Статистический анализ показателей качества днепровской воды и направления реконструкции водоочистных сооружений днепровской водопроводной станции г. Киева

Оценено с помощью методов статистики соответствие очистных сооружений Днепровской водопроводной станции г. Киева современному качеству днепровской воды и, в первую очередь, тому органическому компоненту, который определяет ее цветность....

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2011
Main Authors:	Кулишенко, А.Е., Остапенко, В.Т., Кравченко, Т.Б., Квасница, Е.А., Остапенко, Р.В.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України 2011
Series:	Химия и технология воды
Subjects:	Природные воды
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130628
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Статистический анализ показателей качества днепровской воды и направления реконструкции водоочистных сооружений днепровской водопроводной станции г. Киева / А.Е. Кулишенко, В.Т. Остапенко, Т.Б. Кравченко, Е.А. Квасница, Р.В. Остапенко // Химия и технология воды. — 2011. — Т. 33, № 2. — С. 204-222. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-130628
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1306282025-02-09T12:29:38Z Статистический анализ показателей качества днепровской воды и направления реконструкции водоочистных сооружений днепровской водопроводной станции г. Киева Statistical analysis of dnieper‘s water indexes and trends of water treatment plants reconstruction for the Dnieper‘s waterworks station of the sity of Kiev Кулишенко, А.Е. Остапенко, В.Т. Кравченко, Т.Б. Квасница, Е.А. Остапенко, Р.В. Природные воды Оценено с помощью методов статистики соответствие очистных сооружений Днепровской водопроводной станции г. Киева современному качеству днепровской воды и, в первую очередь, тому органическому компоненту, который определяет ее цветность. За допомогою методів статистики дана оцінка відповідності очисних споруд Дніпровської водопровідної станції м. Києва сучасній якості дніпровської води й, у першу чергу, тому органічному компоненту, який визначає її кольоровість. Conformity of water treatment plants of Kiev with the existing quality of Dnieper’s water was estimated statistically; the main thing under our consideration was the organic component to give the water it’s colour. 2011 Article Статистический анализ показателей качества днепровской воды и направления реконструкции водоочистных сооружений днепровской водопроводной станции г. Киева / А.Е. Кулишенко, В.Т. Остапенко, Т.Б. Кравченко, Е.А. Квасница, Р.В. Остапенко // Химия и технология воды. — 2011. — Т. 33, № 2. — С. 204-222. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0204-3556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130628 628.1.03:628.16:311.2 ru Химия и технология воды application/pdf Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Природные воды Природные воды
spellingShingle	Природные воды Природные воды Кулишенко, А.Е. Остапенко, В.Т. Кравченко, Т.Б. Квасница, Е.А. Остапенко, Р.В. Статистический анализ показателей качества днепровской воды и направления реконструкции водоочистных сооружений днепровской водопроводной станции г. Киева Химия и технология воды
description	Оценено с помощью методов статистики соответствие очистных сооружений Днепровской водопроводной станции г. Киева современному качеству днепровской воды и, в первую очередь, тому органическому компоненту, который определяет ее цветность.
format	Article
author	Кулишенко, А.Е. Остапенко, В.Т. Кравченко, Т.Б. Квасница, Е.А. Остапенко, Р.В.
author_facet	Кулишенко, А.Е. Остапенко, В.Т. Кравченко, Т.Б. Квасница, Е.А. Остапенко, Р.В.
author_sort	Кулишенко, А.Е.
