3 курс / Гигиена / Гигиена питьевого водоснабжения

наиболее крутой части воронки депрессии, где создаются реальные возможности для проникновения загрязненных вод с поверхности земли через дефекты в горных породах, связанные с бурением скважины. Территория на поверхности земли, соответствующая границе воронки депрессии, в наибольшей мере может создавать загрязнение подземных вод. Для безнапорных горизонтов это территория радиусом 50 м, для межпластовых напорных – 30 м.

скважина

3

2 1

Рис. 6. Зоны санитарной охраны подземного источника (1 – 1-й пояс ЗСО; 2 – 2-й пояс ЗСО; 3 – 3-й пояс ЗСО)

Территория 1-го пояса ЗСО должна быть ограждена, на нее не допускаются посторонние лица, там запрещается строительство любых объектов, не связанных с нуждами водопровода. При необходимости устройства на территории 1-го пояса выгребных уборных они должны быть оборудованы водонепроницаемыми выгребами. Территорию нужно содержать в чистоте, своевременно выкосить отходы.

На территории и акватории 1-го пояса ЗСО поверхностных источников водоснабжения запрещаются рыбная ловля, купание, стирка белья, не допускается катание на лодках.

2-Й ПОЯС ЗСО (ЗОНА ОГРАНИЧЕНИЯ) И 3-Й ПОЯС ЗСО (ЗОНА НАБЛЮДЕНИЯ). Основной задачей 2-го и 3-го поясов ЗСО поверхностных источников является ограничение микробного и химического загрязнения в створе водозабора до степени, требуемой ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения», с учетом возможностей очистных сооружений данного водопровода.

Поскольку в течение 1-х суток после сброса сточных вод концентрация бактерий повышается в результат раздробления комочков взвеси, общая длительность движения волы для практически полного отмирания исходной микрофлоры во втором климатическом районе летом должна быть не менее 3 сут. Зимой отмирание микрофлоры происходит медленнее, поэтому верхняя граница ЗСО поверхностного источника устанавливается на расстоянии, определяемом пробегом воды в первом и втором климатических районах в

31

течение 5 сут, в третьем – в течение 3 сут.

Граница 2-го пояса ЗСО проточного источника ниже по течению из-за возможности влияния так называемых нагонных ветров, приводят и к обратному течению воды, должна устанавливаться на расстоянии не менее 250 м от водозабора.

Боковые границы 2-го пояса ЗСО поверхностного проточного источника определяются береговой полосой, ширина которой в зависимости от рельефа местности составляет от 500 до 1000 м.

Боковые границы 3-го пояса ЗСО устанавливаются в пределах 3-5 км от уреза волы или по линии водораздела.

На непроточных водоемах граница 2-го пояса ЗСО по акватории должна быть удалена во все стороны от водозабора на расстояние от 3 до 5 км в зависимости от местных гидрологических условий; 3-й пояс ЗСО по акватории непроточного источника не организуется.

Мероприятия во 2-м и 3-м поясах ЗСО поверхностного источника направлены на регулирование всех видов строительства и хозяйственной деятельности.

Запретительные мероприятия должны быть направлены на недопущение на территории 2-го пояса ЗСО концентрированных очагов загрязнения почвы, атмосферного воздуха и воды, а также объектов, значительно нарушающих геологическую среду, изменяющих режим поверхностного и подземного стока,

ина сокращение использования водного объекта населением для бытовых целей (стирка белья, мытье автомашин, водопой скота и т.п.). Нужно контролировать изменения технологических процессов на предприятиях, расположенных на территории зоны, поскольку возможны повышение опасности и увеличение количества сточных вод.

Обязательному регулированию в акватории 2-го пояса ЗСО подлежит судоходство. Все суда, проходящие по акватории зоны, должны быть оборудованы сборниками фановых и хозяйственно-бытовых вод с их выгрузкой на специальные береговые насосные станции.

