Національний університет «Львівська політехніка»

Гонсьор Оксана Йосипівна

УДК 628.1.033:628.161.1]:006.83

ВДОСКОНАЛЕННЯ НОРМАТИВНО-МЕТОДИЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДЛЯ ОЦІНЮВАННЯ ЯКОСТІ ПИТНОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ

05.01.02 – стандартизація сертифікація та метрологічне забезпечення

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів – 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному університеті „Львівська політехніка“ Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор

Походило Євген Володимирович,

професор кафедри „Метрологія, стандартизація та сертифікація“ Національного університету „Львівська політехніка“

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Погребенник Володимир Дмитрович,

професор кафедри „Захист інформації“ Національного університету „Львівська політехніка“, м. Львів

кандидат технічних наук

Друзюк Василь Миколайович,

генеральний директор Львівського регіонального центру метрології, стандартизації та сертифікації, м. Львів

Захист дисертації відбудеться „6“ червня 2008 року о 1630 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.08 у Національному університеті „Львівська політехніка“ (79013, Львів-13, вул. С. Бандери, 12, ауд. 226 головного корпусу).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету „Львівська політехніка“ (79013, Львів-13, вул. Професорська, 1).

Автореферат розісланий „30“ квітня 2008 року.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, д.т.н., професор Луцик Я.Т.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Загальновідомим фактом є те, що вода є основною речовиною, яку споживає людина, а її якість впливає на стан здоров’я населення. Саме тому проблема якості питної води є важливою та першочерговою. Забезпечення населення питною водою нормованої якості та в достатній кількості - це один з головних стержнів у проведенні економічних реформ та підсиленні їх соціальної спрямованості.

В даний час встановлено, що вода відіграє провідну роль у виникненні та перенесенні різноманітних інфекцій, тому якість водопостачання є не тільки гігієнічною, а й епідеміологічною проблемою. Аналогічна ситуація виникає в багатьох країнах світової спільноти, при цьому в індустріально розвинутих країнах це набуло яскраво вираженого соціального характеру. Увага до проблеми дефіциту води належної якості у всіх країнах весь час підвищується. Щодо нашої держави, то від 3 березня 2005 року в Україні затверджено Загальнодержавну Програму «Питна вода України» на 2006 – 2020 роки, яка спрямована на реалізацію державної політики щодо забезпечення якісного водопостачання населенню відповідно до Закону України «Про питну воду та питне водопостачання».

Згідно з вищезгаданою Програмою необхідно вдосконалювати нормативну базу у сфері питного водопостачання, забезпечувати її відповідність стандартам Європейського Союзу (ЄС) в даній сфері, а також вдосконалювати наявну в Україні лабораторну базу.

Одним з основних напрямків виконання програми є нормативно-правове та науково-технічне забезпечення з урахуванням стандартів, технологій, засобів і методів, прийнятих у ЄС. У зв’язку з цим важливим є розвиток нових ефективних методів очищення та знезараження води, що призначена для споживання людиною. Не менш важливим є забезпечення оперативного контролю якості водопостачання, визначаючи при цому основні показники складу та властивостей питної води на шляху від джерела водопостачання до споживача .

Зв’язок теми дисертації з напрямками науково-дослідних робіт. Роботу виконано на кафедрі «Метрологія, стандартизація та сертифікація» ІКТА, НУ «Львівська політехніка» згідно з тематичним планом НДР «Розроблення будинкових систем для індивідуального обліку спожитого тепла, води, газу з оцінкою їх якості» (реєстраційний № 0104U002312); "Формування теоретичних і нормативних засад, розробка нетрадиційних методик та засобів оцінювання рівня якості продукції" (реєстраційний № 0107U001110).

Мета і задачі досліджень. Метою даної роботи є створення науково обґрунтованих рекомендацій для забезпечення якості питної води, формування нормативних засад в галузі централізованого господарсько-питного водопостачання.

Для досягнення поставленої мети необхідно було:

- проаналізувати нормативно-технічну базу у сфері централізованого господарсько-питного водопостачання та порівняти її з аналогічними нормативними документами, що діють в ЄС;

- дослідити методи контролю якості питної води, зокрема контроль якості питної води за електричними параметрами, та на основі проведених досліджень сформувати рекомендації до засобів оперативного контролю в системі водопостачання;

- розробити методику оцінювання рівня якості питної води на основі використання комплексного показника якості;

- на основі аналізу нормативно-технічної бази, чинної в ЄС, розробити проект основоположного стандарту для оцінювання якості питної води, гармонізований з аналогічними нормативними документами ЄС.

Об’єкт дослідження – якість централізованого господарсько-питного водопостачання, стан нормативно-технічної бази у цій галузі.

Предмет досліджень – методи забезпечення та контролю якості води централізованого господарсько-питного водопостачання.

