Всякое / Виды источников водоснабжения и их

Виды источников водоснабжения и их

санитарно-гигиеническая характеристика

Все источники водоснабжения с гигиенической точки зрения, а также по происхождению и локализации можно разделить на 3 группы: подземные, поверхностные и атмосферные. Подземные воды формируются в результате фильтрации через почву атмосферных осадков и поверхностных вод. По глубине залегания и расположению по отношению к земным слоям все подземные воды делятся на верхнюю, среднюю и нижнюю зоны. Для хозяйственно-питьевого водоснабжения чаще всего используют воды верхней зоны, глубина расположения которых достигает 1000, а иногда 2000 м. Так, в тундре и холодном климатическом поясе верхняя зона имеет глубину от 2 до 10 м. Инфильтрация талых снеговых вод делает минерализацию подземных вод очень низкой (100-150 мг/л). В умеренном климатическом поясе глубина залегания подземных вод верхней зоны увеличивается и достигает 20-60 м. Одновременно возрастает и минерализация воды (100-100 мг/л). Еще южнее, в теплом и южном климатических районах, продолжают увеличиваться глубина залегания подземных вод и их минерализация. Таким образом, при продвижении с севера на юг прослеживаются закономерное повышение минерализации подземных вод и увеличение глубины их залегания.

Еще одна закономерность, которую следует отметить при характеристике самоочищения подземных вод, это повышение загрязнения воды микроорганизмами, органическими веществами и токсичными примесями по мере уменьшения глубины её залегания. Данное обстоятельство обусловлено большим загрязнением поверхностных стоков и верхних слоев почвы. При проникновении поверхностных вод через слой почвы происходят их постепенная фильтрация, адсорбция микроорганизмов и органических веществ на почвенных структурах, а затем окисление органических остатков с участием аэробным микроорганизмов. На заключительном этапе минерализации происходит биохимическое окисление органических азотистых соединений до солей аммония и далее с участием аэробных бактерий рода B.nitrosomonas и B.nitrobacter соответственно до нитритов и нитратов. Этот процесс носит название нитрификации. Эффективность самоочищения воды в почве зависит от вида, структуры и толщины почвы, её инсоляции, аэрирования, температуры и ряда других физико-химических и микробиологических характеристик.

Качество подземных природных вод в значительной степени определяется строением земной коры. Верхний слой представлен почвой, содержащей большое количество микроорганизмов и перегнивающих органических веществ животного и растительного происхождения, т.е. гумусом. По мере углубления в грунте возрастает количество песчаных, каменистых и глинистых структур, уменьшается содержание органических веществ. Этот слой водопроницаем, но под ним расположен первый водоупорный пласт, состоящий из глины, гранита или других водонепроницаемых образований. Под первым водоупорным слоем чередуются водоносные горизонты, где носителями воды служат песок, трещиноватые породы, разделенные водоупорными слоями. Подземные воды каждого горизонта имеют свои особенности.

Наиболее близко к поверхности земли находятся почвенные воды. Они формируются из поверхностных стоков и отражают органический и минеральный состав верхнего почвенного слоя. Так, торфянистые и болотистые почвы насыщают воду органическими веществами растительного происхождения, а из черноземных и солончаковых почв в воду вымывается много минеральных веществ. Почвенная влага содержит много микроорганизмов, в т.ч. и патогенных. Почвенные воды неприемлемы в качестве источника водоснабжения в связи с высоким микробным, органическим и минеральным загрязнением, но играют важнейшую роль в поддержании влажности почвы, нормальном функционировании почвенных биоценозов. Эти воды используются растительными и животными организмами.