Для своевременного обнаружения снижения качества воды в источнике водоснабжения и обоснования требований по поддержанию должного санитарного состояния организация, эксплуатирующая водопровод, проводит систематическое наблюдение за акваторией и территорией 2-го и 3-го поясов ЗСО. а также динамические лабораторные анализы воды (мониторинг).

Состояние 2-го и 3-го поясов ЗСО подземных источников питьевого водоснабжения должно обеспечить сохранение постоянства природного состава воды в водозаборе, которая, как правило, непосредственно, без обработки, используется для питьевых целей. Другими словами, задача заключается в защите эксплуатируемого горизонта в районе водозабора от поверхностных загрязнений. Поверхностные загрязнения могут проникать в водоносный горизонт через область питания горизонта, либо через нарушенные при бурении скважин геологические структуры, когда создается связь между выше-

инижерасположенными горизонтами. Особенно велика возможность загрязнения на территории, соответствующей радиусу воронки депрессии.

32

Таким образом, даже глубокие межпластовые воды на ограниченных участках не защищены от поверхностного загрязнения, что и определяет необходимость создания ЗСО.

Для защиты подземных вод от микробного загрязнения служит 2-й пояс ЗСО, ограниченный контуром, от которого время движения подземного потока до водозабора (скважины) должно быть не меньше времени, за которое патогенные бактерии и вирусы теряют жизнеспособность и вирулентность. Граница 2-го пояса определяется гидродинамическими расчетами: допустимое время продвижения фронта микробного загрязнения для грунтовых вод и межпластовых безнапорных принимается в 400 сут. а для межпластовых напорных вод – в 200 сут.

3-й пояс ЗСО подземных источников водоснабжения защищает водозабор от химического загрязнения. Границу 3-го пояса ЗСО подземного источника определяют с помощью гидродинамических расчетов. При этом исходят из условия, что если за пределами ЗСО в водоносный горизонт поступают стабильные химические загрязнения, то они или не достигнут водозабора, перемешиваясь с подземными водами вне области захвата водозабора, или достигнут водозабора, но не ранее расчетного времени, определяемого принятой средней продолжительностью его технической эксплуатации (не менее 25 лет).

Мероприятия во 2-м и 3-м поясах ЗСО подземных источников водоснабжения направлены на защиту почвенного покрова и подлежащих грунтов от повреждения и загрязнения. На территории зон должны быть выявлены все бездействующие скважины, представляющие опасность как источники загрязнения водоносною горизонта. Они должны быть затампонированы или восстановлены. Сооружение новых скважин на территории ЗСО сопровождается изменением гидродинамических условий, лежащих в основе расчета территории зоны, и влечет за собой необходимость пересмотра утвержденных ранее и действующих границ зоны

4. ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СПОСОБОВ И МЕТОДОВ ПОДГОТОВКИ И ТРАНСПОРТИРОВКИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

В ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМАХ ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

4.1. Централизованное водоснабжение из подземных источников

Использование подземных водоисточников для централизованного водоснабжения имеет ряд существенных гигиенических преимуществ перед использованием поверхностных источников. К важнейшим из них относятся защищенность воды от внешнего загрязнения, безопасность в эпидемиологическом отношении, постоянство качества и дебита воды. Обычно подземные воды не нуждаются в осветлении, обесцвечивании и обеззараживании. Схема водопровода па подземных водах представлена на рис. 7. К числу недостатков использования подземных вод относится необходимость, как правило, устройства нескольких водозаборов из-за

33

ограниченности дебита отдельных сооружений, что осложняет эксплуатацию и организацию санитарного контроля.

