реферат. Атмосферные воды
 Скачать 474.05 Kb.
|
|
Различают атмосферные, подземные и поверхностные воды. Атмосферные воды Для хозяйственно-питьевого водоснабжения атмосферные осадки, т. е. дождевая вода и снег, используются только в маловодных районах - на юге и в Заполярье. Атмосферные воды весьма слабо минерализованы, очень мягкие, содержат мало органических веществ и свободны от патогенных бактерий. В дальнейшем на качество воды влияет способ сбора и хранения. Проводимые в СССР работы по обводнению засушливых районов и изысканию подземных источников водоснабжения избавили население многих мест от необходимости пользоваться маломинерализованной, невкусной дождевой водой. В некоторых местностях (Заполярье, Северо-Восточная Сибирь, высокогорные районы Кавказа) для водоснабжения используют снег, запасы которого собирают в так называемые снежники, где снег утрамбовывают и покрывают теплоизолирующим материалом. Участок для заготовки снега отводят не ближе 200 м от жилых домов, свалок мусоря, уборных, проезжих дорог и т. д. и огораживают. Талую воду перед употреблением для питьевых целей следует кипятить или хлорировать. Подземные воды Грунтовые воды. Падая на землю, осадки частично вновь испаряются, частично стекают по поверхности земли, образуя ручьи и пополняя реки, озера, частично впитываются в землю, очень медленно продвигаясь в глубь ее через поры водопроницаемых пород. Скапливаясь над первым от поверхности земли пластом водонепроницаемых пород (глина, гранит, сплошные известняки), вода образует первый водоносный горизонт, который называют горизонтом грунтовых вод (рис. 18).  Рис. 18. Общая схема залегания подземных вод: 1 - водоупорные слои; 2 - водоносный горизонт грунтовых вод; 3 - водоносный горизонт меж - пластовых безнапорных вод; 4 - водоносный горизонт межпластовых напорных вод (артезианских); 5 - колодец, питающийся грунтовой водой; 6 - колодец, питающийся межпластовой безнапорной водой; 7 - колодец, питающийся артезианской водой В зависимости от местных условий глубина залегания грунтовых вод колеблется от 1-2 до нескольких десятков метров. По уклону водоупорного слоя грунтовые воды продвигаются из повышенных мест к пониженным. Грунтовые воды часто используются для водоснабжения, так как отличаются прозрачностью и незначительной цветностью. Количество растворенных солей возрастает с глубиной залегания, но в большинстве случаев невелико. При мелкозернистых породах начиная с глубины 5-6 м грунтовые воды свободны от бактериального загрязнения. При загрязнении почвы отбросами и нечистотами существует опасность заражения грунтовых вод патогенными микроорганизмами. Эта опасность тем больше, чем интенсивнее загрязнение и чем глубже оно внесено в почву (чем крупнее зерна породы и чем выше залегание грунтовых вод). Грунтовые воды широко используют в сельских местностях путем устройства шахтных и трубчатых колодцев. Обычно из шахтного колодца, питающегося грунтовой водой, можно получить от 1 до 10 м3 воды в сутки. В отдельных случаях грунтовые воды могут быть использованы для устройства небольших сельских водопроводов. Межпластовые воды. В своем движении вдоль уклона водонепроницаемого пласта грунтовая вода может проникнуть в область, где над ней окажется слой водоупорной породы. В этом случае она станет межпластовой, располагаясь между водоупорным ложем и водоупорной кровлей. В зависимости от местных геологических условий межпластовые воды могут образовать второй, третий и т. д. водоносные горизонты. Как правило, межпластовая вода заполняет все пространство между водоупорными слоями, и если прорезать ее водоупорную кровлю трубчатым колодцем, то она в нем поднимается, а в некоторых случаях может даже излиться в виде фонтана на поверхность земли. Такая межпластовая вода, которая поднимается выше той глубины, на которой она была найдена при рытье колодца, называется напорной, или артезианской. Глубина залегания межпластовых вод колеблется от десятков до тысячи и более метров (см. рис. 18). Межпластовые воды отличаются от грунтовых невысокой температурой (5-12°), постоянством уровня, состава. Обычно они прозрачны, бесцветны, лишены запаха и какого-либо привкуса. Количество растворенных в них минеральных солей зависит от состава пород, в которых они накапливаются и передвигаются. В отдельных случаях межпластовые воды настолько минерализованы (очень жесткие, соленые, содержат много солей фтора, железа или сероводорода), что