Проблема управления процессом очистки воды на очистных сооружениях водопровода города Вологды приобретает особую актуальность в период весеннего половодья и осенних паводков, когда в исходной воде повышаются окисляемость, цветность и другие показатели, в то время также появляется необходимость оперативного реагирования в условиях резкого ухудшения показателей качества для того, чтобы к потребителям вода поступала соответствующей требованиям стандарта независимо от колебаний уровня загрязнения в водоисточнике.
Водный режим реки Вологды характерен для рек Европейской территории России, имеющих обычно смешанное питание с преобладанием снегового. На долю весеннего половодья приходится – 83 – 84%, на лето – осень 13 – 14 % и на зиму 2,8 – 3,0%. Весеннее половодье начинается в середине апреля и заканчивается во второй декаде мая, имея среднюю продолжительность 25 – 0 дней.
Начало летней межени приходится на вторую декаду мая. Река в период летней межени не пересыхает Минимальные уровни и расходы отмечаются в течение 2,5 – 3,0 недель в конце июля – начале августа.
В сентябре межень нарушается дождевыми паводками, при прохождении которых средняя высота подъема уровней составляет 1,5 – 2,0 м над меженными. В середине ноября отмечается образование ледового покрова, который достигает максимальной толщины в начале марта. В этот же период отмечается и минимум стока. Река на исследуемом участке не перемерзает. Толщина льда к концу зимы достигает 0,6 – 0,8 м. Весенний ледоход наблюдается в середине апреля, его продолжительность 5 – 7 дней, полностью ото льда река очищается в третьей декаде апреля.
По химическому составу воды рек бассейна относятся к гидрокарбонатно-кальциевому классу, по реакции pH-щелочные.
Исходя из химического состава прослеживаются основные факторы, определяющие условия формирования качества поверхностных вод:
– климат;
– характер почв и растительного покрова;
– антропогенное воздействие.
Климатические условия определяют направленность процесса почвообразования и водный режим территории. Постоянное превышение осадков над испарением создает предпосылки для развития дерново-подзолистых, суглинистых и песчаных почв, а в пониженных участках рельефа – торфяно-болотных почв.
Подзолистые и болотные почвы характеризуются хорошей вымываемостью от легко растворимых соединений (сульфатов и хлоридов), поэтому они в малой степени обогащают речные воды ионами и в значительной мере – органическими веществами.
О наличии органического вещества в речных водах судят по величинам цветности и окисляемости (перманганатной и бихроматной), а также по биологическому потреблению кислорода (БПКп). С увеличением цветности увеличивается и окисляемость.
Биогенные вещества в воде рек образуются в результате превращений, которым подвергаются продукты распада растительных и животных останков, но в основном приносятся с поверхностными и грунтовыми водами. Наличие биогенных соединений обычно характеризуется присутствием в водах азота аммонийного, нитратов, нитритов, фосфатов и железа.
Согласно химическим анализам, выполненным лабораторией МУП «Водоканал», колебания химического состава вод р. Вологды достаточно высоки. Однако прослеживаются отдельные закономерности изменения состава по сезонам.
В воде рек, используемых для хозяйственно-питьевых и других нужд населения, а также для рыбохозяйственных целей, нормируется содержание как отдельных химических веществ, так и их комплексов. Все химические вещества, оказывающие вредное воздействие на здоровье человека, санитарное состояние и рыбную продуктивность водных объектов, подразделяются на группы по так называемому лимитирующему признаку вредности (ЛПВ).
При гигиеническом нормировании качества воды выделяют три группы загрязняющих веществ:
– вещества санитарно-токсикологического действия, оказывающие прямое влияние на здоровье населения (токсичные вещества, возбудители заболеваний, пестициды, и др.),
– вещества общесанитарного действия, оказывающие неблагоприятное влияние на общий санитарный режим водных объектов (легко окисляющиеся органические вещества, активный хлор и др.);
– вещества органолептического действия, придающие воде вкус, запах и цвет (железо, марганец, нефть, фенол и др.).
На водоочистных сооружениях (ВОС) накоплен значительный объем информации по количественным и качественным характеристикам исходной воды, анализ которой позволяет делать различные прогнозы. Но в настоящее время эта информация хранится в виде рукописных журналов, и возможности работы с ней ограничены.
В период 1998 – 2000 гг. кафедрой ВиВ ВоГТУ и ЦГСЭН ВО в порядке личной инициативы была выполнена работа по поиску вариантов обработки информации по качеству исходной воды и использования результатов для управления процессом водоподготовки.
Целью данной работы являлось создание информативной оболочки управления базой данных с возможностью наращивания данных, автоматизированного поиска по заданным параметрам, обработки полученной информации, а также получение набора рекомендаций для управления технологическим процессом на ОС.
С развитием компьютерных технологий стало возможным применение ЭВМ для хранения и обработки больших массивов информации. Наиболее удобными и распространенными являются реляционные БД (например – Microsoft Access).
Созданная программа по автоматизированной обработке данных называется «Водный мир». Она позволяет произвести выбор направления работы, которое позволяет осуществить одну из двух начальных задач – это создание новой базы данных, или открыть одну из уже имеющихся баз данных.
Основное окно приложения позволяет производить пользователю следующие действия:
– Ввод и редактирование данных;
– Выбор режима работы автоматического отслеживания превышений ПДК по текущей записи;
– Запуск вспомогательных функций;
– Выборка из активной базы данных по введенным пользователем параметрам.
По полученным данным можно создать отчет и построить графики. При построении графиков реализуются два варианта построения:
– Построение в виде одной непрерывной линии;
– Построение совмещенных графиков по динамике качества воды и гидрологическим характеристикам водоисточника.
При необходимости можно создать отчет по полученным в результате запроса данным, который можно сохранить для экспорта в приложении: Microsoft Word и Microsoft Excel либо распечатать.
Также дополнительной функцией является автопроверка вводимых значений концентрации, которая может работать как в автоматическом (по активному полю), так и в аналитическом (по текущему дню) режимах.
Анализ дня на превышение ПДК представляет собой отчет, в котором находятся предупреждения о превышении ПДК, рекомендации по методам очистки веществ. Отчет можно создавать в двух режимах:
– по каждой дате отдельный отчет;
– отчет с добавлением к предыдущему.
Пользователь может сохранить отчет в формате Microsoft Word.
В ходе работы был произведен анализ и оценка хозяйственной деятельности в зонах санитарной охраны (ЗСО) и расчет экологического ущерба для реки Вологды, наносимый предприятиями, находящимися в зоне санитарной охраны. Ущерб, наносимый водоему (р. Вологда) предприятиями, расположенными в ЗСО, составляет 1409342,27 рублей в ценах января 2000 года.
Полученные результаты и разработанный программный продукт позволяют:
– Решить проблемы с накоплением и обработкой баз данных;
– Помогают технологу ВОС оперативно принимать решения по очистке воды;
– При небольшой корректировке программу можно использовать для управления технологией очистных сооружений канализации.