Использование подземных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Использование подземных вод

1.1 Состав подземных вод Республики Беларусь

Более 95% потребностей Беларуси в хозяйственно-питьевой воде покрывается за счет подземных водоносных горизонтов. Но подземная вода - это возобновляемое полезное ископаемое, геологический объект с весьма специфическими условиями формирования и эксплуатации. От того, насколько адекватно учитываются особенности подобного геологического объекта и профессионально грамотно разрабатываются технологии добычи подземных вод, зависит не только их качество, но и сохранность самого месторождения подземных вод. Подземные водоносные горизонты состоят из следующих пластов: верхний пласт - это пресные подземные воды (содержание солей менее 1 г/дм³), средний пласт - минерализованные подземные воды (содержание солей от 1 до 35 г/дм³), и нижний пласт занимают высокоминерализованные «рассольные» воды (рассолы) с содержанием солей до 600-700 г/дм³. Мощность слоя пресных подземных вод, в среднем, достигает 300-350 м, в отдельных местах его мощность может уменьшаться до 50-150 м, в других - увеличиваться до 1000-1200 м. На рисунке 1.1 представлена карта мощности подземных вод на территории Беларуси [ ].

Причины подобных вариаций толщины слоя пресных вод связаны как с геологическими, так и искусственными процессами (эксплуатационное водопонижение, сработка запасов пресных вод) [ ].

Прогнозные эксплуатационные ресурсы пресных подземных вод в целом по республике оцениваются в 49 596 тыс. м³/сут. В настоящее время разведано только 13% прогнозных ресурсов. Потенциальные возможности использования подземных вод характеризуются их естественными ресурсами, которые составляют 43 560 тыс. м³/сут [ ].

Государственным балансом запасов пресных подземных вод Республики Беларусь по состоянию на 1 января 2010 года учтены балансовые запасы пресных подземных вод питьевого и хозяйственного назначения на 282 участках (водозаборах) месторождений пресных подземных вод: из них на 278 участках (водозаборах) запасы подземных вод разделены и утверждены для питьевых целей и на 4 участках (водозаборах) - для технических.

Общие балансовые запасы пресных подземных вод вод суммы категорий А+В+С1 составляют 6598,5923 тыс. м³/сут., в том числе, по категории А - 3299,6706 тыс. м³/сут., В - 2392,88343 тыс. м³/сут., С1 - 906,03827 тыс. м³/сут. Забалансовые запасы составляют 29,3 тыс. м³/сут [ ].

Рисунок 1.1 - Карта-схема мощности слоя пресных подземных вод на территории Беларуси

1 - изолинии глубин залегания подошвы слоя пресных подземных вод, м. Области развития слоя пресных вод мощностью более: 2 - 450 м, 3 - 1000 м; 4 - разнопорядковые разломы; 5 - Северо-Припятский разлом; 6 - характерные гидрогеохимические аномалии; 7 - зона выклинивания сульфатно-доломитово-мергельной гипсоносной пачки наровского горизонта; 8 - наиболее крупные зоны разгрузки глубинных минерализованных вод: I - Северо-Припятская, II - Березинская, III - Уборть-Птичская, IV - Западно-Двинская.

При величине прогнозных эксплуатационных ресурсов подземных вод 18104 млн. м³/год и прогнозной численности населения в 2020 году, равной 9,03 млн.человек (прогноз НИЭИ Министерства экономики Республики Беларусь), потенциальные возможности водообеспечения в республике достигают 2005 м³/год на одного человека. Это в 2 раза превышает достаточный для развития и социально-экономических потребностей уровень водообеспеченности, оцениваемый по данным материалов ООН в 1000 м³/год [ ].

Балансовые запасы пресных подземных вод по административным областям Республики Беларусь представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Распределение балансовых запасов пресных подземных вод по административным областям Республики Беларусь по состоянию на 01.01.2010 год

Минеральные подземные воды. Минеральными, в отличие от хозяйственно-питьевых, называются природные воды, особенности состава и свойств которых (радиоактивность, повышенные концентрации обычных и (или) наличие специфических компонентов и др.) позволяют использовать их в качестве лечебных или промышленных.