их нельзя использовать для хозяйственно-питьевого водоснабжения без обработки. Благодаря длительной фильтрации и наличию водоупорной кровли, защищающей межпластовые воды от загрязнения, последние отличаются почти полным отсутствием микроорганизмов, тем более патогенных, и могут использоваться для питья в сыром виде. Эксплуатируются межпластовые воды путем устройства глубоких трубчатых и, реже, шахтных колодцев. Постоянный и большой дебит (от 1 до 200 м3/час) и хорошие качества воды позволяют рассматривать межпластовые водоносные горизонты как лучший источник водоснабжения для небольших и средних водопроводов, большинство которых подает воду населению в натуральном виде, без какой-либо очистки. Все же известны случаи эпидемических вспышек кишечных инфекций даже при пользовании межпластовыми водами. Загрязнение последних может произойти в результате поступления воды из вышележащего горизонта грунтовых вод при трещинах в водоупорной кровле, через заброшенные колодцы и карьеры, вследствие затекания воды вдоль обсадных труб скважины, через негерметически оборудованное устье скважины при затоплении места нахождения скважины во время паводка и т. д. В последние годы описан ряд случаев, когда вследствие спуска сточных вод промышленных предприятий в карьеры или глубокие овраги загрязняющие вещества проникали в поток межпластовых вод. В этих случаях артезианские скважины, питающиеся водой загрязненного водоносного горизонта, выбывали из строя из-за резкого ухудшения органолептических качеств воды (вода приобретала запах нефти, ароматический запах, соленый вкус и т. п.). Родники. Подземные воды могут самостоятельно выходить на поверхность земли. В таком случае они носят название родников, из которых образуются ключи или ручейки. Выходить на поверхность могут как грунтовые, так и межпластовые воды, если соответствующий водоносный горизонт разрезается при падении рельефа, например на склоне горы, в глубоком овраге. Такие родники называются нисходящими (рис. 19).  Рис. 19. Простейший каптаж нисходящего родника: 1 - лоток для воды; 2 - глина; 3 - откидная крышка; 4 - крупный гравий, 5 - мелкий гравий; 6 - крупный песок; 7 - водоносный слой Если же в овраге или речной долине прерывается первый водоупорный слой, то находящаяся под ним напорная межпластовая вода выходит на поверхность в виде восходящего, бьющего ключом родника. Качество родниковой воды зависит от питающего родник водоносного горизонта и от устройства каптажа, т. е. захватывающих воду сооружений. При достаточном и постоянном дебите родники используются для устройства водопроводов в небольших населенных пунктах, например селах или рабочих поселках. Изучение случаев загрязнения родниковых вод показывает, что чаще всего оно происходило вблизи места их выхода, где истончается перекрывающий слой пород. В других случаях причиной загрязнения служило нерациональное устройство каптажных сооружений. Гигиенические требования к устройству шахтных и трубчатых колодцев. Для того чтобы предупредить загрязнение подземных вод при эксплуатации водоисточников, необходимо соблюдать следующие основные правила при устройстве и оборудовании колодцев: а) место устройства колодца должно располагаться выше по рельефу местности и возможно дальше от загрязняющих почву объектов. Это место не должно заболачиваться или затопляться. При эксплуатации необходимо охранять почву окружающей источник территории от загрязнения; б) стенки колодца или каптажа родника должны быть водонепроницаемыми. Вокруг верхней части стен колодца должен устраиваться так называемый глиняный замок, чтобы поверхностные воды не могли просачиваться вблизи и вдоль стен сооружения к водоносному горизонту или в колодец. Так как бактериальные загрязнения проникают в колодцы большей частью не с потоком подземных вод, а через "устье", то забор воды должен производиться таким образом, чтобы колодец был закрыт и в него не могли быть внесены загрязнения извне. Шахтные колодцы. В сельских условиях часто устраивают шахтные колодцы (рис. 20 и 21). В настоящее время для механизированного рытья колодцев применяется машина КШК-30. Средняя скорость рытья шахты колодца с помощью машины 1,5 м/час. Машина отрывает колодеи диаметром 1,2 м и глубиной до 30 м.  