Источники питьевого водоснабжения

Источниками воды для систем хозяйственно-питьевого водоснабжения могут быть поверхностные водные объек­ты (реки, озера, водохранилища) и запасы подземных вод (грунтовые, межпластовые напорные и безнапорные).

Удельный вес использования тех и других водоисточников в различных странах и регионах значительно колеблется. Главная причина этого — наличие или отсутствие запасов подземных вод, так как вопросы разведки и добычи подземной воды в настоящее время технически достаточ­но совершенны.

Важнейшие гигиенические характеристики источника водоснабжения – качество воды (обуславливается подверженностью влияния природных и техногенных факторов) и степень санитарной надежности источника (устойчивость к влиянию указанных факторов), а также водообильность (соотношение с потребностями в воде) и доступность источника.

Санитарная надежность источника централизованного питьевого водоснабжения – способность источника сохранять постоянство качества воды и достаточность дебита для обеспечения проектируемой или эксплуатируемой системы централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Водотоки – каналы судоходного или ирригационного назначения.

Источники питьевого водоснабжения с учетом санитарной надежности выбирают в следующем порядке : межпластовые напорные, межпластовые безнапорные, грунтовые воды, искусственно пополняемые водоемы, подрусловые, поверхностные (реки, водохранилища, озера, каналы.)

Область распространения стандарта на источники питьевого водоснабжения: источники с пресной водой для централизованного водоснабжения, источники с солоноватой водой для централизованного водоснабжения.

В компетенцию только органов санэпиднадзора при организации питьевого водоснабжения входит: определение мест отбора проб для анализа, определение перечня контролируемых показателей качества воды, составление заключения о качестве воды источника.

Воды первого от поверхности земли постоянно существующего водоносного горизонта называются грунтовыми. Воды. залегающие между двумя водоупорными слоями, называются межпластовые.

Употребление питьевой воды с повышенной концентрацией фтора приводит к возникновению пятнистости эмали зубов; нитратов – метгемоглобинемии; стронция – хондродистрофии.

Воды подземных источников водоснабжения надежно защищены от загрязнения. Пресные подземные воды, пригодные для питьевого водоснабжения, залегают на глубине 250-300 м. По условиям залегания различают верховод­ку, грунтовые и межпластовые воды, значительно отлича­ющиеся друг от друга по гигиеническим характеристикам. Причиной появления верховодки служит наличие под почвой отложений, создающих местный водоупор. Скапливающиеся на этом водоупоре атмосфер­ные воды и образуют верховодку. Вследствие поверхно­стного залегания, отсутствия водоупорной кровли и мало­го объема верховодка легко загрязняется; как правило, в санитарном отношении она ненадежна и не может считать­ся хорошим источником водоснабжения.

Грунтовые воды – воды первого от поверхности земли постоянно существующего водоносного горизонта. Не имеют защиты от поверхностного загрязнения в виде водоупорных слоев, у них непостоянный режим – зависит от гидрометеорологических факторов – частоты выпадения и обилия осадков ( сезонные колебания уровня стояния, дебита, химического и бактериального состава грунтовых вод). Запас грунтовых вод пополняется за счет инфильтрации атмосферных осадков, воды рек и водохранилищ в периоды высокого уровня или реже – из более глубоких горизонтов. Дебит грунтовых вод невелик и наряду с непостоянством состава ограничивает их применение для централизованного водоснабжения. Грунтовые воды используются чаще при организации колодезного (нецентрализованного) водоснабжения.

Межпластовые подземные воды – в водоносном слое между двумя водоупорными слоями в зависимости от условий залегания - напорные и безнапорные. В каждом межпластовом водоносном горизонте различают: область питания (где горизонт выходит на поверхность), область напора, область разгрузки, где вода изливается в виде ключей на поверхность земли

или дно реки, озера.

Рис. 2. Залегание подземных вод (схема).

I — водоупорные слои; 2—горизонт грунтовых вод; 3—горизонт межпластовых безнапорных вод; 4—горизонт межпластовых напорных вод; 5—колодец, пита­ющийся грунтовой водой; 6—скважина, питающаяся межпластовой безнапорной водой; 7—скважина, питающаяся межпластовой напорной (артезианской) водой

Межпластовые воды добывают через буровые скважины. Качество воды скважииы определяется ее расстоянием от границы области питания и характера (мощности и монолитности) водоупорной кровли водоносного горизонта, на который она пробурена.