	2			Разрез
			4	5
1		3

2	3		План
		4	5
1

Рис. 7. Схема хозяйственно-питьевого водопровода при заборе воды из подземных водоисточников: 1 – водоисточник; 2 – насосная станция первого подъема; 3 – резервуар чистой воды; 4 – насосная станция второго подъема; 5 – водопроводная сеть

Подземные источники широко используются для водоснабжения сельских населенных мест, поселков городского тина, малых и реже средних городов. В ряде крупных городов имеются комбинированные системы водоснабжения с использованием подземных и поверхностных вод.

Сооружения для забора подземных вод можно подразделить на вертикальные (трубчатые колодцы), горизонтальные (галереи, трубчатые водосборы и т. п.) водозаборы и каптажи выходов подземных вод. Выбор типа водозабора зависит от глубины и условий залегания подземных вод (характер пород, наличие давления в пласте и т. п.), мощности водоносного пласта и его водообильности.

Устройство и эксплуатация трубчатых колодцев. Водозабор подземных вод состоит из водоприемных сооружений, водоподъемных установок в пределах отдельных водозаборов или центральной насосной станции первого подъема и трубопроводов, связывающих водоприемные сооружения с насосной станцией, водоводами или сборным резервуаром.

Участок для размещения водозаборных сооружений должен располагаться возможно ближе к водопотреблению, желательно в месте наибольшей водообильности, допускающей получение максимального количества возможно лучшей по качеству воды при наименьших затратах на строительство. При этом должно быть обеспечено наиболее высокое положение динамического уровня воды в процессе эксплуатации, способствующее наименьшим расходам по ее подъему, а также возможность расширения водозабора. Участок должен быть в благоприятных санитарных условиях, исключающих загрязнение эксплуатируемого водоносного пласта, например промышленными и бытовыми сточными водами, поверхностными водами и ухудшение качества его воды.

Трубчатые колодцы, или скважины, сооружают бурением в земле

34

цилиндрических вертикальных каналов, стенки которых полностью или частично закрепляются обсадными трубами (стальными, асбестоцементными, полиэтиленовыми). Крепление скважины трубами предохраняет ее стенки от обрушения, изолирует от притока недоброкачественной воды из других горизонтов, повышает ее санитарную надежность.

Скважины применяют для получения как напорных, так и безнапорных подземных вод, залегающих на глубине не менее 10 м. Обычно скважины используют для вскрытия глубоко залегающих водоносных пластов значительной мощности. Трубчатые колодцы могут вскрывать водоносный горизонт полностью или частично. При необходимости получить из скважины

		максимально возможный дебит или если мощность
		водоносного горизонта невелика, его вскрывают
		полностью. При достаточной водообильности и
		мощности водоносного горизонта его вскрывают лишь
		частично.	При		сооружении			трубчатых	колодцев
		(артезианских скважин) необходимо определить способ
		бурения, их конструкцию, способ крепления стенок,
		глубину, начальный и конечный диаметры, тип, вид,
		размеры и оборудование водоприемной части, тип
		водоподъемного устройства, конструкцию оголовка.
		На выбор конструкции трубчатого колодца
		существенное влияние оказывают глубина залегания
		подземных вод, способ бурения, литологический состав и
		устойчивость горных пород, вскрываемых при бурении.
		Глубина колодца диктуется глубиной залегания кровли и
		мощностью водоносного пласта или системы водоносных
		пластов, намеченных к эксплуатации, а также величиной
	Рис.8. Схема	дебита и понижением динамического уровня. На рис. 8
		показан один из простейших типов трубчатых колодцев.
	трубчатого колодца: 1
		В трубчатом колодце				различают водоприемную часть
	– водоупорный
		(фильтр), ствол (или водопроводная часть), и устье,
	пласт; 2 – водоносный
	слои; 3, 4, 5 –	верхнюю	выходную			часть		скважины,		которая
	колонны обсадных	располагается		в колодце пли				специальном	павильоне,
	труб; 6 – цементная	доступная для осмотра.
	наделка стыков
		Стенки		вертикального			цилиндрического			канала,
	смежных колонн; 7 –
		образующегося		в	результате		бурения, обычно			крепят
	уплотительный
		обсадными трубами. Первую колонну обсадных труб,
	сальник; 8 –
	надфильтровая	называемую кондуктором, используют для защиты
	трубка; 9 – рабочая	устьевой части колодца от размыва и обрушения, а
	часть фильтра; 10 –	также для придания колодцу правильного направления.
	отстойник; 11 –
		Ее опускают приблизительно до верхнего уровня
	пробка отстойника4
		залегания водоносных пород. Затем в колодец опускают
	трубу меньшего диаметра, доводя			ее	до	нижнего		залегания водоносного

