки вод Черноисточинского гидроузла. Отсутствие эффективной системы контроля за ходом процессов водоподготовки является причиной многочисленных срывов в получении питьевой воды необходимого качества.

Испытания проводились в течении всего календарного года, что позволило учесть значительные сезонные колебания состава примесей и температуры воды.

Методика испытаний и экспериментальная база были теми же, что и в предыдущей серии опытов. Только контроль за ходом коагуляционной очистки производился фотометрически с длиной волны проходящего через испытуемую среду света 400 нм. Эта длина волны позволяла одновременно следить за ходом

обесцвечивания и осветления очищаемой воды. Известно, что коагуляционная очистка может обеспечить достижение именно этих целей. В качестве коагулянтов использовались те же реагенты, что и в предыдущих исследованиях.

Вся совокупность полученных в данной серии опытов и их результатов подтверждают выводы предыдущих исследований. Однако были получены дополнительные свидетельства большой роли кинетических торможений в развитии процессов гидролиза и структурообразования осадков, значительного влияния таких коллоидных явлений, как псрикинетическая и ортокинетическая коагуляция, повышенной чувствительности изучаемых процессов к сезонным колебаниям температуры и состава примесей. Установлено, что многие недостатки существующей системы водоподготовки могут быть устранены путем обеспечения более оперативного контроля за ходом коагуляцнонной очистки с помощью фотометрического метода.

В целом, экспериментальное изучение промежуточных стадий коагуляцнонной очистки подтвердило правомерность выводов о ее механизме, основные звенья которого представлены в табл.1. Из-за ярко выраженной нелинейности и кинетических затруднений коагуляционная очистка проводится в условиях высокой неравновесности с повышенной чувствительностью результатов к составу исходной воды, аппаратурному оформлению процессов и технологическому режиму. Все это позволяет сделать следующие рекомендации по организации сертификационных испытаний в СВХС:

сертификационные испытания материалов, оборудования и технологических устройств должны проводиться с учетом взаимного влияния параметров, т.е. результаты изолированного изучения влияния отдельных факторов не могут служить основой для окончательных выводов;

- сертификационные испытания должны охватывать весь диапазон изменения параметров в течение года, включая и сезонные изменения состояния водного объекта;

- организация лабораторных испытаний должны проводится в условиях, обеспечивающих правомочность перенесения их результатов на промышленные объекты, т.е. необходимо использовать методы математического или физического моделирования;

необходимым условием проведения сертификационных испытаний в рамках СВХС должно быть обеспечение единства этих испытаний с помощью унифицированных стендов;

заключения по сертификационным испытаниям с необходимой достоверностью могут относиться только к определенному типу вод, являющихся объектом сертификации.

Глава 3. Разработка научно-методических основ водохозяйственной сертификации на примере использования водохозяйственной системы пснхоневралогнческого госпиталя ветеранов войн

Данный раздел диссертации посвящен решению задач рационального водопользования на примере водохозяйственной системы крупного медицинского учреждения, обладающего значительными потребностями в водах различного назначения. Условно водообеспечение госпиталя можно разделить на четыре категории: хозяйственно-питьевое; хозяйственно-бытовое; специальное медицинское и обслуживание технического парка. Соответствующим образом обозначается и категорийность вод.

Категория 1: вода хозяйственно-питьевого назначения. В эту категорию входит вода для питья и приготовления пищи. Такая вода должна соответствовать требованиям ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством", а также требованиям СанПиН 2.1.4.559-96 " Вода питьевая. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества".

Категория 2: вода хозяйственно-бытового назначения. Эта вода используется для мытья посуды и хозинвентаря, в душевых, туалетах, прачечных, для уборки помещений и т.д. В условиях госпиталя по согласованию с санитарно-эпидемиологическими службами города для этих целей может быть использована вода из городского водопровода без ее доочистки.

Категория 3: вода для специальных медицинских целей. Вода этой категории (далее - вода медицинская) имеет различное назначение и, следовательно, разный уровень требований к ее качеству.

Вода для лечебного бассейна должна соответствовать требованиям "Рекомендаций по обеззараживанию воды, дезинфекции подсобных помещений и санитарному режиму эксплуатации купально-плавательных бассейнов" N1229-75. По этим рекомендациям подаваемая в бассейн вода должна отвечать, в основном, требованиям ГОСТ 2874-82. Только в некоторых показателях допускается отклонение от требований этого ГОСТа.

Вода дистиллированная. Эта вода используется для мытья и стерилизации врачебного инструмента, приготовления химических реактивов и биохимических сред. Качество этой воды должно отвечать требованиям ГОСТ 6709-72 "Вода дистиллированная".

Вода фармакопейная. Эта' вода необходима для приготовления неинъекционных и инъекционных лекарственных средств. Ее качество должно соответствовать фармакопейным статьям ФС 42-2619-89 "Вода очищенная (для неинъекционных лекарственных средств)" и ФС 42-2620-89 "Вода очищенная (для инъекций)".

Категория 4: вода для технических целей (далее - вода техническая). Эта вода расходуется на поддержание в рабочем состоянии технического парка и

территории госпиталя (мытье машин, полив и уборка гаража, территории и т.д.). Использование воды этой категории должно отвечать требованиям нормативно-правовых документов по охране окружающей среды от загрязнения ее сточными водами.