title	Статистический анализ показателей качества днепровской воды и направления реконструкции водоочистных сооружений днепровской водопроводной станции г. Киева
title_short	Статистический анализ показателей качества днепровской воды и направления реконструкции водоочистных сооружений днепровской водопроводной станции г. Киева
title_full	Статистический анализ показателей качества днепровской воды и направления реконструкции водоочистных сооружений днепровской водопроводной станции г. Киева
title_fullStr	Статистический анализ показателей качества днепровской воды и направления реконструкции водоочистных сооружений днепровской водопроводной станции г. Киева
title_full_unstemmed	Статистический анализ показателей качества днепровской воды и направления реконструкции водоочистных сооружений днепровской водопроводной станции г. Киева
title_sort	статистический анализ показателей качества днепровской воды и направления реконструкции водоочистных сооружений днепровской водопроводной станции г. киева
publisher	Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Природные воды
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130628
citation_txt	Статистический анализ показателей качества днепровской воды и направления реконструкции водоочистных сооружений днепровской водопроводной станции г. Киева / А.Е. Кулишенко, В.Т. Остапенко, Т.Б. Кравченко, Е.А. Квасница, Р.В. Остапенко // Химия и технология воды. — 2011. — Т. 33, № 2. — С. 204-222. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Химия и технология воды
work_keys_str_mv	AT kulišenkoae statističeskijanalizpokazatelejkačestvadneprovskojvodyinapravleniârekonstrukciivodoočistnyhsooruženijdneprovskojvodoprovodnojstanciigkieva AT ostapenkovt statističeskijanalizpokazatelejkačestvadneprovskojvodyinapravleniârekonstrukciivodoočistnyhsooruženijdneprovskojvodoprovodnojstanciigkieva AT kravčenkotb statističeskijanalizpokazatelejkačestvadneprovskojvodyinapravleniârekonstrukciivodoočistnyhsooruženijdneprovskojvodoprovodnojstanciigkieva AT kvasnicaea statističeskijanalizpokazatelejkačestvadneprovskojvodyinapravleniârekonstrukciivodoočistnyhsooruženijdneprovskojvodoprovodnojstanciigkieva AT ostapenkorv statističeskijanalizpokazatelejkačestvadneprovskojvodyinapravleniârekonstrukciivodoočistnyhsooruženijdneprovskojvodoprovodnojstanciigkieva AT kulišenkoae statisticalanalysisofdnieperswaterindexesandtrendsofwatertreatmentplantsreconstructionforthednieperswaterworksstationofthesityofkiev AT ostapenkovt statisticalanalysisofdnieperswaterindexesandtrendsofwatertreatmentplantsreconstructionforthednieperswaterworksstationofthesityofkiev AT kravčenkotb statisticalanalysisofdnieperswaterindexesandtrendsofwatertreatmentplantsreconstructionforthednieperswaterworksstationofthesityofkiev AT kvasnicaea statisticalanalysisofdnieperswaterindexesandtrendsofwatertreatmentplantsreconstructionforthednieperswaterworksstationofthesityofkiev AT ostapenkorv statisticalanalysisofdnieperswaterindexesandtrendsofwatertreatmentplantsreconstructionforthednieperswaterworksstationofthesityofkiev
first_indexed	2025-11-25T23:53:30Z
last_indexed	2025-11-25T23:53:30Z
_version_	1849808453347835904
fulltext	204 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 А.Е. КУЛИШЕНКО, В.Т. ОСТАПЕНКО, Т.Б. КРАВЧЕНКО, Е.А. КВАСНИЦА, Р.В. ОСТАПЕНКО, 2011 УДК 628.1.03:628.16:311.2 А.Е. Кулишенко, В.Т. Остапенко, Т.Б. Кравченко, Е.А. Квасница, Р.В. Остапенко СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ДНЕПРОВСКОЙ ВОДЫ И НАПРАВЛЕНИЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ВОДООЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ДНЕПРОВСКОЙ ВОДОПРОВОДНОЙ СТАНЦИИ г. КИЕВА Оценено с помощью методов статистики соответствие очистных со- оружений Днепровской водопроводной станции г. Киева современному качеству днепровской воды и, в первую очередь, тому органическому компоненту, который определяет ее цветность. Ключевые слова: водоочистные сооружения, днепровская вода, органичес- кие вещества, показатели качества, статистический анализ, цветность. Введение. Состав и конструкции коммунальных