4 По материалам учебника под ред. В. Т. Мазаева «Коммунальная гигиена» ( М. : ГЭОТАР – Медиа, 2014. – 704

с.)

35

горизонта, а иногда несколько заглубляя в водоупор. При большой глубине залегания водоносного горизонта достичь его колонной труб одного диаметра при ударном способе бурения не удается ввиду возрастания трения между стенками труб и проходимыми горными породами. Во избежание этого последовательно применяют обсадные трубы постепенно уменьшающегося диаметра. В этих условиях колодец приобретает телескопический вид.

С целью повышения санитарной надежности необходимо предусматривать изоляцию скважины от проникновения поверхностных загрязнений и от неиспользуемых вышележащих водоносных горизонтов одним из следующих способов: а) закрепление верхней части трубчатого колодца двумя колоннами обсадных труб или одной колонной труб с затрубной цементацией; б) задавливание или забивка нижней колонны труб в слой глины или в искусственно образованную глиняную пробку; в) затрубная цементация колонн обсадных труб.

После окончания бурения в неустойчивых водоносных породах (галечники, пески) в нижнюю часть колодца опускают фильтр для предотвращения обрушения стенок водоприемной части колодца, улучшения притока воды в скважину и защиты скважины от занесения в нее частиц породы из водоносного слоя.

При эксплуатации водозаборной скважины в определенной части водоносного горизонта вокруг ее ствола в результате присасывающего действия водоподъемных устройств развивается зона пониженного давления воды. Степень понижения зависит от мощности водоподъемника, высоты давления в горизонте до его эксплуатации и водообильности горизонта.

Понижение давления наиболее выражено вокруг скважины, оно постепенно ослабевает по мере удаления от нее. Воронка депрессии – зона пониженного давления, формирующаяся в водовмещающей породе при откачивании воды из колодца вследствие сопротивления, которое оказывает порода. Зависит от механического состава породы и скорости откачивания воды (рис. 9). Изменяя гидрогеологические условия в водоносном горизонте, воронка депрессии снижает его санитарную надежность.

R

Рис. 9. Воронка депрессии и граница 1 пояса зоны санитарной охраны водозаборной скважины: 1 – статический уровень воды; 2 – динамический уровень воды; 3 – кривая депрессии; R – радиус 1 пояса зоны санитарной охраны

36

Непрерывно растущее водопотребление требует развития существующих водозаборов. Одним из эффективных и сравнительно дешевых способов увеличения мощности береговых инфильтрационных водозаборов является искусственное восполнение подземных вод путем устройства на берегу реки или водохранилища инфильтрационных бассейнов, в которые закачивается речная вода и инфильтрируется через горные породы в водоносный горизонт, обогащая его (рис. 10). Реже искусственно восполняют подземные воды глубоких горизонтов через скважины.

