Водоснабжение населения Автозаводского района г.Тольятти качественной питьевой водой

ВОДОСНАБЖЕНИЕ НАСЕЛЕНИЯ  АВТОЗАВОДСКОГО РАЙОНА Г.ТОЛЬЯТТИ КАЧЕСТВЕННОЙ ПИТЬЕВОЙ ВОДОЙ 

(ПРОБЛЕМА И ПУТИ РЕШЕНИЯ)

А.В. Селезнева, В.А. Селезнев

 Институт экологии Волжского бассейна РАН, г.Тольятти, Россия

Проблема обеспечения населения качественной питьевой водой в условиях антропогенного эвтрофирования поверхностных водоемов с каждым годом становится всё более актуальной. Особенно остро эта проблема стоит на водохранилищах Нижней Волги, где в летний период из-за массового развития сине-зеленых водорослей («цветение») наблюдается резкое ухудшение качества воды в источниках питьевого водоснабжения. При этом существующие в волжских городах традиционные методы водоподготовки не позволяют довести воду, подаваемую  населению, до нормативного качества.

Для населения Автозаводского района г. Тольятти источником питьевого водоснабжения является Куйбышевское водохранилище, которое согласно СанПиН 2.1.5.980-00 относится к первой категории водопользования. Водозабор расположен в нижней части водохранилища на Приплотинном плёсе, который ограничивается в верхней части естественным сужением берегов в районе с. Климовка, а в нижней части – плотиной Жигулевской ГЭС. Протяженность плёса составляет 40 км. Правый берег плёса высокий, вдоль него проходит глубоководная русловая часть с максимальными глубинами около 40 м. Левый берег, в основном, пологий. Глубины левобережной поймы небольшие, достигают 8 м на удалении 100-150 м от уреза воды, а далее глубины в направлении русла возрастают до 19 м. Водозаборные сооружения расположены на левом берегу плёса, вблизи села Подстепки, выше Жигулевской ГЭС на 30 км.

Главную роль в формировании качества воды Куйбышевского водохранилища играют вышерасположенные водохранилища Волжско-Камского каскада, которые испытывают значительную антропогенную нагрузку, и боковые притоки самого водохранилища. Дополнительное негативное влияние на формирование качества воды оказывают точечные источники загрязнения, расположенные непосредственно на Приплотинном плёсе: «условно-чистые» сточные воды ОАО «АвтоВАЗ», Северного промышленного узла и ливневые воды Автозаводского района г. Тольятти.

По данным филиала  Приволжского межрегионального территориального управления по гидрометеорологии и  мониторингу окружающей среды вода Приплотинного плёса Куйбышевского  водохранилища (0,5 км выше водозабора) соответствует III классу и оценивается как «умеренно загрязненная». Ситуация ухудшается в период «цветения» воды. Как правило, образование сине-зеленых водорослей происходит в июне, пик в июле и августе, а отмирание заканчивается в октябре.

ООО "Автоград-водоканал" забирает воду из водохранилища и транспортирует её на очистные сооружения воды (ОСВ), где осуществляет её подготовку для хозяйственно-питьевых нужд Автозаводского района, для хозяйственно-бытовых нужд ОАО «АвтоВАЗ», промышленно-коммунальной зоны, а также для технологических нужд ОАО «АВТОВАЗ», предприятий промышленно-коммунальной зоны, ОАО «ВоТГК» (ТЭЦ ВАЗа) и предприятий на площадке строительной базы. Производительность водозабора составляет 5,20 м³/с (449280 м³/сут.).

Вода из водохранилища через затопленные водоприемники (водозаборные оголовки) по самотечным водоводам поступает в сеточный колодец. Сеточный колодец совмещен с насосной станцией первого подъема. В колодце установлены вращающиеся сетки для предварительной очистки воды. Из сеточного колодца вода забирается насосами и по напорным водоводам подается на очистные сооружения. Эксплуатация напорных водоводов от водозабора до ОСВ осуществляется с 1969 г., а основного насосного оборудования - с 1974 г.

Водозаборные оголовки выдвинуты в водохранилище на расстоянии 370 м от левого берега и размещены на затопленной пойме. При нормальном подпорном уровне (НПУ) воды в водохранилище (53 м) забор воды осуществляется с глубины 18 м, а при минимальном уровне (45 м) - с глубины 10 м. Для забора  воды установлены три водоприемных оголовка суммарной проектной производительностью 9,4 м³/с. Оголовки оборудованы рыбозащитными устройствами.

Исходя из качества воды в водохранилище, на момент проектирования и строительства очистных сооружений и требований, предъявляемым к качеству хозяйственно-питьевой воды, была принята двухступенчатая схема очистки воды с горизонтальными отстойниками и скорыми фильтрами. Для получения питьевой воды, удовлетворяющим по всем показателям санитарно-гигиеническим требованиям [1] применяется химическая обработка воды реагентами. Проектная мощность ОСВ - 408 тыс. м³/сут., в том числе по хозяйственно-питьевой воде- 305 тыс. м³/сут. Фактическая производительность ОСВ по хозяйственно-питьевой воде - 270-290 тыс. м³/сут.

