Кафедра ЮНЕСКО «Экологически безопасное развитие крупного региона – бассейна Волги»

Данный проект стал продолжением исследований состояния водоемов, проводившихся в рамках российско-германского проекта «Ока–Эльба». Основной целью проекта была оценка влияния сбросов сточных вод на качество речных вод, источников питьевого водоснабжения, а также разработка рекомендаций по совершенствованию технологических процессов водоподготовки с целью повышения эффективности городских водопроводных сооружений.

В реализации проекта принимали участие институт Энглер-Бунте университета г. Карлсруэ (Германия), ННГАСУ (кафедра ЮНЕСКО и кафедра Водоснабжения и водоотведения) и ВНИИГиМ им. А.Н. Костюкова. Научными руководителями исследований являлись профессор Ф. Фриммель (университет г. Карлсруэ, Германия) и профессор В.В. Найденко (ННГАСУ, Россия).

Исследования качества поверхностных водоемов проводились в районе г. Коломны и Нижнего Новгорода на базе двух стационарных лабораторий. В 2000 г. в рамках реализации проекта в нижегородскую лабораторию «Ока» германской стороной было поставлены новые аналитические приборы:

- атомно-абсорбционный спектрометр Spektr-AA -220 фирмы Varian с графитовым атомизатором, позволяющий определять содержание в воде тяжелых металлов;


Рис. 11. Атомно-абсорбционный спектрометр Spektr-AA -220 фирмы Varian

- газовый Hewlett Packard 6890 с масселективным детектором Hewlett Packard 5973, для определения содержания в воде органических соединений.


Рис. 12. Хроматографы лаборатории «Ока»

В рамках проекта была организована стажировка персонала аналитической лаборатории «Ока» в университете Карлсруэ, Германия. Целью стажировки являлись изучение современных аналитических методик контроля качества природных вод и ознакомление с опытом проведения исследования состояния поверхностных водоемов в Германии.

Исследования, в которых принимал участие ННГАСУ, было сконцентрировано качественных параметрах рек Оки и Волги в районе Нижнего Новгорода. Водоснабжение города осуществляется путем забора речной воды и, таким образом ее качественные параметры являются чрезвычайно важными с точки зрения безопасности питьевой воды, подаваемой населению.

Координацию исследовательских работ с германской стороны осуществляли сотрудники университета г. Карлсруэ доктор Г. Аббт-Браун, доктор Т. Гремм, с российской, от ННГАСУ – профессор Е.А. Горбачев и доцент О.В. Кащенко.

На начальном этапе основной задачей являлось накопление данных об изменениях качественных параметров воды в источниках водоснабжения в результате влияния сточных вод, поступающих от населенных пунктов и промышленных предприятий. Программой работ предусматривался еженедельный отбор проб воды в шести контрольных точках:

р. Ока

- ниже г. Дзержинска;

- в створе расположения водозаборных сооружений станции водоподготовки ОАО ГАЗ;

- в устьевой части р. Оки, в районе Стрелки (Нижний Новгород).

р. Волга

- ниже г. Балахна;

- в районе Артемовских лугов (ниже выпуска Нижегородской станции аэрации);

- в районе г. Кстово.

Отбор, подготовка и анализ проб осуществлялись сотрудниками лаборатории «Ока» под руководством заведующей лабораторией Г.А. Шаргатовой. Пробы анализировались по 21 показателю с использованием сертифицированных методик:

  • рН, температура и электропроводность, содержание растворенного кислорода;
  • тяжелые металлы: Mn, Cu, Ni, Pb, Cr, Zn и Cd;
  • общий фосфор, ХПК;
  • соли: нитраты, нитриты, хлориды, сульфаты, аммоний;
  • суммарные показатели содержания в воде органических соединений: общий органический углерод (TOC), растворенный органический углерод (DOC), а также абсорбируемые органические галогены (AOX).

В ходе реализации проекта был сформирован значительный банк данных о качестве воды рек Оки и Волги в районе Нижегородской промышленной агломерации. Результаты исследований регулярно представлялись официальным экологическим службам Нижегородской области, а также использовались в ходе реализации ФЦП «Возрождение Волги».

Рис. 13. Содержание нитритов в воде рек Оки и Волги на участках исследования в 2001 г.

Рис. 14. Средние концентрации нитритов по течению участков рек Оки и Волги. 2001 г.


Рис. 15. Среднемесячные концентрации цинка в двух контрольных точках; средняя, максимальная и минимальная концентрация цинка на участках исследования по данным за 2001 г.