Поверхностный сток с территорий производственных площадок и учреждений до недавнего времени относили к категории условно чистых вод. Однако наблюдения последних лет показали, что поверхностные стоки дождевых и поливочно-моечных вод являются существенным источником загрязнения почвы, поверхностных и подземных водоемов. Поэтому сброс поверхностных стоков госпиталя был поставлен под контроль санитарно-эпидемиологических служб города.

Общая характеристика водохозяйственной системы госпиталя

Материальный баланс водопотребления госпиталя приведен в графическом виде на рис.5. По балансу суточное потребление госпиталя составляет 385 мЗ, которые забираются из городского водопровода.

Рис. 5. Диаграмма среднесуточного расхода воды (в м3):

1 - суммарный поток из горводопровода;

2 - вода для хозяйственно-питьевых нужд;

3 - вода хозяйственно-бытового назначения (стирка белья, уборка помещений, мытье посуды, для душевых и т.д.);

4 - вода специального назначения (бассейн, приготовление лекарств, мытье и стерилизация медицинского инструмента, приготовление биохимических средств и т.д.).

Утвержденного лимита на воду нет. Все сточные воды госпиталя, кроме поверхностных сливов, сбрасываются в городскую канализацию, т.е. очистка или утилизация стоков самим учреждением не производятся. Это осуществляется на общегородских очистных сооружениях.

Серьезным препятствием для нормального снабжения госпиталя водой являются периодические перебои в подаче воды и ее низкое качество. В заключении ГорЦСЭН N 26/55-471 от 19.10.93 г. "О состоянии водоисточников г. Екатеринбурга и воды, подаваемой населению города на питьевые нужды"

Ш гор£оЗопр о&ода

На *ол$ыто6ые нухЗы

указано, что качество воды в разводящей сети не отвечает в полной мере требованиям ГОСТ 2874-82 по показателям цветности, мутности, запаха, содержания железа, алюминия и хлорорганических соединений, с превышением нормативов в 1,5-4 раза. В силу этого горводопроводная вода относится к разряду технической. В настоящее время состояние дел с питьевой водой в г. Екатеринбурге не улучшилось. Значительные трудности связаны также со значительным сезонным колебанием состава водопроводной воды, вызванным аналогичным колебанием состава примесей воды природного водоисточника, каким является Волчихинское водохранилище.

В водохозяйственной системе госпиталя (далее - ВХС) проблема качества воды решается с помощью локальных водоочистных устройств. Так, вода для бассейна готовится с применением установки коагуляционной очистки. В качестве коагулянта используется сульфат алюминия. Для получения питьевой воды стандартного качества применяются установки фирмы "Лико", выпускаемые по ТУ 9450-001-12295319-93 и работающие на принципе обратного осмоса. Однако их суммарная производительность не превышает 3 мЗ/ч, в то время как потребность госпиталя в воде категории 1 составляет 130 мЗ в сутки (рис.10).

Вода медицинского назначения (категория 1) получается с помощью четырех мембранных установок "Лико" и дистилляторов АД-10 и АД-25.

В целом, существующая ВХС с задачей нормального водоснабжения госпиталя до конца не справляется: не дает стабильные результаты коагуляционная очистка, при этом особенно тревожит присутствие в очищенной воде значительных количеств органики, дающей при хлорировании соединения канцерогенной активности; не обеспечивают получение воды, отвечающей требованиям ГОСТ 6709-72, дистилляторы АД-10 и АД-25; не хватает мощностей для получения в достаточном количестве питьевой воды; отсутствуют буферные емкости для борьбы с перебоями в городском водоснабжении, а также возможности для аварийного подключения коагуляционной очистки для получения питьевой воды в необходимом количестве; слабо развита система контроля и управления водоподготовкой и т.д. Устранению этих недостатков мешает, прежде всего, сложность самой ВХС, включающей в себя сильно разветвленную водораспределительную сеть и канализацию, многочисленные сборники воды, насосы, объекты водопотребления и локальные водоочистные устройства. Задача усложняется также неравномерностью объектов водопотребления по разным зданиям, по масштабам потребления и по требованиям к качеству воды. Все это делает ВХС дорогой и сложной в обслуживании. Кроме того, это может быть источником внутрисистемного загрязнения воды. Эксплуатация столь сложной сети затруднена отсутствием даже элементарных решений по автоматизации процессов транспортирования, хранения и раздачи воды. Не согласованы динамические характеристики емкостной аппаратуры и очистных

стройств. Например, сборник питьевой воды емкостью 1,5 м^ снабжен водоотводящей трубкой диаметром 4 мм, т.е. чрезвычайно низкой пропускной способности. Полностью отсутствуют водообороты или каскадное ^пользование воды, а также другие инженерные решения, способствующие экономии воды. И хотя главная задача ВХС - получение воды необходимого качества, вопросы экономии и экономики нельзя игнорировать.

Для стабилизации системы внутреннего водоснабжения госпиталь в последние годы стремится использовать запасы подземных вод. Для этого институтом "Водоканалпроект" разработан рабочий проект забора воды из двух артезианских скважин. Этот проект предусматривает удаление из артезианской воды железа и марганца с помощью методов озонирования и фильтрования, о также обработку этой воды бактерицидными лампами. Кроме того, обслуживание скважин требует создания зон санитарной охраны, обслуживание которых требует немалых затрат.

