К вопросу о разработке локальных систем водоснабжения сельских населенных пунктов Казахстана
Тогабаев Е.Т.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Проектирование зданий и соружений»
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Сборник материалов І Международной научно-практической конференции «Научное обеспечение жилищно-коммунального хозяйства»./ЕНУ.- Астана, 2012
В связи с реализацией Программы по обеспечению питьевой водой населения
«Ақ-бұлақ» на 2011- 2020 годы часто поднимается вопрос о замене устаревших групповых водопроводов, особенно на севере республики локальными системами водоснабжения. Причем локальные системы водоснабжения сельских населенных мест могут быть созданы не только на базе пресноводных источников, но при их отсутствии и на базе минерализованных подземных вод. Основные сооружения локальных систем базируются вблизи подземного источника и включают сооружения для забора подземных вод, опреснительную установку с соответствующим комплектующим оборудованием, резервуары, насосную установку, а также водоводы, транспортирующие воду до объекта и распределительную сеть в пределах населенного пункта с вводом водопровода в каждый дом.
В настоящее время функционируют или находятся на стадии реконструкции не более 40 групповых водопроводов. Исходя из нормированного срока надежной эксплуатации в 25 лет их износ составляет 70% [1]. Для всех сельских систем водоснабжения характерны высокий износ водопроводных сетей и сооружений, значительные потери воды (30-40%), приводящие к большим затратам электроэнергии и реагентов и как результат к высокой стоимости воды, неразвитость и недостаточная оснащенность служб эксплуатации.
Одна из проблем водоснабжения - проблема использования минерализованных подземных вод. В республике по состоянию на 1.01.2009г. разведано 1282 месторождения подземных вод, находящихся на государственном балансе.
Эксплуатационные запасы их оцениваются в 42,3 млн.м /сут. Прогнозные ресурсы подземных вод на территории республики составляют 100,6 млн.м³/сут., в том числе минерализованных вод- 94,3 м³/сут.[1]. Эти объемы красноречиво говорят об огромном потенциале минерализованных подземных вод для обеспечения сельского населения питьевой водой гарантированного качества и в необходимом количестве при условии предварительного их опреснения на современных опреснительных установках.
По данным института «Казгипроводхоз» по распределению сельских водопотребителей в зависимости от минерализации исходной воды следует, что 2776 населенных пунктов (82% от их общего количества) находятся на территории, где минерализация воды источников составляет до 5 г/л.[2].
При решении вопросов водоснабжения населенных пунктов большое значение имеет удаленность их от пресноводных источников. Это влияет на стоимость и качество транспортируемой воды. В республике расстояние сельских населенных пунктов (75,3% от общего количества) до ближайших источников колеблется от 40 до 110 км. Это обстоятельство вызывает необходимость доставлять пресную воду автомобильным, железнодорожным или трубопроводным транспортом. По данным отдельных авторов [2] стоимость таких перевозок в 8-10 раз дороже, чем опреснение воды на месте. Из существующих методов опреснения солоноватых вод для создания локальных систем водоснабжения сельских населенных пунктов на базе минерализованных подземных вод наиболее предпочтительными являются
электродиализ и обратный осмос. При выборе одного из этих методов следует исходить, прежде всего, из экономических соображений. Как известно, стоимость опреснения воды зависит от солесодержания исходной воды и производительности опреснительной установки. Стоимость опреснения 1 м³ воды снижается с увеличением производительности опреснительной установки, так как затраты на строительство вспомогательных сооружений, приобретение вспомогательного оборудования и средств управления и автоматизации процесса опреснения, также как и заработная плата эксплуатирующего персонала увеличивается с увеличением производительности опреснительной установки лишь в небольшой степени и удельное значение их в стоимости опреснения воды уменьшается с увеличением производительности установки. По-разному изменяется стоимость опреснения воды различными методами при изменении солесодержания опресняемой воды. Во всех случаях увеличение солесодержания опресняемой воды обусловливает увеличение стоимости ее опреснения.
Здесь необходимо внести ясность в понятия стоимость и себестоимость. Говоря о стоимости, мы подразумеваем «стоимость процесса опреснения», себестоимость означает «себестоимость 1 м³ опресненной воды».
С технологической точки зрения мембранные процессы, к которым относят электродиализ и обратный осмос, являются инновационными. Развитие их идет чрезвычайно интенсивно – технологии упрощаются, совершенствуются мембраны, аппараты, установки, расширяются области применения: для каждого типа воды, для каждого случая разрабатывается собственный технологический процесс. Мембранные методы обладают огромным преимуществом по сравнению с классическими методами, поскольку позволяют удалить из воды все виды загрязнений.[3]
Для сравнения двух мембранных методов опреснения воды – электродиализа и обратного осмоса и выявления более эффективного метода отдельные исследователи [4] предлагают сопоставление проводить по трем доминирующим факторам:
- предварительная подготовка воды;
- частота замены мембран;
- энергоемкость процесса.
В процессе электродиализа через мембраны мигрируют анионы и катионы, при этом основной поток опресняемой воды движется параллельно мембранам, а в обратноосмотических аппаратах вода продавливается под давлением через мембрану.
Поэтому предподготовка воды перед обратным осмосом должна быть более тщательной и иногда достигает 6-8 стадии, в то время для электродиализа достаточно 1-2. Трудности внедрения обратного осмоса связаны с проблемой борьбы с осадкообразованием. Для обеспечения стабильности работы обратноосмотических установок фирмы - изготовители предъявляют жесткие требования к качеству воды, подаваемой на установку.
Возникает необходимость применения глубокой предварительной очистки перед обратноосмотической установкой, которая может включать осветление, умягчение, обезжелезивание, сорбцию на активированном угле, дозирование кислоты и ингибиторов. По этой причине рекомендуемые схемы предочистки часто оказываются дороже самих установок обратного осмоса и содержат много ступеней, что затрудняет эксплуатацию и удорожает процесс.
Мембраны обратного осмоса тонкие, чрезвычайно чувствительны к пересыханию, реально сохраняют свои свойства от 6 месяцев до года. Эти мембраны не подлежат регенерированию. Поскольку в аппаратах обратного осмоса стоимость мембран составляет около 50 % от стоимости установок, то каждые полтора - два года стоимость установок удваивается. Мембраны для электродиализа грубые, композитные, чрезвычайно прочные; после высыхания восстанавливают свои свойства;
легко регенерируются растворами кислот. Срок службы мембран – до 8 лет.
При сравнении по энергоемкости процессов экономическое сопоставление позволяет установить, что при опреснении воды с солесодержанием свыше 12 г/л в электродиализных аппаратах традиционной конструкции преимущество аппаратов обратного осмоса не вызывает сомнений, в других случаях целесообразно проводить сравнительные исследования.
Таким образом, для создания локальных систем водоснабжения сельских населенных пунктов на базе минерализованных подземных вод имеются достаточные запасы подземных вод, не считая запасов вод соленых озер, экономически оправданная для солоноватых вод, испытанная и постоянно совершенствуемая технология электродиализного опреснения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Программа «Ақ-бұлақ» на 2011-2020 гг., утв. постановлением Правительства РК от 24 мая 2011 г. № 570.
2. Гасанов П.М. Опреснение минерализованных вод в сельском хозяйстве. Алма- Ата: Изд-во « Кайнар»,1976.168с.
3. Первов А.Г. Современные высокоэффективные технологии очистки питьевой и технической воды с применением мембран. М.: Изд-во АСВ,2009.232 с.
4. Пилат Б.В. Основы электродиализа. М.:Аввалон, 2004.
