Питьевое водоснабжение сельского индивидуального жилья в западно-сибирском регионе

В. В. Дзюбо, канд. техн. наук (Томский государственный архитектурно-строительный университет)

Л. И. Алферова, инженер (ООО «Экотехника», г. Томск)

 

Обеспечение населения России качественной питьевой водой является одной из главных государственных задач, которая приобрела особую актуальность в связи с наблюдающимся практически повсеместно ухудшением общей экологической обстановки и чрезмерным загрязнением водных объектов и источников водоснабжения.

Проблеме питьевого водоснабжения населения страны уделяется огромное внимание. Право граждан России на благоприятную среду обитания, на приоритетное водопользование, удовлетворение физиологических и хозяйственно-бытовых потребностей в воде закреплено законодательством Российской Федерации.

В связи с этим безопасность питьевого водоснабжения стала одной из главных составляющих общей экологической безопасности населения России. Нормативное обеспечение централизованного водоснабжения, направленное на выполнение высоких требований к качеству воды и полное удовлетворение в ней, должно охватывать не только технические и экономические, но и экологические факторы.

Ухудшающееся состояние поверхностных водных источников и значительные капитальные вложения на реконструкцию действующих и строительство новых систем очистки воды в нынешних экономических условиях в определенной степени осложняют возможность реализации программы в ближайшей перспективе.

В России имеется значительный объем запасов подземных вод с относительно стабильным составом и более высоким санитарным уровнем, чем воды поверхностных источников. Перспективная потребность хозяйственно-питьевого водоснабжения может быть полностью удовлетворена за счет подземных вод в 62 субъектах Российской Федерации, в том числе: в республиках Мордовия (Поволжский регион), Бурятия (Восточно-Сибирский регион), в Алтайском (Западно-Сибирский регион) и Красноярском (Восточно-Сибирский регион) краях, Амурской (Дальневосточный регион), Брянской, Владимирской, Воронежской, Псковской, Рязанской и Томской (Западно-Сибирский регион) областях; частично удовлетворена (25–90 %) в 15 субъектах Федерации, например: Удмуртской Республике, Ставропольском и Хабаровском краях, Волгоградской, Ивановской, Кемеровской (Западно-Сибирский регион), Новосибирской (Западно-Сибирский регион), Тюменской (Западно-Сибирский регион), Омской (Западно-Сибирский регион), Костромской, Челябинской и других областях.

По данным Государственного доклада о состоянии окружающей природной среды Российской Федерации качество подаваемой населению питьевой воды в последние годы не повышается и остается на уровне 1991 года, а во многих районах ухудшилось в связи с реальными экономическими трудностями и ухудшением экологической обстановки, связанным со сбросом ненадлежаще очищенных сточных вод в поверхностные водные источники, используемые в качестве источников водоснабжения. По данным этого доклада около 50 % населения России продолжают использовать для питьевых нужд воду, не соответствующую гигиеническим требованиям по широкому спектру показателей качества воды. Особенно тяжелое положение сложилось в Архангельской, Курской, Тюменской (Западно-Сибирский регион), Екатеринбургской, Челябинской и Кемеровской (Западно-Сибирский регион) областях; Мордовии, Калмыкии, Якутии, Приморском крае.

Крайне неудовлетворительно обстоит дело с качеством питьевой воды в сельской местности, где централизованным водоснабжением пользуются не более 68 % жителей (около 47 % населенных пунктов). Около 59 % сельских жителей забирают воду из водоразборных колонок централизованного водоснабжения. При среднем по Российской Федерации удельном водопотреблении 136 л/сут. на одного сельского жителя, удельное водопотребление составляет 60–88 л/сут. в Красноярском (Восточно-Сибирский регион) и Хабаровском краях, Бурятии и Туве (Восточно-Сибирский регион). Удельную норму водопотребления, не превышающую 50 л/сут. на одного человека, имеет подавляющее большинство сельских населенных пунктов с населением не более 1500 человек в Кемеровской, Томской, Тюменской (Западно-Сибирский регион) областях, в Алтайском крае, Ханты-Мансийском автономном округе (Западно-Сибирский регион), Якутии и Магаданской области.

Реки Арктического бассейна Сибирского региона испытывают значительную антропогенную нагрузку. Как пример можно привести весьма сложную ситуацию на реке Томь. Загрязнение р. Томь связано с деятельностью отдельных отраслей промышленности: горнодобывающей, химической, машиностроительной, энергетической, сбрасывающих около 94 % общего объема учтенных стоков Кемеровской области. Бассейн реки Томь, служащий для многих населенных пунктов источником водоснабжения, является по сути гигантским коллектором сточных вод, принимающим сточные воды от городов, поселков и промышленных предприятий Кемеровской области.