Все указанные недостатки ВХС были установлены при выполнении диссертационной работы.

Разработка предложений по совершенствованию ВХС госпиталя

Проблема усовершенствования и развития ВХС очень многоаспектна в техническом, социальном и экономическом планах. Однако главные ориентиры в решении этих проблем для условий госпиталя могут быть достаточно четко сформулированы. Главное - устойчивое снабжение водами необходимого качества при максимальной экономии материальных и энергетических затрат. При вторичности технико-экономических показателей их важность не вызывает сомнения, так как в условиях экономического кризиса эти показатели будут во многом определять пути и темпы совершенствования и развития ВХС. Относительная автономность методов получения вод различных категорий заставляет, в первую очередь, заниматься вопросами рационализации локальных систем водоподготовки.

Рис. 6. Принципиальная технологическая схема подготовки питьевой воды с помощью обратноосмотического метода:

1 - засыпной фильтр; 2 - патронный фильтр; 3 - электронасосный агрегат; 4 - обратноосмотический аппарат подаваемый на смещение;

((Зо - количество горводопроводной воды; С2|- количество воды, подаваемой на смещение; С^- количество концентрата, сбрасываемое в канализацию; (?„ - количество пермиата).

Так, нами с помощью испытательного стенда был отработан вариант более рационального использования установок обратноосмотической очистки для получения хозяйственно-питьевой воды (категория 1). При этом был предложен вариант смещения пермиата с исходной водой (рис. 6).

Вариантность предлагаемого метода определяется тем, из какой точки технологической схемы, т.е. через какой вентиль подается вода на смешение с пермиатом. Выбор варианта во многом зависит от состава горводопроводной воды. В любом случае появляется возможность, повышая давление нагнетания и снижая относительное количество концентрата, значительно повысить производительность установки по питьевой воде (в 2-5 раз) или резко снизить расход исходной воды.

В диссертации рассмотрены и другие варианты рационализации технологической схемы обратноосмотической очистки.

Заслуживает внимания организация каскадного использования воды. Если концентрат мембранных установок использовать в качестве технической воды (категория 4), то можно на стадии обратноосмотической снизить содержание примесей в концентрате, который утилизируется. Это позволит значительно повысить производительность установки по пермиату и снизить энергозатраты за счет уменьшения концентрационной поляризации. Однако такие решения требуют общесистемного подхода к вопросам рационализации водного хозяйства.

Дистилляционный метод подготовки воды медицинского назначения. Этот метод обладает рядом достоинств: простота конструкции установок, простота их обслуживания, высокая степень очистки и т.д. Однако в условиях госпиталя этот метод не гарантировал получение воды нужного качества из-за, как показали наши исследования, капельного уноса, попадания в дистиллат продуктов коррозии конструкционных материалов, отгонки органических примесей с водяным паром и подсоса исходной воды. Вскрытие причин и учет физико-химической природы примесей позволил нам предложить относительно простое решение проблемы: вода перед подачей в дистиллятор пропускается через фильтр из кварцевого песка.

Коагуляционный метод подготовки воды для бассейна. Стендовые испытания показали, что организация коагуляционной очистки в ВХС не соответствуют в полной мере сложной физико-химической природе этого технологического передела. В частности, принятая доза коагулянта, равная 12 мг/л, выдерживается постоянной в течении всего эксплуатационного периода установки несмотря на существенные колебания состава примесей и температуры. Кроме того, организация процессов смешения коагулянта с водой и хлопьеобразования не соответствует современному уровню достижений в этой области. Все это неизбежным образом приводит к срывам в водоподготовке.

В зимний период из-за чрезмерно низкой температуры воды коагуляционная очистка вообще не проводится. Подогрев горводопроводной

воды мог бы устранить этот недостаток, а также улучшить результаты очистки в весенний и осенний периоды. В холодное время года можно рекомендовать также сменить сульфат алюминия на основной хлорид, который при низких температурах дает лучшие результаты. Замена аппаратурного оформления на более совершенное на стадиях смешения и хлопьеобразования не потребовало бы больших капитальных затрат, но могло бы существенно улучшить результаты очистки.

Все рассмотренные варианты развития ВХС не могут быть реализованы без улучшения существующей системы производственного контроля и внедрения элементов автоматизации производственных процессов. В диссертации даны определенные рекомендации в этой области совершенствования ВХС. Рассмотрена проблема оптимизации работы ВХС в целом. Для этого предложено исходить из модели "усредненного" предприятия-водопользователя. ВХС госпиталя относится к сложным системам и требует для разработки программы оптимизации учета альтернативных вариантов развития и изменения режимов водоснабжения. В этой ситуации удовлетворительные результаты удавалось, например, получать при описании "технологических множеств" в линейном приближении с количеством переменных свыше 100. Даже первые грубые модельные построения и расчеты могли бы многое дать для выбора путей развития ВХС. Неустойчивость внешних связей и принципиальная сложность таких систем делают необходимым решение проблем рационального водопользования в них путем сертификации не только материалов, оборудования и технологических устройств, но и производств и систем качества в водохозяйственной деятельности.