Рис. 20. Шахтный срубовой колодец с деревянным насосом: 1 - замок из утрамбованной глины; 2 - суглинок; 3 - песок; 4 - вода 1-го слоя; 5 - водоносный слой песка; 6 - вода 2-го слоя; 7 - глина Место для колодца выбирают на возвышенности, не ближе 25-30 м от возможных источников загрязнения, например уборной, компоста и т. д. Если уборная расположена выше колодца по рельефу местности, то расстояние между ними при рыхлом мелкозернистом грунте должно быть не менее 80-100 м. При рытье колодца желательно дойти до второго водоносного горизонта, если он залегает не глубже 30 м. Дно шахты колодца остается открытым, а боковые стенки закрепляются материалом, обеспечивающим водонепроницаемость, т. е. железобетонными кольцами (с заделкой стыков между ними цементом), кирпичом или деревянным срубом без щелей. Стенки колодца должны возвышаться над поверхностью земли не менее чем на 0,8 м. Для устройства глиняного замка вокруг колодца выкапывают яму глубиной до 1 м и шириной 1 м и наполняют ее хорошо утрамбованной жирной (пластичной) глиной. Вокруг наземной части колодца поверх глиняного замка в радиусе 2 м делают подсыпку песком и замощение камнем или кирпичом с уклоном для стока случайно пролитой воды и атмосферных осадков в сторону от колодца к ближайшему кювету.  Рис. 21. Шахтный колодец из бетонных колец с насосом: а - насос; б - слой гравия на дне колодца Существенное значение имеет техника водоразбора из шахтного колодца, так как большой опыт говорит о том, что в значительном числе случаев загрязнение воды происходит через открытое устье колодца при заборе воды загрязненными ведрами, принесенными из дома. Лучшим средством подъема воды из колодца нужно признать ручные или механические насосы с электроприводом. Колодцы, оборудованные насосами, наглухо закрыты и не подвергаются загрязнению извне, подъем воды из них облегчен. В том случае, если забор воды осуществляется ведром, также можно устроить закрытый колодец (рис. 22). Для того чтобы свести к минимуму загрязнение воды при подъеме ее с помощью ворота или "журавля", следует устье колодца плотно закрывать крышкой, снимаемой только во время подъема воды. При отсутствии насоса следует пользоваться только общественным ведром, которое рекомендуют делать с полукруглым или коническим дном, чтобы нельзя было поставить его на скамейку или на землю.  Рис. 22. Колодец закрытого типа (поднятое ведро с водой, зацепившись за крючок, опрокидывается и вода выливается в лоток) Вокруг колодца в радиусе 5 м должно быть устроено ограждение. Корыто для водопоя животных устанавливают ниже колодца по рельефу местности, за оградой. Трубчатые колодцы. Если грунтовые воды расположены не глубже 7-8 м, то для получения их можно использовать так называемые мелкотрубчатые колодцы (рис. 23). Мелкотрубчатый колодец бурят вручную и оборудуют ручным насосом, производительность которого 0,5-1 м3 в час.  Рис. 23. Мелкотрубчатый колодец Из более глубоких водоносных горизонтов воду получают посредством глубокотрубчатых колодцев, которые часто используют на коммунальных водопроводах городов, а также для водоснабжения совхозов, колхозов, РТС, МТФ и отдельных предприятий. Для устройства глубокотрубчатого колодца с помощью специальных Дуровых станков в земле бурят скважину, представляющую собой вертикальную цилиндрическую шахту диаметром от 50 до 600 мм и глубиной от 10-15 до 1000 м и больше. Для того чтобы предотвратить обрушивание стенок, в буровую скважину забивают металлические трубы, называемые обсадными (рис. 24). Подъем воды из скважины осуществляется различными видами насосов, производительность которых достигает 100 м3/час и более.  Рис. 24. Схема буровой скважины При правильном устройстве глубокие трубчатые колодцы обеспечивают сохранение чистоты артезианской воды. Но вода в этих колодцах может загрязняться, если между загрязненной грунтовой водой и эксплуатируемым глубоким водоносным горизонтом имеется связь. Грунтовые воды могут проникнуть через проржавевшие обсадные трубы или через стыки между ними, если они плохо заделаны. Поэтому верхняя часть скважины должна закрепляться двумя колоннами обсадных труб, зазор между которыми заливают цементным раствором. Загрязнения также могут поступать через устье скважины. Для того чтобы предупредить эту возможность, верхнюю колонну обсадных труб в месте вхождения всасывающей трубы насоса или других водоподъемных устройств нужно полностью герметизировать. Зазор между обсадными трубами и стенками скважины (затрубное пространство) заливают под давлением цементным раствором. Открытые водоемы Поверхностные воды стекают по естественным уклонам к более пониженным