Підвищення екологічної безпеки питного водопостачання шляхом інтенсифікації процесу окислення органічних речовин

Abstract

Дисертація присвячена підвищенню рівня екологічної безпеки питного водопостачання і попередження загрози для здоров’я та життя людини, що виникає при функціонуванні техногенних і природних систем, шляхом удосконалення станцій очищення питної води із застосуванням апаратів магнітної обробки води перед подачею на озонування. Проведено системний аналіз процесів формування екологічної небезпеки в питному водопостачанні. Запропоновано спосіб інтенсифікації процесу окиснення органічних речовин озоном за рахунок використання попередньої магнітної обробки води. Експериментально визначені оптимальні технологічні параметри роботи апаратів магнітної обробки в процесах очищення питної води. Розроблено принципову технологічну схему реалізації магнітної обробки на діючих водопровідних станціях та запропоновано методику інженерного розрахунку конструктивно-технологічних параметрів апаратів магнітної обробки.

Диссертация посвящена повышению уровня экологической безопасности питьевого водоснабжения и снижению угрозы для здоровья и жизни человека, возникающей при функционировании техногенных и природных систем, путем усовершенствования станций очистки питьевой воды с применением магнитной обработки воды перед подачей на озонирование. Определена проблематика формирования экологической опасности в питьевом водоснабжении. Проведена оценка экологического состояния поверхностных источников питьевого водоснабжения за показателями содержания органических веществ. Установлена корреляция между качеством питьевой воды, которая подается населению, и качеством воды в источниках водоснабжения, что свидетельствует о низкой эффективности работы станций водоснабжения. Проведен анализ технологических схем действующих в Украине водопроводных станций. Исследованы отечественные и зарубежные технологии удаления органических веществ из питьевой воды. Обоснован выбор наиболее перспективного способа интенсификации озонирования. Изучено влияние квантовых различий изомеров молекул воды и их соотношения на особенности прохождения физико-химических процессов в водных растворах. Установлена природа существования двух видов изомеров молекул воды, обусловленная наличием либрационных колебаний молекул воды. Также объяснена причина появления неоднородности плотности воды. Основываясь на полученных результатах, предложена физическая природа влияния магнитной обработки на свойства водных растворов и кинетику окислительно-восстановительных реакций. Исследовано влияние режимных и конструктивных параметров МО на эффективность последующего окисления органических веществ озоном. Исследовано влияние режима движения жидкости в магнитном поле на эффективность МО, отмечено возрастание эффективности МО при переходе от ламинарного к пере-ходному и турбулентному режимам. Наибольшая эффективность МО достигается при скорости изменения магнитной индукции в пределах от 700 ∙ 10-3 до 800 ∙ 10-3 Тл/с и продолжительности МО в пределах от 0,5 до 1 с. Объяснена природа сни-жения эффективности МО при повышении величины скорости изменения магни-тной индукции выше 800 ∙ 10-3 Тл/с. Установлено снижение эффективности МО с повышением кислотно-щелочной реакции водного раствора. Отмечено, что с повышением температуры водного раствора вклад МО в увеличение эффективности окисления органических веществ озоном существенно снижается. Разработана математическая модель расчета ожидаемой эффективности МО в зависимости от конструктивных и режимных параметров аппаратов МО и свойств обрабатываемого водного раствора. Проведена проверка адекватности полученной математической модели и ее прогнозных свойств. Построены линии отклика в виде графических зависимостей. Проведены оценка и анализ эффективности работы систем централизованного питьевого водоснабжения с позиций экологической безопасности на примере г. Киева. Доказана необходимость учета одновременного воздействия на здоровье всех веществ, содержащихся в воде. Установлено, что оценка качества воды по показателям соответствия нормам ПДК не отражает всех опасностей, возни-кающих при употреблении питьевой воды. Предложена методика анализа экологической безопасности систем питьевого водоснабжения, основанная на установлении величины риска развития опасности для жизни и здоровья человека Risk и количественной оценке негативных последствий, что реализуется в виде суммы лет нормальной (здоровой) жизни DALY, которые могут быть потеряны в результате преждевременной смерти, и лет, потерянных из-за неудовлетворительного состояния здоровья. Использование предложенной методики на примере г. Киева доказала ее эффективность при прогнозировании ожидаемых последствий с учетом уровня опасности, а также возрастных и половых отличий населения. Экологический эффект от включения магнитной обработки и озонирования в стационарный режим работы станции ДнВС подтвердил экологическую целесообразность разработан-ной технологии. Разработана принципиальная технологическая схема реализации магнитной обработки на действующих водопроводных станциях. Предложены рекомендации по эксплуатации аппаратов МО в системах питьевого водоснабжения и методика инженерного расчета конструктивно-технологических параметров аппаратов МО.

The thesis is devoted to improving the environmental safety of drinking water and prevent threats to human health and life, arising from the functioning technogenic and natural systems by improving drinking water purification stations using magnetic water treatment before giving on ozonation. The author conducted the system analysis of the formation of ecological danger in drinking water systems. Intensification ozonation method by using pre magnetic water treatment was proposed. The optimal technological parameters of magnetic treatment devices in the process of drinking water were experimentally determined. The author developed the principal technological scheme of magnetic treatment on the existing water treatment plants. Methods of engineering calculation of structural and technological parameters of magnetic treatment devices was proposed.