В связи с этим вполне естественным является изыскание альтернативных источников водоснабжения в регионе, позволяющих с меньшими затратами обеспечивать население питьевой водой. Такими источниками в регионе являются подземные воды. Расширение масштабов использования подземных вод в ближайшем будущем основывается на исключительно удачном сочетании экологического и экономического факторов. Как правило, питьевая вода из систем водоснабжения с подземными источниками имеет себестоимость в 3–4 раза ниже, чем с поверхностными, что в условиях современной экономической ситуации снижает финансовое бремя на водопроводные предприятия. Отсюда следует очевидная необходимость интенсифицировать освоение разведанных запасов подземных вод, расширять работы по выявлению новых месторождений, а также выполнять работы по систематизации запасов подземных вод по их характеру (глубина и условия залегания) по региону в целом и по отдельным территориальным районам в пределах региона, обобщению и систематизации данных о качественном составе подземных вод региона, которые предполагается использовать как источники питьевого водоснабжения.

Острейшей проблемой населенных пунктов Западно-Сибирского региона является снабжение населения чистой питьевой водой. Одним из направлений повышения санитарной надежности систем хозяйственно-питьевого водоснабжения является использование подземных вод, особенно для малых населенных пунктов. Вода подземных источников обычно обладает высокой прозрачностью и вкусовыми качествами, характеризуется незначительным содержанием органических веществ и минимальной бактериальной загрязненностью. Однако в подземных водах нередко содержится избыточное количество минеральных веществ, прежде всего соединений железа, марганца, солей жесткости и т.д. Специфические условия работы водопроводов малых населенных пунктов требуют создания таких методов и оборудования для кондиционирования воды, которые бы обеспечивали повышенную надежность работы при минимальном объеме обслуживания. Это вызывает необходимость внедрения надежных и простых методов обработки воды.

Специфика Западно-Сибирского региона заключается еще и в том, что лишь некоторые населенные пункты, а это в основном крупные города, имеют сформировавшиеся системы водоснабжения со всеми необходимыми элементами – сети, станции водоподготовки, сооружения для хранения и подачи воды потребителю и т.п. Подавляющее большинство средних (100–250 тыс. человек) и особенно мелких (10–50 тыс. человек) населенных пунктов региона, как правило, используют для питьевого водоснабжения подземные воды, при этом не имеют станций водоподготовки, а подача воды потребителю осуществляется разрозненными децентрализованными сетями водоснабжения с водонапорными башнями на них в качестве аккумуляторов воды. Наибольшее по численности распространение имеют мелкие и средние системы водоснабжения (Q до 500 м³ в сутки), на их долю в регионе приходится около 74–76 % от общего количества.

Именно мелкие и средние системы водоснабжения населенных пунктов региона представляют собой в сложившейся экономической ситуации наибольшую проблему, поскольку настоятельная задача обеспечения населения качественной питьевой водой в полной мере относится и к этим населенным пунктам.

Анализ существующих систем водоснабжения малой и средней мощности населенных пунктов региона позволяет систематизировать их в три основные группы, различающиеся техническим оснащением и набором элементов системы водоснабжения: децентрализованная система водоснабжения населенного пункта с основными элементами: водозабор (одна или несколько водозаборных скважин), подающий воду в водонапорную башню; сети, как правило, примыкающие к водонапорной башне и разводящие воду потребителю, при этом групп «башня-сеть» может быть несколько в зависимости от местных условий, расположения водозаборных скважин, планировки населенного пункта и т.д.; децентрализованная система с одной или несколькими водозаборными скважинами, группами элементов «башня-сеть» и несколькими (число может быть произвольным) индивидуальными (частными) или ведомственными (принадлежащими какому-либо предприятию) водозаборными скважинами; система водоснабжения, приближенная к централизованной (характерна для средних населенных пунктов): водозабор, состоящий из группы скважин, регулирующий резервуар-накопитель, насосная станция, подающая воду в группу или группы «башня-сеть».

Следует отметить, что наиболее распространенными являются системы водоснабжения, относящиеся к первой и второй группе, формировавшиеся по мере развития населенного пункта. Несмотря на их кажущуюся примитивность, в отношении надежности и эксплуатации они имеют ряд положительных сторон, а именно: достаточную гибкость в управлении (каждый условный район населенного пункта имеет автономную систему водоснабжения); независимость групп «башня-сеть» друг от друга в общей системе водоснабжения населенного пункта; лучшую, по сравнению с централизованными системами, ремонтопригодность, т.к. отдельные группы (группа) «башня-сеть» могут выводиться на профилактические или ремонтные работы, в то время как остальная часть системы водоснабжения населенного пункта находится в работе.