В целом, работа над совершенствованием ВХС госпиталя, что развитие системы водохозяйственной сертификации требует повышенного объема научно-исследовательских работ по созданию алгоритмов и стендов, по моделированию технологических процессов и созданию экспертных систем. Завершающим этапом разработки такой системы сертификации должно быть создание нормативно-правовой базы сертификационных испытаний с учетом требований международных стандартов серии ИСО 9000, ИСО 14000, а также соответствующих отечественных стандартов в системе ГОСТ Р.

Глава 4. Разработка научно-методической базы сертификационных испытаний материалов, технологических процессов и оборудовании в хозяйственно-питьевом водоснабжении

В данном разделе диссертации рассмотрены основные направления в создании системы сертификации питьевой воды, материалов, технологических процессов и оборудования, применяемых в хозяйственно-питьевом водоснабжении (далее - Система).

Большое влияние на разработку такой Системы оказали работы авторов в рамках настоящей диссертации. Именно под влиянием этих работ была обозначена необходимость в интенсивной нормотворческой деятельности, связанной с отмеченной выше спецификой поведения воды и объектов водопотребления в процессах водоподготовки и водоочистки. Эта специфика не позволяет установить качество объектов водохозяйственной

деятельности без определенным образом организованных испытаний этих объектов в лабораторных или натурных условиях. Большое разнообразие условий эксплуатации (природных факторов, особенностей водохозяйственной деятельности в регионах и т.д.) требуют создания развитой системы установочных стандартов, в достаточной степени регламентирующих методы проведения сертификационных испытаний и обеспечивающих их единство на всей территории страны. Методическая база таких испытаний должна учитывать их исследовательский характер, объективные трудности физического моделирования технологических процессов и обеспечения возможностей масштабирования результатов этих испытаний.

В плане реализации задач по развитию нормативной базы Системы были разработаны Технические задания на разработку стандартов для засыпных материалов, коагулянтов, флокулянтов и замутнителей. Установлена высокая экономическая эффективность введения новых стандартов.

В частности, расчеты показывают, что с переходом к стандартизованным кварцевым пескам продолжительность фильтроцикла увеличивается в среднем не менее, чем на 30%. Экономическая эффективность от этого по России составит многие миллионы рублей.

Для создания технической базы сертификационных испытаний были разработаны, изготовлены и аттестованы лабораторные стенды: стенд для подготовки модельных растворов, стенд для испытаний водоочистных устройств, стенд для испытаний коагулянтов, флокулянтов, дезинфектантов и фильтрующей загрузки, используемых для водоочистки, перколяционный стенд для лабораторного воспроизведения процессов взаимодействия воды с засыпными материалами промышленных и бытовых фильтров, а также с твердыми материалами отвалов, захоронений и шламовых полей. Все стенды снабжены утвержденной методической документацией и типовыми программами сертификационных испытаний.

Органом уже выполнен большой объем работ по сертификации расфасованной в емкости воды, конструкционных материалов, реагентов и водоочистных устройств. Систематизированы наиболее типичные недостатки в хозяйственно-питьевом водоснабжении.

В процессе сертификации испытаний и последующего инспекционного контроля специалистам Органа удается оказывать большую помощь отечественным изготовителям и предпринимателям по доведению качества продукции и технической документации до требований отечественных и международных стандартов. Большинство производств, особенно частных форм собственности, не могут наладить входной и выходной контроль, не имеют фонда необходимой нормативной документации, не ведут на должном уровне учет выпускаемой продукции, расхода сырья и вспомогательных материалов.

Нередко плохо соблюдаются технологические регламенты и инструкции.

Много трудностей возникает при сертификации импортной продукции. Она, как правило, не адаптирована к местным условиям, не имеет в необходимом объеме сопроводительной документации, в должной степени не укомплектована и т.д. Работа Органа убедительно показала, что без развитой системы водохозяйственной сертификации невозможно плодотворное развитие международных связей в области водохозяйственной деятельности, а именно -успешное внедрение импортной продукции и технологий.

В работе Органа проявилась необходимость внедрения принципа взаимного подтверждения сертификатов соответствия в территориально разнесенных органах по сертификации. Такая работа должна проводиться на базе научно-методических основ, подобных тем, которые разработаны в настоящей диссертации. Только в этом случае удастся предотвратить поступление в торговлю продукции, явно не адаптированной к региону.

Глава 5. Перспективы рационализации водохозяйственной деятельности путем создания системы водохозяйственной сертификации

В данной главе система водохозяйственной сертификации (СВХС) рассматривается в более широком плане, чем в предыдущей главе, в которой затрагивались интересы хозяйственно-питьевого водоснабжения. Основной целью СВХС является решение задач по рациональному использованию и сохранению водных ресурсов страны. Основные объекты сертификации в этой системе - материалы, оборудование, технологические процессы и установки, производства и системы качества всех видов водохозяйственной деятельности. СВХС в условиях рыночной экономики рассматривается как важнейшее средство управления водопользованием и необходимое условие достижения стадии устойчивого развития. При этом особенно важным следует считать внедрение сертификации систем качества. Этот вид сертификации наиболее полно охватывает проблемы рационального водопользования.

Подробно обсуждается нормативно-правовая база СВХС, научно-методические основы, виды и специфика объектов сертификации, связь с экономическими и нормативно-правовыми методами управления водопользованием и экономическому обоснованию СВХС. Приводятся многочисленные примеры высокой экономической эффективности СВХС в различных вариантах водопользования.