Общее солесодержание (минерализация) вод составляет от 1 до 35 г водорастворенных веществ в 1 дм³. Природные водные растворы с солесодержанием свыше 35 г/дм³ называются рассолами и практически все их химические разновидности применяются или могут применяться в бальнеотерапии. Максимальное солесодержание природных рассолов может достигать 350-600 г/дм³.

Основной особенностью химического состава минеральных вод является присутствие обычных или специфических компонентов (СО₂, H₂S, N₂, Br, I, В, H₄SiО₄, Rn, Fe, As, органических веществ и многих других) в концентрациях, превышающих специально разработанные критерии. Содержащие минеральные воды элементы гидрогеологического разреза (водоносные комплексы, горизонты, зоны, участки и др.), по аналогии с твердыми полезными ископаемыми, называют продуктивными. Продуктивными могут быть элементы как горно-складчатых, так и пластовых гидрогеологических систем различного возраста и строения, в связи с чем, минеральные воды характеризуются широким разнообразием минерализации, ионного, газового состава и свойств [ ].

Лечебными минеральными называются воды, обладающие бальнеологическими свойствами благодаря наличию в их составе различных минеральных, органических или радиоактивных веществ, в том числе газов, в терапевтически активных концентрациях. К числу основных компонентов состава подземных вод, представляющих интерес для бальнеологии, относятся СО₂св, H₂S, Fe, As, Br, I, H₄SiО₄, Rn, органические вещества. Имеют существенное значение щелочно-кислотное состояние, температура, общее содержание растворенных компонентов, а также в связи с токсичностью - повышенные концентрации некоторых ионов, в частности ряда металлов.

Промышленные воды. Промышленными называются воды, содержащие полезные компоненты (бром, йод, бор и др.) в количествах, обеспечивающих их рентабельную добычу и переработку с использованием современных технологий в качестве сырья для химической промышленности. Кроме указанных элементов, из подземных вод извлекают литий, рубидий, цезий, калий, магний, поваренную соль, сульфат натрия, радий, стронций, гелий и др.

Определение промышленных вод подчеркивает, во-первых, необходимость специальной оценки и обоснования минимальных концентраций полезных компонентов, позволяющих квалифицировать те или иные воды как промышленное сырье для каждого конкретного района или участка, в связи с чем устанавливаются разные абсолютные величины этих показателей для районов с различными геолого-гидрогеологическими и экономико-географическими условиями; во-вторых, необходимость пересмотра этих показателей в зависимости от уровня развития технических средств, технологии производства, спроса на данный вид минерального сырья и т.д.

1.2 Требования к качеству воды

Сложнее складывается ситуация с качеством подземных вод. В целом для Республики Беларусь свойственны маломинерализованные (содержание солей от 15-50 до 500-700 мг/дм³) подземные воды преимущественно гидрокарбонатного

кальциевого состава, которые на участках, не испытывающих хозяйственного загрязнения, в основном, удовлетворяют общим требованиям европейского и белорусского стандартов. Вместе с тем, известны обширные территории, где их качество не соответствует стандартам из-за высокого содержания железа, реже марганца, бора, а также практически повсеместного дефицита фтора и йода [ ].

В таблице 1.2 представлены нормируемые показатели химического состава питьевых вод и реальные концентрации компонентов в пресных подземных водах.

