Идентификация различных типов вод при авариях на городской распределительной сети

Ключевые слова: водопроводная сеть, утечки воды, лабораторный контроль, фториды, остаточный хлор, хлорорганические соединения, идентификация проб.

АО "Мосводоканал" является крупнейшим предприятием жилищно-коммунального комплекса Москвы, обеспечивающим питьевой водой более 13 млн. человек. Городская водопроводная сеть имеет протяженность более 12 тыс. км. К сожалению, на сегодняшний день старение сети превышает темпы ее реконструкции, и, несмотря профилактические мероприятия, вероятность аварийных ситуаций еще достаточно велика. Только за 9 месяцев 2013 года зафиксировано и устранено более 3,5 тыс. повреждений, сопровождавшихся изливом воды. Одним из важных направлений в работе Мосводоканала является оперативная локализация скрытых и явных потерь воды. Причины утечек весьма разнообразны и могут быть связаны с нарушением регламента строительно-монтажных работ, движением грунтов, старением и разрушением труб под воздействием коррозии, повышением давления в трубах и т. д. Утечки могут существовать достаточно долго и вызывать излишнюю водонасыщенность грунтов, снижать надежность и прочность сооружений и зданий, ухудшать качество жилищ. Существует опасность вторичного загрязнения питьевой воды в случае снижения напора в месте утечки. Поскольку потери воды связаны со значительными эксплуатационными затратами на земляные, восстановительные и другие работы и влекут за собой перебои в подаче воды потребителям, требуется оперативность и точность при определении и локализации мест утечек на сети.

Однако не все случаи утечки воды связаны с системой централизованного холодного водоснабжения города. По статистике большая часть зафиксированных случаев обусловлена выходом грунтовых вод, подтоплением в результате обильных дождей или интенсивного таяния снега, незначительная часть относится также к авариям на теплосетях и канализации. В связи с этим особо остро встает вопрос об оперативности определения принадлежности к какой-либо системе источника излива воды в целях сокращения сроков ликвидации аварийных ситуаций, учитывая, что их виновниками могут быть различные владельцы инженерных коммуникаций города.

В большинстве неочевидных аварийных ситуаций, связанных с изливом воды, определить состав и, соответственно, принадлежность воды к какой-либо системе без привлечения специализированных лабораторий невозможно. В Мосводоканале создана единая лабораторная служба – Центр контроля качества воды. В задачи Центра входит проведение всего комплекса анализов, необходимых для осуществления производственного процесса подготовки и транспортировки питьевой воды в Москве. Качество воды постоянно контролируется на всем пути ее движения, начиная от верховий источников водоснабжения в Тверской и Смоленской областях до водозаборов станций водоподготовки, далее – по этапам очистки и на выходе питьевой воды со станций, а также в распределительной водопроводной сети города: в 140 точках на водосборной территории, в 170 точках по стадиям очистки воды и в более чем 250 точках городской распределительной сети.

В целом в обеспечении контроля качества воды по ходу ее движения от водоисточника до потребителя принимают участие свыше 450 квалифицированных сотрудников аккредитованных лабораторий Мосводоканала и сторонних организаций. Ежесуточно производится более 6 тысяч определений по физико-химическим, бактериологическим и гидробиологическим показателям, всего более 2 млн. анализов в год.

Качество питьевой воды в городской распределительной сети находится под постоянным контролем, который осуществляет Отделение водопроводной сети Центра контроля качества воды АО "Мосводоканал" (далее Отделение).

История Отделения водопроводной сети начинается с 1934 г., когда на базе треста "Мосводопровод" была сформирована Водная лаборатория. В 2014 г. Отделение отметило свое 80-летие. Основная задача Отделения – производственный контроль качества питьевой воды в распределительной сети столичного мегаполиса. Кроме того, специалисты Отделения задействованы в проведении всех внеплановых работ и при аварийных ситуациях на сетях, а также выезжают по обращениям жителей для установления причин ухудшения качества питьевой воды.

