5.1. Краткая характеристика источников воды
5.1. Краткая характеристика источников воды и систем водоснабжения
5.1.1. Общие сведения об источниках воды
В государственных программах охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов стран должна ставится задача об улучшении состояния водных объектов и обеспечения питьевой водой населения путем:
обеспечения приоритетного использования подземных вод для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения населения;
сокращения использования питьевой воды на технические цели;
разработки новых комбинированных методов обеззараживания питьевой воды;
создания автоматических пунктов контроля и управления качеством воды в системах централизованного водоснабжения.
Источниками водоснабжения городов, поселков, промышленных предприятий служат подземные, поверхностные водоисточники и атмосферные осадки.
Подземные воды образуются в результате проникновения в глубь земли атмосферных осадков и поверхностных вод. Они характеризуются постоянством температуры, отсутствием мутности и цветности, высокой санитарной надежностью.
Подземные воды могут быть ненапорные с верхним водонепроницаемым слоем и напорными. К ненапорным относятся верховодка и грунтовые воды.
Верховодка обычно залегает на глубине до 5 м, имеет малую мощность водоносного слоя, небольшие запасы и возможность ее загрязнения с поверхности земли.
Грунтовые воды, как правило, залегают на глубине 15-20 м. Для забора грунтовых вод используются шахтные колодцы.
Напорные или артезианские и ненапорные межпластовые воды защищены сверху водонепроницаемым слоем и залегают, как правило, на глубине 50 м и более. Эта вода забирается водозаборными скважинами и является наиболее устойчивой для водоснабжения населения.
Условия залегания подземных вод показаны на рис.5.1.
Рис. 5.1. Условия залегания подземных вод:
1- напорный водоносный слой; 2 и 3 – ненапорные межпластовые слои; 4 – верховодка; 5 – водоносный слой, питающий за счет реки; 6 – скважина; 7 – шахтный колодец; 8 – инфильтрационный колодец; 9 – восходящий родник; 10 – нисходящий родник; NN1 – статический уровень подземных вод
К поверхностным водоисточникам относятся реки, озера, водохранилища, моря. Они характеризуются большим разнообразием качества воды.
Речная вода характеризуется высокой цветностью, низкой щелочностью, большим количеством взвешенных веществ, наличием различных ядохимикатов (в результате смыва с полей), бактериальной загрязненностью, наличием привкусов и запахов.
Вода озер характеризуется различной степенью минерализации, незначительной мутностью, цветностью.
Вода водохранилищ характеризуется малой мутностью, высокой цветностью и окисляемостью, наличием планктона в теплое время года, низкой минерализацией и малой жесткостью. Эти особенности затрудняют улучшение ее качества.
Морская вода характеризуется содержанием большого количества минеральных солей и относительно невысокой жесткостью. Может быть использована в производственном водоснабжении. После опреснения на специальных опреснительных установках может использоваться для питья.
К атмосферным осадкам относится дождевая вода, вода от таяния снега и льда. Атмосферные осадки используются для водоснабжения в районах, где отсутствуют поверхностные или подземные воды.
Дождевая вода собирается в периоды дождей в искусственные хранилища (сборники). Она имеет высокую прозрачность, низкий солевой состав, малую жесткость. Дождевые воды, собранные в период применения ОМП, требуют ее очистки. Вода от таяния снега и льда по своим качествам близка к дождевой воде.
5.1.2. Характеристика систем водоснабжения
Для снабжения городов, поселков, промышленных предприятий водой, создаются системы водоснабжения.
Под системой водоснабжения понимается совокупность взаимодействующих инженерно-технических устройств, предназначенных для забора воды, ее очистки, транспортирования и раздачи потребителям.
В зависимости от назначения различают следующие системы водоснабжения:
хозяйственно — питьевые (или просто хозяйственные) — подача воды для хозяйственных санитарно-гигиенических и питьевых нужд, что составляет порядка 7% от общего баланса водопотребления; такие системы водоснабжения могут создаваться на поверхностных водоисточниках, на подземных водоисточниках или на тех и других совместно;
производственные или технические — предназначенные для обеспечения водой различных производственных процессов, охлаждения агрегатов и т.п., что составляет около 2,7% от общего баланса водопотребления;
противопожарные — для тушения пожаров, что составляет примерно 1,6% от общего баланса водопотребления;
При наличии различных источников водоснабжения, предпочтение следует отдавать подземным водам перед поверхностными, а среди подземных вод — напорным и ненапорным (межпластовым) перед грунтовыми водами.
Рассмотрим основные элементы системы водоснабжения города на поверхностном водоисточнике.
Система водопровода, базирующегося на поверхностном источнике показана на рис.5.2.