Методи дослідження. Використано теоретичні та експериментальні методи досліджень, що ґрунтуються на системно-факторному аналізі, логіко-математичному моделюванні, теорії похибок, методах імітаційного моделювання на ЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів. В роботі отримані наступні наукові результати:

1. Розроблено проект основоположного стандарту (ДСТУ) у сфері питного водопостачання, вимоги якого гармонізовані з Європейськими, що дає можливість повніше контролювати показники якості питної води.

2. Вперше запропоновано оцінювати рівень якості води централізованого господарсько-питного водопостачання комплексним методом та розроблено відповідну методику, що дає можливість звести результат оцінювання до одного числового показника.

3. Вдосконалено схему вибору оптимального способу очищення води, що збільшує ефективність його застосування у сфері питного водопостачання та враховує індивідуальні показники якості джерела водопостачання.

4. Проаналізовано вплив інформативних та неінформативних параметрів на активну та реактивну складові електропровідності води, на основі чого можна формувати вимоги до відповідних засобів оперативного контролю в системі водопостачання.

5. Вперше виявлено зміну характеру залежності реактивної складової електропровідності від вмісту мікроелементів у воді, що дає підстави здійснювати оцінювання якості води за реактивною складовою.

Практичне значення одержаних результатів.

- Розроблений проект національного стандарту регламентує вдосконалені вимоги до показників якості питної води, які є гармонізовані з вимогами європейських нормативних документів у сфері питного водопостачання, що дає можливість вдосконалити контроль якості питної води;

- З допомогою методики оцінювання рівня якості питної води комплексним методом можна визначити показник рівня якості питної води. Здійснюючи статистичне опрацювання таких узагальнених оцінок ми можемо спостерігати тенденції зростання чи спадання якісних характеристик питної води, а також формулювати рекомендації щодо покращення показників якості цієї води.

- Запропонований принцип вибору оптимального способу очищення води, що постачається із вододжерела певного еколого-гігієнічного класу дозволить індивідуально враховувати його показники та підвищити економічну ефективність процесу знезараження.

- Запропонований метод контролю якості води за електричними параметрами безпосередньо перед постачанням у будинок (на вході в будинковий трубопровід) дає можливість неперервного моніторингу якості води, призначеної для споживання людиною. З допомогою цього методу можна розробити ефективний спосіб тарифікації водопостачання за принципом ціна - якість.

Особистий внесок здобувача. У дисертації використані авторські розробки, ідеї та дослідження, що знайшли відображення в наукових працях, публікаціях, виступах на конференціях, у розробці та практичному впровадженні яких автор приймав безпосередню участь.

Апробація результатів роботи. Основні положення і результати роботи доповідались та пройшли апробацію на міжнародних науково-технічних конференціях та семінарах:

- VIII міжнародна конференція «Температура 2003», Україна, м. Львів, вересень 2003 р.;

- Всеукраїнська науково-технічна конференція «Якість 2006», Україна, Славське, лютий 2006 р.;

- XV Міжнародний семінар метрологів «Методи і техніка перетворення сигналів при фізичних вимірюваннях МСМ’07», Україна, м. Львів, вересень 2007 р.

Публікації. Результати дисертаційних досліджень відображаються в 10-ти публікаціях, 9 з яких видані у фахових науково-технічних журналах ВАК.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п’яти розділів та висновків, викладена на 155 сторінках друкованого тексту, містить 25 рисунків, 11 таблиць, перелік цитованої літератури та додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ.

У вступі відображено актуальність проблеми, обґрунтовано мету та основні завдання дослідження. Показано зв’язок роботи із науковими програмами, планами, темами. Сформульовано наукову новизну отриманих результатів та їх практичну цінність. Наводяться дані про особистий внесок здобувача, апробацію роботи та публікації.

У першому розділі описано сучасний стан джерел централізованого господарсько-питного водопостачання. На основі аналізу процесів надходження води від джерел водопостачання до споживача виявлено ділянки, де особливо гостро стоїть проблема забезпечення якості питного водопостачання. Особливу увагу слід звернути на стан нормативно технічної бази у даній галузі, якість та еколого-гігієнічну класифікацію джерел водопостачання, методи очищення та знезараження питної води, нормування показників якості питної води та методи їх контролю.

Виявлено, що при незадовільній якості питної води та стану джерел водопостачання споживачі залишаються абсолютно непоінформованими про реальну якість води, яка їм постачається. На основі сказаного окреслено основні задачі та напрямки подальших досліджень.

Другий розділ розкриває загальну концепцію основних аспектів забезпечення та оцінювання якості питної води.

Як один із важливих заходів, наведено основні принципи гармонізації вітчизняних нормативних документів з НТД, що діють в ЄС у галузі використання та охорони вод.