80 квалифицированных специалистов выполняют весь объем работ (около 74 тыс. проб и порядка 750 тыс. анализов в год) по трем направлениям: химические, микробиологические, гидробиологические анализы воды.

У Отделения водопроводной сети особая специфика работы: оперативное выполнение анализов, выдача результатов практически "с колес", поэтому количество определяемых показателей (заявленная область аккредитации) не так велико – 30 индикаторных показателей, позволяющих в максимально сжатые сроки запустить или отключить трубопровод, устранить аварию, произвести промывку резервуаров и т. д.

Работа организована круглосуточно, для отбора проб используются 10 специализированных автомашин (рис. 1). Из них четыре – специально оборудованные передвижные экспресс-лаборатории на базе автомобилей "Газель" и "Форд", которые незаменимы при выполнении анализов непосредственно на месте производства работ. Они оснащены современными средствами измерения для экспресс-определения индикаторных показателей, а также ноутбуками для удаленной передачи данных через Интернет в единую информационную базу данных.

Качественное выполнение работы невозможно представить без современного аналитического оборудования. Это автоматический титратор Titromatic 1S для определения водородного показателя и общей щелочности; ионный хроматограф – для определения анионов и катионов; автоматический титратор Mettler Toledo Т70 – для определения перманганатной окисляемости. Оборудование оснащено программным обеспечением, что позволяет автоматизировать определение показателей, проводить анализы на более высоком уровне, с минимальным участием оператора. Все данные поступают в лабораторную информационную систему "Аналитик + Лаборатория Водоканал" с удобным интерфейсом. Система разработана в соответствии с ГОСТ ИСО/ МЭК 17025-2009 "Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий".

Одним из важных направлений деятельности Отделения водопроводной сети при тесном сотрудничестве с ПУ "Мосводопровод" является комплекс работ по определению принадлежности воды к той или иной системе при аварийных затоплениях. Работа эта сложная и многоэтапная. Для начала необходимо правильно отобрать пробу воды непосредственно с места выбивания, что в ряде случаев бывает проблематичным, затем взять "для сравнения" пробу воды из трубопровода, ближайшего к месту излива. По возможности на месте измеряют содержание остаточного хлора и рН. Для дальнейшей идентификации отобранные пробы доставляются в Отделение для определения других показателей (таблица).

Таблица 1.Основные показатели, определяемые в пробах воды на принадлежность.

После проведения серий измерений и получения результатов эксперты анализируют, сравнивают данные "аварийной пробы" и "воды для сравнения" и делают соответствующие выводы. На основании многолетних наблюдений за качеством воды в распределительной сети можно с высокой долей вероятности дать заключение о принадлежности воды к системе централизованного водоснабжения, либо опровергнуть эту гипотезу. Полученные данные в виде протокола исследования направляют в ПУ "Мосводопровод" для дальнейшего проведения работ. При получении результатов, указывающих на наличие утечки, на место выезжает бригада для определения места излива. Спецавтомашины оснащены диагностическими комплексами в составе корреляционного течеискателя, акустического течеискателя, акустического передатчика, трассоискателя (рис. 2).

Кроме того, используются передвижные телевизионные диагностические комплексы. Благодаря такому подходу и применению различных диагностических методов точность определения мест повреждений достигает 98%.

Каждая аварийная ситуация уникальна и требует индивидуального подхода. Самый простой случай – это когда в воде присутствует остаточный хлор, наличие которого свидетельствует об изливе воды из централизованной системы водоснабжения.

Если анализируемая аварийная вода содержит фториды, то делается заключение о том, что эта вода не относится к системе водопровода. Источником поступления такой воды, как правило, являются подземные воды, для которых в московском регионе наличие фторидов является отличительной особенностью. Система централизованного водоснабжения столицы базируется на поверхностных водах рек Москвы и Волги, которые фторидов не содержат. Другие очевидные случаи, когда анализируемая вода содержит высокие концентрации аммоний-ионов, а также характеризуется высоким солесодержанием и неприятным характерным запахом. Такая вода тоже не может иметь отношения к питьевому водоснабжению.