Таблица 1.2 - Нормируемые показатели химического состава питьевых вод (СанПиН 10-124 РБ 99) и реальные концентрации в пресных подземных водах Беларуси

Высококачественные подземные воды, удовлетворяющие требованиям стандартов качества питьевых вод, широко распространены в Беларуси, тяготея к залесенным территориям, не затронутым ни промышленным, ни сельскохозяйственным освоением. Однако и здесь далеко не всегда в подземных водах содержание фторидов соответствует оптимальному уровню 0,7-1,5 мг/дм³, повсеместно наблюдается острый дефицит йода (оптимум 0,1 мг/дм³), часто имеют место превышения по содержанию бора (0,5 мг/дм³), железа (0,3 мг/дм³), марганца (0,1 мг/дм³) и многих других загрязнителей природного происхождения [ ].

Типичными представителями элементов-загрязнителей подземных вод, происхождение которых связывается с подземными геохимическими процессами взаимодействия воды и вмещающих пород, являются железо, марганец, бор, фтор, некоторые другие элементы и соединения. Железо широко распространено в подземных водах Восточно-Европейской платформы, четвертичный осадочный комплекс в пределах которой в значительной мере сложен ледниковыми и постледниковыми образованиями. На территории Беларуси железистое загрязнение подземных вод указанного комплекса отложений прослеживается практически повсеместно, что серьезно осложняет их хозяйственно-питьевое использование. При содержании железа в воде более 0,3 мг/дм³ последняя нуждается в обезжелезивании. Высокое содержание железа в водах является важнейшей проблемой, которую приходится решать при эксплуатации многих групповых водозаборов и одиночных скважин.

Во многих случаях, наряду с железом, подземные воды сверхнормативно (допустимо 0,1 мг/дм³) обогащены марганцем, источником которого (как, впрочем, и железа) являются преимущественно породы и минералы моренного и флювиогляциального комплекса ледниковых отложений.

Повышенные (сверхнормативные) концентрации фтора и бора в пресных питьевых водах в большинстве случаев связываются с подтягиванием к водозаборным скважинам фтор- и борсодержащих хлоридных вод верхнепротерозойского водоносного комплекса. Эффективным способом нейтрализации этого процесса может быть регулирование гидродинамического воздействия на верхнепротерозойскую пластовую системы при эксплуатации вышезалегающих водоносных горизонтов.

Начиная с 40-х годов прошлого столетия, на природное геолого-геохимическое загрязнение подземных вод питьевого регистра накладывается еще более интенсивное и разнообразное антропогенное загрязнение: промышленное, сельскохозяйственное, муниципальное и хозяйственно-бытовое. В результате грунтовые воды, а во многих местах и глубоко залегающие напорные, загрязнены нитратами, тяжелыми металлами, высокотоксичными металлорганическими ионными композициями, пестицидами, а также легко летучими органическими веществами высоких классов опасности (бензол, транс-1,2-дихлорэтилен, фенол, анилин, сероуглерод и др.) [ ].

Загрязнение поверхностных и подземных вод отходами производства и потребления - острая проблема, однако для Республики Беларусь, как и множества других развивающихся стран, эта проблема усугубляется практически полным отсутствием современной инфраструктуры и экологоприемлемых технологий обращения с отходами. В результате, из строя выводятся многие эксплуатационные скважины, отдельные крупные водозаборы и месторождения подземных вод, соответственно уменьшаются и ранее оцененные ресурсы питьевых подземных вод - этого важнейшего геологического и стратегического потенциала Беларуси [ ].

В отличие от сельскохозяйственного и коммунально-бытового загрязнений, которые охватывают весьма обширные площади (пахотные земли, приусадебные участки, селитебные территории), промышленное загрязнение проявляется, в основном, на локальных участках, однако по многим компонентам загрязнения оно своей интенсивностью их превосходит. В целом перечень компонентов промышленного загрязнения исключительно разнообразен и определяется, главным образом, характером производства и перечнем веществ, применяемых, либо образующихся в технологических процессах. На предприятиях машиностроения и металлообработки -- это нефтепродукты, тяжелые металлы; на предприятиях пищевой промышленности -- органические вещества, хлориды и т.д.