Здійснено порівняльний аналіз ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль качества», ДСанПіН ”Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного водопостачання” від 23 грудня 1996 р. № 383 та Директиви Ради 98/83/ЕС, який показав, що ГОСТ 2874-82 та ДСанПіН нормують набагато менше показників якості (гранично допустимих концентрацій (ГДК) речовин) питної води (рис. 1). Очевидно, що доцільним є прийняття національного стандарту аналогічного призначення, який відповідав би вимогам ЄС.

1 – фізико-хімічні показники якості води;

2 – органолептичні показники;

3 – мікробіологічні показники;

4 – радіологічні показники;

5 – ГДК вмісту неорганічних речовин;

6 – ГДК вмісту органічних речовин.

N – кількість нормованих показників

Рис. 1 Порівняльна характеристика нормування показників якості води різними нормативними документами

Щоб забезпечити врахування вимог НТД ЄС у національних нормативних документах, слід внести відповідні зміни і доповнення, тобто здійснити так зване «перенесення вимог» окремих важливих водних директив ЄС в українські стандарти та вжити ряд заходів, необхідних для гармонізації нормативно-правової бази в галузі питного водопостачання.

Важливим аспектом забезпечення якості питної води є її очищення та знезараження. В даній сфері озонування та хлорування стали конкуруючими процесами. На даний час в нашій країні найчастіше використовують хлорування, з огляду на невисоку вартість обладнання та більш тривалий ефект після обробки. Проте, слід зазначити, що речовини, які утворюються при хлорування води, є канцерогенними. В деяких розвинутих каїнах як дезінфектант використовують діоксид хлору. Порівняльна діаграма ефективності хлору, озону та діоксиду хлору наведена на рис. 2

Рис. 2. Порівняльна характеристика знезараження питної води трьома реагентами - озоном, хлором та діоксидом хлору.

Для досягнення найбільшої ефективності в забезпеченні якості питної води доцільно разом з озонуванням використовувати вугільні фільтри, а також поєднувати озонування з обробкою ультрафіолетовим випромінюванням. Окрім вищезгаданих реагентів існує ряд інших методів очищення та знезараження питної води, а саме: перекис водню, срібло, іони міді, препарати йоду, перманганат калію, ультрафіолетове випромінювання, іонізуюче випромінювання, ультразвукові коливання, термічна обробка, використання імпульсних електричних розрядів. Кожен з цих методів має ряд показників, для яких він є найбільш ефективним. Вибір схеми, методів та набору пристроїв для очищення та знезараження питної води здійснюється із врахуванням якості води у джерелі водопостачання та потужності водопроводу.

Пропонується схема вибору способу знезараження води. Якщо у воді виявлено:

1) лише бактерії, то як дезінфектант доцільно використовувати перекис водню;

2) бактерії та віруси – слід використовувати препарати йоду чи срібла;

3) вегетативні, спорові форми, бактерії, віруси, цисти, найпростіші – дезінфекцію слід проводити з допомогою ультрафіолетового випромінювання, ультразвукових коливань або іонізуючого випромінювання (з наступною обробкою іонами міді);

4) окрім вегетативних, спорових форм, бактерій, вірусів у воді присутні ще й розчинені органічні речовини, слід використовувати озонування чи озон/ультрафіолетове випромінювання з наступною обробкою іонами срібла.

Структурна схема такого підходу зображена на рис. 3.

Рис. 3. Структурна схема вибору способу знезараження води

Саме такий підхід допоможе забезпечити досягнення належної якості та безпеки води, призначеної для споживання людиною

Крім правильного вибору способу очищення, важливим є своєчасний, оперативний і якісний контроль за хімічним складом води, що використовується в господарсько-побутових цілях, оскільки це один із способів вирішення проблеми незадовільної якості питної води та одна з умов покращення стану здоров’я людини.

Одним із варіантів реалізації оперативного контролю є контроль за узагальненими (інтегральними) показниками (рівень мінералізації, жорсткість тощо). Так, зокрема, для визначення жорсткості питної води застосовують комплексонометричний метод аналізу (ГОСТ 4151-72). Альтернативним методом для визначення жорсткості питної води є кондуктометричний метод. Основними його перевагами є відносно висока точність та відтворюваність, простота та доступність приладів, можливість автоматизувати процес досліджень.

При хімічному очищенні води важливо знати електричну провідність води, яка залежить від розчинених у воді іонних сполук. Це зручний сумарний індикаторний показник антропогенної дії. Реалізується такий метод через вимірювання інформативних параметрів електролітичної комірки відомими вимірювальними засобами.

Запропоновано в новому національному стандарті нормувати значення електропровідності питної води, оскільки це інтегральний показник вмісту розчинених у воді солей, мінералізації та жорсткості питної води. Вітчизняними нормативними документами даний показник не нормується. Однак, нормативні документи ЄС у сфері водопостачання окремо регламентують значення електропровідності.