Как правило, ситуации, когда посредством достаточно простых и оперативно выполняемых анализов можно установить принадлежность воды, встречаются довольно редко. Часто анализируемая вода имеет качество, близкое к традиционному качеству питьевой воды, и не содержит остаточного хлора. В этом случае сделать правильное заключение можно на основании определения содержания веществ, которые появляются в воде при ее очистке на станциях водоподготовки. Одним из таких соединений является хлороформ (трихлорметан), образующийся при дезинфекции хлорсодержащими реагентами природной воды, содержащей гуминовые и гумусовые вещества.

В технологическом процессе подготовки питьевой воды дезинфекция соединениями, содержащими активный хлор, является основным этапом, обеспечивающим надежное ее обеззараживание. Процесс обеззараживания воды хлорсодержащими реагентами, предусматривающий их непосредственный контакт с водой и органическими соединениями, присутствующими в природной воде, влечет за собой, как правило, образование побочных продуктов дезинфекции, в том числе хлорорганических соединений. Образование хлорорганических соединений (и их концентрация) в обрабатываемой воде обусловлено, прежде всего, температурой воды и содержанием органических соединений природного и антропогенного происхождения (гумусовых веществ, нефтепродуктов и др.). Кроме того, на образование хлорорганических соединений в процессе очистки воды оказывают влияние концентрация и компонентный состав водного гумуса, а также другие особенности качества природного объекта.

Помимо качественных характеристик очищаемой воды, образование хлорорганических соединений существенно зависит от режима обработки на станциях водоподготовки. При использовании гипохлорита натрия или хлорсодержащих дезинфектантов на стадии обеззараживания из более чем 100 образующихся хлорорганических соединений основными побочными продуктами дезинфекции являются летучие хлорорганические соединения, в их числе тригалометаны – соединения, объединяемые общей формулой СНХ₃, где X – галоген (хлороформ, бромдихлорметан, дибромхлорметан и др.). Хлороформ встречается в питьевой воде наиболее часто и в более высоких концентрациях, чем остальные тригалометаны (бромдихлорметан, дибромхлорметан и бромоформ), и рассматривается как основной индикатор содержания в ней продуктов хлорирования. Таким образом, использование индикаторных свойств тригалометанов, в частности хлороформа, при исследовании водных объектов (образцов проб воды) предоставляет возможность констатировать не только наличие в них продуктов хлорирования, но и проследить происхождение этих вод c оценкой их принадлежности к тем или иным источникам поступления.

В целях определения порога детектирования хлороформа в питьевой воде в зависимости от времени и условий экспозиции в Северном отделении Центра контроля качества воды были выполнены специальные экспериментальные исследования. Для проведения модельного эксперимента проба воды, обработанная хлорсодержащим реагентом, была помещена в открытый сосуд для обеспечения контакта с атмосферным воздухом. Объем пробы выбирался из расчета ежедневного контроля содержания хлороформа в течение двух месяцев. Эксперимент проводился в условиях естественной освещенности и обычного температурного режима. Измерение концентрации хлороформа осуществлялось ежедневно методом газовой хроматографии по утвержденной методике (ПНД Ф 14.1:2:4.71-96 "Методика выполнения измерений массовой концентрации летучих галогенорганических соединений в пробах питьевых, природных и сточных вод методом газовой хроматографии"). Полученные в экспериментальных исследованиях данные представлены на рис. 3.