Вода, пройдя ультрафиолетовую обработку (УФО), поступает в смесители по трубопроводам, куда подается коагулянт и при необходимости хлор. В качестве коагулянта на ОСВ применяется АКВА-АУРАТ. Указанный вид реагента более эффективный по сравнению с сернокислым глиноземом, а его применение направлено на достижение нормативных требований к качеству питьевой воды по окисляемости и остаточному алюминию. В период недостаточной щелочности обрабатываемой воды предусмотрено её подщелачивание известковым молоком с технической кальцинированной содой. Для интенсификации процесса очистки воды от взвесей добавляется флокулянт марки ПРАЕСТОЛ на выходе из смесителей. Для обеззараживания воды перед подачей её потребителям применяется жидкий хлор.

Для охраны источника водоснабжения и водозабора установлены границы зон санитарной охраны (ЗСО) в соответствие с требованиями СанПиН 2.1.4.1110-02. Граница I пояса установлена на расстоянии 100 м от водозаборных оголовков во всех направлениях по акватории и по прилегающим к водозабору берегам. Границы II и  III поясов совпадают и установлены по акватории во все стороны от водозабора на расстоянии 3 км и на 500 м от уреза воды при летне-осенней межени.

Контроль качества питьевой воды, подаваемой потребителям, проводится  лабораторией "Автоград-водоканал", согласно рабочей программе, согласованной начальником территориального управления Роспотребнадзора по Самарской области в г. Тольятти и Мэром городского округа Тольятти. Официальные данные свидетельствуют, что качество питьевой воды, подаваемой потребителям, соответствует санитарно-эпидемиологическим требованиям по всем показателям.

Комплексные исследования, проводимые Институтом экологии Волжского бассейна Российской академии наук (ИЭВБ РАН) по обеспечению населения Автозаводского района г. Тольятти качественной питьевой водой,  выявили две основные проблемы: 1) неудовлетворительное состояние источника водоснабжения и 2) нарушение нормативов качества питьевой воды после водоподготовки. Существуют и другие проблемы, оказывающие влияние на качество питьевой воды, подаваемой населению, например неудовлетворительное состояние водопроводных сетей. Однако в рамках данной статьи они не рассматриваются.

Проблема 1. По данным многолетних наблюдений ИЭВБ РАН  качество воды Куйбышевского водохранилища не соответствует нормативам, предъявляемым к источникам питьевого водоснабжения по перманганатной окисляемости (ПО) и химическому потреблению кислорода (ХПК) в течение всего года и периодически по цветности, запаху и биохимическому потреблению кислорода (БПК). В период 2012-13 гг. изменение ПО наблюдалось в пределах 5,8 -13,8 мг/дм³, а изменение ХПК – в пределах 23-36 мг/дм³ при нормативах 5 мг/дм³ и 15 мг/дм³, соответственно.

В период массового развития водорослей ситуация с органическим загрязнением воды резко ухудшается, а в маловодные годы становится катастрофической. Повышение окисляемости летом связано с увеличением количества автохтонного органического вещества (ОВ) за счет интенсивного развития фитопланктона. Более того, доминирующие на плёсе виды сине-зеленых водорослей (Microcystis, Anabaena и Aphanizomenon) способны к продуцированию токсинов (микроцистины). В настоящее время известно более 70 структурных вариантов микроцистинов, наиболее токсичным является микроцистин-LR, для которого Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) рекомендована допустимая концентрация в воде на уровне 1 мкг/ дм³.

К сожалению, на Куйбышевском водохранилище в период «цветения» воды  микроцистины  практически не контролируются.

Проблема 2. По данным многолетних наблюдений ИЭВБ РАН в различных кварталах Автозаводского района установлено, что качество питьевой воды периодически не соответствует нормативным требованиям,  предъявляемым к воде централизованных систем водоснабжения, по перманганатной окисляемости (ПО), цветности, запаху и остаточному хлору.

В условиях повышенного  органического загрязнения, обеззараживание воды общепринятым способом хлорирования приводит к образованию токсичных хлорорганических соединений, например летучих галогенорганических соединений – тригалогенметана (ТГМ). Результаты исследований [2] показывают, что в фильтратах проб с сине-зелеными водорослями после хлорирования заметен значительный рост ТГМ, хотя самих водорослей в фильтратах не обнаружено. Предшественниками ТГМ, скорее всего, являются метаболиты, выделяемые сине-зелеными водорослями, или продукты распада их водорослевой массы.