В 2006 г. программа исследований была скорректирована с учетом возможности изучения влияния качества воды в источниках водоснабжения на эффективность технологий водоподготовки используемых в Нижнем Новгороде. Программа предусматривала отбор проб в шести точках, расположение которых позволяет оценить качество воды перед водозаборными сооружениями, в районе их расположения и ниже города (рис. 16). Для оценки эффективности используемых технологий водоподготовки, производился отбор проб воды из резервуаров чистой воды на станциях водоподготовки ОАО ГАЗ и Ново-Сормовской. Периодичность отбора проб составляла от 1 до 2 раз в месяц. Всего было отобрано и проанализировано 78 проб воды.


Рис. 16. Расположение точек отбора проб.

Анализ проб производился в лаборатории «Ока», созданной на станции водоподготовки ОАО ГАЗ в рамках реализации проекта «Ока–Эльба» и программы «Волга–Рейн». Подготовка и анализ проб осуществлялись в соответствие с сертифицированными методиками.

Каждая проба анализировалась по 13 показателям:

  • рН, температура и электропроводность;
  • тяжелы металлы: Mn, Cu, Ni, Pb, Cr, Zn и Cd
  • суммарные показатели содержания в воде органических соединений: общий органический углерод (TOC), растворенный органический углерод (DOC), а также абсорбируемые органические галогены (AOX).

Для анализа использовалось следующее аналитическое оборудование:

  • pH-метр – 330 i/SET типа 2А20-1012 производство фирмы WTW, Германия;
  • прибор для определения электропроводности – Cond 330 i/SET, фирмы WTW Германия;
  • атомно-абсорбционный спектрометр Spektr-AA-220, фирмы VARIAN, Австралия;
  • анализатор углерода TOCOR – 2, фирмы «Maihak», Германия.

Сопоставление концентраций загрязняющих веществ по течению рек Оки и Волги в районе Нижнего Новгорода показало, что по большинству измерявшихся параметров значительных изменений содержания загрязняющих компонентов не наблюдалось. Единственный показатель, по которому было отмечено значительное увеличение концентраций в створах, расположенных ниже города, стало содержание абсорбируемых органических галогенов (AOX) (рис. 17). Среднее увеличение содержания AOX в реках составляло 38% в Волге и 34,5% в Оке. Очевидно, данная ситуация обусловлена поступлением в реки очищенных сточных вод, прошедших обеззараживание хлором.


Рис. 17. Средние концентрации АОХ по течению рек Волги и Оки в районе

Нижнего Новгорода.

Содержание тяжелых металлов в пробах воды, отобранных из рек Ока и Волга в створах расположения станций водоподготовки ОАО ГАЗ и Ново-Сормовской, не превышало нормативов, установленных для водоемов хозяйственно-питьевого назначения (табл. 3). При этом отмечалось значительное превышение предельно допустимых концентраций для водоемов рыбохозяйственного назначения по марганцу, меди и цинку.

Результаты анализа проб воды, отобранных из резервуаров чистой воды (РЧВ) на станциях водоподготовки также показали отсутствие превышения нормативов содержания тяжелых металлов в питьевой воде (табл. 4). Прежде всего, это объяснялось относительно невысокими, т.е. не превышающими ПДК для водоемов хозяйственно-питьевого назначения, концентрациями тяжелых металлов в источнике. Сопоставление результатов анализа проб, отобранных из рек Оки и Волги и очищенной воды, показало, что при данных уровнях концентраций металлов в исходной воде барьерная способность используемых технологий водоподготовки остается не высокой (рис. 18).

Таблица 3.

Содержание тяжелых металлов в источниках водоснабжения Нижнего Новгорода

Таблица 4.

Максимальное содержание тяжелых металлов в питьевой воде

Марганец,

мг/л

Медь,

мкг/л

Никель,

мкг/л

Свинец,

мкг/л

Хром,

мкг/л

Цинк,

мг/л

Кадмий,

мкг/л

РЧВ станции водоподготовки ОАО ГАЗ

0,05

3,24

3,16

2,94

0,38

0,06

0,018

РЧВ станция Ново-Сормовская

0,022

3,28

3,26

0,58

0,94

<0,01

0,014

ПДК

0,1

1000

100

30

500

5

10

Международная практика показывает, что суммарные показатели содержания в воде органических соединений широко используются как для оценки состояния водоемов, так и в контроле процессов водоподготовки. Данные показатели позволяют значительно сократить количество анализируемых органических компонентов и соответственно стоимость аналитических измерений в целом. Однако в настоящее время для таких суммарных показателей как TOC, DOC и AOX не установлены нормативные величины.

Очевидными преимуществами использования TOC, DOC по сравнению с такими традиционными показателями как ХПК и БПК являются быстрота проведения анализов и отказ от использования токсичных реагентов.