Рис. 5.2. Система водопровода, базирующегося на поверхностном источнике:
1 – водоприемное устройство; 2 – насосная станция первого подъема;
3 – сооружения для обработки воды; 4 – резервуары чистой воды;
5 – насосная станция второго подъема; 6 – водопроводы; 7 – водонапорная башня;
8 – водонапорная сеть
В систему водоснабжения города на поверхностном водоисточнике входят:
головные водозаборные сооружения и устройства, с помощью которых из источников забирается вода;
насосные станции первого подъема, которые подают воду из водозаборных сооружений на очистные сооружения и к резервуарам чистой воды;
очистные сооружения (смесительная камера, камера реакции, отстойники, фильтры, хлораторная) в которых производится обработка и обеззараживание (хлорирование, озонирование, бактерицидное облучение) воды, а также очистка воды от РВ, ОВ и БС;
резервуары чистой воды для хранения запасов очищенной воды и выравнивания суточного графика ее потребления;
насосные станции 2-го подъема (а иногда 3-го подъема), обеспечивающие подъем воды на высокие отметки и подачу ее по водоводам в городскую сеть;
водонапорные башни или пневматические установки с водяными баками, обеспечивающими напор воды и регулирующие подачу ее в водопроводную сеть в зависимости от колебаний в водопотреблении;
водоводы, по которым вода поступает от насосных станций в городскую сеть;
городская водопроводная сеть, по которым вода подается потребителям, состоящая из магистральных и распределительных трубопроводов (сетей);
Когда позволяет рельеф местности, вода может поступать из резервуаров чистой воды к потребителям самотеком. В этом случае насосная станция второго подъема не строится.
Несколько проще выглядит система водоснабжения, питающаяся из подземных водоисточников. В качестве водозаборных сооружений или приемных устройств подземных вод применяются водозаборные скважины.
Система водопровода, базирующегося на подземном источнике показана на рис. 5.3.
Рис. 5.3. Система водопровода, базирующегося на подземном источнике:
1 – насосная станция первого подъема; 2 – резервуар; 3 – насосная станция второго подъема;
4 – водонапорная башня; 5 – водопроводная сеть; 6 – насос; 7 – пневматическая установка
Как правило, качество подземных вод отвечает требованиям ГОСТа, а следовательно, не требуется ее очистка и обработка. Вода насосными станциями первого подъема подается в резервуары чистой воды.
При необходимости очистки, вода подается на очистные сооружения а затем в резервуары чистой воды.
В остальном система водоснабжения на подземных источниках оборудуется так же, как и на поверхностных.
Гигиеническая характеристика систем водоснабжения населенных мест
Различают централизованную и децентрализованную системы водоснабжения.
Централизованная система (водопровод) включает: источник воды (межпластовые напорные или безнапорные воды, поверхностный естественный водоем или искусственное водохранилище), водозаборное сооружение (артезианская буровая скважина, искусственный залив с береговым водоприемным колодцем с фильтрующими сетками), водоподъемное сооружение (помпы или насосы первого подъема), головные сооружения водопроводной станции, на которых проводятся осветление, обесцвечивание, обеззараживание, а иногда и специальные методы (фторирование, дефторирование, обезжелезивание, и т.п.) улучшения качества воды, резервуары накопления ее запасов (резервуары чистой воды), насосная станция второго подъема и водопроводная сеть — система водопроводных труб, которые доставляют воду к потребителям.
Артезианская вода (межпластовая напорная) большей частью не нуждается в очистке, иногда требует лишь обеззараживания, еще реже — специальных методов улучшения качества. Если же водопровод использует воду поверхностных водоемов, она обязательно подлежит очистке. Последняя осуществляется на очистных сооружениях водопроводной станции и обязательно предусматривает осветление, обесцвечивание и обеззараживание.
Для очистки воды используют коагуляцию — химическую обработку воды сернокислым алюминием по реакции:
Гидроксид алюминия в виде довольно больших хлопьев адсорбирует на себе зависшие в воде загрязняющие вещества и гуминовые коллоидные соединения, вследствие чего вода осветляется и обесцвечивается. Доза коагулянта зависит от степени щелочности воды, наличия в ней бикарбонатов, количества взвешенных веществ и температуры воды. При малой карбонатной жесткости (менее 4 О добавляют 0,5-1,0% раствор соды или гашеной извести. С целью ускорения коагуляции в воду добавляют флокулянты (полиакриламид).
После коагуляции вода поступает в отстойники, а затем на фильтры, наконец, в резервуары чистой воды, откуда насосами второго подъема направляется в водопроводную сеть.
После фильтрации вода обязательно обеззараживается методом озонирования, УФ-излучением, или хлорированием.
Хлорирование — простой, надежный и наиболее дешевый способ обеззараживания воды. В то же время хлор придает воде неприятный запах, а при наличии в ней химических загрязнений (из-за выпуска в водоемы сточных вод промышленных предприятий) способствует образованию хлорорганических соединений, которым присуще канцерогенное действие и хлорфенольных соединений с неприятным запахом. В связи с этим разработан метод хлорирования с преаммонизацией: предварительное введение в воду раствора аммиака связывает хлор в виде хлораминов, обеззараживающих воду, а хлорорганические и хлорфенольные соединения, при этом, не образуются.