СВХС реализуется как нормативная основа новых принципов хозяйствования, максимизации усилий по сохранению качества водных объектов, как социально-эколого-экономических , систем. Взаимоувязка интересов собственника (распорядителя) водных объектов с интересами водопотребителей при обеспечении эффективной контролирующей роли государства с помощью СВХС может быть продемонстрирована схемой, представленной на рис.7.

Рис.7. Схема взаимоувязки интересов в системах устойчивого водопользования

В соответствии с этой схемой собственник или распорядитель водных объектов может реализовать свои экономические интересы только через СВХС. При этом экономический доход владельца должен быть тесно увязан с качественным состоянием водного объекта в рамках выбранной системы их-классификации. По этой схеме водные объекты надежно защищаются от их недобросовестного использования как владельцем, так и водопользователем.

Важное место отводится СВХС и в системе административного управления водопользованием на федеральном уровне. Это демонстрируется блок-схемой, приведенной на рис.8.

По этой схеме основные задачи по сохранению и улучшению качества водных ресурсов страны возлагаются исполнительной властью на Министерство природных ресурсов (МПР). В этом отношении одной из наиболее важных управленческих функций МПР является государственное лицензирование всех видов водохозяйственной деятельности. При этом выдача лицензий может производится только при наличии у водопользователя соответствующего сертификата, удостоверяющего его готовность к данному виду деятельности. Таким. . образом, СВХС рассматривается в пятой главе всесторонне как важный элемент государственного управления водопользованием с использованием правовых и. ... экономических методов.управления.. .

Рис.8. Блок-схема взаимодействия субъектов управления водопользованием в России

Заключение

Критическое состояние водных ресурсов страны заставляют в экстренном порядке искать пути их спасения. Методы стандартизации, метрологии и сертификации, как показывает мировая природоохранная практика, могут быть сильным средством решения таких задач. Работа над диссертацией показала, что таким средством может ста'гь водохозяйственная сертификация, если она базируется на глубоком проникновении в теорию типовых процессов водоочистки и водоподготовки.' Экспериментально установлено, что внесистемное рассмотрение этих процессов, например коагуляционной очистки, не позволяет установить многие важные закономерности поведения водных объектов в водохозяйственных системах; ' Одной из важных особенностей поведения этих объектов является .их отчетливо; выраженная нелинейность и связанная с .этим повышенная чувствительность к изменению условий протекания процессов водоочистки и водоподготовки.. При, .этих обстоятельствах создание действенной . системы водохозяйственной сертификации без разработки научно обоснованной . методики сертификационных испытаний практически невозможно.

На основе теоретического и экспериментального изучения коагуляционной очистки природных вод была доказана необходимость создания специализированной технической базы для сертификационных испытаний в виде лабораторных испытательных стендов с научно-обоснованной методикой их использования. Наряду с этим было доказано, что внерегиональная сертификация объектов водопользования без привязки их к водам определенного качества недопустима.

Результаты обследования водного хозяйства госпиталя для ветеранов войн показали, что несистемный подход к снабжению учреждения водами различных категорий приводит к большим издержкам, среди которых можно отметить перерасход исходной воды, повышенные расходы. материалов и энергии, перебои в снабжении водой требуемого качества. Показано, что создание сложных водохозяйственных систем с научно обоснованным выбором методов водоподготовки и использованием теории управления техническими системами позволяет значительно снизить или полностью устранить эти издержки. При этом обеспечивается значительное снижение экологической нагрузки водопользователем на окружающую среду.

Проведенные в диссертационной работе исследования и анализ литературных данных, законодательных актов и нормативно-правовой документации показали, что принятый в Водном кодексе России курс на сохранение водных ресурсов страны посредством функций государственного управления водопользованием не может быть реализован без создания современной системы водохозяйственной сертификации. Разработанная в диссертации концепция такой системы может служить той основой, на которой может строиться система государственного управления водопользованием в условиях рыночной экономики.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Внедрение экологической сертификации в хозяйственную практику Свердловской области. // Стандарты и качество.-1996, №11,с.47-50. (В соавторстве с О.М.Розенталем, Л.Ф.Кардашиной).

2. Проблемы оценки технологических схем и устройств локальной водоочистки. //Стандарты и качество.-1997, № 5, с.72-74. (В соавторстве с О.М.Розенталем, Л.Ф.Кардашиной).

3. Сертификация систем качества станций водоподготовки. //Материалы Всероссийской научно-практической конференции,-1997. )В соавторстве с Л.Ф.Кардашиной).

4. Оценка экологического ущерба, наносимого среде вторичным загрязнением от технологических отходов. //Техноген-97. Конференция. (В соавторстве с Л.Ф.Кардашиной).

5. Опыт сертификационных испытаний отходов производства. // Тезисы докладов научно-практического семинара Уралэкология-97.-1997. (В соавторстве с Е.Мехонцевым).

6.^' Проблема повышения качества фасованной питьевой воды и водоочистных . , .устройств. // . Тезисы докладов . научно-практического семинара

¡Уралэкология-97,-1997, (В соавторстве с Л.Ф.Кардашиной).