В третьому розділі увага приділяється дослідженню еквівалентної схеми двоелектродної кондуктометричної комірки, що використовується для визначення електричної провідності питної води (рис. 4).

Рис. 4. Електрична еквівалентна схема електролітичної комірки

В даній схемі R – опір зразка питної води, Rs та Cs - елементи, які залежать від частоти, С – ємність подвійного шару, а (паралельна ємність) визначається як:

, (1)

де ; ; - ємність між провідниками, які з’єднують електролітичну комірку з вимірювальним засобом (С2 та С3 – зумовлюють похибку вимірювань).

Одним із параметрів, що визначають ємність , є діелектрична проникність розчину x. Тобто, інформативним параметром, який містить інформацію про склад електроліту необхідно вважати також ємність .

Досі аналіз зазначених ємностей не проводився, причому як інформативний параметр аналізується лише активний опір води, а ємність приймається як паразитна. Тому доцільним є проведення аналізу схеми заміщення за активною та реактивною складовими, враховуючи їх як інформативні параметрами комплексної провідності багатоелементного двополюсника.

Загальна провідність двоелектродної кондуктометричної комірки при врахуванні паралельної ємності СП матиме наступний вигляд:

. (2)

Встановлено, що при збільшенні частоти до декількох кілогерц, впливом елементів СS та RS можна нехтувати. Тоді схема вимірювань значно спроститься, а вираз (2) матиме вигляд:

. (3)

Відповідно, складові описуються наступними виразами (із врахуванням G=1/R):

, (4)

. (5)

За отриманими виразами для активної та реактивної складових відносні похибки, відповідно, описуються виразами:

, (8)

. (9)

Графічні залежності похибок активної та реактивної складових, отримані за даними формулами, наведені на рис. 5.

Прийнявши C/CП = a та G/C = b отримано залежність Re від співвідношення G/C (рис. 5(а)) та залежність дIm від співвідношень C/CП та G/C (рис. 5(б)).

а) б)

Рис. 5. Графічні залежності похибок активної (а) та реактивної (б) складових

Графічні залежності підтверджують, що із зростанням частоти вимірювань похибка вимірювань як активної, так і реактивної складових зменшується. Тобто усувається вплив неінформативних параметрів вимірювання, зокрема, приелектродної ємності.

Усуває вплив приелектродних ємностей запропонована схема вимірювального перетворювача параметрів чотириелектродної комірки (рис. 6). Пристрій виконано на основі перетворювача “імітанс-напруга” з виведенням за межі вимірювального кола неінформативного приелектродного імпедансу та .

Рис. 6. Схема перетворювача провідності електролітичної комірки в напругу

Для перетворювача (рис. 6) інформаційна та опорна напруги, відповідно, описуються виразами

, (13)

, (14)

де - напруга джерела тестового сигналу ДТС, - зразковий опір, ОП1 та ОП2 –операційні підсилювачі.

Розділивши (13) на (14), отримаємо вираз (15) (при 1/Zx=Yx):

. (15)

При оцінюванні якісних параметрів питної води імпедансним методом важливо знати, які параметри впливають на результат вимірювань активної та реактивної складових провідності питної води. У зв’язку з цим досліджено вплив температури, частоти та рівня тестового сигналу на активну G та реактивну В складові електропровідності. Отримані результати представлено у вигляді таблиць та рисунків.

Проведено дослідження залежності активної та реактивної складових електричної провідності питної води від температури. В даному експерименті встановлено рівень тестового сигналу UТ=2V, а частота, на якій проводились дослідження температурної залежності становить f=10кГц. На рис. 7 представлено залежності активної (а) та реактивної (б) складових імпедансу від температури.

а) б)

Рис. 7. Залежність активної (а) та реактивної (б) складових електропровідності питної води від температури

Якщо активна складова електропровідності G із зростанням температури зростає монотонно, то для реактивної складової електропровідності В у діапазоні від 2°С до 20°С зміна є незначною. Від 20°С до 40°С спостерігається більш різка зміна В з ростом температури. Для питної води оптимальні значення температури знаходяться в межах від 12°С до 25°С. Тому при оцінюванні показників якості питної води імпедансним методом доцільно контролювати саме реактивну складову, оскільки вплив температури на зміну параметра незначний.

Досліджено воду різного походження, а саме: питної води із Золочівського джерела централізованого водопостачання (1), питної води із Стрийського джерела централізованого водопостачання (2), води із артезіанської свердловини, яку постачають населенню автомобільними цистернами та дистильованої води. Експерименти проводились у діапазоні частот від 50 Гц до 100 кГц. Здійснювалось оцінювання активної G (рис. 8) та реактивної В (рис. 9) складових імпедансу води з допомогою ємнісного сенсора.