А

Б

Рис.10. Система искусственного восполнения подземных вод открытого типа из поверхностных вод с инфильтрационными бассейнами и береговой инфильтрацией. А – план; Б – вертикальный разрез; 1 – река; 2 – водозабор из поверхностных вод; 3 – насосная станция 1 подъема; 4 – сооружения для предварительного улучшения качества речной воды; 5 – инфильтрационные бассейны; 6 – скважины водозабора; 7 – регулирующий резервуар; 8

– насосная станция 2-го подъема; 9 – очистные сооружения с хлорированием; 10 – водоносный горизонт

Гигиенические требования при искусственном восполнении подземных вод заключаются в организации зоны санитарной охраны поверхностного водного объекта, из которого производится восполнение, в предварительной очистке воды перед подачей в инфильтрационные бассейны путем отстаивания и фильтрации, а также в обеззараживании перед подачей потребителю. Расстояние от инфильтрационных бассейнов до фронта водозабора при водоносном пласте из мелких песков должно быть не менее 50 м, для средних и крупных песков и галечников – 100-200 м.

Индустриализация и урбанизация приводят к значительному росту водопотребления. Запасы подземных вод часто не в состоянии обеспечить потребности в воде, и возникает необходимость организации питьевого водоснабжения из поверхностных источников.

4.2.Централизованное водоснабжение из поверхностных источников

Внастоящее время из общего количества воды, подаваемой в города и поселки, около 84% берется из поверхностных источников. Если водозаборные сооружения предназначены для хозяйственно-питьевого водоснабжения, то основным фактором, определяющим их местоположение, является санитарная

37

обстановка в зоне водозабора. С целью создания условий, наиболее благоприятных для организации зоны санитарной охраны, водозаборные сооружения следует располагать по течению реки выше населенного пункта, обслуживаемого данным водопроводом, и в таком месте, чтобы на качество воды не оказывали влияния другие населенные пункты, а также талые и дождевые воды, удаляемые с территории населенного места. В силу этого водозаборные сооружения хозяйственно-питьевого водопровода в ряде случаев приходится относить на значительное расстояние от населенного пункта.

Водозаборные сооружения необходимо размещать на участке реки с устойчивым руслом и с достаточными для получения воды постоянными

		глубинами. Когда глубина реки
		недостаточна			для	нормального
		отбора	воды,		а	также			при
		необходимости					сезонного
		зарегулирования				стока		реки
		необходимо					устраивать
		водоподъемные плотины. При этом в
		зависимости		от	местных			условий
		водозаборное		сооружение				может
		быть или совмещено с одним из
		устьев плотины, или вынесено в
		верхний бьеф. На больших озерах,
		где возможны перемещения льда и
		вследствие			этого			забивка
		прибрежной			зоны			льдами,
		водоприемники					необходимо
		выносить в глубь озера на
		достаточное			расстояние,				где
		дрейфующий		лед		не	оказывает
		влияния	па	работу		водозаборного
		сооружения.
		Недопустимо				расположение
		водозаборных			сооружений				на
		берегах, где наблюдаются оползни,
		где возможны сильные удары льдин,
		в особенности нагромождения их во
		время ледохода, и ледяные заторы.
		Иногда					устраивают
	Рис.11. Схема инфильтрационного водосбора.	незатопляемые					оголовки,
	А – ситуационный план; Б – водоприемник; 1 –	вынесенные		в	русло		реки		и
	сифонные водоводы; 2 – насосные станции; 3 –	представляющие собой своеобразное
	напорные водоводы; 4 – инфильтрационные
		сооружение		островного				типа,
	колодцы; 5 – песчано-гравийные породы; 6 –
		называемое крибом. Часто в таком
	глина
		оголовке	устанавливают					насосы,

передающие воду на берег по напорным трубопроводам.

38

Кроме названных типов речных водоприемников, иногда для улучшения условий приема воды ее забирают не непосредственно из русла реки, а из искусственно созданных заливов – ковшей (ковшевые водозаборы). Устройство ковшей позволяет снизить количество взвешенных наносов в воде, забираемой насосами, а также успешно бороться с донным льдом и шугой. В тех случаях, когда речная вода сильно загрязнена (и если позволяют грунтовые условия), находят применение водоприемники инфильтрационного типа, забирающие речную воду, которая фильтруется через грунт дна и берега реки (рис.11).