На территории Беларуси наиболее яркими примерами промышленного загрязнения являются техногенные ореолы, сформировавшиеся в районе Солигорских калийных комбинатов и Гомельского химического завода. В районе солеотвалов и шламохранилищ Солигорских калийных комбинатов на площади более 15 км² сформировалась зона хлоридно-натриевого засоления подземных вод, которая охватывает не только горизонт грунтовых вод, но и также глубоко залегающие межморенный водоносный горизонт, палеогеновый и меловой водоносные комплексы [ ].

В районе Гомельского химического завода на участках складирования твердых отходов (отвалы фосфогипса) и хранилищ жидких отходов (шламонакопители и др.) подземные воды интенсивно загрязнены по фосфатам, фтору, сульфатам, натрию и хлору.

Сельскохозяйственное загрязнение характеризуется меньшей интенсивностью, но охватывает обширные площади сельхозугодий и является, таким образом, региональным. Часто различные виды и площади загрязнений накладываются друг на друга. Так, например, в сельских населенных пунктах на коммунально-бытовое загрязнение повсеместно накладывается сельскохозяйственное, а в городах - промышленное и транспортное.

На площади всех сельскохозяйственных земель, где вносятся минеральные или органические удобрения, естественный гидрогеохимический фон подземных вод существенно нарушен. В первую очередь, это выражается в росте содержания в водах таких компонентов как NO₃^-, Cl^-, SO₄^2-, K⁺, Na⁺ и некоторых других. Участками особенно интенсивного сельскохозяйственного загрязнения неглубоко залегающих подземных вод являются животноводческие фермы и поля орошения животноводческими стоками. Загрязнение выражается здесь в росте содержания в воде нитратов (до 80-150 мг/дм³), аммония (до 5-18 мг/дм³), хлоридов (до 100-180 мг/дм³) и других компонентов [ ].

В пределах сельских и городских населенных пунктов химический состав грунтовых, а, нередко, и напорных подземных вод трансформируется под влиянием коммунально-бытового загрязнения. Оно формируется за счет утечек из выгребных ям и канализационных систем, поступления в подземные воды загрязненных стоков с полей фильтрации и свалок бытовых отходов. В пределах сельских населенных пунктов этому загрязнению, как правило, сопутствует сельскохозяйственное загрязнение (приусадебные участки, скотные дворы и др.), а в городах на коммунально-бытовое загрязнение накладывается промышленное загрязнение.

Основными компонентами коммунально-бытового загрязнения являются азотсодержащие соединения (NO₃^-, NO₂^-, NH₄⁺), хлориды и сульфаты, синтетические моющие средства и другие соединения. Коммунально-бытовые стоки характеризуются исключительно высокими уровнями микробиологического загрязнения. Воды колодцев нередко имеют неудовлетворительное качество из-за повышенной минерализации (более 1000 мг/дм³), общей жесткости (более 7,0 мгэкв/дм³), содержания хлоридов (более 350 мг/дм³). Однако наиболее часто из разряда кондиционных их выводят повышенное (более 45 мг/дм³) содержание нитратов (рисунок 1.2) [ ]. В выборке из 1029 анализов среднее содержание нитратов в водах колодцев составляет 150,9 мг/дм³ (более 3 ПДК), а максимальное достигает 1000-2490 мг/дм³.

Подавляющая часть (более 82%) колодцев, составляющих основу водоснабжения многих сельских населенных пунктов и небольших городов, не удовлетворяет санитарным нормам по химическим (NO₃^-, Cl^- и др.) и микробиологическим показателям.