В течение первых тридцати суток наблюдалось интенсивное снижение концентрации хлороформа с обычных для московской питьевой воды значений на уровне 20–30 мкг/л до величины 2 мкг/л. В последующие тридцать суток изменения концентрации остаточного хлороформа были незначительными и колебались в пределах погрешности метода измерения. Таким образом, можно сделать заключение об устойчивости остаточного хлороформа в воде даже при неблагоприятных условиях. За минимально значащую концентрацию остаточного хлороформа можно принять величину более 2 мкг/л. В целях подтверждения результатов экспериментов с марта по ноябрь 2013 г. в Северном отделении Центра контроля качества воды было проанализировано порядка 500 спорных проб воды. В результате установления факта наличия хлорорганических соединений (хлороформа) в концентрации 3 мкг/л и более выявлено 10 аварий на сетях, принадлежащих АО "Мосводоканал", и 4 аварии на сетях сторонних организаций.

Следовательно, в сложных спорных случаях установления источника происхождения аварийной воды содержание хлорорганических соединений является надежным индикатором, подтверждающим принадлежность такой воды к системе централизованного водоснабжения, питьевая вода которой проходит стадию обеззараживания хлорсодержащими реагентами. Учитывая, что анализ на определение хлороформа выполняется достаточно быстро, использование такого индикатора позволяет сократить время на установление владельца инженерных коммуникаций, сооружения которого стали причиной утечки воды.

Выводы

Одним из важных направлений в работе Мосводоканала является оперативная локализация скрытых и явных потерь воды. Поскольку потери воды на городских распределительных сетях связаны со значительными эксплуатационными затратами на земляные, восстановительные и другие работы и влекут за собой перебои в подаче воды потребителям, требуется оперативность и точность при определении и локализации мест утечек. Наряду с инструментальными способами поиска утечек воды используются и лабораторные методы анализа по определению принадлежности воды к той или иной системе.

Идентификация проб воды с целью подтверждения ее принадлежности к системе централизованного водоснабжения – сложный многоэтапный процесс. Соотношение отдельных характерных показателей позволяет отделить пробы воды, источником поступления которых являются подземные и грунтовые воды, а также сточные воды. В случае возникновения спорных ситуаций, в которых заключение об источнике поступления воды не представляется однозначным, целесообразно проводить дополнительные исследования на определение индикаторных веществ, содержание которых свидетельствует о том, что вода прошла обработку на станциях водоподготовки. Основным из таких соединений является хлороформ, появляющийся в воде в результате ее дезинфекции хлорсодержащими реагентами.

Содержание хлороформа в воде неизвестного происхождения является подтверждением того, что она прошла обработку хлорсодержащими реагентами предположительно на станциях водоподготовки, если другие показатели качества не свидетельствуют об ином источнике ее происхождения. В результате проведенных экспериментальных исследований достоверно установлено, что минимально значащая величина содержания хлороформа в реальных аварийных пробах воды составляет 3 мкг/л. Она позволяет отнести такие пробы к водам, источником поступления которых являются системы централизованного водоснабжения.

Бабаев Алексей Владимирович, заместитель начальника – главный инженер Управления водоснабжения АО "Мосводоканал"
тел. 8 499 263 02 39, e-mail: babaev@mosvodokanal.ru
Столярова Елена Александровна, начальник отдела главного технолога Управления водоснабжения АО "Мосводоканал"
тел. 8 499 263 92 04, e-mail: stoliarova_ea@mosvodokanal.ru
Кубенко Валентина Владимировна, ведущий инженер Центра управления водопроводной сетью Управления водоснабжения АО "Мосводоканал"
тел. 8 499 267 49 14, e-mail: kubenko_vv@mosvodokanal.ru
Шашкова Ольга Семеновна, заведующая отделением водопроводной сети Центра контроля качества воды АО "Мосводоканал" 
тел. 8 499 171 42 52, e-mail: xbl@mosvodokanal.ru
Салгалов Андрей Анатольевич, заведующий Северным отделением  Центра контроля качества воды АО "Мосводоканал"
тел. 8 499 761  96 40, e-mail: salgalov_aa@mosvodokanal.ru 

Опубликовано: Водоснабжение и санитарная техника, 2014, №10, с.36-41