Различие качественного состава подземных вод Западно-Сибирского региона от северных районов к южным, используемых для питьевого водоснабжения, обусловливает необходимость применения различного оборудования для их очистки перед подачей потребителю. Западно-Сибирский регион отличается тем, что подземные воды благоприятные, как правило, в санитарном отношении содержат перечень загрязнений, концентрация которых значительно превышает нормируемые показатели, например, Fе, Mn, NH₄, CH₄, H₂S и др.

Наиболее приемлемыми в сложившейся в настоящее время экономической ситуации, с точки зрения единовременных затрат и последующей эксплуатации, для подавляющего большинства малых и средних населенных пунктов Западно-Сибирского региона являются варианты:
 а) установка компактных водоочистных станций производительностью до 100 м³ в сутки на базе водонапорной башни;
 б) установка водоочистного оборудования коллективного пользования (на группу домов) производительностью 20–30 м³ в сутки;
 в) установка водоочистного оборудования индивидуального пользования (на отдельный дом) производительностью 3–5 м³ в сутки.

Как дополнительный вариант можно рассматривать применение блочных мобильных компактных водоочистных станций производительностью до 1500 м³ в сутки для населенного пункта в целом, однако этот вариант требует серьезных капитальных вложений, что в настоящее время вряд ли возможно.

Коллективом сотрудников ТГАСУ применительно к условиям эксплуатации в Западно-Сибирском регионе разработаны модульные станции очистки воды производительностью от 100 до 3000 м³/сут., рассчитанные на обеспечение водой как отдельно стоящих объектов, вахт, так и небольших населенных пунктов (поселков, сел, районных центров) [1, 2].

Станции представляют собой изделия полной заводской готовности (рис. 1) и могут транспортироваться к месту автомобильным, железнодорожным или речным видами транспорта.

Рисунок 1. Общий вид модульной станции (Q до 500 м3/сут.)

Технологическое оборудование станции размещается в комбинированном модульном блоке, включающем узлы интенсивной аэрации сырой воды, окисления, деаэрации и двухступенчатого фильтрования.

Аэрирование сырой воды может осуществляться в вихревых аэраторах-дегазаторах воздухом [3, 4] или в многоканальных противоточных колоннах [5] озоновоздушной смесью, при этом в последнем случае перед подачей на последующие узлы очистки вода подвергается деаэрированию с целью отделения остаточного озона. Очистка воды осуществляется последовательно на одно и двухступенчатых напорных фильтрах с зернистой загрузкой. В качестве фильтрующего материала используется альбитофир природного происхождения. Материал сертифицирован для целей питьевого водоснабжения Минздравом РФ.

Технологическая схема мобильной станции позволяет периодически регенерировать фильтры каждой ступени очистки. По мере необходимости возможна замена отдельных элементов станции: демонтаж оборудования, фильтров, замена фильтрующего материала и т.д.

Станции производительностью до 500 м³ в сутки размещаются в одном блоке (3,5 х 8 м), производительностью до 1500 м³ в сутки в двух блоках, производительностью 3000 м³ в сутки – в трех блоках (табл. 1).

Таблица 1 Технические характеристики станций средней мощности

1. Пропускная способность по воде, м3/сут. до 500 до 1500 2. Количество боксов, шт. 1 2 3. Установленное насосное и воздуходувное оборудование:   К 20/30 (КМ 20/30), шт. 1 - К 45/30 (КМ 45/30), шт. 1 4 Вентилятор № 3,15 , шт. 1 2 Озонатор производитель-ностью по О3, г/ч до 50 до 100 4. Габаритные размеры бокса (ширина, длина, высота), м 3,5 х 8 х 3,5 3,5 х 8 х 3,5 5. Установленная мощность, кВт 12 25 6. Расход воздуха, м3/м3 3–5 3–5 7. Способ обеззараживания – озонирование или УФО + +

* Качество обработанной воды соответствует ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая»

Сборно-разборный вариант ограждающих конструкций позволяет, при необходимости, снять панели или крышу для выполнения каких-либо профилактических или ремонтных работ. Строительная конструкция представляет собой сборно-разборный бокс. На монтажной плите-днище смонтировано все технологическое оборудование, а утепленные панели стен и крыша навешиваются на каркас бокса. Конструкция каркаса бокса предусматривает утепление и уплотнение стыковых соединений панелей и крыши.