7. Эффективность системы ' сертификации • ■ питьевой воды. ' //Мойогр.изд.УрОРАН, Екатеринбург, 1997. (В соавторстве ■ с

О.М.Розенталем).

8. Сертификационные испытания питьевой.воды и материалов, применяемых :в хозяйственно-питьевом водоснабжении. //Сертификация,- 1997, № 2, с.12-15. (В соавторстве?с Л.Ф.Кардашиной, О.М.Розенталем).

9. О технологическом обеспечении сертификации . воды. //Стандарты и . .. качество^ 1997, „№■ '.6,. с. 19-22. (В соавторстве, с О.М.Розенталем,

Л.Ф.Кардашиной)..

10. Государственная стандартизация питьевой воды в России. //Материалы симпозиума «Чистая вода». Екатеринбург, 1997. (В соавторстве с Н.С.Кругловым).

11. Система сертификации ГОСТ Р как средство повышения качества питьевой воды. //Материалы симпозиума «Чистая вода». Екатеринбург, 1997. (В соавторстве С Агеевым).

12. Система водохозяйственной сертификации. //Тезисы докладов «Уралэкология-98». Екатеринбург, 1998, с.27. (В соавторстве с Черняевым, Л.Ф.Кардашиной). . !

13. Доочистка питьевой воды как средство улучшения здоровья. //Монография. Екатеринбург,'1998, УФ АСМС, (В соавторстве с А.Н.Симкаловым).

14. Сертификация водохозяйственных объектов. //Стандарты и качество.-1998,; № 5, с.71-75. (В соавторстве с Л.Ф.Кардашиной, О.М.Розенталем и др.).

15. Опыт сертификации питьевой воды. //Экватек-98, тезисы. Москва, 1998г., | с.314 (В соавторстве с Л.Ф.Кардашиной, О.М.Розенталем и др.).

16. Методика оценки экологического ущерба техногенными образованиями. //Тезисы докладов -конференции Техноген-98. Екатеринбург, 1998. (В;

. соавторстве с К.АЛаптевым). ■..■■■.•

17. Материалы расширенной коллегии Госстандарта России. //Стандарты и качество.-1998, № 7,-с.8-12. , ■ • -

Екатеринбург, 1998 г. Издательство «Пятая Среда» ЛР № 065372 от 16 мая 1998 г.

Подписано в печать 14.08.98 г. Печать офсетная. Бумага писчая. Формат 60 х 84/16. Объем 1,5 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ 28.

Отпечатано в типолаборатории УЦСМ 620219, Екатеринбург, ул.Красноармейская, 2а.

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата технических наук, Сурсяков, Валентин Николаевич, Екатеринбург

м-, дд-з'/ур1?

ГОССТАНДАРТ РОССИИ УРАЛЬСКИЙ ФИЛИАЛ АКАДЕМИИ СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

На правах рукописи

СУРСЯКОВ ВАЛЕНТИН НИКОЛАЕВИЧ

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОЙ СЕРТИФИКАЦИИ (СЕРТИФИКАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ)

11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор

О.М.Розенталь

Екатеринбург 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................4

ГЛАВА 1. Состояние водных ресурсов России и задачи водохозяйственной сертификации.............................................................................................8

1.1. Особенности управления водопользованием в России............................10

1.2. Характеристика поверхностных и подземных вод Свердловской области.....12

1.3. Коагуляционные процессы в водоподготовке: опыт научно-обоснованного выбора технологий..................................................................................15

1.4. Введение в стандартизацию и сертификацию воды и водохозяйственной деятельности. Применение сертификации для повышения эффективности восстановления, использования и охраны природных водных объектов.............28

1.5. Проблема сертификации объектов водохозяйственной деятельности..........32

1.6. Выводы по главе 1..............................................................................34

ГЛАВА 2. Разработка научно-методических основ водохозяйственной сертификации на примере исследования коагуляционной очистки вод на водозаборах г. Нижнего Тагила..................................................................35

2.1. Вводная часть.......................................................................................35

2.2. Проблема выбора реагентов и технологической схемы коагуляционной очистки воды для Верхне-Выйского и Черноисточинского водозаборов...........37

2.3. Исследование процессов коагуляционной очистки воды Верхне-Выйского и Черноисточинского водохранилищ с помощью алюминиевых коагулянтов.......38

2.4. Разработка фотометрического метода контроля за ходом процессов коагуляционной очистки вод Черноисточинского гидроузла............................58

2.5. Выводы по главе 2............................................................................68

ГЛАВА 3. Разработка научно-методических основ водохозяйственной сертификации на примере исследования водохозяйственной системы психоневрологического госпиталя для ветеранов войн.................................70

3.1. Вводные замечания...............................................................................70

3.2. Характеристика госпиталя как потребителя воды..................................72

3.3. Характеристика источников водоснабжения госпиталя..............................74

3.4. Характеристика водохозяйственной системы госпиталя..............................79

3.5. Разработка предложений по совершенствованию и развитию ВХС госпиталя .......................................................................................................87

3.6. Перечень рекомендаций по совершенствованию и развитию водохозяйственной системы госпиталя.......................................................98

3.7. Выводы по главе 3...............................................................................99

ГЛАВА 4. Разработка научно-методической базы сертификационных испытаний материалов, технологических процессов и оборудования в хозяйственно-питьевом

водоснабжении.....................................................................................101