местам, образуя проточные и непроточные водоемы: ручьи, реки, проточные и непроточные озера. Открытые водоемы питаются не только атмосферными, но частично и подземными водами. Открытые водоемы подвержены загрязнению извне, поэтому с эпидемиологической точки зрения все открытые водоемы в большей или меньшей степени потенциально опасны. Особенно сильно загрязняется вода в участках водоема, лежащих у населенных пунктов и в местах спуска сточных вод. Органолептические свойства и химический состав воды открытых водоемов зависят от ряда условий. Высокая цветность воды бывает в тех случаях, когда реки или впадающие в них притоки протекают в болотистых местах. Если русло реки состоит из глинистых пород, то вымываемая тонкая взвесь при большой скорости течения воды придает ей мутность. В водоемах со стоячей водой или с незначительным течением часто наблюдается цветение воды, т. е. массовое развитие планктона из зеленых водорослей. Вода окрашивается в зеленоватый или бурый цвет и вследствие массового отмирания водорослей приобретает неприятный запах и привкус. Имеются данные о том, что при цветении в воде образуются вещества, не безразличные для человеческого организма. Тот или иной, хотя бы незначительный, привкус или запах имеется в воде почти каждого открытого водоема вследствие разложения органических веществ в воде и в донных отложениях, а также из-за вымывания актиномицетов и продуктов их жизнедеятельности из почвы. Поверхностные воды слабо минерализованы, мягкие, но в непроточных озерах и водохранилищах концентрация солей в них может быть значительно увеличена вследствие испарения воды, особенно в условиях жаркого климата. Для открытых водоемов характерно непостоянство качества воды, которое может изменяться в зависимости от сезона и даже погоды, например после выпадения осадков. Самоочищение водоемов. Несмотря на почти непрерывное поступление разнообразных загрязнений в открытые водоемы, в большинстве из них прогрессирующего ухудшения качества воды не наблюдается. Это нужно отнести за счет тех многообразных физико-химических и биологических процессов, которые ведут к "самоочищению" водоема от взвешенных частиц, органических веществ, микроорганизмов и других видов загрязнений. При поступлении сточных вод в водоем происходит перемешивание стоков с водой и снижение концентрации загрязнений. Затем взвешенные минеральные и органические частицы, яйца гельминтов и микроорганизмы частично осаждаются, вода осветляется и становится прозрачной. Попавшие в воду растворенные органические вещества минерализуются за счет жизнедеятельности населяющих водоем микроорганизмов наподобие того, как это происходит в почве. Процессы биохимического окисления заканчиваются нитрификацией с образованием конечных продуктов - нитратов, карбонатов, сульфатов и т. д. Для биохимического окисления органических веществ необходимо наличие в воде растворенного кислорода, запасы которого по мере расхода восстанавливаются за счет диффузии из атмосферы через водное зеркало водоема. В чистых водоемах насыщение воды кислородом превышает 50%*. Ледяной покров, затрудняющий реаэрацию воды, отрицательно сказывается на самоочищении. ВЫБОР ИСТОЧНИКОВ ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ, ИХ ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА Источники питьевого водоснабжения могут использовать подземные или поверхностные воды. В исключительных случаях для питьевых целей используются атмосферные осадки. В качестве основного критерия при выборе источника служит его санитарная надежность, под которой понимается защищенность от микробных загрязнений. Кроме того, необходимо в каждом конкретном случае учитывать дебит источника, т.е. количество воды, которое можно ежедневно получать из источника без ущерба для него. Наиболее надежными считаются подземные межпластовые напорные (артезианские) воды. Они характеризуются наивысшей санитарной надежностью, стабильны по количеству и составу, в них отсутствует микробное загрязнение, что позволяет использовать их для питьевых целей без предварительной обработки. Повышенное давление воды в 3-4-м водоносных горизонтах позволяет поднимать артезианскую воду на поверхность без больших материальных затрат. При невозможности использования артезианской воды достаточно надежными являются межпластовые безнапорные воды 2-го водоносного горизонта. Грунтовые воды 1-го водоносного горизонта менее надежны в эпидемиологическом