Почвенные воды, находящиеся в свободном состоянии, под действием гравитационных сил проникают до первого водоупорного слоя. Происходит их фильтрация, и формируются грунтовые воды, лежащие на первом водонепроницаемом пласте земной коры. Одновременно происходит горизонтальное перемещение грунтовых вод в соответствии с уклоном водоупорного слоя, что дополнительно способствует самоочищению воды. Грунтовым водам свойственна высокая минерализация, отражающая химический состав местного грунта. Они практически не содержат микроорганизмов, имеют низкую температуру и приятный вкус. В некоторых случаях при малой толщине слоя грунта, а также при его механическом нарушении достаточного самоочищения грунтовых вод не происходит, и такая вода непригодна для питья. Однако в большинстве случаев именно грунтовые воды служат источниками водоснабжения в сельской местности и при правильном оборудовании шахтных колодцев вполне отвечают санитарным требованиям. В почвенном слое над первым водоносным горизонтом могут находиться элементы водоупорного слоя в виде линз. На них скапливаются свободные гравитационные воды. Это разновидность грунтовых вод – верховодка. Однако из-за недостаточной толщины фильтрующего грунтового слоя эти воды, как правило, сильно загрязнены органическими веществами. Микробиологические, органические и органолептические характеристики не позволяют использовать эти воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Наиболее стабильны и надежны в санитарно-эпидемиологическом отношении межпластовые воды, располагающиеся между водонепроницаемыми пластами ниже первого водоупорного слоя. Толщина водоносных горизонтов межпластовых вод может составлять несколько десятков метров. Носителями воды в водоносном горизонте служат песок, трещиноватые породы (известняк), гравий. В некоторых случаях водоносные горизонты представлены пустотами, заполненными водой, т.е. они имеют вид подземных озер и рек. Этим объясняется осадка грунта при неумеренном откачивании межпластовых вод. Водоупорные слои могут распространяться на десятки и даже сотни километров, поэтому воды водоносных горизонтов формируются и проходят самоочищение, преодолевая огромные пространства. Межпластовым водам свойственны малое аэрирование и слабое развитие биологических процессов и форм жизни, стабильный химический состав и при этом более высокая минерализация, чем у грунтовых вод, содержание необходимых для человека макро- и микроэлементов (кальций, магний, йод, фтор), низкая стабильная температура, хорошие органолептические свойства. Межпластовые воды обычно доброкачественные и могут употребляться для питья без дополнительной обработки. Особое место среди межпластовых вод занимают артезианские воды, которые, обладая всеми благоприятными свойствами подземных вод, находятся под повышенным давлением. Образование напорных вод объясняется особенностями географических и геологических структур на обширных территориях (возвышенности, впадины, уклоны водоупорного слоя), обеспечивающих гидростатический напор воды, что при бурении скважин проявляется фонтанированием. Свойства артезианских вод в бактериальном смысле надежны и благоприятны, что обусловлено повышенным давлением и соответственно отсутствием возможности подсоса воды из загрязненных водоносных горизонтов.

Гидрогеологическое строение грунта в горной и холмистой местности, а также при наличии оврагов, русел рек имеет особенности. В указанных случаях возможно естественное нарушение водоупорных слоев и истечение подземных (грунтовых и межпластовых) вод в виде родников и ключей. Вода таких источников, как правило, доброкачественная, но необходимо правильное санитарно-техническое оборудование (каптирование) родников, исключающее биогенное загрязнение воды.

Средний пояс подземных вод расположен на глубине нескольких сотен метров. В отдельных регионах эти воды могут быть термальными, используются, в основном, с бальнеологическими целями или в качестве теплоносителя для отопления жилых зданий. Нижняя зона подземных вод залегает на глубине нескольких километров. Эти высокоминерализованные воды изолированы от окружающей среды и имеют стабильный химический состав. Контакт человека с этими водами происходит при бурении глубинных нефтяных скважин, когда воды поднимаются на поверхность как сопутствующий продукт. Воды нижнего пояса используются в качестве сырья для добычи присутствующих в них минеральных веществ.

К поверхностным источникам относятся воды рек, озер, искусственных водохранилищ, ручьев, болот, а также морей и океанов. Эти водоисточники различаются содержанием микроорганизмов, органических и минеральных веществ, способностью к самоочищению, обновлению водных ресурсов, физическими свойствами воды. Все поверхностные воды можно разделить на пресные и соленые. Наиболее часто для водоснабжения используются реки. Речные воды обладают наибольшими способностями к самоочищению, высоким дебитом, стабильностью естественного минерального состава. Вместе с тем они наиболее загрязняются антропогенными примесями, т.к. чаще всего используются для сброса хозяйственно-фекальных и техногенных сточных вод, обильно загрязняются сельскохозяйственными стоками. В больших количествах в них поступают паводковые и ливневые воды. Ещё одним недостатком рек как источников водоснабжения является уменьшение количества воды и даже пересыхание в жаркий период года. К более стабильным источникам водоснабжения относятся искусственно создаваемые водохранилища на крупных и средних реках, имеющие большой дебит. Однако с резким замедлением движения воды в искусственных водоемах снижается водообмен, что способствует накоплению и осаждению органических веществ, развитию анаэробной микрофлоры, цветению воды, образованию донных отложений, ила. Подобными недостатками обладают и естественные озера, вода которых ещё больше подвержена нарушению естественных биоценозов, накоплению органических веществ и гнилостных микроорганизмов, развитию бентоса, особенно при массивном заборе питьевой воды и сбросе сточных вод. Поверхностные и подземные источники, питающие озера, не справляются с поддержанием дебита. Это приводит к обмелению озер, что в свою очередь в южных районах влечет за собой засоление, а в северных – заболоченность.