Станции прошли длительные испытания в северных районах Томской области (п. Каргасок – 1 станция, с. Александровское – 3 станции) и показали удовлетворительные технологические характеристики по очистке воды; строительные конструкции обеспечивают надлежащие теплозащитные характеристики. За период эксплуатации температура наружного воздуха опускалась до минус 45 °С и удерживалась в течение 10–12 дней. Блок-боксы станций при этом обеспечивали температуру внутри помещения плюс 15 °С.

Коллективом сотрудников ТГАСУ проводились исследования по изучению эффективности озонирования подземных вод на экспериментальной (разработка ТГАСУ) промышленной станции [6], смонтированной в ПО ЖКХ п. Каргасок (Томская обл.). Фактическая производительность станции, обслуживающей потребности районной газовой котельной и прилегающей части поселка, за период промышленных испытаний составила 400–480 м³/сут. Станция предназначена для очистки сырой артезианской воды, забираемой скважиной (глубина 147 м).

Для генерации озона с целью озонирования сырой воды использовались озонаторы с пластинчатым металлостеклянным разрядником и импульсным высоковольтным генератором*. Синтез озона в озонаторах данного типа осуществляется непосредственно из атмосферного воздуха без предварительной его очистки и осушки путем продува воздуха через разрядник. Озонаторы устанавливались в герметичной озонаторной камере для концентрирования озоновоздушной смеси. Из камеры обогащения озоновоздушная смесь через аэраторы нагнеталась в обрабатываемую воду в озонаторной многоканальной колонне, обеспечивающей требуемое перемешивание, растворение и продолжительность контакта (в период испытаний 3–20 мин.) [4, 7].

Эффективность очистки воды оценивалась по качеству исходной и очищенной воды, которое контролировалось по показателям, определяемым ГОСТ «Вода питьевая».

Для отработки технологических параметров работы отдельных узлов станции качество воды изучалось и на отдельных этапах ее очистки, в частности, детальному изучению подвергалась работа озонаторной колонны с целью определения эффективности ее технологических параметров (работа колонны в качестве барботажного узла и узла окисления) и работа напорных фильтров.

В ходе промышленных испытаний определялись доза озона, продолжительность контакта озона с очищаемой водой, эффективность последующей очистки при одно и двухступенчатом фильтровании. В процессе исследований отрабатывались параметры технологической схемы станции очистки с целью выработки рекомендаций для инженерных расчетов и проектирования подобных станций для Западно-Сибирского региона.

Следует отметить, что по бактериологическим показателям сырая вода, забираемая из скважин и подаваемая на станцию очистки, соответствовала ГОСТ, поэтому в начальный период испытаний было выполнена лишь серия контрольных анализов воды до и после очистки, показавших ее безопасность в санитарном отношении, и в дальнейшем эти анализы выполнялись лишь периодически.

Задача исследований работы озонаторной колонны заключалась в определении эффективности растворения озона от степени диспергирования озоновоздушной смеси в воде, интенсивности ее подачи и продолжительности контакта в колонне; эффективности растворения озона в зависимости от числа и суммарной длины каналов колонны (оценивалась по расчету баланса концентраций озона в отходящем воздухе, в обрабатываемой воде при постоянной концентрации его в подаваемой озоновоздушной смеси); эффективности растворения озона (определялась по дозе озона в обрабатываемой воде), от способа ввода озоновоздушной смеси: подача через крупнопузырчатые аэраторы (дырчатая труба, обтянутая сеткой) в придонную часть рабочей камеры колонны; через мелкопузырчатые аэраторы под слой воды 0,5–0,7 м в рабочей камере колонны [8, 9]; низконапорный поддув озоновоздушной смеси под дождевальный узел и, как вариант, низконапорный поддув с последующей аэрацией воды в колонне воздухом через крупнопузырчатые аэраторы.

За период испытаний было установлено, что сезонные изменения качества подземных вод, подаваемых на очистку, незначительны, поэтому в задачу данных исследований не входило определение влияния исходных показателей качества воды на эффективность процесса растворения озона (например, влияние температуры воды, рН и т.д.).

Таблица 2 (подробнее) Результаты промышленных испытаний станции очистки воды*

Все исследуемые режимы работы узла озонирования воды на экспериментальной станции дополнительно сопровождались определением эффективности очистки воды при изменении параметров озонирования. В качестве базового варианта сравнения исследовался режим очистки воды по традиционной технологии: аэрация исходной воды воздухом в колонне через заглубленные аэраторы с последующим фильтрованием.