водоочистных со- оружений (ВОС) Украины приняты в соответствии с нормативами про- шлого века, по которым Днепр относится ко второму классу поверхност- ных источников [1] и днепровская вода считается маломутной (до 50 мг/дм3) со средней цветностью (до 120 град) [2]. Исходя из этого, технологическая схема ВОС Днепровской водопроводной станции (ДнВС) на время их проектирования и строительства (1939 – 1980 гг.) была доста- точно обоснованной. В настоящее время она состоит из водозаборных ков- шей смесителей  камер хлопьеобразования  горизонтальных от- стойников  скорых фильтров  станции озонирования. Однако указанные нормативы за 30 лет морально устарели. Новый ДСанПин [3] регламентирует 83 показателя качества питьевой воды, тре- бования к которым стали жестче. Согласно ДСТУ 4808:2007 [4] днеп- ровскую воду относят ко второму и третьему классам источников водо- снабжения, для которых лимитирующими являются цветность (Ц) до 120 град и перманганатная окисляемость (ПО) до 10 – 15 мгО/дм3. Пред- ложенный в [5] системный подход позволяет отнести днепровскую воду к маломутным (до 20 мг/дм3) водам со средней цветностью (25 – 150 град) и повышенной окисляемостью (10 – 25 мгО/дм3), содержащим в боль- шом количестве фитопланктон (103 – 106 кл/дм3). В отдельные сезоны года качество днепровской воды выходит за ука- занные пределы, и Днепр относится к четвертому классу водоисточни- ков, для использования которых необходимо разрешение специальной комиссии [4]. Наиболее напряженными являются: весенний сезон – по- ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 205 вышается концентрация марганца, летний – возрастает цветность, а так- же зимний – относительно высокая цветность при низкой температуре воды. Какие бы методы и реагенты в эти периоды не применяли, они не позволяют обеспечить надежную водоочистку. Таким образом проявля- ется принципиальное несоответствие существующей технологической схемы ВОС исходному качеству воды. В работах [5, 6] предлагается при разработке мероприятий по реконст- рукции водоочистных станций проводить статистический анализ показа- телей качества исходной воды и эффективности работы действующих со- оружений за период не менее пяти лет. По результатам такого анализа можно определять варианты реконструкции и технического дооснащения сооружений. Воспользуемся этим подходом для оценки соответствия су- ществующей схемы ВОС ДнВС качеству исходной днепровской воды. Особенности качества днепровской воды. Исходное качество воды формируется в верховьях Днепра под воздействием полесских болот, по- ставляющих большую часть высокомолекулярных гумусовых веществ. В составе последних превалируют фульвокислоты, содержание которых составляет до 90% от общего содержания органических веществ [7]. Цветность днепровской воды определяется органическими вещества- ми, генетически связанными с грунтовым гумусом, и зависит не только от содержания гуминовых соединений, но и от степени их агрегации, учас- тия в комплексах с катионами металлов. В [8, 9] найдена прямая зависи- мость между цветностью и содержанием железа, которое преимуществен- но пребывает в комплексных соединениях с теми же фульвокислотами. Влияние Киевского водохранилища на качество воды можно считать позитивным (осаждение загрязняющих веществ) и негативным (цвете- ние). Водохранилище представляет собой мощный геохимический барь- ер для биогенных, органических и поверхностно-активных веществ, неф- тепродуктов, фенолов, пестицидов и тяжелых металлов, поступающих с площади водосбора Днепра и притоков. Цветение воды в водохранилище и районе водозабора ДнВС имеет сезонный характер. В холодный период года оно в большей степени обус- ловлено диатомовыми водорослями, в теплый – сине-зелеными водо- рослями. Наиболее проблемными являются последние, пики развития которых приходятся на июнь – сентябрь. Доминированию сине-зеленых водорослей над другими видами способствуют: уменьшение проточнос- ти водохранилищ, высокий коэффициент размножения, стойкость к от- сутствию света и колебаниям температуры, отсутствие среди гидроби- онтов их активных