Состав межпластовых вод тем лучше, чем дальше стоит место водозабора (скважина) от области питания или разгрузки, чем лучше защищена от проникновения вышележащих вод.

В подземных водах найдено около 70 химических элементов. Основной принцип организации централизованного водоснабжения из подземных источников – это сохранение исходного качества воды. Артезианские воды характеризуются: постоянством солевого состава, благоприятными органолептическими свойствами, отсутствием растворенного кислорода, низким бактериальным загрязнением. Однако, в подземных источниках могут встречаться повышенные концентрации отдельных химических соединений (железо, фтор, марганец, соли жесткости – сульфаты, карбонаты и бикарбонаты магния и кальция или суммарный сухой остаток, реже встречаются – бор, селен, стронций, бериллий). Постоянство солевого состава – важный признак санитарной надежности водоносного горизонта. В межпластовых водах нет растворенного кислорода, но есть микробиологические процессы. Там есть серобактерии, которые окисляют сероводород и серу до серной кислоты; есть железобактерии, образующие соединения с железом и марганцем, которые частично растворяются в воде; есть бактерии, которые способны восстанавливать нитраты с образованием азота и аммиака. Если имеется гидравлическая связь с поверхностным водным объектом, близость зоны питания источника к водозабору, эксплуатация горизонта грунтовых вод, то в этих случаях необходимо учитывать микробиологическое загрязнение воды.

Наряду с естественными на формирование состава подземных вод оказывают большое влияние и искусствен­ные факторы. При нерациональной эксплуатации горизон­та, отборе воды, превышающем его водообильность, возможно поступление воды из других, выше- и нижелекащих горизонтов, сопровождающееся изменением мине­рализации. В некоторых случаях возможно и бактериаль­ное загрязнение воды.

Причины загрязнения подземных вод

1.Если отбор воды превышает вообильность горизонта, то вода может поступать из других горизонтов (выше и нижележащих) с изменением уровня минерализации, в некоторых случаях возможно и бактериальное загрязнение воды.

2.Промышленные сточные воды (инфильтруются из хвосто-, шламохранилищ, золоотвалов, полей фильтрации – которые применяются для обезвреживания промышленных сточных вод и т.п.) и при неправильной их гидроизоляции – загрязняют подземные воды.

3. Поверхностно-активные вещества, присутствующие в большинстве промышленных сточных вод, способствуют проникновению сточных вод через водоупорные горизонты.

Межпластовые воды вследствие защищенности от по­верхностного загрязнения, постоянства состава и доста­точно большого дебита высоко оцениваются с санитарной точки зрения и при выборе источника хозяйственно-питьевого водоснабжения имеют преимущество перед дру­гими водоисточниками. Весьма часто межпластовые воды могут использоваться для питьевых целей без предвари­тельной обработки. Единственным принципиальным огра­ничением выбора их в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения является недостаточная водо­обильность горизонта по сравнению с намечаемой мощно­стью водопровода.

Когда эксплуатируется водозаборная скважина, вокруг ее ствола в определенной части водоносного горизонта в результате присасывающего действия водоподъемных устройств развивается зона пониженного давления воды. И степень понижения этого давления зависит от мощности водоподъемника, высоты давления в горизонте до его эксплуатации и от водообильности.

Наи­большего значения понижение давления достигает вокруг скважины, постепенно снижаясь по мере удаления от нее Объем водоносной породы, на котором сказывается при­сасывающее влияние водоподъемника при его работе, получил вследствие характерной формы название «ворон­ка депрессии».

Наличие и размеры воронки депрессии изменяют гидрогеологические условия в водоносном гори­зонте, снижая его санитарную надежность, так как появ­ляется возможность притока воды из выше- и нижележа­щих водоносных горизонтов через трещины и гидравличе­ские окна в разделяющих их водоупорных пластах.

Территория на поверхности земли, соответствующая границе воронки депрессии, в наибольшей мере может служить источником загрязнения подземных вод, что учитывается при организации зон санитарной охраны

водоисточника.