Полученные результаты показали (табл. 2), что при очистке подземных вод требуемая эффективность (соответствие ГОСТ), при использовании традиционной технологии, обеспечивается лишь при скоростях фильтрования до 8 м/ч. Использование озона в качестве окислителя в технологии предварительной обработки воды перед фильтрованием позволяет интенсифицировать процесс очистки в целом, при этом производительность технологического процесса очистки зависит от способа ввода озона в обрабатываемую воду.

Проведенные промышленные испытания позволили определить наиболее эффективные режимы озонирования воды, которые могут быть положены в основу технологических схем проектируемых станций в зависимости от качественного состава подземных вод, подлежащих очистке, наличия требуемого технологического оборудования, возможностей его приобретения или изготовления. На основании результатов промышленных испытаний были разработаны технические рекомендации для проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации станций средней мощности (до 3000 м³/сут.).

Рисунок 2. (подробнее) Принципиальные схемы комбинированных установок а) с клапаном- аэратором; б) с блоком УФО; А – камера аэрации; В – блок УФО; Ф-1, Ф-2 – фильтрующие элементы; 1, 2 – подача исходной и отвод чистой воды; 3 – сброс промывной воды; 4 – опорожнение, сброс первого фильтрата

Рекомендации переданы в «ТомскНИПИНефть» и ГУП «Инжкомсервис» для дальнейшего использования на предприятиях ПО ЖКХ для систем хозяйственно-питьевого водоснабжения малых и средних населенных пунктов.

Наиболее приемлемой с точки зрения комплектования технологическим оборудованием и эксплуатации станций является технология предварительной обработки воды озоновоздушной смесью путем подачи ее в озонаторную колонну под дождевальный узел с последующим фильтрованием со скоростями до 16 м/ч, при этом качество очищенной воды соответствует ГОСТ.

Диспергирование озоновоздушной смеси непосредственно в обрабатываемой воде через различные аэраторы позволяет добиться более высокого качества воды при повышенных, по сравнению с традиционной технологией, скоростях фильтрования (до 12–25 м/ч в зависимости от способа ввода озоновоздушной смеси).

Эффективность процесса озонирования, как технологического процесса, зависит не только от производительности генератора озона, но и во многом от эффективности контакта озоновоздушной смеси с обрабатываемой водой, а именно от эффективности перемешивания и растворения озона в воде, что в свою очередь влияет на скорость протекающих процессов окисления. Следует также учитывать и факторы, влияющие на скорость деструкции озона (температура, наличие в воде окислителей, металлов и т.д.).

Поскольку станции работали в периодическом режиме (объясняется неравномерностью водоразбора или полным отсутствием его в ночные часы), требовалось использование аэраторов, удовлетворяющих следующим требованиям: максимальное диспергирование озоновоздушной смеси, защищенность от загрязнения окислами железа, возможность оперативной регенерации.

Разработанные конструкции аэраторов [9] для подачи и диспергирования озоновоздушной смеси показали за период испытаний удовлетворительную и надежную работу.

При подаче озоновоздушной смеси внутрь перфорированной сердцевины аэратора давление внутри нее повышается, озоновоздушная смесь через перфорацию поступает под кольца, при этом последние давлением воздуха раздвигаются, и между ними образуется воздухопроводящие щели, через которые озоновоздушная смесь в виде мелких пузырьков поступает в обрабатываемую воду, насыщая ее озоном. Выходящая из перфорированной сердцевины смесь проходит через ряд щелей, образующихся между кольцами, многократно при этом диспергируясь на мелкие пузырьки. В случае засорения зазора между кольцами давление внутри сердцевины повышается, кольца раздвигаются, и загрязнения давлением воздуха выталкиваются в жидкость. Величина зазоров регулируется и обусловлена жесткостью пружины, подобранной на требуемый режим работы аэратора и обеспечивающей требуемое диспергирование озоновоздушной смеси.

Искусственную регенерацию аэрирующей поверхности аэратора можно осуществлять попеременным кратковременным резким искусственным повышением и понижением давления внутри сердцевины, при этом зазоры аэратора освобождаются от загрязнений.

В случае прекращения подачи озоновоздушной смеси (в ночные часы, когда станция не работает), давление внутри сердцевины падает и кольца, подпружиненные крышкой, сжимаются между собой, предотвращая доступ воды внутрь аэратора.