потребителей. Таким образом, даже обзорное рассмотрение исходных условий фор- мирования днепровской воды позволяет разделить процессы влияния болот на органический состав загрязнений воды, а водохранилища – на 206 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 качество воды, связанное с цветением. Статистические исследования, результаты которых приведены далее, подтверждают этот вывод. Методы статистических исследований. Главной задачей статисти- ческого анализа являлась оценка взаимовлияния показателей качества днепровской воды и эффективности действующих ВОС. Особое внима- ние уделено органическому компоненту, определяющему цветность воды. Выбор показателей осуществляли на основе данных ежесуточных ана- лизов воды за 1996 – 2006 гг., предоставленных лабораторией ДнВС. Для статистического анализа применяли программу Matrix [10], позволяю- щую обрабатывать большие массивы данных, определяя при этом более чем 20 результирующих показателей. Главным критерием, который использовали для статистической оцен- ки, служил коэффициент корреляции Пирсона r, являющийся мерой ли- нейной зависимости двух переменных. Чем ближе r приближался к еди- нице, тем более весомой считалась взаимосвязь факторов. Часто при обработке значительных массивов данных возникала по- требность в оценке усредненных коэффициентов корреляции. Однако последние не являются "аддитивными", т.е. не могут быть просто усред- нены. Для этого коэффициенты корреляции возводили в квадрат, полу- чая коэффициенты детерминации r2, которые затем усредняли. Средние коэффициенты детерминации также отображали "степень" зависимости или связанности факторов. При оценке эффективности реагентов был применен дисперсионный анализ, заключающийся в сравнении критериев Фишера, рассчитанных по опытным данным, с "критическими" величинами. Результаты и их обсуждение. Особенности качества исходной воды. На рис. 1, а показаны изменения среднегодовых величин цветности и ПО днепровской воды за 1996 – 2006 гг. В эти годы цветность изменялась от 27 до 124 град, максимальные значения (130 и 136 град) были зафиксированы в 1998 и 2005 гг. При этом можно заметить "синхронность" колебаний усредненных показателей цветности и ПО, которая служит графической интерпретацией корреляции между ними. Подобная корреляция (см. рис. 1, б) также наблюдалась для цветности и концентрации железа. Указанное позволяет предварительно констатировать взаимосвязь показателей группы "цветность – окисляемость – железо". ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 207 Рис. 1. Изменение среднегодовых показателей цветности и перманга- натной окисляемости (а), цветности и концентрации железа (б) Анализ сезонных изменений показателей качества днепровской воды подтверждает вышеизложенное. На рис. 2 приведены характер- ные примеры таких изменений. Видно, что периоды возрастания (сни- жения) щелочности совпадают с периодами снижения (возрастания) цветности и ПО. 208 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 Следует отметить, что фитопланктон создает значительные затруд- нения при эксплуатации ВОС. Пики цветения наблюдаются два раза в год, их усредненные максимумы были зафиксированы в 1997 и 2003 гг., в том же 2003 г. (см. рис. 2, д) имел место абсолютный максимум содержания фито- планктона – 427900 кл/дм3. При этом отсутствовала статистическая кор- реляция между содержанием фитопланктона и показателями цветности и окисляемости, т.е. органические загрязняющие вещества днепровской воды практически не связаны с цветением. Мутность днепровской воды в 1996 – 2006 гг. изменялась от 0,9 до 5,4 мг/дм3 и легко удалялась существующими ВОС. Однако наблюдалась парадоксаль- ная статистическая взаимосвязь показателей цветности и мутности, которая, очевидно, объясняется зависимостью обоих показателей от содержания же- леза. Железо также легко удалялось из днепровской воды. Наиболее высо- кие его концентрации (1,7 – 2,0 мг/дм3) зафиксированы в 1998 и 1999 гг. Взаимосвязь цветности и железа вытекает из естественных механизмов поступления в днепровскую воду высокомолекулярных гумусовых