отношении, так как не защищены с поверхности и поэтому легко могут подвергаться микробному загрязнению. Если грунтовые воды не загрязнены и степень их минерализации не превышает допустимых уровней, они используются в качестве источника местного водоснабжения в сельской местности. Из-за недостаточности запасов подземных вод для водоснабжения крупных городов используются поверхностные водоисточники. Все открытые водоемы подвержены загрязнению за счет атмосферных осадков, спуска хозяйственных, фекальных и промышленных сточных вод. Широкое использование поверхностных источников в хозяйственно-питьевом водоснабжении объясняется огромными запасами воды в них, доступностью добычи воды, способностью воды к самоочищению. Для исключения эпидемиологической опасности вода этих источников нуждается в тщательной предварительной обработке. В санитарной практике степень органического загрязнения воды принято оценивать по уровню увеличения по сравнению с результатами предыдущих исследований для одного и того же сезона количества таких санитарно-химических показателей как соли аммония, нитриты и нитраты (т.н. "белковая триада"), образующиеся в воде в процессе минерализации азотсодержащих органических веществ, окисляемость, растворенный кислород и хлориды. Аммиак является начальным продуктом разложения органических азотсодержащих веществ (в т.ч. белков). Наличие в воде аммиака чаще всего свидетельствует об эпидемической опасности воды, обусловленной свежим фекальным органическим загрязнением. Нитриты представляют собой продукты окисления аммиака под влиянием микроорганизмов B. nitrosomonas, в процессе нитрификации. Обнаружение нитритов также указывает на относительно свежее загрязнение воды органическими веществами. Нитраты – конечный продукт процесса окисления органических азотсодержащих веществ с участием B. nitrobacter. Присутствие в воде нитратов без аммиака и солей азотистой кислоты указывает на завершение процесса минерализации белков. Одновременное обнаружение всех трех компонентов белковой триады в концентрациях, превышающих ПДК, говорит о постоянном органическом загрязнения воды. Однако следует отметить, что повышенное содержание нитритов и нитратов может возникнуть в воде болотистых мест и в подземных водах из-за отсутствия в них водорослей, в результате чего не происходит активного потребления ими нитратов, как в поверхностных водоемах. В питьевой воде из местных источников допускается содержание солей аммиака до 0,1 мг/л, нитритов – до 0,002 мг/л, нитратов (по азоту) – не более 10 мг//л. Количество растворенного кислородав воде источников постепенно уменьшается при большом органическом загрязнении воды. В чистых открытых водоемах содержание растворенного кислорода должно быть не менее 4 мг/л. Окисляемость воды это количество мг кислорода, израсходованное на окисление органических веществ, содержащихся в 1 л воды. Она косвенно указывает на свежее органическое, в том числе фекальное, загрязнение воды. Обычно окисляемость для воды из артезианских источников не превышает 2 мг/л, грунтовых вод – 4 мг/л, воды из открытых водоемов – 4-7 мг/л. Однако окисляемость может быть высокой и за счет присутствие в воде остатков растительного происхождения (например, гуминовых соединений). Биохимическая потребность воды в кислороде (БПК) – это величина снижения количества растворенного в воде кислорода за определенный период времени (обычно за 5 суток – БПК5 или за 20 суток – БПК20) при выдерживании пробы воды в лабораторных условиях в герметично закрытой посуде. Вода пригодна для использования в качестве питьевой, если количество поглощаемого водой кислорода за 5 дней (БПК5) составляет 1-2 мг/л. Хлориды в воде рассматриваются как показатели бытового загрязнения. Содержание хлоридовв поверхностных незагрязненных водоисточников обычно не превышает 30-50 мг/л. Увеличение хлоридов (особенно совместно с солями аммония) по сравнению с обычным для водоисточника их содержанием говорит об опасном загрязнении воды продуктами жизнедеятельности человека (фекалиями, мочой). Повышение содержания хлористых соединений может встречаться в воде подземных источниках и открытых водоемов в районах с солончаковыми почвами, в этом случае, они не указывают на загрязнение воды. Все перечисленные санитарно-химические показатели необходимо оценивать в комплексе и в сочетании с показателей эпидемической безопасности воды. Наличие загрязнения воды органическими веществами