В качестве варианта исследовалась возможность низконапорного поддува озоновоздушной смеси под дождевальный узел в озонаторной колонне. Колонна представляет собой герметичный резервуар, оборудованный системой вентиляции, при этом нижняя часть выполняет роль контактной камеры озона с обрабатываемой водой, а верхняя оборудована оголовком для ввода обрабатываемой сырой воды, ее диспергирования, деаэрации и насыщения озоновоздушной смесью. Внутри оголовка установлена эжекторная насадка для смешивания обрабатываемой воды с подсасываемым из каналов колонны частично отработанным озоном. Над оголовком установлен вихревой аэратор для дегазации сырой воды и первичного насыщения ее кислородом атмосферного воздуха.

Озоновоздушная смесь подводится в колонну через аэраторы, позволяющие тонко диспергировать озоновоздушную смесь. Необходимая степень массопередачи озоновоздушной смеси в обрабатываемую воду обеспечивается высотой и пористостью дождевателя, установленного в оголовке под эжекторной насадкой. Требуемая продолжительность контакта воды с озоном, необходимая для протекания реакций окисления, обеспечивается объемом и числом каналов в колонне, которые обрабатываемая вода последовательно проходит от узла ее ввода в колонну до выпуска.

Дегазация сырой воды и предварительное ее насыщение кислородом осуществляется в пенном слое, образуемом факелом разбрызгиваемой через насадку в вихревом аэраторе воды, завихряемым принудительно подаваемым воздухом.

В процессе промышленных испытаний станций и отработки вариантов технологии в зависимости от качественного состава исходной воды удалось установить, что при обработке подземных вод с невысоким содержанием Fеобщ, Мn, при отсутствии сероводорода и невысоком содержании NH₄ (в основном это подземные воды юго и юго-восточных областей Западно-Сибирского региона) целесообразнее осуществлять поддув обогащенного озоном воздуха непосредственно в вихревой аэратор. Это позволяет использовать в технологии водоподготовки низконапорное воздуходувное оборудование (вентиляторы) и применять малопроизводительные озонаторы.

На основании проведенных исследований и промышленных испытаний экспериментальных станций разработана проектно-конструкторская документация, изготовлены, смонтированы и запущены в эксплуатацию блочно-комплектные станции очистки подземных вод производительностью 500 м³/сут. в ПО ЖКХ с. Александровское (3 шт.), п. Каргасок (2 шт.), производительностью до 800 м³/сут. в п. Каргасок Томской области. Передана рабочая документация для изготовления и монтажа блочных станций (500 м³/сут.) в р/ц Парабель, Молчаново (Томская обл.). С целью изготовления и монтажа экспериментальной промышленной станции очистки подземных вод производительностью 3000 м³/сут. для нефтегазодобывающего предприятия в г. Новый Уренгой (Ханты-Мансийский автономный округ) передана рабочая документация в СП «Модус Корпорейшн» (Россия-Франция, г. Сургут, Тюменская обл.).

Строительство индивидуальных домов, занимающее в настоящее время значительное место в реализации общегосударственных программ «Жилище», «Свой дом» требует комплексного решения вопроса инженерного обеспечения. Комфортность жилья обеспечивается не только его архитектурой, но и во многом зависит от качества и надежности инженерных систем: водоснабжения, канализации и др.

Система водоснабжения, обеспечивающая жилье качественной водой при сравнительно невысоких капитальных и эксплуатационных затратах занимает одно из главных мест в общей системе жизнеобеспечения жилья.

Создание индивидуальных систем водоснабжения для отдельного дома, группы индивидуальных домов становится актуальной, с одной стороны, по причине постоянно повышающихся тарифов за воду, забираемую из централизованных систем водоснабжения, с другой стороны – если присоединение к централизованной системе водоснабжения по каким-либо причинам невозможно или экономически невыгодно (удаленность от централизованных систем водоснабжения, значительные затраты на присоединение к сетям и т.п.). Особенностью индивидуального водоочистного оборудования, а также условий его эксплуатации в составе автономных инженерных систем жилого дома в Западно-Сибирском регионе является небольшая производительность (1–5 м³/сут.), неравномерность водоразбора в течение суток, дней недели и сезона. При этом оно должно отличаться компактностью, максимальным удобством в обслуживании и обеспечивать надежную очистку исходных подземных вод определенного состава до питьевого стандарта.

Рисунок 3. Общий вид водоочистных установок индивидуального пользования

Разработанные авторами конструкции индивидуальных (рис. 2, 3) и коллективных (рис. 4, 5) установок очистки подземных вод для питьевого водоснабжения сельских домов в Западно-Сибирском регионе учитывают не только специфику качественного состава вод, но и специфику водопотребления воды населением в данном регионе (продолжительность и интенсивность водоразбора по часам суток и сезонам года, нормы расходования воды на человека, средний состав семьи и т.д.) [10, 11].