Рис. 8. Залежність активної складової електропровідності різних типів води від частоти

Результати проведених досліджень показали, що найменшу електричну провідність має питна вода, що постачається населенню з артезіанської свердловини. Це може бути спричинено низьким рівнем у воді іонів кальцію, магнію, натрію, які є визначальними елементами для жорсткості води і тим можна пояснити відсутність накипу при кип’ятінні води. Активні складові електропровідності різних типів води зростають із зростанням частоти, причому залежність є нелінійною на початку діапазону. Після 2 кГц залежність прийняла лінійний характер.

Рис. 9. Залежність реактивної складової електропровідності різних типів води від частоти

В той же час дослідження залежностей реактивних складових електропровідностей різних типів води від частоти показали, що реактивна складова електропровідності зменшується із зростанням частоти. Особливо різка зміна спостерігається від 100 Гц до 2 кГц. В діапазоні частот від 40 кГц до 100 кГц спостерігається незначний ріст значень електропровідності. Тобто чутливість вимірювань електричної провідності води за реактивною складовою є найбільша на початку діапазону.

Для дистильованої води (рис. 10) активна складова електропровідності практично не змінюється із зростанням частоти, а характер залежності аналогічний до характеру залежності G питної води централізованого водопостачання від частоти (рис. 8).

Проте характер залежності реактивної складової електропровідності дистильованої води від зміни частоти відрізняється від характеру залежності реактивної складової В питної води централізованого водопостачання від частоти (рис. 9). Реактивна складова дистильованої води постійно зростає із ростом частоти.

Рис. 10. Залежність активної та реактивної складової електропровідності дистильованої води від частоти

Звідси можна зробити висновок, що мікроелементи, які знаходяться в питній воді, впливають на вигляд електричної схеми заміщення та на її математичну модель, яка використовується при дослідженні.

Разом з тим проведено оцінювання залежностей активної та реактивної складових електропровідності води (рис. 11 та рис. 12, відповідно) в діапазоні частот від 100 Гц до 100 кГц при різних рівнях тестового сигналу (Uт1...Uт6)

Рис. 11. Залежність активної складової електропровідності питної води від частоти при різних рівнях тестового сигналу UT

Рис. 12. Залежність реактивної складової електропровідності питної води від частоти при різних рівнях тестового сигналу UT

Аналіз показав, що зберігається характер залежностей активної та реактивної складових електропровідності питної води в діапазоні частот при зміні значень тестового сигналу, однак вплив таких змін на результат вимірювань є незначним.

Проведено дослідження залежностей активної та реактивної складових електропровдності питної води від зміни тестового сигналу UТ при різних частотах (рис. 13 та рис. 14, відповідно).

Рис. 13. Залежність активної складової електропровідності питної води від зміни тестового сигналу при різних частотах

Рис. 14. Залежність реактивної складової електропровідності питної води від зміни тестового сигналу при різних частотах

За характером залежностей, зображених на рис. 13, 14 можна зробити висновок, що вплив зміни тестового сигналу на результати досліджень яскраво виражений лише на низьких частотах і спостерігається як для активної так і для реактивної складових електропровідності. Це може свідчити про можливий вплив приелектродних ємностей. Відповідно, є недоцільним шукати зв’язки між фізико-хімічними властивостями питної води та їх електричними параметрами на основі зміни рівня тестового сигналу. Крім того активна та реактивна складові електропровідності питної води практично не змінюються на частоті, що переважає значення 1 кГц, що також свідчить про недоцільність високочастотних досліджень G та В.

Четвертий розділ присвячений розробленню нормативних документів на основі проведених досліджень.

Обґрунтовано запропоновану першу редакцію пректу національного стандарту ДСТУ ХХХХ:200_ "Якість води. Гігієнічні вимоги до якості води, призначеної для споживання людиною". Обов’язковою умовою для забезпечення та оцінювання якості питної води є наявність адекватних та актуальних вимог до її складу та властивостей. Іншими словами – це перелік нормованих показників та елементів та їх ГДК. Для забезпечення дотримання цих вимог розроблено проект ДСТУ, який містить гармонізовані з європейськими вимоги до якості питної води та в якому вперше запропоновано нормувати електропровідність питної води, як інтегральний показник якості. Також встановлено основні області застосування цього стандарту та умови обмеження його використання.

Проект ДСТУ відповідає Директиві ЄС - Council Directive 98/83/EC On the quality of water intended for human consumption OJ L 377, 31.12.1991: (Про якість води, призначеної для споживання людиною). Ступінь відповідності – нееквівалентний (NEQ).