животного происхождения требует проведения санитарного обследования источника водоснабжения с целью выявления и немедленного устранения источника загрязнения. ВИДЫ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ИХ САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Все источники воды 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 в 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 районе от границы тундр до Нижнего Поволжья глубина залегания подземных вод верхней зоны увеличивается и достигает 20-60 м. Одновременно возрастает и минерализация воды, которая колеблется в пределах от 100 до 1000 мг/л. Еще южнее, в теплом и жарком климатических районах, продолжают увеличиваться глубина залегания подземных вод верхней зоны и их минерализация. Так, на юге Европейской части России, в Беларуси, на Украине, а также в Средней Азии нижняя граница верхней зоны достигает 300 м и более, а засоленность составляет несколько граммов на литр воды с преобладанием хлоридов и сульфатов. 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 увеличение загрязнения воды микроорганизмами, органическими веществами и токсичными примесями по мере уменьшения глубины ее 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 аэробных 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, ее инсоляции, аэрирования, температуры и ряда других физико-химических и микробиологических характеристик. Ученые показали, что на полях фильтрации слой почвы 4 м задерживает до 90% микроорганизмов, а на глубине 6 м от поверхности неповрежденного грунта микроорганизмы в воде отсутствуют. Длительность фильтрации через такой слой почвы достигает 100 сут. 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 водоносного 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 особенно солончаковых почв в воду вымывается много минеральных веществ. Почвенная влага содержит множество микроорганизмов, в том числе патогенных. Почвенные воды могут находиться в различном агрегатном состоянии, они представлены гигроскопической, пленочной, капиллярной и свободной формами. 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 не пригодна 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. Они имеют разные размеры, иногда довольно крупные. 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 и др.), 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, балок и русел ручьев и 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, а иногда и тысяч метров. В этом бассейне присутствуют солоноватые и соленые гидрокарбонатные, сульфатно-хлоридные, сероводородные, железистые, кальциево-магниевые и другие минеральные воды. В отдельных регионах эти воды могут быть термальными, т.е. иметь температуру, доходящую до 100 °С, и находиться в паровоздушном состоянии. Эти воды имеют минимальный контакт с вышележащими водоносными горизонтами и окружающей средой, находятся в замкнутом пространстве и используются в основном с бальнеологическими целями. В отдельных специальных случаях геотермальные воды применяют в качестве теплоносителя для отопления жилых зданий, тепличных хозяйств, а также при получении электроэнергии. Так, в нашей стране в Махачкале геотермальные воды используются для горячего водоснабжения жилых домов. Подобное применение геотермальные воды нашли и в других странах, например в Исландии. На Камчатке в 1966 г. пущена Пужетская геотермальная электростанция мощностью 5 МВт. Нижняя зона подземных вод залегает на глубине нескольких километров. Эти воды полностью изолированы от окружающей среды и имеют стабильный химический состав, который может меняться лишь на протяжении геологических отрезков времени. Эти высокоминерализованные воды содержат большое количество хлоридов, натрия, кальция, йода, брома, сероводорода, редких элементов. 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. Каждый из этих водоисточников имеет свои особенности. Они 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, возобновлению стока, высоким дебитом, стабильностью естественного минерального состава. Вместе с тем они наиболее загрязняются антропогенными примесями, так как реки 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. Еще одним недостатком рек как источников водоснабжения, особенно в аридных зонах, 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 еще 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 регионах влечет за собой засоление, а в северных - заболоченность.
