CC BY
26
УДК 016.66.74
А.Б. Соломонов, А.Г. Миков,
В.И. Скудаев, А.И. Морозовский
Пермский государственный технический университет
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОБИЛЬНЫХ ОЗОНИРУЮЩИХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАСЕЛЕНИЯ ПИТЬЕВОЙ ВОДОЙ В УСЛОВИЯХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
Указано на наличие потенциальной опасности нарушения централизованного питьевого водоснабжения вследствие экологических катастроф техногенного характера. Предложено принять на вооружение сил МЧС мобильные комплексы, оснащенные блоком озонирования воды.
Пермский край относится к числу наиболее промышленно развитых регионов России. Однако очевидные преимущества данной ситуации имеют одну общую для таких зон отрицательную сторону - повышенную экологическую опасность техногенного характера. Для Пермского края эта ситуация особенно актуальна: регион перенасыщен технологиями добывающего и перерабатывающего комплексов, старыми и очень старыми предприятиями, далеко не всегда имеющими надежные системы очистки газовых выбросов и жидких стоков. Особую опасность представляют такие предприятия, как «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез», в производственном цикле которого находятся громадные количества нефтепродуктов, фенола, серной кислоты; «Камкабель», в недавней истории которого уже имелся инцидент со сбросом в р. Каму значительных количеств фенола; предприятия Бе-резниковско-Соликамского промышленного узла, имеющие многие миллионы тонн солевых отвалов, пруды-накопители производственных шламов. В определенных ситуациях крайнюю опасность может представлять авария на очистных сооружениях предприятий «Биомед», Пермского порохового завода, НПО «Галоген». Катастрофой республиканского масштаба может стать прорыв плотин Камской и Воткинской гидроэлектростанций. Источником экологической опасности могут
стать предприятия соседних регионов, например Свердловской области. Необходимо иметь в виду вероятность попадания соединений хрома в воду р. Чусовая выше Чусовского водозабора. Кроме того, Пермский край пересекают весьма загруженные железнодорожные магистрали, аварии на которых (например, произошедшая авария с опрокидыванием цистерн с мазутом в р. Сылву в районе г. Кунгура) также могут быть причиной экологических катастроф. Регулярным источником серьезных загрязнений окружающей среды с попаданием нефтепродуктов в питьевые водоемы являются аварии на нефтепроводном транспорте. Источником чрезвычайных экологических ситуаций с максимально тяжелыми последствиями могут стать террористические акты. Меньшую опасность в нашем регионе представляют природные катаклизмы и военные конфликты, последствия от которых, тем не менее, необходимо учитывать и с учетом которых разрабатываются планы гражданской обороны объектов народного хозяйства. Наиболее вероятным последствием возможных катастроф является нарушение существующих систем водоснабжения, поэтому задачей первостепенной значимости при проведении спасательных работ в чрезвычайных ситуациях непременно окажется обеспечение населения и сил спасателей питьевой водой. Вероятность и тяжесть последствий такой ситуации теперь, после аварии на химическом предприятии в Нытве и загрязнения вод р. Сунгари, впадающей в р. Амур, химическими веществами совершенно очевидна. Хабаровск, первый российский крупный город на р. Амур, оказался не готов к обеспечению населения питьевой водой. Относительно простая в научном и техническом плане задача решалась в пожарном порядке с колоссальными финансовыми и трудовыми затратами, в том числе со стороны КНР.
Наиболее рациональным представляется в подобной ситуации использование альтернативных водных источников. Например, по данным, взятым из Интернета, через территорию г. Перми протекает 30 больших и малых рек. Кроме того, на территории города имеется значительное количество родников, ряд из которых имеют весьма значительный дебит. Однако качество воды абсолютного большинства таких источников не соответствует требованиям санитарных норм, и поэтому они не могут быть использованы непосредственно для целей питьевого водоснабжения и требуют специальной обработки. Наиболее часто встречающимися загрязнениями являются органические вещества, нефтепродукты, нитраты и некоторые другие. Весьма частым явлением оказывается микробиологическое загрязнение.
В то же время известны способы обработки воды, позволяющие очистить ее практически от любых загрязнений. Первым из них по своей эффективности, универсальности и возможностям применения в полевых условиях в сочетании с другими методами очистки является озонирование [1].
Известно [2], что озон благодаря своему высочайшему окислительному потенциалу вступает в химические реакции окисления с большим числом органических соединений, которые оканчиваются образованием углекислого газа и воды. При обработке воды озоном происходит не только разложение органических веществ, но и обеззараживание воды, устраняется привкус, запах, цветность, вода обогащается растворенным кислородом. Озонирование воды представляет собой единственный современный метод ее обработки, который действительно универсален, так как проявляет свое действие одновременно в бактериологическом, химическом, физическом и органолептическом отношениях. Озонирование делает возможным получение воды даже из источников, содержащих фенол и пестициды, тогда как хлорирование воды приводит к образованию оксихлорпроизводных, имеющих токсичность на 1-2 порядка выше, чем сами пестициды. Особую ценность представляют установленные факты разрушения озоном полицикличе-ской ароматики, в том числе канцерогенного бензпирена. Литературные данные в полной мере подтверждаются результатами, полученными нами за последние 5 лет при выполнении хоздоговорных НИР с предприятиями Пермского края (табл. 1).
Таблица 1
Результаты очистки озоном сточных вод предприятий Пермского края
Примесь Нач. конц., мг/л Доза озона, мг/л Доза озона, мг/мг примеси Степень очистки
Нитробензол 86,5 540 >97
Тринитрофенол 100 499 99,8
Сточные воды цеха производства нитробензола ПХЗ им. С. Орджоникидзе: нитрофенол 65 520 97,8
Сточные воды цеха №5 з-да «Камкабель»: фенол 12 551 97,2
нефтепродукты 21 283,6 99,8
Примесь Нач. конц., мг/л Доза озона, мг/л Доза озона, мг/мг примеси Степень очистки
Сточные воды АО «ЛУКОИЛ-Пермне фтеоргсинтез»: фенол 1366 3001,6 99,9
Фосфорсодержащие стоки АО «Камтекс»: фосфор в модельном растворе фосфор в реальных стоках ,5 12 1.67 1.67 100 100
Сточные воды ПО «Сода»: бензол 100 5 75
Вода Нытвенского пруда При подаче озона с дозой 2,5 мг/л получается вода с показателями, соответствующими ГОСТу
Сырьем для получения озона служит кислород из воздуха, и производить его можно непосредственно в том месте, где планируется его употребление. Наконец, продуктом распада озона является кислород, благодаря чему процесс производства озона и его использование легко сделать экологически безопасным.
В то же время следует иметь в виду, что озон весьма дорогостоящий реагент вследствие значительных энергетических затрат (18-20 кВт-ч/кг) на его производство. Благодаря применению высокочастотных озонаторов наблюдается устойчивая тенденция к снижению таких затрат. Кроме того, необходимо учесть затраты, связанные с введением озона в воду и разложением остаточного озона. Сопоставление показателей различных технологических методов водоочистки приведены в табл. 2.
Таблица 2
Характеристика технологических видов водоочистки
Вид водоочистки (обеззараживания)
Наличие фактора производства (стадия технологии, проблемы применения и т.п.) Стандартный: фильтрация, флокуляция, коагуляция, фильтрация, хлорирование, фильтрация Электрохимический: фильтрация, электролиз, фильтрация, хлорирование или УФ-облучение Озонный: фильтрация, озонолиз, фильтрация
Возможность базирования на передвижной автономной установке + + +
Проблема водозабора + + +
Проблема эксплуатации при низких + + +
температурах Перемораживание водозаборной магистрали
Проблема эксплуатации при высоких + + +
температурах Снижение эффективности реагентной обработки, процессов фильтрации и выхода озона
Наличие фактора производства (стадия технологии, проблемы применения и т.п.) Вид водоочистки (обеззараживания)
Стандартный: фильтрация, флокуляция, коагуляция, фильтрация, хлорирование, фильтрация Электрохимический: фильтрация, электролиз, фильтрация, хлорирование или УФ-облучение Озонный: фильтрация, озонолиз, фильтрация
Необходимость собственного дизель-электрогенератора и возможность подключения к местной электросети + + +
Необходимость нахождения установки в горизонтальном положении + + +
Ухудшение работы оборудования (фильтров, насосов, клапанов, автоматики)
Желательность непрерывности работы для постоянства параметров очищенной воды; как следствие, наличие промежуточной емкости (^ в автоцистерну) + + +
Необходимость дополнительной подачи воздуха - - + (1,1 м3/ч)
Устойчивость к динамическим нагрузкам при передвижении Высокая Высокая Средняя
Вероятность образования новых токсичных продуктов Высокая Средняя Крайне малая
Необходимость транспортировки хлора или других хлороокислителей Обязательно Обязательно, но в меньших количествах В малых количествах и лишь при особых условиях
Возможная производительность по очищенной воде установки на базе КамАЗ (вездеход), м3/ч, в зависимости от загрязненности исходной воды 1-3 0,8-2,5 1-4
Активность технологии по отношению к бактериям и вирусам Высокая Высокая Высочайшая
Активность технологии по отношению к трудноокисляемым органическим веществам Средняя Выше средней Высокая
Основные материалы, используемые в установке СТ 9Х18Н10Т, фторопласт, композиты
Удельный расход электроэнергии, кВт-ч/м3 относительно стандартного метода 1 2,0-2,5 2-2,5
Необходимость коррекции показателя рН при высоком содержании в исх.воде ионов Бе и Мп перед стадией коагуляции-фильтрации + + +, а также при наличии фенолов
Уровень квалификации обслуживающего оператора Средний Выше среднего Высокий
Предположительная цена 1,5 млн руб. 1,5-2 млн руб. 2-2,5 млн руб.
Необходимость экспресс-биохимлаборатории + + +
Несомненным достоинством предлагаемого способа очистки воды до показателей питьевой является наличие полного спектра озонаторной техники отечественного и зарубежного производства, в том числе в мобильном варианте. Производителем отечественных образцов передвижных озонаторных станций является завод Курган-химмаш. Подобный комплекс Р6-П6 оснащен озонатором производительностью 40 г/ч. Если принимать в качестве необходимой для получения питьевой воды дозу 10 мг/л, то такая станция позволит получить 4 м3/ч воды. При нормативе чрезвычайного времени 3 л/сут на человека станция позволит обеспечить суточную потребность в воде для 32 тыс. чел.
Вопрос о принятии на вооружение озонирующих комплексов должен решаться вкупе с рядом других вопросов, а именно:
1) разработкой технического задания на конструкторскую и промышленную доработку существующих образцов техники, если таковая потребуется;
2) разведкой перспективных водных источников на потенциально проблемных территориях Пермского края;
3) составлением технологических карт процессов озоновой очистки воды из перспективных источников;
4) обучением обслуживающего персонала мобильных станций.
Мы полагаем, что приобретение головного образца озонирующего комплекса с выполнением перечисленных выше позиций обойдется заказчику ориентировочно в сумму 6 млн руб. Приобретение последующих образцов окажется дешевле и оценивается нами суммой 1,5 млн руб.
Выводы:
1. Указано на наличие потенциальной опасности нарушения централизованного питьевого водоснабжения вследствие экологических катастроф техногенного характера, террористических актов, эпидемий и военных действий.
2. С целью обеспечения населения питьевой водой в условиях возникновения чрезвычайной ситуации предлагаем принять на вооружение сил МЧС Пермского края мобильные комплексы, оснащенные блоком озонирования воды. Только в этом случае появляется возможность получения питьевой воды практически из любого источника и в количествах, достаточных для обеспечения водой больших масс населения и сил спасателей. Кроме того, подобные комплексы могут
быть использованы при обезвреживании ядовитых стоков предприятий в случае возникновения аварии на существующих очистных сооружениях.
3. В качестве головного образца такого комплекса предлагается рассмотреть установку Р6-П6 производства завода Курганхиммаш с возможной ее модернизацией по требованию заказчика.
Список литературы
1. Столяренко Г.С., Логинов И.Ю. К вопросу применения озона на стадии рациональной водоподготовки // Озон, получение и применение: тез. докл. Второй Всесоюз. конф. - М., 1991. - С. 169-170.
2. Разумовский С.Д., Занков Г.Е. Озон и его реакции с органическими соединениями - М.: Наука, 1974.- 323 с.
Получено 6.12.2010