Враховуючи, що вимоги цього проекту стандарту є актуальними та гармонізованими з вимогами, що діють для країн-членів ЄС, запропоновано ввести проект ДСТУ "Якість води. Гігієнічні вимоги до якості води, призначеної для споживання людиною" як основоположний стандарт, на заміну ГОСТ 2874-82, який на сьогоднішній день морально та змістовно застарів.

Для об’єктивної оцінки рівня якості питної води необхідно охарактеризувати її властивості кількісно. Для цього визначають показник якості - кількісну характеристику показника води, який входить в склад її якості і розглядається щодо певних умов життєвого циклу питної води.

Розглянуто оцінювання рівня якості питної води комплексним методом, який у порівнянні із диференційним (який традиційно використовується), дає можливість оцінити рівень якості та виразити його одним числом.

За базовий зразок слід вибрати воду, що має найкращі значення для найважливіших показників якості.

Визначення показників якості проводиться для середньої вибірки. Для підвищення точності при оцінюванні якості питної води потрібно враховувати неоднорідність показників якості, тобто у вираз для визначення комплексного середньозваженого геометричного показника якості необхідно внести міру однорідності оцінюваного показника. Отже, вираз для комплексного показника якості буде мати вигляд:

, (19)

де К0 – комплексний середньозважений геометричний показник,

Кі – відносний і-й показник якості питної води,

Мі – вагомість і-го показника якості.

Оі – міра однорідності і-го показника якості, що визначається як, де Nі - міра неоднорідності і-го показника якості, який у першому наближенні матиме вигляд:

, (20)

де Рi, j – значення j-ї вибірки для і-го показника якості питної води;

- середнє значення і-го показника якості питної води.

При визначенні комплексного середньозваженого геометричного показника якості ми отримуємо одне числове значення – це і буде узагальнена оцінка рівня якості питної води відносно базового зразка. Будуючи масив із узагальнених оцінок рівня якості ми можемо спостерігати тенденції зростання чи погіршення якісних характеристик питної води.

Використовувати обчислений комплексний показник якості питної води можна для оцінювання рівня якості питної води та застосування (за необхідності) подальших коригувальних дій. Також така інтерпретація рівня якості питної води зручна та наглядна для широкого кола споживачів, для яких в багатьох випадках хімічні терміни та показники є малоінформативними. Доцільно було б регулярно, наприклад щотижня розсилати споживачам інформацію про рівень якості питної води, що постачається їм через мережу централізованого водопостачання. Для об’єктивного оцінювання рівня якості питної води комплексний показник повинна визначати третя незалежна сторона.

Розроблено методику "Визначення рівня якості води централізованого господарсько-питного водопостачання комплексним методом" яка призначена для установ і організацій, що акредитовані на право оцінювання якості питної води а також для органів та установ державної санітарно-епідеміологічної служби МОЗ України при визначенні пріоритетних речовин, що потребують їх гігієнічного регламентування в об'єктах середовища життєдіяльності людини.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведене теоретичне узагальнення та нове розв’язання наукової задачі щодо створення науково обґрунтованих рекомендацій для забезпечення якості питної води, формування нормативних засад в галузі централізованого господарсько-питного водопостачання. Обґрунтовано стандартизацію показників якості питної води та методи їх оперативного контролю. Результати роботи можуть бути використані при формуванні вимог до засобів оперативного контролю. Основні результати проведеної роботи полягають в наступному.

1. Здійснено аналіз основних аспектів забезпечення та оцінювання якості питного водопостачання. Сформульовано основні положення, що необхідні для гармонізації нормативно-правової бази у сфері питного водопостачання з чинною в ЄС нормативно-технічною документацією аналогічного призначення.

2. Розроблено проект основоположного стандарту, що регламентує вимоги до показників якості питної води, які є актуальними та гармонізованими з вимогами європейських нормативних документів у сфері питного водопостачання. Наявність такого стандарту є основою для забезпечення належного рівня якості води централізованого господарсько-питного водопостачання.

3. Запропоновано схему вибору способу очистки води, призначеної для споживання людиною, в залежності від еколого-гігієнічного класу джерела водопостачання та від характеру його забруднення. Запропоновано впровадження нової еколого-гігієнічної класифікації поверхневих та підземних джерел централізованого господарсько-питного водопостачання.

4. Сформульовано основні положення контролю якості питної води. Розроблено структурну схему інформаційного управління якістю питної води, яка дозволяє ефективно здійснювати моніторинг, прогнозування та контроль якості води, яка постачається від вододжерела до споживачів.

5. Досліджено метод контролю якості води за електричними параметрами який дозволяє автоматизувати цей процес. При цьому запропоновано вимірювати активну та реактивну складові електропровідності на різних частотах і порівнювати отримані результати з базовими.