Для «смягчения» проблемы ООО "Автоград-водоканал" с согласия Роспотребнадзора изменил норматив для перманганатной окисляемости с 5,0 мг/дм³  до 6,3 мг/дм³. Остается изменить нормативы по цветности, запаху и остаточному хлору и ситуация «нормализуется».

Для решения первой проблемы необходимо провести:

- снижение биогенной нагрузки, прежде всего фосфорной, на Куйбышевское водохранилище как на бассейновом, так и на региональном уровнях за счет внедрения глубокой очистки сточных вод;

- строительство очистных  сооружений для «условно-чистых»  сточных вод ОАО «АвтоВАЗ», Северного промышленного узла и ливневых  вод Автозаводского района г. Тольятти, поступающих на Приплотинный плес Куйбышевского водохранилища;

- оптимизацию регулирования (сезонного, недельного и суточного) водного стока на каскаде ГЭС с учетом проблем питьевого водоснабжения;

- корректировку границ 2 и 3 поясов ЗСО и режима использования хозяйственных территорий, входящих в зону санитарной охраны всех поясов.

Совершенно очевидно, что из-за «цветения» воды значительно возрастает стоимость производства питьевой воды из-за необходимости в оборудовании и реагентах для удаления водорослей и продуктов их обмена веществ.

Для решения второй проблемы необходимо провести совершенствование технологии водоподготовки на ООО "Автоград-водоканал" за счет внедрения озонирования и сорбции на угле [3].

Озонирование применяется  для окисления загрязнений природного происхождения и улучшения процессов коагуляции. Предварительное озонирование позволяет существенно уменьшить необходимую дозу коагулянта. Этот метод повышает качество воды по мутности, цветности, перманганатной окисляемости (ПО) и остаточному алюминию. Однако озонирование применяют при сравнительно невысокой цветности исходной воды - до 50-70 град, т.к. при большой цветности требуются высокие дозы озона, которые негативно сказываются на качестве очищенной воды [4].

 Только одним озонированием так же, как только сорбционной очисткой, не всегда удается обеспечить требуемую эффективность очистки воды. Наиболее целесообразным в большинстве случаев является использование озона в сочетании с заключительной сорбционной очисткой на фильтрах с активным углем.

Сoвмeстнoe вoздeйствиe oзoнирoвaния и фильтрoвaния грaнулирoвaнным aктивирoвaнным углeм имeeт oсoбoe знaчeниe в прoцeссe oчистки вoды. Глaвнaя рoль oзoнa в биoлoгичeскoм рaзлoжeнии в тoм, чтo в рeзультaтe вoздeйствия oзoнa вoзникaют прoмeжутoчныe прoдукты рeaкции – биoлoгичeски рaзлaгaeмыe сoeдинeния, кoтoрыe рaзлaгaются в двухслoйных фильтрaх и фильтрaх с грaнулирoвaнным aктивирoвaнным углeм [5].

В связи с возрастающим загрязнением водных объектов, используемых в качестве источников водоснабжения населения, в мировой практике расширяется использование озона для подготовки воды питьевого качества. В настоящее время более 1000 водопроводных станций в Европе, особенно во Франции, Германии и Швейцарии, применяют озонирование как составляющую ступень в технологическом процессе очистки воды.

В России озонирование применяется, в основном, лишь на некоторых водопроводных станциях крупных городов (Москва, Нижний Новгород) с использованием зарубежного оборудования. Испытания отечественного оборудования, направленные на оценку эффективности озонирования воды, уже проведены в различных городах России (Владимир, Таганрог, Рязань, Кемерово, Новокузнецк, Ярославль, Оренбург и др.).

Внедрение озонирования и фильтрации на угле позволяет удалить:

- запах и привкус от антропогенных загрязнений;

- специфические органические загрязнители: фенолы, нефтепродукты, СПАВ, пестициды, хлорорганические соединения, амины и многие другие;

- гуминовые вещества природного происхождения, обуславливающие цветность воды;

- специфические запах и привкус, появляющиеся при «цветении» воды, и выделяемые сине-зелеными водорослями токсические вещества;

- привкусы и запахи, продуцируемые различными водными организмами.

До разработки схем и принятия решения о применении озона на ОСВ "Автоград-водоканал" необходимо проведение специальных исследований, в результате которых можно обоснованно судить о целесообразности и эффективности озонирования, необходимости использования сорбционной очистки воды. Важно определить места ввода озона в общей технологической схеме и оценить его влияние на основные процессы очистки воды, применяемые на ОСВ.

В ходе исследований можно установить оптимальные дозы озона в характерные периоды года, определить расчетно-конструктивные параметры метода окислительно-сорбционной очистки воды, а именно: коэффициент использования озона, время контакта озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой, варианты использования сорбционных фильтров с выбором наиболее эффективных марок активных углей; уточнить скорость фильтрования, время до реактивации угольной загрузки и режим реактивации с определением его аппаратурного оформления, а также другие технологические и технико-экономические вопросы применения озона и активных углей на ОСВ.