Введение к работе
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, і
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 вод, 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,
іредусматривающая сертификацию не только самой воды, но и материалов,
эборудования, 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
"юзволяют на должном уровне осуществлять государственные функции по !
управлению водопользованием на уровне требований Водного кодекса и
юнцепции 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
:тандартов 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 обеспечения.
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. ' '!
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.