Рисунок 1.2 - Распределение 354 изученных колодцев по уровням нитратного загрязнения воды (ПДК 45 мг/дм³)

К категории коммунально-бытового загрязнения относится также загрязнение подземных вод, формирующееся в пределах свалок (полигонов твердых коммунальных отходов) и очистных сооружений коммунальных служб. Так, в грунтовых водах районов полигонов бытовых отходов г. Минска содержится обширный комплекс тяжелых металлов 1-3 классов опасности: бериллий, ванадий, хром (Северный, до 1233 мкг/дм³ при ПДК=500 мкг/дм³), марганец (Тростенец, до 215 мкг/дм³ при ПДК=100 мкг/дм³), кобальт, никель (Тростенец, до 199 мкг/дм³ при ПДК=100 мкг/дм³; Северный, до 576 мкг/дм³), медь, цинк, мышьяк, селен, молибден, кадмий (Северный, до 1,89 мкг/дм³ при ПДК=1 мкг/дм³), барий и свинец, источниками которых являются фильтраты свалочного субстрата отходов [ ]. Столь обширный набор высокотоксичных тяжелых металлов свойственен всем компонентам свалок (субстрат, фильтраты, почвы, поверхностные и грунтовые воды, растительность), что ставит их в число опаснейших источников загрязнения природных комплексов, среды обитания человека и прямого негативного воздействия на живые организмы.

Помимо тяжелых металлов в составе фильтратов коммунально-бытовых отходов нашими исследованиями установлен обширный набор легко летучих органических соединений [ ]. Наиболее многочисленными являются группы углеводородов и алкилзамещенных фенолов. В свою очередь, группу углеводородов составляют, главным образом, представители ароматического ряда. Ниже приводится предварительная классификация основных органических соединений фильтратов и некоторые индивидуальные компоненты в составе отдельных классов с указанием уровней токсикологической опасности:

- углеводороды: бензол (2); толуол (3); этилбензол; 1,2-, 1,3- и 1,4-ксилолы (3); 1-этил-2-метил-, 1-этил-3-метил- и 1-этил-4-метилбензолы; 1,3,5-триметил-, 1,2,4-триметил- и 1,2,3-триметилбензолы; 1-метил-4-изопропилбензол; нафталин (4); лимонен; камфен.

- хлоруглеводороды: транс-1,2-дихлорэтилен (1); хлорбензол (3).

- фенолы и спирты: фенол (2); 4,4-(1-метилэтилиден)бис-фенол; 4,4-метиленбис(2,6-диметил)-фенол; 2-метилфенол; 4-метилфенол; 2,4-диметилфенол; фенилизопропанол.

- амины: анилин (2); n-аминотолуол (толуидин); 3-(1-метил-2-пирролидинил)-пиридин.

- кетоны: ацетон (4); 2-бутанон; 2-пентанон; камфора (3).

- карбоновые кислоты: фульвокислоты; гуминовые кислоты.

- другие соединения: азобисизобутиронитрил; сероуглерод (2); азотистые гетероциклы (производные индола, бензтиазола и аминопирина).

Общий анализ идентифицированных соединений показывает, что источниками их являются преимущественно отходы химической промышленности и медицинских учреждений. Лишь некоторые из углеводородов (лимонен, камфен), а также фульво- и гуминовые кислоты и производные индола и бензтиазола являются продуктами разложения бытовых отходов (пищевых продуктов, древесины и др.).

В качестве растворителей при различных технологических процессах и в быту используются ароматические углеводороды, хлоруглеводороды, сероуглерод и ацетон, как компонент высокооктановых топлив используются ароматические углеводороды, а фенол применяется для антисептических целей в медицине. Отходами фармацевтики являются также камфора и некоторые амины. Анилин и его производные находят применение в производстве красителей и лекарственных препаратов и могут образовываться при их разложении. Фенолы, анилин, азоизобутиронитрил используются при получении полимерных материалов и смол. Большинство идентифицированных веществ может образовываться при разложении полимерных материалов (фталаты), смол, лаков, красок, резины, белковых, древесных и других органических материалов. Например, сероуглерод является продуктом деструкции серосодержащих органических соединений, в том числе белков [ ].