ве- ществ. Эти вещества имеют в своем составе кислород- и азотсодержа- щие центры, которые с ионами металлов образуют стойкие соединения циклического типа. Такие комплексы в силу своей миграционной под- вижности могут влиять как на цветность, так и мутность. Из остальных показателей следует отметить аммоний, среднеме- сячные концентрации которого в 1996 – 2006 гг. составляли от 0,23 до 0,76 мг/дм3, что естественно для поверхностных вод. Корреляционные зависимости между аммонием, цветностью, ПО и железом дополнительно свидетельствуют об общем происхождении всех четырех вышеназван- ных компонентов. При корреляционном анализе выявлено отсутствие связей указан- ных показателей с марганцем, что может свидетельствовать о "незави- симом" поступлении марганца в воду. Причем известно, что последний только в незначительных количествах связывается в комплексы с при- родными органическими соединениями. Средняя концентрация марган- ца за рассматриваемый период (1996 –2006 гг.) колебалась от 0,02 до 0,23 мг/дм3, ее максимальное значение составляло 0,70 мг/дм3. По дей- ствующей схеме ВОС не представляется возможным снизить концентра- цию марганца до нормативной величины. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 209 210 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 Рис. 2. Сезонные изменения цветности (а), перманганатной окисляемос- ти (б), концентрации железа (в), щелочности (г) и фитопланктона (д) Корреляции выбранных показателей не противоречат современным взглядам на механизмы формирования качества днепровской воды и силь- нее всего проявляются во взаимодействиях с цветностью, которая не- формально служит критерием оценки эффективности ВОС. Однако тре- бования [3] определяют в качестве такого критерия ПО, величина которой не должна превышать 5 мгО/дм3. Среднемесячная величина ПО днеп- ровской воды в течение указанных 11 лет изменялась от 6,8 до 22 мгО/дм3. Максимумы окисляемости совпадали с максимумами цветности. И по величине коэффициента корреляции ПО более всего связана именно с цветностью. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 211 На рис. 3 показаны сезонные изменения такого критерия, как удель- ная окисляемость (ПОуд) – перманганатной окисляемости, приходящей- ся на градус цветности. Весенне-летнее снижение ПОуд на фоне возрас- тания цветности и окисляемости (см. рис. 2, а, б) означает, что в данный период года цветность определяется трудноокисляемыми органически- ми веществами. Этим частично объясняется сложность удаления цвет- ности в том случае, когда высокая температура воды должна способство- вать процессу водоочистки. Рис. 3. Сезонные изменения удельной окисляемости воды (усреднено за 1996 – 2006 гг.) Эффективность работы ВОС. Работа ВОС зависит от многих фак- торов. Из них можно отметить нестабильность качества исходной воды; разнообразие применяемых технологических приемов и реагентов; вли- яние технических проблем, постоянно возникающих при эксплуатации. Выбор корреляций для статистического анализа осложняется многочис- ленностью потенциальных взаимодействий между показателями каче- ства воды и работы сооружений. Приведем наиболее характерные при- меры. Взаимозависимость таких показателей качества днепровской воды, как цветность, окисляемость и содержание железа, рассмотрена выше. Подобные корреляции имеют место для производных параметров – сте- пени удаления цветности, окисляемости и железа. Можно отметить, что корреляции между цветностью (степенью обесцвечивания) и содержа- нием железа намного "сильнее" корреляций между ПО и содержанием железа. Это подчеркивает решающее влияние железа на показатели, свя- занные именно с цветностью. Стабильно высокие коэффициенты корреляции и детерминации по- лучены для взаимодействий, связанных с обесцвечиванием. Наибольшее влияние на удаление цветности имеет стадия отстаивания. 