Конструктивные особенности водоочистных установок учитывают не только вышеуказанные региональные факторы, но и требования потребителей к качеству очищенной воды, например, если по некоторым показателям требуется повышенное, по сравнению с ГОСТ, качество воды. Существующие на сегодняшний день системы водоснабжения сельских населенных пунктов позволяют кардинально изменить ситуацию по снабжению населения качественной питьевой водой. Как правило, сельские населенные пункты имеют в качестве источника водоснабжения артезианскую скважину (одну или несколько), например, в Томской области таких сельских населенных пунктов более 75 %, а в качестве аккумулятора воды – одну или несколько (1–3) водонапорных башен. Как правило, эти два звена составляют основу системы водоснабжения населенного пункта.

Рисунок 4. Установка водоподготовки коллективного пользования с озоно-воздушным поддувом А – вихревой аэратор; В – рассеивающий слой; С – озонатор; D - блок УФ-обеззараживания воды; Ф-1, Ф-2 – фильтрующие элементы; 1 – подача исходной воды; 2 – отвод очищенной воды; 3 – отвод промывной воды; 4 – опорожнение, сброс первого фильтрата.

Во многих сельских населенных пунктах частное индивидуальное жилье имеет свои водозаборные скважины и не пользуется услугами систем водоснабжения населенного пункта.

Водопроводные разводящие сети, подающие воду от башен к жилью по своему исполнению, конфигурации (разветвленность сетей), используемым материалам труб, по способам их прокладки и наличию сооружений на них (водоразборные колонки, пожарные гидранты и т.д.) настолько разнолики, что не поддаются какой-либо приемлемой систематизации. Однако это не может помешать решению проблемы усовершенствования систем водоснабжения сельских населенных пунктов.

Рисунок 5. Общий вид водоочистных станций коллективного пользования

На основании исследований, проводимых коллективом сотрудников ТГАСУ в различных районах Западно-Сибирского региона (Томская, Тюменская, Кемеровская, Новосибирская области и Алтайский край), достаточно широкого использования в практике водоочистки разработанных ТГАСУ станций малой и средней мощности, доведена до производства серия индивидуального водоочистного оборудования, предназначенного для очистки подземных вод (рис. 3, 5). Следует отметить, что выбор водоочистного оборудования требует достаточно корректной оценки качества подземных вод, подлежащих очистке и использованию для питьевых целей. Техническая характеристика разработанного водоочистного оборудования приведена в табл. 3.

Таблица 3 Характеристика водоочистных установок

Характеристики УВП – 3 УВП – 6 УВП - 10* УВП – 20* Производительность, м3/сут. 3 6 10 20 Количество обслуживае- мых жителей, чел. 4–8 6–10 до 50 до 100 Габаритные размеры, мм (длина х диаметр) 1100 х 100 1100 х 150 1100 х 200 1100 х 300 Требуемый напор, м 4–6 5–8 до 15 до 15 Метод обеззараживания УФО УФО УФО УФО Расход потребляемой электроэнергии, кВт 0,06 0,06 0,5 0,5–0,7

* установки коллективного пользования (на группу индивидуальных домов)

В качестве варианта для сельского дома с подворьем и приусадебным участком, имеющего собственную водозаборную скважину, авторами разработан комбинированный бак-аккумулятор воды с встроенной водоочистной установкой (рис. 6). Бак одновременно выполняет две функции: служит как накопитель воды, а встроенный комбинированный фильтр обеспечивает очистку подземных вод до требований ГОСТ. Емкость бака-аккумулятора определяется исходя из ежесуточного количества расходуемой воды на хозяйственно-питьевые нужды, а производительность водоочистной установки – исходя из максимального часового расхода воды в сезон максимального потребления воды (как правило, летний период).

Как технологическое сооружение, бак-аккумулятор на индивидуальной системе водоснабжения сельского жилого дома выполняет функции окисления сырой воды, ее дегазации, аэрирования и очистки. Бак может устанавливаться в чердачном помещении жилого дома, либо любой надворной постройки, кроме этого может устанавливаться на отдельной эстакаде в удобном для пользования месте. В зависимости от места его установки, в отдельных случаях его требуется утеплять на зимний период.