Децентрализованное (местное) водоснабжение чаще всего осуществляется из шахтных или трубчатых колодцев, реже каптажей родников. В колодцах используют грунтовую воду, которая залегает в водоносном слое над первым водонепроницаемым горизонтом. Глубина залегания таких вод достигает нескольких десятков метров. Колодец в условиях местного водоснабжения одновременно выполняет функции водозаборного, водоподъемного и водоразборного сооружения.
Расстояние от колодца до потребителя воды не должно превышать 100 м. Колодцы необходимо размещать по рельефу местности выше всех источников загрязнения (выгреба, площадки подземной фильтрации, компосты и проч.) на расстоянии не менее 30-50 м. Если потенциальный источник загрязнения расположен выше по рельефу местности, относительно колодца, то расстояние между ними должно быть не менее чем 80-100 м, а в некоторых случаях даже не менее чем 120-150 м.
Колодец представляет собой вертикальную шахту квадратного или круглого сечения, которая доходит до водоносного слоя. Боковые стенки шахты закрепляют водонепроницаемым материалом (бетон, железобетон, кирпич, дерево и др.). На дно насыпают слой гравия на высоту 30 см. Надземная часть сруба колодца должна подниматься над поверхностью земли не меньше чем на 1,0 м. Вокруг сруба колодца при его строительстве устраивают глиняный замок глубиной 2 метра, шириной 1 метр и отмостку в радиусе 2 м с наклоном от колодца. Для отвода ливневых вод устраивают водоотводный лоток. В радиусе 3-5 метров вокруг общественных колодцев должна быть изгородь. Воду из колодца поднимают с помощью насоса, или устраивают коловорот с общественным ведром. Сруб плотно закрывают крышкой и над ней и коловоротом устраивают навес.
Санация шахтного колодца ― это комплекс мероприятий, включающий ремонт, очистку и дезинфекцию колодца, как сооружения, с целью предотвращения загрязнения воды в нем. С профилактической целью санация колодца проводится перед введением его в эксплуатацию, а затем, при благоприятной эпидемической ситуации, периодически 1 раз в год после очистки и текущего или капитального ремонта. Профилактическая санация состоит из двух этапов: 1) очистки и ремонта и 2) заключительной дезинфекции. При заключительной дезинфекции сначала сруб и внутреннюю часть сруба обрабатывают оросительным способом (орошение с гидропульта 5% раствором хлорной извести или 3% раствором гипохлорита кальция из расчета 0,5 дм 3 на 1 м 2 поверхности сруба). Затем выжидают, пока колодец наполнится водой до обычного уровня, после чего проводят дезинфекцию подводной части колодца объемным способом (количество хлорной извести или гипохлорита кальция из расчета 100 ― 150 мг активного хлора на 1 дм 3 воды в колодце растворяют в небольшом объеме воды, осветляют отстаиванием, выливают полученный раствор в колодец, воду в колодце хорошо перемешивают на протяжении 15-20 минут, колодец закрывают крышкой и оставляют на 6-8 часов, не разрешая забор воды из него).
При неблагоприятной эпидемической ситуации (колодец является фактором распространения кишечных инфекций), в случае лабораторно установленного факта загрязнения воды в колодце, или видимых признаков загрязнения воды фекалиями, трупами животных, другими инородными телами, санацию проводят по эпидпоказаниям. При этом процесс обработки колодца включает три этапа: 1) предварительную дезинфекцию подводной части колодца объемным способом, 2) очистку и ремонт и 3) заключительную дезинфекцию сначала оросительным, а затем объемным способом.
В случае недостаточного улучшения качества воды после проведения дезинфекции (санации) колодца иногда осуществляют длительное обеззараживание воды в колодце с помощью дозирующих патронов. Дозирующие патроны представляют собой емкости цилиндрической формы вместительностью 250, 500 или 1000 см 3 , изготовленные из пористой керамики, в которые загружают хлорную известь или гипохлорит кальция. Количество гипохлорита кальция с активностью не ниже 52 % рассчитывают по формуле:
X1 = 0,07 
X2 + 0,08 X3 + 0,02 X4 + 0,14 X5,
где X1 — количество препарата, необходимого для загрузки патрона (кг), X2 — объем воды в колодце (м 3 ), X3 — дебит колодца (м 3 /ч), X4 — водовыбор (м 3 /сутки), X5 — хлорпоглощаемость воды (мг/дм 3 ). Перед заполнением патрон выдерживают в воде на протяжении 3-5 часов. Затем наполняют найденным количеством хлорсодержащего препарата, прибавляют 100–300 см 3 воды, тщательно перемешивают, патрон закрывают керамической или резиновой пробкой. После этого подвешивают в колодце и погружают в толщу воды приблизительно на 0,5 м ниже ее верхнего уровня и 0,2-0,5 м выше дна колодца.
Каптаж — бетонированный резервуар, построенный возле устья родника в подножии холма, горы, с выводной трубой, через которую постоянно вытекает вода. Резервуар разделен стенкой определенной высоты на две камеры. Первая камера служит отстойником для песка, вымываемого родником, а во второй камере накапливается отстоявшаяся вода, которая постоянно вытекает через выводную трубу. Место родника оборудовано водоотводным бетонированным лотком с наклоном в сторону ручья, речки.