212 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 Следует отметить зависимость результирующих показателей качества воды от их исходных величин. Так, концентрация железа на выходе ВОС зависит от его исходной концентрации, что показано на рис. 4. Цветность воды после отстойников и в резервуарах чистой воды (РЧВ) также силь- но зависит от цветности исходной воды. В "идеальном случае" такого не должно быть, так как корреляция между показателями на входе и выходе ВОС указывает на несовершенство последних или неадекватность их использования. Рис. 4. Зависимость между концентрациями железа на входе и выходе ВОС (среднегодовые данные за 1996 – 2006 гг.): 1 – днепровская вода, 2 – вода после очистки На рис. 5, а – в показаны выборочные кривые удаления цветности и ПО комплексом ВОС за 2003 и 2004 гг., а также соответствующие усред- ненные кривые за 1996 – 2006 гг. В первом случае наблюдалась большая "хаотичность" кривых качества воды, во втором – изменение показате- лей происходило "синхронно". Поэтому коэффициент корреляции r между исходными цветностью (Цисх) и окисляемостью (ПОисх) в 2003 г. равен 0,40, а в 2004 г. – 0,95. По данным эксплуатации ДнВС определено, что в первой половине 2003 г. исходная вода имела невысокую цветность, реагентную обработ- ку воды на станции выполняли с перерывами, почти не использовали флокулянты. Зато в 2004 г. постоянно применяли как коагулянт, так и флокулянт. Степень обесцвечивания воды по всему комплексу ВОС была достаточно высокой и в отдельные сезоны достигала 80%, но абсолют- ная величина цветности в РЧВ вплотную приближалась к предельной (20 град). Степень снижения ПО значительно ниже и составляла всего 20 – 40%. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 213 Рис. 5. Характерные кривые эффективности ВОС: а – 2003 г., б – 2004 г., в – усреднено за 1996 – 2006 гг. 214 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 Усредненные за 11 лет кривые исходной цветности и ПО (см. рис. 5, в) смещены во времени, что, очевидно, связано с сезонным изменением форм органических веществ. Рис. 6 иллюстрирует сезонные изменения цветности воды по отдельным ступеням ВОС за те же годы. Показано, что основное снижение цветности про- исходило в отстойниках и незначительное – на фильтрах и при озонировании. Рис. 6. Характерные кривые снижения цветности воды по ступеням ВОС в 2003 (а) и 2004 гг.(б): 1 – исходная вода; 2 – вода после отстаивания; 3 – после фильтрования; 4 – в резервуарах При этом выявлен высокий уровень корреляции между исходными цвет- ностью и окисляемостью и степенью обесцвечивания воды в отстойни- ках (r близок к 1, r2 = 0,88). На степень обесцвечивания при фильтрова- нии и озонировании незначительно влияет только цветность на входе данных ступеней водоочистки. Этим подтверждается, что основная часть цветности днепровской воды обусловлена теми органическими соедине- ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 215 ниями, которые удаляются коагулированием. Отстоянная же вода содер- жит гидрофильную фракцию фульвокислот, которая плохо удаляется на последующих ступенях очистки. Стабильно влияющим фактором является концентрация железа. При- чем исходная концентрация железа влияет на цветность фильтрованной воды или воды в РЧВ не в меньшей степени, чем исходная цветность. Приблизительно такие же взаимодействия можно отметить для ПО. Но в этом случае коэффициенты корреляции и детерминации намного мень- ше, а влияние железа на окисляемость незначительно или отсутствует. Эффективность коагулирования. Оценка влияния доз коагулянта (ДК) на цветность и степень обесцвечивания воды по ступеням ВОС при- ведена в табл. 1. Таблица 1. Эффективность процесса обесцвечивания при коагулировании Коэффициент корреляции (r) (за годы) Факторы и корреляции 2000 2001 2002 2004 2005 2006 r2 ДК – цветность исходной воды 0,84 0,74 0,75 0,7 0,77 0,91 0,62 ДК – цветность отстоянной воды 0,66 0,47 0,64 0,51 0,7 0,64 0,37 ДК – цветность фильтрованной воды 0,79 0,29 0,29 0,74 0,48 0,33 0,28 ДК – степень обесцвечивания отстаиванием 0,63 0,79 0,65 0,51 0,61 0,71 0,43 ДК – степень обесцвечивания фильтрованием 0,35 0,37 0,77 -0,22 0,54 0,77 0,35 Высокий уровень корреляции между дозами коагулянта и исходной цветностью свидетельствует о соответствии этих доз качеству исходной воды, что показано на рис. 7. Здесь также наблюдается "синхронность" сезонных изменений доз коагулянта и степени отстаивания (Ц отс /Ц исх). При этом эффективность фильтрования (Ц фильтр /Ц отс ) намного меньше зависит от сезона года. 216 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 Рис. 7. Среднегодовые (а) и среднемесячные (б) величины степени обесцвечивания воды коагулированием (усредненные данные за 2000 – 2006 гг.): 1– доза коагулянта; 2 – степень снижения цветности отстаи- ванием; 3 – степень снижения цветности фильтрованием Эффективность флокулирования. В 2000 – 2006 гг. на ДнВС ис- пользовали три типа флокулянтов: – АК – неорганический флокулянт (активированная кремниевая кислота); – LT-27 – анионный полиакриламидный флокулянт (аналог ПАА); – DB-45 – новый органический катионный флокулянт (полидиаллил- диметиламмоний хлорид). Сложность статистической оценки эффективности флокулянтов зак- лючалась в том, что их использовали непостоянно и при разных исход- ных условиях. Поэтому для анализа выбраны данные только для тех групп ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 217 флокулянтов, которые применяли в одни и те же сезоны года. Результаты дисперсионного анализа по этим группам приведены в табл. 2 и на рис. 8. Таблица 2. Результаты дисперсионного анализа эффективности флокулянтов F-критерий Группы флоку- лянтов Годы и м-цы применения Оценка степени обесцвечивания воды расчет- ный критичес- кий Общая 0,65 При отстаивании 0,01 АК(3 %), АК(5 %), DB-45 2001, 2004, 2006: январь март, апрель, май При фильтровании 8,82 4,26 Общая 0,34 При отстаивании 0,38 АК(3 %), DB-45 2000, 2006: январь, март, апрель, май При фильтровании 2,38 5,99 Общая 0,82 При отстаивании 0,003 АК(5 %), DB-45 2004, 2005: январь, март, апрель, май При фильтровании 4,37 4,96 Общая 6,03 При отстаивании 10,23 LT-27 DB-45 2001, 2006: июнь, июль, август, сентябрь При фильтровании 16,58 5,99 Примечание. 3 и 5 % – Дозы АК по отношению к дозам коагулянта. Дисперсионный анализ не позволил установить каких-либо существен- ных отличий между эффективностью применения АК и DB-45 при отста- ивании, но в пользу последнего однозначно свидетельствует его сравне- ние с LT-27. При этом DB-45, в отличие от АК и LT-27, существенно повышает степень обесцвечивания воды фильтрованием. Таким образом, применение DB-45 позволяет не только повысить общую эффективность процесса водоочистки, но и усилить его "слабое звено" – фильтрование. 218 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 Эффективность озонирования. Оценку эффективности процесса озо- нирования осуществляли по цветности фильтрованной воды (исходной для процесса) и воды в РЧВ, а также по степени обесцвечивания воды. Рис. 8. Сравнение степени обесцвечивания воды фильтрованием при применении флокулянтов АК и DB-45 (а); LT-27 и DB-45 (б) В табл. 3 приведены соответствующие коэффициенты корреляции и детерми- нации, по которым видно, что дозы озона на станции согласуются с исходной ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 219 цветностью воды. Однако значительная зависимость цветности воды в РЧВ от исходной цветности фильтрованной воды свидетельствует о недостаточ- ной эффективности и надежности самого процесса озонирования. Получен- ные данные указывают, что при озонировании цветность воды снижается всего на 3 – 6 град. В отсутствие второй ступени фильтрования продукты доокисле- ния органических веществ озоном поступают непосредственно в РЧВ. Таблица 3. Результаты анализа эффективности процесса озонирования Коэффициент корреляции (r) (за годы) Факторы и корреляции 2001 2002 2003 2004 2005 2006 r2 Доза озона – цветность фильтрованной воды 0,91 0,93 0,56 0,78 0,68 0,88 0,64 Доза озона – цветность воды в РЧВ 0,67 0,81 0,22 0,62 0,35 0,8 0,38 Доза озона – эффективность озонирования 0,86 0,91 0,66 0,64 0,66 0,70 0,56 Цветность фильтрованной воды – цветность в РЧВ 0,87 0,94 0,85 0,85 0,71 0,91 0,74 Цветность фильтрованной воды – эффективность озонирования 0,77 0,93 0,43 0,82 0,76 0,81 0,59 Цветность в РЧВ – эффективность озонирования 0,36 0,76 -0,09 0,41 0,09 0,50 0,19 Эффективность хлорирования. Хлор на