Перечисленными загрязнителями и их промышленными источниками устанавливаются причинно-следственные связи с отсутствием в республике технологий и инфраструктуры обращения с отходами и, в частности, с отсутствием мусоросжигающих теплоэнергетических установок с молекулярной термодеструкцией высокотоксичных веществ. Как следствие, практически весь набор свойственных фильтратам органических соединений идентифицирован в водах поверхностных бассейнов (пруды, обводные канавы) районов свалок, многие из этих соединений зафиксированы также в подземных водах на глубине до 26-36 м. Особенно часто в составе подземных вод фиксируются производные масляной кислоты (до 0,15 мг/дм³) и дибутилфталат (до 0,13 мг/дм³), при этом общее количество полулетучих веществ может достигать 0,18-0,30 мг/дм³. Как следствие дальней миграции органических соединений, некоторые их них зафиксированы в питьевых водах городских водозаборов «Новинки» (скважина 9 - трихлорэтилен и 1,2-дихлорэтилен), «Петровщина» (скважина 4Б - ксилолы) и «Зеленовка» (скважина 4 - трихлорэтилен, тетрахлорэтилен; скважина 9 - 1,1-дихлорэтилен; 1,1-дихлорэтан; 1,1,1-трихлорэтан).

Опасным источником загрязнения подземных вод являются радиоактивные выбросы от аварии на Чернобыльской АЭС. В настоящее время в пределах Беларуси площадь территории с плотностью загрязнения 137Cs выше 37 кБк/м² (1 Ки/км²) составляет около 46 тыс. км². На этой территории проживает более 1,5 млн. человек. Заметно влияние поверхностного радионуклидного загрязнения на качество подземных вод. Так, по нашим данным, в зоне техногенного ореола ЧАЭС активность подземных вод по цезию-137 может достигать 0,2-0,58 Бк/дм³. По стронцию-90 она находится в пределах от сотых до десятых долей Бк/дм³. И в том и в другом случае это существенно выше доаварийных уровней: 0,0066 и 0,0033-0,0185 Бк/дм³, соответственно по 137Cs и 90Sr [ ]. Радиационное состояние грунтовых, а в отдельных районах и более глубоко залегающих подземных вод следует учитывать при разработке систем социально-экологической реабилитации загрязненных территорий.

Подводя итог, важно подчеркнуть неприемлемый факт практически повсеместного загрязнения основного источника хозяйственно-питьевого водоснабжения в Республике Беларусь - пресных подземных вод - на территории населенных пунктов, крупных городов и городских агломераций, сельскохозяйственного и промышленного производства. Выведен из строя ряд водозаборов в Слониме, Солигорске, Борисове, Новополоцке, Орше, Толочине, Могилеве, Речице, других городах и населенных пунктах. Под угрозой загрязнения выше допустимых уровней находятся подземные водоисточники водозаборов Гомеля, Мозыря, Светлогорска, Бреста, Гродно, выросла загрязненность питьевых вод Минска.

Таким образом, сведений о весьма значительных ресурсах подземных вод, в которых не учитывается их качество, далеко не достаточно для объективного понимания проблемы обеспеченности Республики Беларусь высококачественными хозяйственно-питьевыми подземными водами, которые бы соответствовали как внутриреспубликанским, так и международным гигиеническим стандартам качества. В сложившихся условиях предстоит разработать государственную многоплановую стратегию водопользования, районировать (картировать) территорию страны по качественным признакам подземных вод основных водоносных горизонтов с использованием современных химико-аналитических методов и лабораторий и, на этой основе, осуществить переоценку запасов подземных вод с учетом их соответствия стандартам качества. Это должно составить содержание первоочередных гидрогеологических и гидрогеохимических исследований в интересах населения и экономики республики в свете наметившихся тенденций продвижения бутилированных питьевых и лечебно-столовых вод Беларуси на международные рынки.

В водном законодательстве нашей республики в основе гигиенических критериев качества воды лежат следующие требования. Вода, используемая населением для питьевых и других целей, должна соответствовать физиологическим потребностям человека по органолептическим свойствам (запах, привкус, окраска) и солевому составу, быть безвредной и безопасной.