6. Розроблено та проаналізовано математичну модель для двоелектродної електролітичної комірки. Здійснено аналіз похибок, що виникають при кондуктометричних вимірюваннях, досліджено їх залежність від частоти та вказано способи їх усунення.

7. Досліджено активну та реактивну складові електричної провідонсті питної води, проаналізовано вплив інформативних та неінформативних параметрів на результати їх вимірювання, на основі чого можна формувати вимоги до відповідних засобів оперативного контролю в системі водопостачання.

8. З допомогою розробленого проекту методики оцінювання рівня якості питної води комплексним методом можна визначити показник якості питної води, виражений одним числом та спостерігати тенденції зростання чи спадання якісних характеристик питної води, а також формулювати керівні настанови щодо покращення показників якості цієї води.

9. Результати досліджень використані при виконнанні науково-дослідних робіт на кафедрі «Метрологія, стандартизація та сертифікація» Національного університету «Львівська політехніка»

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗАТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бичківський Р.В., Гонсьор О.Й. Тенденції розвитку національних стандартів ДСТУ ISO серії 9000 // Міжвідомчий науково-технічний збірник «Вимірювальна техніка та метрологія», випуск 59, 2002. – С. 123-125.

2. Бичківський Р.В., Гонсьор О.Й. Оцінювання якості питної води комплексним методом // Міжвідомчий науково-технічний збірник «Вимірювальна техніка та метрологія», випуск 60, 2002. – С. 107-111.

3. Бичківський Р.В., Гонсьор О.Й. Дослідження впливу температури на результати вимірювання токсичності води за допомогою біосенсора // Міжвідомчий науково-технічний збірник «Вимірювальна техніка та метрологія», випуск 63, 2003. – С. 152-155.

4. Бичківський Р.В., Гонсьор О.Й. Забезпечення якості питної води за допомогою її озонування // Вісник Національного університету «Львівська політехніка» «Автоматика, вимірювання та керування», № 500, 2004. – С. 117-123.

5. Бичківський Р.В., Гонсьор О.Й. Математична модель для оцінювання якості питної води // Міжвідомчий науково-технічний збірник «Вимірювальна техніка та метрологія», випуск 65, 2005. – С. 161-164.

6. Р. Бичківський, П. Столярчук, О. Гонсьор, М. Міхалєва, В Німас Питне водопостачання: гармонізація нормативних документів // Стандартизація, сертифікація, якість, № 54, 2005. – С. 14-18.

7. Бичківський Р. В., Гонсьор О.Й. Аналіз стандартизації в галузі постачання води, призначеного для споживання людиною // Міжвідомчий науково-технічний збірник «Вимірювальна техніка та метрологія», випуск 66, 2006. – С. 179-184.

8. Походило Є.В., Гонсьор О.Й. Формування методичних засад для вибору способу очистки води, призначеної для споживання людиною // Вісник НУ «Львівська політехніка» «Теплоенергетика, інженерія довкілля. Автоматизація», № 561, 2006. – С. 26-31.

9. Походило Є.В., Гонсьор О. Й. Контроль якості питної води за електричними параметрами // Міжвідомчий науково-технічний збірник «Вимірювальна техніка та метрологія», випуск 68, 2008. - С. 237-242.

АНОТАЦІЯ

Гонсьор О.Й. Вдосконалення нормативно-методичного забезпечення для оцінюваня якості питного водопостачання. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.02 – «Стандартизація, сертифікація та метрологічне забезпечення». Національний університет «Львівська політехніка», Львів 2008.

Дисертацію присвячено вирішенню актуальних проблем у сфері забезпечення якості питного водопостачання, зокрема розробленню проекту основоположного національного стандарту, вимоги якого є актуальними та гармонізованими із вимогами НТД аналогічного призначення, що діють в ЄС. В даному НД вперше запропоновано нормувати електричну провідність питної води, яка є інтегральним показником вмісту розчинених солей, мінералізації та жорсткості. Для цього досліджено математичну модель електролітичної комірки, яка дає можливість вдосконалити вимірювання електричних параметрів питної води, та оптимізувати їх. Досліджено методичні похибки вимірювань активної та реактивної складових електричної провідності, які виникають внаслідок впливу неінформативних параметрів. Проведено дослідження впливу інформативних та неінформативних параметрів на результати вимірювання активної та реактивної складових електричної провідності. Розроблено структурну схему вимірювання електричних параметрів питної води, яка дає можливість усувати вплив неінформативних параметрів на результати вимірювань.

Запропоновано здійснювати оцінювання рівня якості питної води комплексним методом з метою вираження рівня якості одним числом.

Ключові слова: якість, забезпечення якості, питне водопостачання, показники якості, електричні параметри якості, питна вода.