Перспективным и практически неограниченным источником воды остаются моря и океаны. Однако морская вода в натуральном виде неприемлема для питья в связи с высокой засоленностью. Моря, как и другие поверхностные водоемы, имеют высокий уровень микробного и органического загрязнения, особенно в прибрежной зоне.

Для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения могут использоваться и атмосферные осадки в виде дождя и снега. Чаще такое применение осадки находят в засушливых южных районах, в арктической зоне, а также в экстремальных ситуациях. Дождевые и снеговые воды мягкие, маломинерализованные. Однако высокий уровень загрязнения атмосферы в современных условиях, особенно в промышленных регионах, позволяет сделать вывод о большом загрязнении осадков растворимыми токсичными веществами, твердыми аэрозолями и микроорганизмами.

Основные принципы выбора источника хозяйственно-питьевого водоснабжения.

1. санитарная надежность потенциального источника

2. учет гидрогеологических особенностей местности и источников пополнения водоемов

3. оценка эпидемиологической и эпизоотологической ситуации

4. оценка степени урбанизации, развития промышленности и сельского хозяйства, величины и количества населенных пунктов по отношению к водозабору

5. расчет экономической целесообразности использования того или иного источника

6. принципиальная возможность доведения показателей воды с помощью стандартных схем и методов обработки до критериев, предъявляемых к питьевой воде.

В настоящее время источники питьевого водоснабжения должны соответствовать требованиям ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические требования и правила выбора», СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод», СанПиН 2.1.4.1175-02 «Требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников», СанПиН 2.1.4.1100-02 «Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов хозяйственно-питьевого назначения».

Все подземные и поверхностные источники по степени загрязнения делятся на 3 класса. С увеличением класса повышаются показатели загрязнения воды, поэтому, чем выше класс водоисточника, тем более развернутая и эффективная схема очистки требуется для повышения качества воды.

Таблица 1. Показатели степени загрязненности воды.

	Единица измерения	Класс
		1-ый	2-ой	3-й
		Подземные воды
Мутность	мг/л	≤ 1,5	≤ 1,5	≤ 10
Цветность	градусы	≤ 20	≤ 20	≤ 50
РН	-	≤ 6-9	≤ 6-9	≤ 6-9
Железо	мг/л	≤ 0,3	≤ 10	≤ 20
Марганец	мг/л	≤ 0,1	≤ 1	≤ 2
Сероводород	мг/л	отсутствие	≤ 3	≤ 10
Фтор	мг/л	≤ 1,5-0,7	≤ 1,5-0,7	≤ 5
Окисляемость перманганатная	мг О2/л	≤ 2	≤ 5	≤ 15
Число бактерий группы кишечных палочек	шт.	≤ 3	≤ 100	≤ 1000
		Поверхностные воды
Мутность	мг/л	≤ 20	≤ 1500	≤ 10000
Цветность	градусы	≤ 35	≤ 120	≤ 200
Запах при 200 и 600 С	баллы	≤ 2	≤ 3	≤ 4
РН	-	≤ 6,5-8,5	≤ 6,5-8,5	≤6,5-8,5
Железо	мг/л	≤ 1	≤ 3	≤ 5
Марганец	мг/л	≤ 0,1	≤ 1	≤ 2
Фитопланктон: пленочные и нитевидные	мг/л	≤ 1	≤ 5	≤ 50
Одноклеточные в 1 мл воды	шт.	≤ 1000	≤ 100000	≤ 100000
Окисляемость перманганатная	мг О2/л	≤ 7	≤ 15	≤ 20
БПК	мг О2/л	≤ 3	≤ 5	≤ 7
Число лактозоположительных кишечных палочек (ЛКП) в 1 мл воды	шт.	≤ 1000	≤ 10000	≤ 50000

Существуют показатели, общие для водоемов всех классов. Это сухой остаток (не более 1000 мг/л), хлориды (не более 350 мг/л), сульфаты (не более 500 мг/л) и др. химические вещества, концентрации которых не должны превышать ПДК для воды водоемов. Это обусловлено тем, что стандартные методы повышения качества воды на очистных сооружениях либо вообще не уменьшают, либо незначительно снижают концентрации растворенных в воде химических веществ. Помимо этого, вода водоисточников должна быть безопасна в радиационном отношении (соответствовать НРБ).