4.1. Введение в систему сертификации питьевой воды, материалов, технологических процессов и оборудования, применяемых в хозяйственно-питьевом водоснабжении......................................................................101

4.2. Разработка технологических основ сертификационных испытаний ...........108

4.3. Опыт работы органа по сертификации..................................................120

4.4. Выводы по главе 4............................................................................127

ГЛАВА 5. Перспективы рационализации водохозяйственной деятельности путем создания системы водохозяйственной сертификации.......................................129

5.1. Введение.............................................................................................129

5.2. Научно-методическое обоснование системы водохозяйственной сертификации..........................................................................................132

5.3. Система ВХС как необходимое условие устойчивого развития водохозяйственного сектора России в условиях рыночной экономики...................146

5.4. Выводы по главе 5............................................................................152

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................155

ЛИТЕРАТУРА.............................................................................................157

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Организационная структура и функции органов системы ... 162

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований. Существование всех форм жизни на земле связано с потреблением воды. Поэтому загрязнение поверхностных и подземных водоисточников несет в себе серьезную угрозу существованию живой природы и ее высшей формы - человека. Однако даже оставшиеся относительно чистые водные источники используются нерационально, что часто приводит к дефициту как питьевой, так и технической воды. Ярким примером этого является Свердловская область, водохозяйственный баланс рек в которой оценивается специалистами как положительный. Однако низкие величины минимального стока на большинстве рек и повышенное загрязнение отдельных их участков обусловили дефицит водных ресурсов необходимого качества (до 30-80%) в городах Екатеринбурге, Кировграде, Н-Тагиле и др. [1-4]. Для покрытия этого дефицита построен ряд водохранилищ и прудов, а также производятся внутрибассейновые и межбассейновые переброски стока. При этом непостоянность качества вод приводит на стадии их очистки к большим перерасходам этих вод, т.е. налицо нерациональное использование природных источников. К тому же, качество получаемой из этих источников питьевой воды нередко не соответствует нормативным требованиям [5-7]. Поэтому спасение гидросферы является не только общероссийской, но и международной задачей в области охраны окружающей среды.

Это требует, прежде всего, создания адекватного механизма государственного управления водопользованием. Водным Кодексом РФ ст.49 введено лицензирование, но лицензия на водопользование содержит только общие сведения о водном объекте и способе его использования. Лицензированием не предусмотрены механизмы соблюдения водопользователем требований по рациональной водохозяйственной деятельности и гарантии соблюдения норм, правил и требований, изложенных в государственных стандартах и других нормативных документах, регулирующих использование и воспроизводство водных ресурсов. Поэтому лицензирование само по себе не может исключить перерасход ресурсов, внеплановые водоотведения, загрязнение водных объектов и др. Здесь необходим анализ и комплексная оценка водохозяйственной деятельности и политики, проводимой водопользователем в сфере воспроизводства, использования и охраны природных водных объектов и их ресурсов. Выполнение подобных работ, как показывает мировая природоохранная практика, осуществляется в рамках Системы сертификации.

Международные стандарты ISO 9000 «Общее руководство качеством. Контроль качества.», ISO 14000 «Системы управления качеством окружающей среды.» устанавливают требования к пользователям природных водных ресурсов. Международная практика разработки и последующей сертификации систем качества предприятий-водопользователей позволяет обеспечивать рациональную водохозяйственную деятельность и эффективное решение проблем воспроизводства и использования водных ресурсов. Опыт стран Западной Европы - наглядный тому пример. По нашему твердому убеждению для устойчивого

развития водохозяйственного сектора в России в условиях рыночной экономики необходима Государственная Система водохозяйственной сертификации, что и определяет актуальность данной работы.

Сегодня, однако, решение задач сертификации затрудняется многочисленными проблемами в существующей нормативно-методической основе сертификации по правовым, экологическим, экономическим, техническим и многим другим вопросам. Решать их приходится экспертно, с определенной долей субъективизма, что существенно снижает научную обоснованность выводов. На преодоление этого недостатка, хотя бы частично, направлена настоящая диссертационная работа.

Целью диссертационной работы является разработка методов и средств сертификационных испытаний объектов водохозяйственной деятельности, а также элементов Системы водохозяйственной сертификации.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

- унифицировать требования к испытаниям объектов водохозяйственной деятельности;

- разработать экспериментальную и методическую базу сертификационных испытаний для условий Среднего Урала;

- на основе разработанных в диссертации научно-методических основ сертификационных испытаний создать элементы системы водохозяйственной сертификации (СВХС).

При этом основное внимание в диссертации уделено хозяйственно-питьевому водоснабжению, как наиболее подготовленному к внедрению СВХС виду водопотребления. Однако, предстояло преодолеть слабую обеспеченность водоохранной деятельности нормативно-правовой документацией, отсутствие нормативно установленных методик определения качества материалов, оборудования и водотехнических систем, а также большое отставание отечественных разработок в области рационального водопользования от мировых достижений.

физического моделирования для обеспечения возможности переноса результатов лабораторных испытаний на промышленные условия.

На защиту выносятся:

- научно-обоснованные методические подходы к сертификационным испытаниям объектов водохозяйственной деятельности;

разработанная и изготовленная испытательная база сертификационных испытаний;

обоснование механизмов реализации системы водохозяйственной сертификации как нормативно-правового обеспечения рационального использования водных ресурсов страны.