ДнВС вводят в основном в аванкамеру насосной станции первого подъема (первичное хлорирова- ние), изредка – в контактные бассейны озонирования (вторичное хлори- рование). В РЧВ поддерживают уровень хлора, необходимый для дезин- фекции воды перед подачей в город. При статистическом анализе среднюю дозу хлора рассчитывали из его массовой затраты по станции. Дисперсионный анализ не позволил определить каких-либо четких корреляций для процесса хлорирования. Но, как показано на рис. 9, кривые сезонного изменения доз хлора замет- но смещены в сторону второй половины лета относительно кривых из- менения цветности и ПО, а также степени снижения данных показате- лей. Это свидетельствует как об общем ухудшении санитарного состояния 220 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 водоисточника, так и сезонном увеличении доли менее цветных, но труд- но удаляемых органических веществ. Рис. 9. Динамика сезонного изменения доз хлора и показателей цветности (а) и окисляемости (б) (усреднено за 2000 – 2006 гг.) ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 221 Выводы. Результаты статистического анализа подтвердили устой- чивую связь между концентрацией гумусовых веществ, цветностью и железом, что соответствует современным представлениям о природе цвет- ности и органических загрязняющих веществ днепровской воды. В от- дельные периоды года приоритет во влиянии на водоочистку переходит к органическим соединениям, отличающимся высокой биохимической и химической стойкостью. В технологической схеме ДнВС отсутствует элемент, способный удалять такие загрязняющие вещества. Устранить указанную проблему нельзя без радикального изменения схемы водоочистки. Последняя должна быть достаточно гибкой для опе- ративного реагирования на разные ситуации. Предложения в этом на- правлении предоставлены авторами Институту "Киевпроект" для раз- работки технико-экономического обоснования реконструкции ДнВС. Резюме. За допомогою методів статистики дана оцінка відповідності очисних споруд Дніпровської водопровідної станції м. Києва сучасній якості дніпровської води й, у першу чергу, тому органічному компоненту, який визначає її кольоровість. A.Ye. Kulishenko, V.T. Ostapenko, T.B. Kravchenko, Ye.A. Kvasnitsa, R.V. Ostapenko STATISTICAL ANALYSIS OF DNIEPER‘S WATER INDEXES AND TRENDS OF WATER TREATMENT PLANTS RECONSTRUCTI ON FOR TH E DNI EPER‘ S WATERWORKS STATION OF THE SITY OF KIEV Summary Conformity of water treatment plants of Kiev with the existing quality of Dnieper’s water was estimated statistically; the main thing under our consideration was the organic component to give the water it’s colour. 1. ГОСТ 2761-84. Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора. – М.: Госстандарт СССР, 1984. – 17 с. 2. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. – М.: Госстрой СССР, 1985. – 136 с. 3. ДСанПіН 2.2.4-171-10ю.Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною. – Затв. наказом Мін. охорони здоров’я України № 400 від 12.02.2010 р. 222 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2011, т. 33, №2 4. ДСТУ 4808:2007. Джерела централізованого питного водопостачання. Гігієнічні та екологічні вимоги щодо якості води і правила вибирання. - К.: Держспоживстандарт України, 2007. – 36 с. 5. Говорова Ж.М. // Вода і водоочисні технології. – 2005. – № 2. – С. 31 – 37. 6. Журба М.Г., Говорова Ж.М. // Водоснабж. и сан. техника. – 2009. – №8. – С. 37. 7. Васильчик Т.А., Афанасьев С.А. // Тр. Херсон. ун-ту: Природничий альманах. – 2004. – Вип.7. – С. 29 – 34. 8. Исследование природы цветности природных и питьевых вод Днепровской и Деснянской водопроводных станций / Звіт ІКХХВ НАНУ (Під кер. Н.Ф. Фалендиш). – К., 1995. – 56 с. 9. Линник П.Н. // Химия и технология воды. – 2003. – 25, № 4. – С. 384 – 403. 10. http://tavintsev.3x7.ru/3.html Ин-т коллоид. химии и химии воды им. А.В. Думанского НАН Украины, г. Киев Поступила 05.05.2010

Статистический анализ показателей качества днепровской воды и направления реконструкции водоочистных сооружений днепровской водопроводной станции г. Киева

Institution

Similar Items