Высокое загрязнение поверхностных источников микроорганизмами и органическими веществами позволяет использовать воду из них для хозяйственно-питьевых целей лишь после соответствующей обработки. Очистка воды осуществляется в несколько этапов. Сначала производится механическая фильтрация, затем освобождение от взвешенных веществ методом коагуляции (осветление) и в заключение воду обеззараживают хлорированием, озонированием и другими методами. После контроля за соответствием качества санитарным требованиям вода подается потребителю. Как указывалось, перспективным и практически неограниченным источником воды остаются моря и океаны. Однако морская вода в натуральном виде неприемлема для питья в связи с высокой засоленностью. Наибольшая соленость вод отмечается в тропических широтах Мирового океана, где она достигает 35-37 г/л. Меньше минерализованы воды морей и озер, не имеющих контакта с Мировым океаном или соединяющихся с ним узкими проливами и подпитываемых мощными речными стоками. Так, например, в заливах Балтийского моря минерализация воды равна 10-20 г/л, в Каспийском - около 30 мг/л, а в Черном - 17-18 мг/л. Основную массу растворенных веществ составляют хлориды и сульфаты кальция, калия и натрия. Кроме солей в морской воде содержится ряд микроэлементов: йод, фтор, бром, железо, марганец, медь, ванадий, молибден, никель, серебро и другие. Моря, как и другие поверхностные водоемы, имеют высокий уровень микробного и органического загрязнения, особенно в прибрежной зоне. Наряду с обеззараживанием морскую воду необходимо подвергать опреснению. Использование опресненной морской воды для хозяйственно-питьевых целей перспективно в первую очередь в южных аридных районах. В настоящее время на территории бывшего СССР эксплуатируется более 200 промышленных опреснительных установок, в основном дистилляционных и электродиализных. Имеется более чем тридцатилетний опыт использования для хозяйственно-питьевых целей опресненной методом дистилляции морской воды в г. Актау (бывший г. Шевченко) на полуострове Мангышлак в Казахстане на берегу Каспийского моря. Здесь был построен завод по опреснению морской воды на базе атомной электростанции, который производит 120 тыс. м3 пресной воды в сутки. Дистиллят смешивается с высокоминерализованной артезианской водой, благодаря чему получаемая вода по основным параметрам соответствует питьевой.
морской воды не должна быть ниже 100 мг/л. Недостатком метода дистилляции является возможность возгонки и поступления в дистиллят некоторых органических соединений. 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 развитых промышленных регионах, позволяет сделать вывод о большом загрязнении осадков растворимыми токсичными веществами, твердыми аэрозолями и микроорганизмами. Установлено, что 1 л дождевой воды омывает 325 тыс. дм3 атмосферного воздуха. Выпадающие осадки содержат ионы серной и азотной кислот, углекислоту, канцерогенные и радиоактивные примеси. Известны случаи кислотных дождей не только в США, странах Западной Европы, но и в считающихся экологически чистыми Норвегии и Швеции. Закисление воды в водоемах Норвегии привело к гибели форели в 500 озерах. В связи с аварией на Чернобыльской АЭС радиоактивные осадки регистрировались на Украине, в Беларуси, России, странах Западной Европы. Подсчитано, что в дождливые дни на поверхность Земли выпадает радиоактивных веществ в 9 раз больше, чем в сухую погоду. Таким образом, воду атмосферных осадков нельзя считать чистой. Ее следует подвергать специальной обработке. В качестве основного критерия при выборе источника служит его санитарная надежность, под которой понимается защищенность от микробных загрязнений. Кроме того, необходимо в каждом конкретном случае учитывать дебит источника, т.е. количество воды, которое можно ежедневно получать из источника без ущерба для него. Наиболее надежными считаются подземные межпластовые напорные (артезианские) воды. Они характеризуются наивысшей санитарной надежностью, стабильны по количеству и составу, в них отсутствует микробное загрязнение, что позволяет использовать их для питьевых целей без предварительной обработки. Повышенное давление воды в 3-4-м водоносных горизонтах позволяет поднимать артезианскую воду на поверхность без больших материальных затрат. При невозможности использования артезианской воды достаточно надежными являются межпластовые безнапорные воды 2-го водоносного горизонта. Грунтовые воды 1-го водоносного горизонта менее надежны в эпидемиологическом отношении, так как не защищены с поверхности и поэтому легко могут подвергаться микробному загрязнению. Если грунтовые воды не загрязнены и степень их минерализации не превышает допустимых уровней, они используются в качестве источника местного водоснабжения в сельской местности. Из-за недостаточности запасов подземных вод для водоснабжения крупных городов используются поверхностные водоисточники. Все открытые водоемы подвержены загрязнению за счет атмосферных осадков, спуска хозяйственных, фекальных и промышленных сточных вод. Широкое использование поверхностных источников в хозяйственно-питьевом водоснабжении объясняется огромными запасами воды в них, доступностью добычи воды, способностью воды к самоочищению. Для исключения эпидемиологической опасности вода этих источников нуждается в тщательной предварительной обработке. |