Научная новизна:

1. На основе теоретического анализа экспериментальных данных с использованием методов математического и физического моделирования разработаны, созданы и аттестованы испытательные стенды для сертификационных испытаний в рамках Системы водохозяйственной сертификации.

2. Впервые научно обоснованы региональный подход к сертификационным испытаниям в рамках СВХС, а также выбор технической базы этих испытаний и их методическое обеспечение.

3. На системной основе выработаны рекомендации по рационализации сложных водохозяйственных систем с целью минимизации расходов сырой воды и обеспечения бесперебойного внутреннего водопотребления с минимизацией энергетических и материальных затрат.

Практическая значимость диссертации. Впервые в стране разработаны научно-методические основы для создания системы водохозяйственной сертификации, включающей сертификационную оценку материалов, оборудования, технологических процессов и водохозяйственных систем в целом наряду с оценкой качества самих вод. Созданы техническая база сертификационных испытаний и ее методическое сопровождение.

С участием автора разработана основополагающая документация и создана "Система сертификации материалов, оборудования, сооружений и технических систем, используемых в водохозяйственной деятельности". Разработаны предложения по включению разработанной СВХС в систему управления рациональным водопользованием на основе нормативно-правовых и экономических методов регулирования водохозяйственных отношений. Сделан практический шаг в сторону сокращения отставания отечественной водохозяйственной практики от мировых достижений и выхода на траекторию устойчивого водопользования.

Наряду с решением основных проблем в данной работе был сделан ряд сопутствующих разработок, важных в практическом отношении:

- использование в качестве коагулянта наряду с сульфатом алюминия основных хлоридов алюминия повышенной основности (>60-70) % с учетом сезонных изменений качества природных вод;

- фотометрический метод контроля за ходом процессов коагуляционной очистки воды;

- стандартизованная методика подбора оптимальных доз реагентов;

- каскадный принцип использования воды в сложных водохозяйственных системах;

- рабочая программа производственного контроля для адаптации водохозяйственных технологических систем к сезонным колебаниям состава природных вод.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 10 статьях и 5 тезисах докладов, использованы в двух монографических изданиях, одном сборнике, использованы в одном монографическом издании.

Работа выполнена в Уральском филиале Академии стандартизации, метрологии и сертификации.

Глава 1. Состояние водных ресурсов России и задачи водохозяйственной сертификации.

Существование всех форм жизни на земле связано с потреблением воды, поэтому загрязнение водоемов, поверхностных и подземных водных источников несет в себе угрозу существованию живой природы и ее высшей формы - человека. Вода является также важнейшей субстанцией, широко используемой в большинстве технологических процессов, в том числе в энергетике, химических производствах, в агропромышленном комплексе и т.д. Вместе с тем, сточные воды промышленных и сельскохозяйственных производств, бытовые канализационные стоки являются основной причиной интенсивного загрязнения гидросферы, насыщения рек, озер, морей вредными компонентами, приводящими к нарушению естественного биологического цикла, разрушению естественной среды обитания водных организмов, исключению возможности питьевого водоснабжения населения без опасности для жизни и здоровья людей. Качество водных объектов и их ресурсов является важнейшим показателем условий жизни, питания, труда и отдыха населения. Одной из основных причин ухудшения здоровья населения России является деградация природных вод, во все увеличивающихся масштабах продолжающееся загрязнение водных объектов, появление в них соединений тяжелых и цветных металлов, новых органических токсикантов и канцерогенов. Обострение в последнее время проблемы рационального использования и охраны водных ресурсов страны обусловлено неблагоприятными изменениями биогенного состава, нарушениями связей в трофических цепях и многочисленными явлениями евтрофирования. Во многих регионах резко снижается биопродуктивность водоемов, остро ощущается дефицит наземных и подземных вод требуемого качества, становятся частыми неблагоприятные изменения динамики их уровней и запасов, наблюдается истощение и выбытие из хозяйственного оборота объектов водопользования. По [1] «состояние водных объектов (рек, водохранилищ, каналов, прудов, озер, месторождений подземных вод) катастрофически ухудшается»... при том, что «сегодня у воды и водных объектов слишком много и пользователей и ведомственных контролеров». Повсеместно распространяется разрушительная эксплуатация водных объектов и ненормированное использование природных вод, что, в сочетании с региональными или местными, нередко не обоснованными лимитами, вносит неразбериху в существующую водохозяйственную систему России.

Водопользование многими нитями связано с жизнью общества, во многом определяя уровень его жизнеспособности. Потребитель имеет право на безопасную среду обитания и доступ к чистой воде. Поэтому Министерством природных ресурсов предлагается «разработать концепцию государственного водопользования до 2000 года» и «ввести до конца 1998 года платное водопользования в соответствии с Водным кодексом, а также предусмотреть в бюджете на 1998 год создание целевого бюджетного фонда

восстановления и охраны водных объектов» [1]. Как видно, Министерство природных ресурсов серьезно озабочено состоянием водны

Информация о работе

Сурсяков, Валентин Николаевич
кандидата технических наук
Екатеринбург, 1998
ВАК 11.00.11

Диссертация

Научно-методические основы водохозяйственной сертификации - тема диссертации по географии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы