Мониторинг водоисточника и деманганация вод на биофильтре: на примере Патраковского инфильтрационного водозабора Республики Башкортостан тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат технических наук Шаяхметова, Светлана Гильмутдиновна

• Шаяхметова, Светлана Гильмутдиновна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шаяхметова, Светлана Гильмутдиновна

Введение

1. Обзор методов деманганации природных и питьевых вод

1.1 .Образование природных марганецсодержащих вод

Влияние марганца на здоровье человека и на качество природной 19 воды

1.2.Методы деманганации воды

1.2.1. Окислительные и каталитические методы

1.2.2. Деманганация фильтрованием через активные 30 фильтрующие материалы

1.2.3. Ионообменные методы •

1.2.4.Биологический метод удаления марганца

1.2.5.Новые методы в технологии очистки воды

1.3.Железобактерии в подземных водах 34 1.3.1 .Микробиологическое окисление металлов 3 7 1.3.2. Влияние железобактерий на эксплуатационные характеристики водопроводной сети

1.4. Выводы. Цель и задачи исследования. Рабочая гипотеза 46 2. Мониторинг природных вод Патраковского водозабора. 56 2.1 .Анализ тенденции изменения концентрации марганца во времени

2.2.Анализ температурной зависимости

2.3. Анализ эффективности деманганации на водоводах

2.4.Изучение микроорганизмов 67 2.4.1 .Отбор проб на исследование

2.4.2. Методика приготовления препарата

2.4.3. Микроскопическое исследование препарата

2.4.4. Оценка эффективности развития микроорганизмов

2.4.5.Количественный учет микроорганизмов

2.5.Предварительные исследования для проверки рабочей гипотезы

2.6. Выводы

3.Исследования деманганации биологическим методом.

3.1. Аппаратура для проведения исследований

3.2. Методика измерений

3.3. Деманганация на различных загрузках

3.4. Определение оптимальной скорости фильтрования 83 3.5.Определение оптимальной температуры 84 З.б.Определение влияния концентрации кислорода на жизнедеятельность микроорганизмов

3.7.Определение влияния концентрации биогенных элементов 89 на жизнедеятельность микроорганизмов

3.8.Изучение влияния катализатора АОК 75-41 на процесс 92 деманганации

3.9.Выводы

4.Практическое применение результатов исследования 99 4.1 .Изучение деманганации на опытно-промышленном фильтре 99 4.2.0пределение оптимальной скорости фильтрования

4.3.Разработка технологического режима обеспечения качества воды по содержанию марганца на Патраковском водозаборе

4.4.Участие в разработке технологии очистки воды от 109 марганца для поселка Куяново

4.5.Разработка технологии очистки воды от марганца города Нефтекамска

4.6.Выводы 119 Заключение 120 Библиографический список использованной литературы 123 Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Мониторинг водоисточника и деманганация вод на биофильтре: на примере Патраковского инфильтрационного водозабора Республики Башкортостан»

До 1999 г. хозяйственно- питьевое водоснабжение города Нефтекамска базировалось на двух источниках: подземных водах Патраковского (Камского) инфильтрационного водозабора и поверхностных водах из водозабора на реке Кама, построенного для водоснабжения Арланских нефтепромыслов.

Патраковский водозабор эксплуатируется с 1959 года. С вводом в эксплуатацию Нижнекамской ГЭС уровень воды реки Кама в районе водозабора должен находиться на отметках 66,0-68,0 м и водозабор попадал в зону затопления. Вероятно, поэтому интерес к Патраковскому водозабору в 80-е годы XX в. был значительно ослаблен, производительность водозабора значительно понизилась и достигала всего 11-13 тыс. м3/сутки. Для обеспечения потребностей в город подавалась смешанная вода: покупная очищенная поверхностная и подземная вода. Объемы поверхностной воды достигали порой 80 %. Для очистки ежегодно расходовалось 360 тонн сернокислого алюминия, 80 тонн полиакриламида и 76 тонн жидкого хлора.

Имелась принципиальная, техническая возможность наращивания производительности Патраковского водозабора и водозабора поверхностных вод, в том числе с полным переходом на подземные воды, либо на поверхностный водоисточник[1].

Лимитирующим фактором в каждом случае являлось качество воды. При этом имелось в виду, что подземные воды подаются потребителю без очистки, а поверхностные воды - после очистки на водоочистных сооружениях (ВОС), включающих сооружения осветления, фильтрования и хлорирования.

В цикле водоподготовки предусмотрена коагуляция с предварительным подщелачиванием речной воды, которая осуществляется обычно в период с 10 апреля до 15 ноября каждого года. В зимнее время ступень коагулирования не функционировала.

При оценке перспективы использования двух водоисточников в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения учитывался и тот факт, что в г. Камбарка (расположенном на 18 км выше по течению и не имеющем очистных сооружений водоотведения), имеется хранилище запасов химического оружия и действует завод по уничтожению химического оружия кожно-нарывного действия (люизит), т.е. необходимо было наличие резервного подземного водоисточника в чрезвычайных ситуациях[2].

Поэтапно с 1996 года в г. Нефтекамске были проведены мероприятия по переводу водоснабжения города водой из открытого водозабора на подземный. Это традиционная схема, используемая в республике.

Строительство блочной комплектной насосной станции (БКНС), бурение новых скважин, строительство двух резервуаров объемом 690 м3, подбор насосного оборудования позволили увеличить производительность водозабора до необходимых величин и в сентябре 1999 года водоснабжение города Нефтекамска переведено на снабжение подземной водой. С переводом водоснабжения на подземный водоисточник резко увеличилась концентрация марганца в питьевой воде и поэтому проблема очистки воды от марганца (деманганация) особенно актуальна[3].

Мониторинг качества вод Патраковского водозабора, представленных в таблице 1 показывает, что вода по всем показателям, за исключением марганца, соответствует нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем водоснабжения. Контроль качества». Что касается марганца, то его содержание в подземных водах при ПДК 0,1 мг/л колеблется в очень широком диапазоне от 0,01 (скв.№57, 61, 63) до 3,54 (скв. №42). Из анализируемых 60 скважин в октябре 2003 года только в И скважинах качество воды соответствовало нормам СанПиН по марганцу, а в остальных 50 скважинах оно превышало от 1,3 до 35 раз. Такой разброс концентраций марганца на таком маленьком участке (протяженность водозабора 3,5 км) вызывает сомнение в достоверности.

Таблица 1— Содержание марганца в скважинах Камского водозабора в 2003 году

Номер Концентрация Номер Концентрация скважины марганца, мг/л скважи марганца, мг/л

27.10- II ы 27.10

30.10.2003г 30.10.2003г

1 0,10 33 1,19

2 0,62 34 1,24

0,10 35 0,52

4 0,70 36 0,50

5 0,92 37 0,55

6 2,90 38 1,01

7 1,70 39 1,14

8 3,10 40

9 - 41

10 2,80 42 3,54

11 0,52 43 1,80

12 3,10 44 1,14

13 1,88 45 1,44

14 1,34 46 1,96

15 1,29 47 0,52

16 0,57 48 0,57

17 0,08 49 0,52

18 0,10 50 0,06

19 0,83 51 0,19

20 0,31 52 0,08

21 1,76 53 0,03

22 1,96 54 0,03

23 1,76 55 0,13

24 0,78 56 0,52

25 0,42 57 <0,01

26 0,38 58 3,10

27 0,52 59 0,24

28 1,00 60 0,13

29 1,40 61 <0,01

30 0,68 62 0,06

31 1,00 63 <0,01

32 2,00 результатов аналитического контроля. Производительность инфильтрационного водозабора на 70-80% определяется притоком речной воды. В речной воде (р. Кама) содержание марганца незначительно. Так с 1984 по 2003 год только в 28 % проб концентрация марганца достигала от 1,5 до 5,7

ПДК (таблица 2), т.е. влиянием реки Кама можно пренебречь. Следовательно, необходимо либо отыскивать источник марганца в зоне влияния водозабора,

Таблица 2 — Сведения о содержании марганца в реке Кама с 1984 по 2003год и/и Дата отбора Концентрация марганца, мг/л

1 2 3

1 25.04.1984г 0,31

2 30.10.1984г 0,15

3 25.04.1985г 0,31

4 22.10.1985г 0,27

5 09.10.1986 0,15

6 18.05.87 0,25

7 09.10.1987г 0,15

8 17.05.88 0,10

9 11.10.88 0,008

10 18.05.89 0,45

И 06.10.89 024

12 23.05.90 0,20

13 09.10.90 011

14 02.04.91 0,08

15 30.09.91 0,016

16 11.05.92 0,11

17 28.04.93 0,06

18 27.09.93 0,04

19 28.04.94 0,10

20 04.10.94 0,025

21 03.04.95 0,09

22 30.10.95 0,013

23 01.04.96 0,03

24 02.10.96 0,001

25 12.05.97 0,046

26 29.10.97 0,022

27 23.10.98 0,05

28 21.04.98 0,092

29 28.05.99 0,013

30 23.09.99 0,012

31 27.04.00 0,57

32 28.11.00 0,21

33 25.01.01 0,09

34 20.04.01 0,10

35 25.07.01 0,24

36 19.10.01 0,19

37 12.11.01 0,03

1 2 3

38 15.01.02 0,03

39 18.04.02 0,05

40 12.08.02 0,02

41 26.11.02 0,09

42 30.01.03 0,11

43 10.04.03 0,05

44 31.07.03 0,06

45 30.10.03 0,01 либо оценить возможность появления систематических погрешностей, появляющихся при отборе проб из скважин, их консервации и аналитических исследованиях.

Ввиду того, что трудно синхронизировать анализы по скважинам и оценку их дебитов, чтобы определить среднюю концентрацию марганца в общем потоке подаваемой на смешение воды, (в частном случае может оказаться, что максимальная концентрация фиксируется в малодебитных скважинах и наоборот) возникла необходимость выполнить единовременные контрольные анализы на определение марганца

• в подземных водах, подаваемых из водозаборных скважин до смешивания

• в исходной речной воде (река Кама)

• в смешанных водах после станций 2-го и 3-го водоподъема

Отбор проб и производство, анализов произвели совместно лаборатории Нефтекамского подразделения УГАК МПР РБ и МУП «Нефтекамскводоканал» в октябре 1994 года. Результаты анализов приведены в таблице 3. Таблица 3 — Результаты анализа проб воды по ходу ее транспортировки к потребителю

Дата Место отбора Концентрация марганца, мг/л отбора Результаты анализа лаборатории МУП «НВК» Результаты анализа УГАК МПР РБ

1 2 3 4

24.10.94г Река Кама в районе водозабора 0,03 0,07

1 2 3 4

Скважина №15 0,64 0,66

Скважина27 0,38 0,44

Операторская 0,70 0,55

2 водоподъем 0,07 0,05

3 водоподъем 0,08 0,06

Результаты анализа двух лабораторий подтвердили как существенные колебания концентрации марганца на небольшом протяжении ряда скважин, так и изменение концентрации марганца при транспортировке по магистральным водоводам. Сомнения относительно достоверности результатов анализа были исключены. Таким образом, при незначительном влиянии реки, источником поступления марганца в подземную воду являются, по-видимому, минералы (например, пиролюзит), которые постепенно выщелачиваются.

В организме человека марганец является чрезвычайно важным химическим элементом, участвующим в окислительно-восстановительных процессах [4], т.е. является составной частью ферментов. В организме человека больше всего марганца (до 0,0004%) содержится в сердце, печени, надпочечниках[5]. Токсическое действие марганца на теплокровных связано с поражением центральной нервной системы, где он вызывает органические изменения, в тяжелых случаях - паркинсонизм [6]. Существуют большие индивидуальные различия в чувствительности к токсическому действию марганца. Повышению чувствительности способствуют перенесенные инфекции, алкоголизм, дисфункции печени и почек [7]. Высокую степень индивидуальной чувствительности к хроническому отравлению марганцем связывают, например, с железодефицитной анемией, нарушениями обмена кальция, различиями в диете [8]. Все приведенные выше исследования о токсическом действии марганца касаются воздуха рабочей зоны, куда поступают пыль и аэрозоли, содержащие оксиды и гидроксиды марганца. А действие воды с повышенным содержанием марганца на организм человека мало изучено.

Грушко Я.М. указывает [9], что марганец предположительно оказывает мутагенное действие на теплокровных. Избыток марганца, по мнению Николадзе Г.И. причиняет неудобства в быту, вода неприятна на вкус, вызывает заболевания костной системы [10].

Большим содержанием железа и марганца характеризуются многие подземные воды. Это ограничивает использование подземных вод для питьевого водоснабжения. Однако подземные воды являются, зачастую, единственным источником водоснабжения многих регионов. К тому же они имеют высокое качество по другим показателям.

Большинство потребителей Севера Башкортостана (г. Нефтекамск, п. Куяново, п. Карманово, с. Бураево) используют для питьевых и хозяйственно-бытовых целей подземные воды, содержащие в большом количестве железо и марганец. Такая вода имеет плохие органолептические свойства, вызывает зарастание коммуникаций и сантехнического оборудования солями железа и марганца. Для очистки до питьевого качества в вышеприведенных населенных пунктах применяется фильтрование на фильтрующих материалах в присутствии кислорода или других реагентов-окислителей. Таким образом, деманганация подземной воды является чрезвычайно актуальной проблемой.

В настоящее время в мировой практике известно около трех десятков методов обезжелезивания и деманганации воды [11]. Их многообразие можно свести к двум основным типам: реагентные и безреагентные. Применение безреагентных методов ограничено содержанием железа и марганца до 10 и 2 мг/л, рН не ниже 6,6, окисляемостыо до 1,36 мг-экв/л, окислительно -восстановительный потенциал должен быть не ниже 140 мВ (до аэрации). Если железо и марганец находятся в сложных комплексах с органическими примесями воды (фульвокислотами, гуматами и др.) необходимо применять реагенты: сильные окислители (двуокись хлора, озон, перманганат калия), коагулянты, флокулянты, известь, соли меди, фосфаты.

Многообразие методов деманганации и обезжелезивания воды исключает их равноценность в отношении технологичности, надежности, простоты, экономической целесообразности, области применения.

Деманганация воды Патраковского водозабора, проведенная сотрудниками ООО «Стройпроектсервис» г.Уфа методом аэрации в 2000-2001 г оказалась неэффективной. Более глубокая аэрация воды с помощью инжектора и фильтрование через кварцевый песок в экспериментах, проведенных в 2000году ООО НПФ «Висма» г.Уфа, также оказалась нерезультативной. Очистка воды аэрацией с применением катализаторов («черный песок» или контактный фильтр заполненный пиролюзитом) не дали положительных результатов.

Сотрудниками НПФ «Практика» г.Уфа в ноябре 2000 года были предприняты эксперименты по деманганации с применением перекиси водорода [12], а также при замене фильтрующего материала на силицированный кальцит не дали требуемую степень очистки.

Поскольку вода с Патраковского водозабора содержит очень мало железа 0,05-0,10 мг/л, а железо выступает в качестве катализатора при окислении марганца [13], сотрудниками ООО «Стройпроектсервис» г. Уфа был смонтирован электрохимический фильтр для искусственного внесения в воду железа. Но применение фильтра с многослойной загрузкой не дало положительных результатов, т.е. требуемой степени очистки по марганцу не происходит.

Анализ проведенных экспериментов по деманганации воды Патраковского водозабора физико-химическими, окислительными, реагентными, каталитическими методами показывает, что либо не достигается снижение концентрации марганца до ПДК, либо необходимо изменить технологию водоподготовки, что приведет к существенному увеличению себестоимости воды.

Обследование системы водоснабжения г. Нефтекамска показало, что, несмотря на высокую концентрацию марганца в водозаборных скважинах к потребителю поступает вода с незначительным превышением концентрации марганца (таблица 4,4а).

Таблица 4— Среднемесячные значения концентрации марганца (мг/л) в воде за 2002 год

Дата Старая Новая Водовод Водовод Водовод Водозабор Лабора Распредели- Р.Кама Резервуар отбора насосная насосная 0700мм 0500 мм 0300 мм тория тельная сеть вое

Январь 0,27 0,25 0,14 0,63 0,07 1,13 0,25 0,26 0,03 0,18

Февраль 0,26 0,23 0,27 0,43 0,08 1,30 0,24 0,24 0,17 0,17

Март 0,38 0,34 0,29 0,46 0,10 1,60 0,19 0,21 0,07 0,52

Апрель 0,38 0,33 0,32 0,50 0,05 • 1,37 0,16 0.25 0,10 0,14

Май 0,20 0,18 0,20 0,20 0,14 0,78 0,10 0,13 0,18 0,05

Июнь 0,20 0,20 0,23 0,14 <0,01 1,16 0,08 0,08 0,05 0,05

Июль 0,21 0,21 0,18 0,14 0,10 1,10 0,15 0,07 0,15 0,05

Август 0,16 0,16 0,21 0,18 0,04 0,90 0,06 0,19 0,11 0,09

Сентябрь 0,10 0,10 0,16 0,06 0,02 1,05 0,23 0,06 0,17 0,05

Октябрь 0,12 0,12 0,17 0,03 0,07 0,94 0,23 0,09 0,27 0,05

Ноябрь 0,07 0,09 0,14 0,03 0,06 0,78 0,10 0,08 0,03 0,03

Декабрь 0,09 0,08 0,43 0,23 0,19 1,02 0,23 0,26 -

Ср. годовое 0,21 0,23 0,25 0,08 1,09 0,17 0,16 0,12 0,13

Таблица 4а—Среднемесячные значения концентрации марганца (мг/л) в воде за 2003 год

Дата отбора 3-й водоподъем Водовод 0700 мм Водовод 0500 мм Водовод 0300 мм Водозабор Набора тория Распределительная сеть р.Кама Резервуар вое

Январь 0,13 0,17 0,07 0,08 1,20 0,06 0,03 0,11 0,08

Февраль 0,13 0,21 0,07 0,13 0,30 0,08 0,10 - 0,08

Март 0,22 0,35 0,48 0,08 1,50 0,13 0,15 - 0,16

Апрель 0,24 0,36 0,14 0,06 1,42 0,09 0,16 0,05 0,05

Май 0,14 0,21 0,35 0,19 1,55 0,11 0,23 - 0,10

Июнь 0,14 0,20 0,07 0,06 0,83 0,10 0,12 - 0,15

Июль 0,15 0,16 0,05 • 0,15 0,89 0,10 0,10 0,06 0,20

Август 0,11 0,24 0,06 0,02 1,03 0,16 0,08 - 0,14

Сентябрь 0,43 0,60 0,40 0,09 0,62 0,14 0,23 - 0,48

Октябрь 0,10 0,20 0,07 0,43 0,75 0,10 0,08 - 0,12

Ноябрь 0,10 0,14 0,04 0,11 0,70 0,08 <0,01 0,10 0,08

Декабрь 0,15 0,13 0,07 0,07 1,12 0,12 0,12 - 0,12

Ср.годовое 0,17 0,25 0,16 0,12 0,99 0,11 0,12 0,08 0,15

Этот эффект объясняется, вероятно, деманганацией воды в водоводах биологическим путем за счет жизнедеятельности микроорганизмов. Можно предположить, что биологическим путем можно доочистить воду от марганца до требуемого СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода» норматива.

Цель диссертационной работы - изучение возможности деманганации воды Патраковского водозабора биологическим методом и выяснение его преимуществ по сравнению с остальными методами.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• провести эксперименты для предварительной проверки гипотезы с применением карбонизированного древесного угля.

• собрать установку для деманганации натурной воды с концентрацией марганца 0,5-1,4 мг/л.

• провести эксперименты по выбору фильтрующего материала.

• экспериментально обнаружить и количественно подсчитать железобактерии;

• изучить влияние температуры, растворенного кислорода, биогенных элементов на жизнедеятельность микроорганизмов;

• определить возможности применения биологически активной загрузки для загрузки других фильтров;

• сравнить эффективность метода с существующими методами.

Научная новизна выполненной работы состоит в том, что

1. Мониторинг вод Патраковского инфильтрационного водозабора показал устойчивую тенденцию увеличения концентрации марганца, причем скорость увеличения концентрации марганца зависит от срока эксплуатации скважин. Получена математическая модель процесса.

2.Впервые проведено сопоставление эффекта очистки воды Патраковского водозабора от марганца методом фильтрования в загрузках с иммобилизованными микроорганизмами. Установлено, что максимальный эффект (99,2 %) достигается при применении кварцевого песка.

3. Впервые определено время «зарядки» фильтра до получения воды питьевого качества, которое составляет 30 суток.

4. Впервые установлены оптимальные значения скорости фильтрования, влияние концентрации кислорода, биогенных элементов и температуры воды на эффект деманганации биологическим методом.

5. Предложена технологическая схема централизованной системы водоснабжения г. Нефтекамска на основе Патраковского водозабора с применением фильтрования в зернистой загрузке с иммобилизованными микроорганизмами.

Практическая значимость работы

• Результатом применения диссертационной работы было создание нового технологического процесса «биофильтрация - фильтрация» и соответствующего опытно-промышленного фильтра для деманганации воды.

• Наиболее существенным положением успешного применения диссертационной работы являются: выбор в качестве инертного носителя микроорганизмов кварцевого песка; определение типа сооружений для проведения биологической деманганации; оптимизация эффекта деманганации воды в зависимости от скорости фильтрования, концентрации биогенных элементов, типа фильтрующих загрузок, температуры воды.

• В возможности получения товарной продукции в виде фильтрующего материала, модифицированного оксидами марганца.

• В возможности повышения экологической безопасности системы водоснабжения г. Нефтекамска.

Реализация научно-технических результатов

Результаты выполненных в диссертации теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке технологического режима обеспечения качества воды по содержанию марганца на Патраковском водозаборе, при разработке инструкции водоподготовки поселка Куяново, предложена технологическая схема деманганации воды г.Нефтекамска с применением фильтрования в зернистой загрузке с иммобилизованными микроорганизмами.

На защиту выносится:

1. Результаты мониторинга подземных вод Патраковского водозабора, показывающие тенденцию увеличения концентрации марганца в источнике водоснабжения.

2. Результаты экспериментальных исследований по определению оптимальных значений скорости фильтрования, влияния концентрации кислорода и биогенных элементов, типа фильтрующих материалов, температуры воды.

3. Технологическая схема деманганации подземных вод Патраковского водозабора с применением фильтрования в зернистой загрузке с иммобилизованными микроорганизмами.

Апробация работы

Результаты проведенных исследований докладывались на VI Международной научно- технической конференции «Проблемы строительного комплекса России», г. Уфа, 2002 г. (получен диплом II степени), федеральном научно-практическом семинаре-совещании «Эколого-зкономические проблемы жилищно-коммунального хозяйства и пути их решения», г. Челябинск, 2004 г. (получен диплом II степени), а также других межвузовских и международных конференциях.

Результаты исследования прошли производственную апробацию в МУП «Нефтекамскводоканал» (Республика Башкортостан, г. Нефтекамск).

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы, включающего 128 наименований. Основная часть изложена на 134 страницах машинописного текста, содержащего 36 рисунков и 24 таблицы. Имеются приложения.

Заключение диссертации по теме «Экология», Шаяхметова, Светлана Гильмутдиновна

4.6. Выводы

• Достигнута максимальная степень очистки 98,6%. При концентрации марганца 10-14 ПДК в подземной воде, в очищенной воде концентрация марганца соответствует нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода». «Зарядка» фильтра произошла через 30 суток.

• Наряду с очисткой от марганца наблюдается очистка от железа на 99,5%, от аммония солевого на 99,8%, наблюдается снижение щелочности и жесткости воды. Органолептические показатели воды соответствуют нормативам СанПиН. Производительность установки 300-500 л/ч.

• Зависимость степени очистки от скорости фильтрования носит обратно пропорциональный характер, т.е. с увеличением скорости фильтрования степень очистки уменьшается. Зависимость описывается уравнением: у= -2,0564 х+107,61 (1)

При увеличении скорости фильтрования на 1 м/ч степень очистки от марганца уменьшается на 2,06 %. Оптимальная скорость фильтрования для обеспечения нормативного содержания марганца - 7 м/ч • Для обеспечения городов Агидели, Нефтекамска, р.п. Николо-Березовка необходимы 41 скважина с содержанием марганца от 0,01 до 1,7 мг/л.При условии выведения из эксплуатации скважин с концентрацией марганца >1,7 мг/л, можем обеспечить максимальную подачу 2084,7 м3/ч, со средним содержанием марганца на выходе с водозабора 0,63 мг/л, а перед подачей населению концентрация марганца составит 0,10+0,13 мг/л при стабильном ч гидравлическом режиме в магистральных водоводах.

• Для снижения влияния магистральных водоводов на качество воды необходимо прочистить водоводы от осадков.

• Разработана инструкция по технологическому режиму водоподготовки для поселка Куяново, в которой рекомендовано промывку фильтров проводить без применения больших доз хлорсодержащих реагентов. Замену фильтрующей загрузки не проводить во всех фильтрах одновременно, а с учетом периода «зарядки» фильтра равного 30 суткам.

• Исходя из существующего положения подготовки воды в г.Нефтекамске предложена технологическая схема очистки воды.

Заключение т

1 Мониторинг вод Патраковского водозабора РБ показал устойчивую тенденцию увеличения концентрации марганца по линейному закону. Скорость увеличения концентрации зависит от времени эксплуатации скважин. В скважинах, пробуренных до 1983 года, наблюдается увеличение концентрации марганца в среднем на 0,059 мг/л/год (0,59 ПДК), в скважинах, пробуренных после 1999 года, - на 0,033 мг/л/год (0,33 ПДК).

2 В воде со скважин Патраковского водозабора обнаружены микроорганизмы, которые на основании морфологических признаков систематизированы как железобактерии. В воде с водозабора чаще встречаются кокковые формы бактерий: Ochrobium tectum, Arthrobacter (Siderocapsa), но обнаружены и нитчатые формы бактерий: Gallionella, Metallogenium, Leptothrix, Crenothrix. Оценена интенсивность развития железобактерий в лабораторных условиях в водопроводной воде. Уже через сутки наблюдается массовое развитие железобактерий на пластинках обрастания.

3 Эксперименты по деманганации проведены на фильтрующих материалах из пемзы, карбонизированного угля, кварцевого песка, керамзита и гранулированного полиэтилена в лабораторных условиях. Максимальная степень очистки 98,6 % получена при загрузке из кварцевого песка, с остальными загрузками степень очистки несколько ниже и составляет менее 90 %.

4 Проведены экспериментальные исследования процесса деманганации воды Патраковского водозабора на опытно-промышленном фильтре биологическим методом. Установлено, что фильтрующая загрузка, состоящая из кварцевого песка с железобактериями, высотой 550 мм обеспечивает очистку от марганца от 1,48 мг/л до 0,09 мг/л.

5 Экспериментальным способом определена зависимость степени деманганации от температуры, концентрации растворенного кислорода и биогенных элементов. Оптимальная температура для загрузки из кварцевого песка составляет 10 - 11 °С. При потреблении 0,25 мг/час солей аммония эффект деманганации для песчаной загрузки достигает 97,7%. С увеличением концентрации кислорода эффект очистки уменьшается, следовательно железобактерии являются микроаэрофилами.

6 Исследовано влияние катализатора АОК 75-41 на процесс деманганации фильтрованием через песчаную загрузку. При концентрации катализатора 20% достигается максимальная степень очистки от марганца 94,3% и сокращается срок зарядки фильтров от 30 до 12 суток.

7 Предложена технологическая схема деманганации воды Патраковского водозабора РБ с применением фильтрования в зернистой загрузке с иммобилизованными микроорганизмами.

Практическая значимость работы

Результатом применения диссертационной работы было создание нового технологического процесса «биофильтрация - фильтрация» и соответствующего опытно-промышленного фильтра для деманганации воды.

Наиболее существенным положением успешного применения диссертационной работы являются: выбор в качестве инертного носителя микроорганизмов кварцевого песка; определение типа сооружений для проведения биологической деманганации; оптимизация эффекта деманганации воды в зависимости от скорости фильтрования, концентрации биогенных элементов и кислорода, типа фильтрующих загрузок, температуры воды.

В возможности получения товарной продукции в виде фильтрующего материала, модифицированного оксидами марганца. В возможности повышения экобезопасности системы водоснабжения г. Нефтекамска.

Достоинства биологического метода деманганации:

• простота в эксплуатации

• не требуется применение реагентов

• экологичность (не образуется чуждых природной среде соединений, а происходит деструкция органических соединений до близких к природным соединений углекислого газа и воды)

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шаяхметова, Светлана Гильмутдиновна, 2007 год

1. Аннотационный отчет по теме «Анализ водозаборных сооружений, систем хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения» «Бионик». М.:,1991 с 17.

2. Инструкция по подготовке и работе систем хозяйственно- питьевого водоснабжения в чрезвычайных ситуациях. ВСН ВК 4-90. М.: Военное изд-во, 1991.-64 с.

3. СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования и контроль качества воды в централизованных системах водоснабжения» М.: Минздрав России,2001 163 с.

4. Вредные вещества в промышленности. Справочник,/под общей редакцией Лазарева Н.В., Гадаскиной И.Д. Т 3.,-Лгд.:Химия, 1977-607 с.

5. Курс общей химии,/ под ред. Некрасова Б.В.,- М.: Госхимиздат,1955.-971 с.

6. Bonilla Е. Diez Evald M. //J.Neurochem. 1974. Vol.22. P. 297-299.

7. Дрогичина Э.А. Профессиональные болезни нервной системы. Лгд.: ,1968. -101с.

8. Altstatt L.B. ?et al//Proc. Soc. Exptl. Biol. Med. -1968. Vol. 124. -P. 353357.

9. Грушко Я.М. Вредные неорганические соединения в промышленных сточных водах. Лгд.: «Химия», 1979. С.72.

10. Николадзе Г.И. Обработка подземных вод для хозяйственно-питьевых нужд. М.:«Стройиздат»,1987. 386 с.

11. И. Николадзе Г.И. Обезжелезивание природных и оборотных вод. М: «Стройиздат», 1987.-С.72-103.

12. Отчет о научно-исследовательской работе по демангапации питьевой воды г. Нефтекамска. Уфа: ООО «Стройпроектсервис»,2001г. с. 16.13