Рисунок 6. Бак-аккумулятор воды индивидуального пользования 1 – аккумулятор; 2 – комбинированный фильтрующий элемент; 3 – аэрационная камера; 4 – эжекторный аэратор; 5 – рассеивающий слой; 6 – блок УФО; 7, 8 – подвод исходной и отвод очищенной воды

Длительные промышленные испытания различного водоочистного оборудования для очистки подземных вод в различных районах Томской, Кемеровской, Тюменской и Свердловской областей на системах водоснабжения малой мощности (до 5 м³/сут.) индивидуальных домов показали их удовлетворительную и надежную работу.

Малогабаритные станции производительностью до 100 м³/сут. смонтированы и запущены в эксплуатацию на системах водоснабжения предприятий в г. Рубцовск (Алтайский край), п. Яя (Кемеровская обл.); ДОЦ «Дружба», «Солнышко», «Лукоморье», «Юный Томич» (с. Аникино, Томская обл.), ДОЦ «Солнечный» (п. Калтай, Томская обл.), в р/ц Молчаново и Парабель (Томская обл.), г. Сургут (Тюменская обл.), Томском филиале АО «Сибмост» (г. Томск), гг. Сухой Лог, Богданович, Екатеринбург (Свердловская обл.) и др.

Разработана рабочая проектно-конструкторская документация, и на ее основании изготовлена и внедрена малая серия водоочистных установок на системах водоснабжения индивидуальных жилых домов в поселках: Аникино, Тимирязево, Кисловка, Наука, Якорь, Каргасок; с. Александровское, с. Кожевниково и р/ц Молчаново (Томская обл. – всего 24 шт.), п. Яя (Кемеровская обл. – 8 шт.), г. Рубцовск (Алтайский край – 6 шт.), г. Сургут (Тюменская обл. – 4 шт.), г. Екатеринбург (1 шт.), в цехах приготовления и розлива минеральной и газированной воды в с. Зырянское, п. Шегарка и п. Чажемто (Томская обл. – 4 шт.).

С целью разработки эффективных, надежных и простых в эксплуатации технологий и водоочистного оборудования, в натурных условиях населенных пунктов региона коллективом сотрудников ТГАСУ проводятся комплексные технологические исследования. В результате экспериментальных исследований разрабатываются технологии, позволяющие получить кондиционную воду, соответствующую современным требованиям.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеев М. И., Дзюбо В. В. Исследование технологии очистки подземных вод и разработка индивидуального водоочистного оборудования// Известия вузов. Строительство. № 10, 1998, с. 88-93.

2. Дзюбо В. В., Алферова Л. И. Автономная станция водоснабжения из подземных источников// Информационный листок № 258-96. Томск; МТЦНТИиП, 1996. 4 с.

3. Дзюбо В. В., Алферова Л. И. Аэрация-дегазация подземных вод в процессе очистки// Водоснабжение и санитарная техника. № 6, 2003, с. 21-25.

4. Дзюбо В. В., Алферова Л. И. Изучение кинетических параметров процесса аэрации дегазации подземных вод // Вестник Томского государственного арх.-стр. ун-та.-Томск: ТГАС, №1 (6), 2002, с. 171-181.

5. Дзюбо В. В., Алферова Л. И. Многоканальная противоточная озонаторная колонна// Информационный листок № 234-96. Томск; МТЦНТИиП, 1996, 4 с.

6. Дзюбо В. В. Исследование возможности и эффективности озонирования подземных вод Западной Сибири для питьевого водоснабжения// Известия Вузов. Строительство, № 6, 1997, с. 85-89.

7. Дзюбо В. В. Эффективность озонирования в процессе очистки подземных вод// Вестник Томского гос. арх.-стр. ун-та. Томск; ТГАСУ, № 1, 2004, с. 107-115.

8. А.с. 1370090 СССР, МКИ СО₂F 3/20. Устройство для аэрации жидкостей/ Дзюбо В. В.Опубл. 30.01.88. Бюл. № 4.

9. Дзюбо В. В. Пневматические аэраторы для насыщения жидкостей газами// Научно-технические разработки: водоснабжение и водоотведение: Сборник информационных материалов. Томск; МТЦНТИиП, 1995, 42 с.

10. Дзюбо В. В., Алферова Л. И. Малогабаритное водоочистное оборудование для индивидуального жилья в сельской местности Западной Сибири// Проблемы питьевого водоснабжения и пути их решения: Сборник материалов научно-технического семинара. М.: ВИМИ, 1997, с. 98-103.

11. Дзюбо В. В., Алферова Л. И., Черкашин В. И. Водоочистные системы для индивидуального дома// Сельское строительство, №1, 1998, с. 35-37.