Действующие гигиенические нормативы играют большую организующую роль при проектировании новых и реконструкции старых промышленных предприятий. Они выступают научно обоснованным критерием оценки качества воды в водоемах и водотоках, позволяют контролирующим организациям объективно оценить их состояние, в ряде случаев способствуют совершенствованию методов очистки сточных вод многих промышленных и коммунально-бытовых предприятий.

Качество подземных вод на действующих водозаборах, на которых ведутся режимные наблюдения, соответствует требованиям СанПиН 10-124 РБ 99 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения». Исключение составляют отдельные компоненты, такие как железо и марганец.

По содержанию железа в Республике Беларусь не соответствует гигиеническим требованиям более чем 70% разведанных подземных водоисточников. Концентрация соединений железа составляет в них от 1 до 10 мг/л и более. Иногда в подземных водах наблюдается превышение норм содержания марганца, аммиака, фтора, солей жесткости и пр..

До недавнего времени имела место тенденция ухудшения качества подземных вод по ряду показателей (нитраты, сульфаты, хлориды, фенолы, хром, свинец, нефтепродукты, микробные загрязнения и др.) в результате влияния объектов городского хозяйства (полигоны твердых бытовых отходов, полей фильтрации, иловых площадок) промышленных и сельскохозяйственных предприятий, смывов с сельхозугодий и т.д.

По данным официальной статистики, 31% из числа опробованных подземных водоисточников не соответствовало санитарным нормам, что приводило к ликвидации водозаборных скважин (примером являются водозаборы Борисова, Новогрудка, Речицы и др.). Количество нестандартных из общего количества отобранных проб воды по санитарно-химическим показателям достигало 34%, по микробиологическим - 6%.

Одной из основных причин ухудшения качества подземных вод для питьевых целей является отсутствие или несоблюдение режима зон санитарной охраны (ЗСО) подземных источников водоснабжения.

По данным Центрального научно исследовательского института комплексного использования водных ресурсов (ЦНИИКИВР), из 13867 источников водоснабжения 2067 (14,9%) не имеют ЗСО. Зоны санитарной охраны не утверждены для 9110 (65,7%) и необустроены для 2124 (15,3%) источников.

Несмотря, на имеющиеся недостатки, питьевое водоснабжение из подземных источников традиционно считается лучшим техническим решением. Подземные воды, в большей своей части, безопасны в санитарно-эпидемиологическом отношении, их химический состав не подвержен сезонным изменениям, они содержат минимальное количество растворенных солей, минеральных и органических примесей, что обусловливает гораздо меньшие затраты на их водоподготовку [ ].

Существенное влияние на качество подземных и поверхностных вод в республике оказывают крупные животноводческие комплексы по выращиванию крупного рогатого скота и откорму свиней, наибольшее количество которых сосредоточено в бассейне р. Неман (35 комплексов крупного рогатого скота из 115 в республике и 41 свинокомплекс из 114 по республике в целом).

На крупных комплексах неизбежно накапливается избыток отходов животноводства и свиноводства, которые в силу целого ряда причин не могут быть полностью утилизированы или использованы в виде органических удобрений (отсутствие герметичных хранилищ длительного хранения жидких отходов, невысокая удобрительная ценность навозной жижи, высокие транспортные расходы по доставке навоза на поля и др.).

Большинство из них не оборудовано очистными сооружениями и, по оценкам института геохимии и геофизики Академии наук Республики Беларусь, ежегодно около 92 млн. м³ жидких стоков сбрасывается в реки и водоемы, поступает на поля орошения и просачивается до уровня грунтовых вод.

По своему воздействию на природные объекты неочищенные стоки животноводческих комплексов эквивалентны отходам высшей категории вредности, в составе которых преобладают органические вещества, аммонийный азот, фосфаты, тяжелые металлы, оказывающие негативное влияние на воду, ухудшающие ее гигиенические и санитарно-химические показатели. Большие количества органических соединений азота и фосфора, кроме стоков от животноводческих ферм, попадают в воду также с канализационными стоками [ ].