Для временного водоснабжения применяют передвижные или плавучие водоприемники (всегда совмещенные с насосной станцией), отметка которых может изменяться в соответствии с изменением горизонта воды в реке. Эти водоприемники позволяют всегда осуществлять забор воды при малой и постоянной высоте всасывания.

4.3. Принципиальные основы технологии подготовки питьевой воды

Правильно организованное снабжение населения питьевой водой является общепризнанным фактором здоровья и важным условием санитарного благоустройства населенных мест.

Различают две системы коммунального водоснабжения населения:

местное или нецентрализованное и централизованное.

Для первой системы служат различного рода колодцы: шахтные, трубчатые, или специально оборудованный транспорт.

Первый водопровод в России был построен в 1787 г. в Царском Селе. В Москве, в Мытищах водопровод был открыт в 1805 году. Водопровод играет исключительно большую роль в оздоровлении условий жизни населения. Так, если прививки против брюшного тифа уменьшили заболеваемость в 5-8 раз только среди привитых, то рациональное водоснабжение (со второй половины XIX) снизило заболеваемость брюшным тифом среди всего населения Европы в

8-12 раз.

Под централизованной системой питьевого водоснабжения понимается комплекс устройств и сооружений для забора, получения, хранения питьевой воды, подачи к местам расходования и открытой для общего пользования гражданами и юридическими лицами.

Вся система централизованного водоснабжения делится на две группы устройств:

Головные водопроводные сооружения. Разводящая сеть труб.

Головные сооружения водопровода осуществляют забор воды, улучшают ее качество и направляют в разводящую сеть. Разводящая сеть должна доставить доброкачественную воду потребителям.

В процессе технологической обработки воды на водопроводной станции улучшаются ее органолептические, химические и бактериологические свойства. Все методы улучшения качества питьевой воды (рис. 12, 13) делятся на основные и дополнительные.

39

Методы

улучшения качества воды

Основные

осветление и

Дополнительные

обесцвечивание;

фильтрование;

обеззараживание.

Рис.12. Методы улучшения качества питьевой воды

Выбор методов обработки и состава технических водопроводных сооружений зависит от качества исходной воды, производительности водопроводной станции и гигиенических требований к питьевой воде.

В современных условиях большое значение имеет предварительное удаление из воды фито- и зоопланктона, способного к разрастанию на очистных сооружениях, что затрудняет их работу. Кроме того, при отмирании и последующем разложении планктона ухудшаются органолептические свойства воды – появляются неприятный запах, привкус, повышается мутность.Для предварительной очистки воды от планктона и крупных примесей используют микрофильтры и барабанные сита. Обрабатываемая вода подается внутрь барабана и, фильтруясь через сетку, поступает в камеру микрофильтра, а оттуда в трубопровод, подающий воду на другие сооружения. Барабан погружен в камеру на 3/5 диаметра и постоянно вращается. На сетки, находящиеся в верхнем положении, поступает промывная вода, которая смывает задержанные загрязнения и через воронки отводится в канализацию. Микрофильтры снижают содержание взвеси на 30-40%, практически полностью задерживают зоопланктон и на 60-90% - фитопланктон. Применение микрофильтров позволяет намного улучшить работу последующих сооружений.

4.3.1. Осветление и обесцвечивание воды

Осветление и обесцвечивание воды достигается отстаиванием и коагуляцией. Чтобы полнее прошла механическая очистка, проводят коагуляцию воды. В качестве коагулянтов используют соли трехвалентного железа или алюминия – сульфат алюминия, A1,(SO4)3. В течение реакции коагуляции различают три фазы:

-Химическую.

-Физическую.

-Механическую.

Химическая фаза. При добавлении в воду A13(SO4)3 гидролизуется и вступает в реакцию со щелочными солями воды (бикарбонатами):

Al2(SO4)3+3Ca(HCO3)2=2Al(OH)3+3CaSO4+6CO2

40