Анализ содержания органических веществ в источниках водоснабжения в районе водопроводных станций показал, что вода в р. Оке содержит больше органических веществ, чем р. Волга. В среднем концентрации общего и растворенного органического углерода в р. Оке были выше на 15,5% и 13,8% соответственно (рис. 19). При этом в Волге на 25% было выше содержание абсорбируемых органических галогенов.

Данные исследований показывают, что содержание общего органического углерода снижалось в среднем на 45% в ходе подготовки питьевой воды на Ново-Сормовской станции и на 27% – на станции ОАО ГАЗ, а концентрации растворенного органического углерода снижалось соответственно на 45,5% и 30,4%.



Рис. 18. Соотнесение концентраций тяжелых металлов в источнике водоснабжения и в питьевой воде



Рис. 19. Содержание органических веществ в р. Оке и р. Волге

В последние годы в программах контроля качества природной и питьевой воды особое внимание уделяется контролю галогенорганических производных. К галогенированным органическим веществам относятся соединения, включающие в состав молекулы атомы семейства p- элементов Периодической системы, к которым относятся бром, хлор, йод.

Использование хлорирования для обеззараживания воды на станциях водоподготовки ведет к образованию галогенированных органических соединений, поэтому параметр AOX является одним из наиболее информативных показателей с точки зрения контроля технологии водоподготовки. Результаты измерений показали, что применение хлорирования на станциях ОАО ГАЗ и Ново-Сормовской приводило к 10-15 кратному увеличению содержания AOX после обработки. При этом отмечалась значительная разница концентраций AOX в воде, прошедшей очистку на станциях ОАО ГАЗ и Ново-Сормовской. Пробы воды, отобранные из РЧВ станции ОАО ГАЗ, содержали в среднем в 2 раза больше органических галогенов, чем вода из РЧВ на станции Ново-Сормовской (рис. 20). При этом концентрации общего и растворенного органического углерода в процессе очистки воды снижались в среднем на 30%-45%.


Рис. 20. Сопоставление содержания абсорбируемых органических галогенов в питьевой воде, прошедшей очистку на водопроводных станциях ОАО ГАЗ и Ново-Сормовской.

Так как содержание органических веществ в источниках водоснабжения является вполне сопоставимым (рис. 19), очевидно, что причиной значительной разницы концентраций АОХ в питьевой воде являлось различие технологий водоподготовки. На станции ОАО ГАЗ используется первичное хлорирование, коагуляция, отстаивание и фильтрация воды, после чего применяется озонирование. Отличием технологии, применяемой на станции Ново-Сормовской, является использование преаммонизации перед первичным хлорированием, а также отсутствие в технологии озонирования. Вторичное хлорирование воды перед ее поступлением в распределительную сеть производится на обеих станциях. Таким образом, был сделан вывод, что использование преаммонизации перед первичным хлорированием позволяло значительно уменьшить образование хлорорганических соединений.

Несмотря на то, что показатель суммарного содержания в воде абсорбируемых органических галогенов в настоящее не нормируется результаты его контроля, полученные в ходе реализации проекта «Волга–Рейн» и в, частности, в ходе рассмотренных исследований были использованы при разработке обоснования внедрения на станции водоподготовки ОАО ГАЗ преаммонизации, которая регулярно используется с весны 2007 г.

В 2007 г. в соответствие с Соглашением «Исследование водоемов и экологически безопасные технологии» между Министерством промышленности, науки и технологий РФ и Федеральным Министерством образования и научных исследований ФРГ начата реализация проекта «Интегрированное управление водными ресурсами в бассейнах рек Волги и Рейна на примере проблемных регионов», который был сформирован на базе результатов исследовательской программы «Волга–Рейн». В рамках данного проекта ННГАСУ в сотрудничестве с институтом Энглер-Бунте университета г. Карлсруэ, Германия продолжит проведение исследований по изучению влияния городов на загрязненность речных вод.

Основной целью подпроекта является разработка методических рекомендаций по оценке влияния крупных промышленных центров на качество речных вод, а также разработка практических рекомендаций по повышению эффективности подготовки питьевой воды городскими водопроводными сооружениями.

Запланированные исследования предусматривают осуществление регулярного отбора и анализа проб воды из рек Оки и Волги, основных источников водоснабжения Нижнего Новгорода. Для оценки эффективности используемых технологий водоподготовки, будет также производиться отбор проб воды по этапам подготовки питьевой воды на двух станциях города – станции ОАО ГАЗ и Ново-Сормовской. Одной из задач дальнейших исследований будет оценка влияния используемых на станциях водоподготовки методов и режимов обеззараживания на процессы образования хлорорганических соединений в воде.



Система Orphus Яндекс.Метрика
Сайт не поддерживает браузер Internet Explorer 6 и 7. Пожалуйста, обновите свой браузер.