Большинство водозаборов – береговые инфильтрационные, когда большую часть отбора воды обеспечивает ее инфильтрация из реки через породы водоносного горизонта. Береговые инфильтрационные водозаборы можно искусственно восполнять - устраивать на берегу реки или водохранилища инфильтрационные бассейны. В них закачивать речную воду и инфильтровать через горные породы в водоносный горизонт, обогащая его. При этом организуется зона санитарной охраны поверхностного водного объекта. Из этого объекта вода восполняется, подвергается предварительной очистке перед подачей в инфильтрационные бассейны путем отстаивания и фильтрации, обеззараживания. Расстояние от инфильтрационного бассейна до фронта водозабора при водоносном пласте из мелких песков не менее 50 м, для средних и крупных песков и галечника – 100-200 м.

На рис. 3 показана одна из схем восполнения подзем­ных вод аллювиальных (неглубоких) горизонтов с приме­нением инфильтрационных бассейнов и одновременно бе­реговой инфильтрацией.

Рис. 3. Искусственное восполнение подземных вод открытого типа из поверхностных вод с инфильтрационными бассейнами и береговой

инфильтрацией (схема).

а—план; /—река; 2—водозабор из поверхностных вод; 3—насосная станция I подъема; 4—сооружения для предварительного улучшения качества воды; 5—ин-фильтрационные бассейны; 6—скважины водозабора; 7—регулирующий резерву­ар; S—насосная станция II подъема; 9—очистные сооружения с хлорированием; б—вертикальный разрез: 1—инфильтрационный бассейн; 2—скважина водозабо­ра; 3—река; 4—динамический уровень воды в скважине; 5—водоносный горизонт; 6—глины.

Гигиенические требования при искусственном воспол­нении подземных вод заключаются в организации зоны санитарной охраны поверхностного водного объекта, из которого производится восполнение, предварительная очи­стка воды перед подачей в инфильтрационные бассейны путем отстаивания и фильтрации, а также обеззаражива­нии перед подачей потребителю.

Таким образом, использование подземных межпластовых водоисточников для централизованного водоснабжения имеет целый ряд преимуществ перед использованием поверхностных источников. К важнейшим из них относится защищенность воды от внешнего загрязнения, безопасность в эпидемиологическом отношении, постоянство качества и дебита воды.

Индустриализация и урбанизация, обусловливающие процесс концентрации населения, приводят к значительно­му росту водопотребления. Однако часто запасы подзем-.ных вод не в состоянии обеспечить потребности в воде и возникает необходимость организации хозяйственно-питьевого водоснабжения из поверхностных источников.

Вода поверхностных источников водоснабжения. Общими свойствами воды поверхностных источников являются низкая минера­лизация, большое количество взвешенных веществ, высо­кий уровень микробного загрязнения, колебания расхода

Величина активной реакции большинства повер­хностных источников находится в диапазоне рН 6,5—8,5. Часто отмечается интенсивное техногенное загрязнение их в результате • сброса промышленных сточных вод, судо­ходства и других причин. К указанным неблагоприятным свойствам воды в водохранилищах добавляется чрезмер­ное развитие микроскопических одноклеточных водорос­лей— так называемое цветение, способное в значительной мере ухудшить органолептические свойства воды и при­дать ей аллергенные свойства.

Часто отмечается интенсивное техногенное загрязнение их в результате • сброса промышленных сточных вод, судо­ходства и других причин. К указанным неблагоприятным свойствам воды в водохранилищах добавляется чрезмер­ное развитие микроскопических одноклеточных водорос­лей— так называемое цветение, способное в значительной мере ухудшить органолептические свойства воды и при­дать ей аллергенные свойства.

Отмеченные особенности состава и свойств воды по­верхностных источников не позволяют использовать ее для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения в при­родном виде и вызывают необходимость предварительной обработки с целью осветления и обеззараживания

В летние месяцы в водоисточниках, особенно в водохранилищах, бурно развивается фито- и зоопланктон. В больших пределах (от десятков до нескольких тысяч миллиграммов в 1 л) колеблется содержание взвешенных веществ, которые разделяются на грубодисперсные примеси с размером частиц более 100 мкм и тонкодисперсные суспензии с частицами от 100 до 0,1 мкм. Частицы размером 0,1 – 0,001 мкм образуют с водой коллоидные растворы. Молекулярно-диспергированные вещества с размером частиц менее 0,001 мкм находятся в воде в истинно растворенном состоянии.