В зависимости от качества воды водные объекты, пригодные для использования в виде источников питьевого водоснабжения (поверхностные и подземные), делят на три класса (табл. 2).

Таблица 2. Методы обработки воды в зависимости от её класса.

Вид источника	Класс	Характеристика качества воды	Метод обработки
Подземные воды	1-ый	Вода удовлетворяет требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01	Обработка не требуется
	2-ой	Имеются отклонения по отдельным показателям	Аэрирование, фильтрация, обеззараживание
	3-ий	Имеются существенные отклонения	Аэрирование, отстаивание, коагуляция, фильтрация, обеззараживание
Поверхностные воды	1-ый	Слабое микробное и органическое загрязнение	Фильтрование с коагуляцией, обеззараживание
	2-ой	Среднее загрязнение	Коагулирование, отстаивание, фильтрация, обеззараживание
	3-ий	Сильное загрязнение, требующее дополнительных методов обработки	Как и для 2-го класса с применением дополнительных методов (сорбционные методы осветления, более эффективные методы обеззараживания)

Безопасность водозабора обеспечивается комплексом административных, санитарно-гигиенических мероприятий, в первую очередь зонированием территории водозабора.

Зоны санитарной охраны источников водоснабжения (ЗСО)

ЗСО источника питьевого водоснабжения – это специально выделенная территория и акватория, где устанавливаются специальные режимы хозяйственной деятельности в целях охраны источника и водопроводных сооружений от загрязнения («Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов питьевого назначения» СанПиН 2.1.4.14110-02).

Специальный режим хозяйственной деятельности в ЗСО поверхностных источников направлен на ограничение, а в ЗСО подземных – на исключение возможности загрязнения или снижения качества воды источника в месте водозабора или уменьшения их дебита. В соответствии с требованием СанПиН «Зоны санитарной охраны источников водоснабжения» ЗСО источников питьевого водоснабжения устанавливаются в составе трех поясов.

Первый пояс строгого режима ЗСО для поверхностных водоисточников включает территорию расположения водопроводов, площадок всех водоразборных сооружений и водопроводящего канала. Пояс ЗСО состоит из водной части и береговой.

В поясе строгого режима водоразборные очистные сооружения водопровода должны быть защищены от преднамеренных и случайных действий, в результате которых может быть нарушена их работа. На береговой части пояса строгого режима размещают головные сооружения водопровода. Минимальное удаление береговой границы первого пояса от уреза воды составляет 100 м. В зависимости от особенностей источника в пределы водной части первого пояса включается часть акватории вверх по течению не менее 200 м, вниз – не менее 100 м. Защитные мероприятия в поясе строгого режима направлены на недопущение спуска любых сточных вод, в том числе водного транспорта, а также купания, стирки белья, водопоя скота. Минимальные размеры пояса строгого режима подземного источника водоснабжения для скважин безнапорных горизонтов должны быть радиусом 50 м, для межпластовых напорных (артезианских) – 30 м. Территория первого пояса ограждается, на неё не допускаются посторонние лица, запрещено строительство объектов, не связанных с нуждами водопровода.

Назначение второго и третьего поясов ЗСО (зона ограничения) различно для поверхностных и подземных источников.

Основной задачей второго и третьего поясов поверхностного источника воды является ограничение микробного загрязнения в створе водозабора до степени, требуемой ГОСТом «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения» с учетом возможностей очистных сооружений данного водопровода.

В России размер второго пояса ЗСО вверх по течению составляет примерно 30-60 км для рек средней и большой мощности. На малых реках в ЗСО должна включаться вся территория бассейна. Ниже по течению реки граница второго пояса водоисточника должна устанавливаться на расстоянии не менее 250 м от водозабора. Боковые границы второго пояса ЗСО поверхностных проточных и непроточных источников определяется шириной от 500 м до 1000 м. Боковые границы третьего пояса устанавливаются в пределах 3-5 км от уреза воды. На непроточных водоёмах границы второго пояса по акватории должна быть удалена во все стороны от водозабора от 3 до 5 км. Третий пояс непроточного источника по акватории не организуется.

Второй пояс ЗСО подземных водоисточников служит для защиты от микробного загрязнения. Этот пояс ограничен контуром, от которого время движения загрязненного потока до водозабора (скважины) должно быть не меньше времени, за которое патогенные бактерии и вирусы теряют жизнеспособность и вирулентность (допустимое время продвижения фронта микробного загрязнения для межпластовых безнапорных источников принимается равным 400 суткам, а для артезианских – 200 суткам). Третий пояс ЗСО подземных водоисточников защищает водозабор от химического загрязнения.

5