1.3 Формы связи железа в природных водах

Наличие железа в подземных водах связано с широким распространением этого элемента в природе. Железо составляет 4,56% массы всей земной коры, занимая четвертое место среди 107 элементов. Содержание железа связано с региональными, климатическими, ландшафтными и гидрологическими особенностями зоны нашего проживания, повлиять на которое мы не можем. Именно поэтому избыточное железо присутствует повсеместно, охватывая почти все водоносные горизонты пресных вод, независимо от принадлежности к тому или иному артезианскому бассейну.

Исходным материалом для образования и накопления железа в природных водах являются водовмещающие породы и породы, с которыми вода контактирует в процессе своей миграции. К их числу относятся песчано-гравийные и глинистые материалы, содержащие большое количество железистых соединений. Выявление форм содержания железа в воде является очень важной задачей, разрешение которой позволит предопределить метод его удаления.

Железо в природных водах может находиться в виде двух- и трехвалентных ионов, коллоидов органического и неорганического происхождения, таких как Fe(OH)₃, FeS, Fe(OH)₂, комплексных соединений с гуматами и фульвокислотами, а также в виде тонкодисперсной взвеси.

Коллоидная гидроокись железа образуется при рН выше 3, а осадок - при рН выше 4,5 (как правило, в окислительной среде). В природных водах значение рН обычно колеблется в пределах 6,2-7,5, поэтому в них не может содержаться трехвалентное железо, но может присутствовать (например, в подземных водах при отсутствии растворенного в воде кислорода и других окислителей) двухвалентное железо в виде ионов или в составе солей. В поверхностных водах железо обычно встречается в виде органических комплексных соединений, либо коллоидных или тонкодисперсных взвесей.

Формы, в которых железо находится в природных водах, в настоящее время недостаточно изучены. Однако, очевидно, что преобладающей формой существования железа в подземных водах является гидрокарбонат двухвалентного железа, который устойчив только при наличии больших количеств углекислоты и отсутствии растворенного кислорода. При уменьшении концентрации углекислоты, т.е. при повышении рН и появлении в воде растворенного кислорода или других окислителей, происходит процесс гидролиза, и железо переходит в малорастворимый гидроксид двухвалентного железа:

подземный вода состав железо

Fe²⁺ + 2HCO^3- + 2H₂O > Fe(OH)₂ + 2H₂CO₃ (1.1)

При этом образуется ряд промежуточных соединений, и в воде одновременно присутствуют как недиссоциированные молекулы, так и ионы: Fe(HCO₃)₂, Fe(OH)₂, Fe²⁺, Fe(OH)⁺. Далее происходит окисление по уравнению:

4Fe(OH)₂ + О₂ + 2Н₂О > 4Fe(OH)₃ (1.2)

Здесь также одновременно присутствуют промежуточные соединения, такие, как Fe(OH)²⁺ и Fe(OH)²⁺. Процесс окисления двухвалентного железа в трехвалентное во многих случаях в естественных условиях протекает при участии микроорганизмов - железобактерий, которые используют энергию, выделяемую при окислении железа (II).

Образующийся при окислении гидроксид железа (III) мало растворим в воде. Так, при рН = 4 в воде может содержаться до 0,05 мг/л Fe(OH)₃, а при более высоких значениях рН - тысячные и еще меньшие доли мг/л. Гидроксид железа (III) может присутствовать в воде в коллоидном состоянии, которое является одной из основных форм существования железа в поверхностных водах. Устойчивость коллоидного железа в значительной степени повышается благодаря защитному действию гумусовых веществ. Железо может быть переведено из этого комплекса в осадок двумя путями: естественным - при участии бактерий, разрушающих органическое вещество, и искусственным - с помощью сильных окислителей, уничтожающих защитные коллоиды, либо под действием коагулянтов, например, золей кремниевой кислоты [ ].

Размещено на Allbest.ru