В воде поверхностных водоемов обычно имеется большое количество разнообразных бактерий и вирусов, среди которых встречаются и патогенные. Вирусы обладают наибольшей устойчивостью к воздействию факторов окружающей среды.

РН 6,5-8,5 – активная реакция воды большинства поверхностных источников.

Показателем, косвенно свидетельствующим о степени освобождения питьевой воды от вирусов, служит мутность.

Водоисточники в порядке гигиенической надежности с учетом качества воды и устойчивости ее состава. На первом месте стоят межпла­стовые напорные воды, затем (в порядке снижения надеж­ности) идут межпластовые безнапорные, трещинно-карстовые, грунтовые. Последнее место отведено повер­хностным водоисточникам.

Вода должна быть питьевого качества в точках водопровода перед поступлением в распределительную сеть в местах водоразбора.

Для определения технической эффективности работы водопроводной станции необходим анализ воды, выходящей со станции и анализ воды на месте водоразбора.

Гигиенические требования к качеству питьевой воды включают показатели и их нормативы, характеризующие: эпидемиологическую безопасность, безвредность химического состава, благоприятные органолептические свойства.

Оценка эпидемиологической безопасности питьевой воды в соответствии с гигиеническими требованиями проводится по показателям коли-индекса и общего числа микроорганизмов.

Гигиенические требования к химическому составу питьевой воды распространяются на соединения природного происхождения, реагенты, применяемые для обработки воды, антропогенные загрязнители воды источника.

По санитарно-токсикологическому признаку вредности в питьевой воде нормируются: фтор, алюминий, нитраты, свинец..

Дебит – это объем воды, поступающий из источника в единицу времени (л/час, м³/сутки и т.д.).

Количество воды, которое дает скважина в час при падении уровня воды в ней на 1 м называется удельным дебитом.

Отношение максимального суточного расхода воды в водопроводе к среднесуточному называется коэффициентом суточной неравномерности водопотребления (К сут.).

По перечисленным причинам, при организации централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения вода источника должна пройти ту или иную обработку. К числу недостатков использования подземных источников водоснабжения для централизованного водоснабжения относится небольшой дебит воды, что позволяет использовать их чаще для населенных пунктов со сравнительно небольшой численностью населения (малых и средних городов, поселков городского типа и сельских населенных пунктов). На рис. Представлена схема головных сооружений водопровода из подземных источников. Чаще всего здесь используются различные виды колодцев -шахтные, трубчатые (рис. ).

Лабораторно-производственный контроль за качеством питьевой воды в распределительной сети производится по показателям: запаха, привкуса, мутности, цветности, коли-индекса, общего числа микроорганизмов

Количество воды, в котором обнаруживается одна кишечная палочка, называется коли-титр Количество кишечных палочек, содержащихся в 1 л. воды, называется коли-индекс.

Концентрация химических веществ антропогенного происхождения при обработке воды на водопроводе не изменяется.

Классы опасности химических веществ: I класс – чрезвычайно опасные; II класс - высокоопасные; III класс – опасные; IV класс – умеренно опасные.

Комбинированное действие химических веществ в питьевой воде учитывается для веществ с санитарно-токсикологическим показателем вредности, относящимся к классу опасности I и I; и в концентрациях, не превышающих ПДК, характеризуется эффектами аддитивным и независимым.

При нормировании химических веществ в питьевой воде учет климатического района проводится для фтора.

Для определения гигиенической эффективности работы водопроводной станции необходим анализ воды, выходящей со станции.

Водохранилище, как источник водоснабжения в сравнении с рекой уменьшает мутность, но увеличивает цветность воды.

Единые гигиенические требования к качеству воды подземных и поверхностных источников питьевого водоснабжения относятся к следующим показателям:cухой остаток, хлориды, сульфаты, химические вещества антропогенного происхождения.

Пространство в водном пласте, в котором под влиянием откачки воды устанавливается пониженное давление, называется воронка депрессии.