АННОТАЦИЯ

Гонсьор О.Й. Совершенствование нормативно-методического обеспечения для оценки качества питьевого водоснабжения. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук за специальностью 05.01.02 - Стандартизация, сертификация и метрологическое обеспечение. Национальный университет «Львовская политехника», Львов 2008.

Диссертация посвящена решению актуальных проблем в сфере обеспечения качества питьевого водоснабжения, в частности усовершенствованию нормативной и методической базы. Произведен сравнительный анализ требований нормативных документов к показателям качества питьевой воды, которые действуют в Украине и за рубежом.

В диссертации приведено решение научной задачи разработки методик контроля и оценки качества питьевой воды, а также проекта основополагающего национального стандарта, который регламентирует актуальные требования к показателям качества питьевой воды, и гармонизированы с требованиями нормативно-технической документации аналогичного назначения, которая действует в Европейском Союзе. Внедрение такого стандарта является основой для обеспечения необходимого уровня качества питьевой воды централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.

В разработанном стандарте впервые предложено нормировать электрическую проводимость питьевой воды, которая является интегральным показателем содержания растворенных солей, минерализации и жесткости.

Исследованы методы контроля качества питьевой воды, в частности контроль качества за электрическими параметрами, который позволяет автоматизировать данный процесс. При этом предложено контролировать не только активную, но и реактивную составляющую электрической проводимости на разных частотах, а полученные результаты сравнивать с базовыми. С помощью данного метода можно определять степень очисти питьевой воды, соответствие нормам питьевого водоснабжения, что очень важно для обеспечения безопасности жизнедеятельности и здоровья населения.

Для этого исследовано математическую модель электролитической ячейки с учетом активной и реактивной составляющих, которая дает возможность усовершенствовать измерение электрических параметров питьевой воды и полнее описать все процессы, проходящие при измерении электрической проводимости на переменном токе.

Теоретически обоснованно и экспериментально подтверждено влияние информативных и неинформативных параметров на результаты измерения активной и реактивной составляющих электрической проводимости, в частности температуры, частоты измерений и уровня тестового сигнала. Исследовано методические погрешности измерений активной и реактивной составляющих электрической проводимости, которые возникают в результате влияния неинформативных параметров и указаны способы их устранения. Также получены графические зависимости погрешностей измерения активной и реактивной составляющих электрической проводимости от частоты.

Разработана структурная схема измерения электрических параметров питьевой воды, которая дает возможность устранять влияние неинформативных параметров на результаты измерений. На основании проведенных исследований сформулированы основные требования к средствам оперативного контроля в системе водоснабжения.

Рассмотрены, проанализированы и классифицированы методы очистки и обеззараживания питьевой воды, на основании чего предложена схема выбора способа очистки воды, предназначенной для потребления людьми, в зависимости от еколого-гигиенического класса источника водоснабжения и от характера его загрязнения. Предложено внедрение новой еколого-гигиенической классификации поверхностных и подземных источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Сформулировано основные положения контроля качеств питьевой воды. Разработана структурная схема информационного управления качествами питьевой воды, которая позволяет эффективно осуществлять мониторинг, прогнозирование и контроль качеств воды, которая поставляется от водоисточника к потребителям.

Предложено осуществлять оценивание уровня качества питьевой воды комплексным методом с целью выражения уровня качества одним числом.

Ключевые слова: качество, обеспечение качества, питьевое водоснабжение, показатели качества, электрические параметры качества, питьевая вода.

ANNOTATION

Honsior O.Y. Improvement of normative-methodical provision aimed at estimating the quality of drinkable water-supply. – The manuscript.

The dissertation is presented for gaining the scientific degree of the Candidate of Technical Sciences on the speciality 05.01.02 – Standardization, Certification and Metrological Supply; - “L’viv Polytechnic” National University, L’viv, 2008.

The thesis is dedicated to the solution of topical problems in the area of quality provision of drinkable water-supply, particularly, to the project development of underlying national standard, whose requirements are topical and harmonized with analogous designation NThD requirements that are valid in the European Society. The given ND proposes for the first time to norm drinkable water electrical conductivity that is the integral index of soluted salts’ content, mineralization and roughness. With this purpose, the mathematical model of an electrolytic cell, which enables us to improve measuring drinkable water electric parameters and optimize them as well. The measurement methodical errors of electrical conductivity active and reactive components that appear as a result of non-informative parameter influence are researched. The exploration of informative and non-informative parameter influence on the measurement results of electrical conductivity active and reactive components is conducted. The structural scheme of drinkable water electrical parameter measurement that enables us to eliminate the influence of non-informative parameters on measurement results is designed. It is suggested to accomplish drinkable water qualitative level estimation by the complex method with the purpose to express a qualitative level by a single number.

Keywords: quality, quality provision, drinkable water-supply, quality indices, quality electrical parameters, drinkable water.