Источники водоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Источники водоснабжения

Выбор источника является одной из наиболее ответственных задач при устройстве системы водоснабжения, так как он определяет в значительной степени характер самой системы, наличие в её составе тех или иных сооружений, а следовательно, стоимость и строительства, и эксплуатации.

Источник водоснабжения должен удовлетворять следующим основным требованиям:

-обеспечивать получение из него необходимых количеств воды с учётом роста водопотребления на перспективу развития объекта;

-обеспечивать бесперебойность снабжения водой потребителей;

-давать воду такого качества, которое в наибольшей степени отвечает нуждам потребителей или позволяет достичь требуемого качества путем простой и дешевой её очистки;

-обеспечивать возможность подачи воды объекту с наименьшей затратой средств;

-обладать такой мощностью, чтобы отбор воды из него не нарушал сложившуюся экологическую систему.

Правильное решение вопроса о выборе источника водоснабжения для каждого данного объекта требует тщательного изучения и анализа водных ресурсов района, в котором расположен объект.

Источник водоснабжения должен удовлетворять следующим основным требованиям:

-обеспечивать получение из него необходимых количеств воды с учётом роста водопотребления на перспективу развития объекта;

-обеспечивать бесперебойность снабжения водой потребителей;

-давать воду такого качества, которое в наибольшей степени отвечает нуждам потребителей или позволяет достичь требуемого качества путем простой и дешевой её очистки;

-обеспечивать возможность подачи воды объекту с наименьшей затратой средств;

-обладать такой мощностью, чтобы отбор воды из него не нарушал сложившуюся экологическую систему.

Правильное решение вопроса о выборе источника водоснабжения для каждого данного объекта требует тщательного изучения и анализа водных ресурсов района, в котором расположен объект.

Практически все используемые для целей водоснабжения природные источники воды могут быть отнесены к трем основным группам:

-поверхностные источники;

-подземные источники;

-искусственные источники.

К поверхностным источникам водоснабжения относятся:

-моря или их отдельные части (заливы, проливы),

-водотоки (реки, ручьи, каналы),

-водоемы (озера, пруды, водохранилища, обводненные карьеры),

-болота,

-природные выходы подземных вод (гейзеры, родники),

-ледники и снежники.

Характерными качествами речной воды являются относительно большая мутность (особенно в период паводков), высокое содержание органических веществ, бактерий, часто значительная цветность. Наряду с этим речная вода характеризуется обычно относительно малым содержанием минеральных солей и, в частности, относительно небольшой жесткостью.

Вода озёр обычно отличается весьма малым содержанием взвешенных веществ (то есть малой мутностью или, иначе, большой прозрачностью), кроме прибрежной зоны, где мутность воды увеличивается в результате волнения. Степень минерализации озерной воды весьма различна.

Поверхностные источники характеризуются значительными колебаниями качества воды и количества загрязнений в отдельные периоды года. Качество воды рек и озёр в большой степени зависит от интенсивности выпадения атмосферных осадков, таяния снегов, а также от загрязнения её поверхностными стоками и сточными водами городов и промышленных предприятий.

Сезонные колебания качества речной воды нередко бывают весьма резкими. В период паводка сильно возрастает мутность и бактериальная загрязнённость воды, но обычно снижается её жесткость.

К подземным источникам относятся:

· бассейны подземных вод,

· водоносные горизонты.

Подземные воды, как правило, не содержат взвешенных веществ (то есть весьма прозрачны) и обычно бесцветны.

Артезианские воды, перекрытые сверху водонепроницаемыми породами, защищены от поступления проникающих с поверхности земли загрязнённых стоков и обладают поэтому высокими санитарными качествами. Такими же качествами часто обладают иродниковые воды.

Наряду с этими положительными качествами подземные воды часто сильно минерализованы. В зависимости от характера растворенных в них солей они могут обладать теми или иными отрицательными свойствами (повышенная жесткость, наличие неприятного привкуса, содержание веществ, вредно влияющих на организм человека).

К искусственным источникам водоснабжения можно отнести промышленные опреснительные установки, например, используемые в Израиле, Арабских Эмиратах или в г. Актау (Казахстан) на Мангистауском атомно-энергетическом комбинате.

2. Общая характеристика подземных источников водоснабжения

Подземными водами называются воды, находящиеся в верхних слоях земной коры. Подземные воды образуются вследствие просачивания в землю атмосферных и поверхностных вод.

Эти воды практически не содержат взвеси, в большинстве случаев бесцветны, но почти всегда сильно минерализованы, имея в своем составе соли кальция, магния, железа, марганца. Подземные воды классифицируются как по отдельным признакам, так и по характеру их движения в толще водоносного слоя.

Если исходить из качественных и количественных признаков, то их можно классифицировать по характеру залегания, температуре, химическому составу, степени минерализации.

По характеру залегания подземные воды могут быть разделены на верховодку (воды зоны аэрации), грунтовые и артезианские.

Верховодка, залегающая вблизи поверхности земли (1 - 5 м), не может служить надежным источником водоснабжения, так как может легко загрязняться, и, кроме того, ее запасы, как правило, ограниченны и зависят в значительной степени от количества атмосферных осадков.

Грунтовые воды, залегающие на глубине нескольких десятков метров, характеризуются значительными запасами воды. Они являются весьма надежными источниками водоснабжения.

Зеркало грунтовых вод представляет собой верхний предел доступных подземных вод. При наличии уклонов зеркало грунтовых вод пересекается с земной поверхностью, и образуется источник. Если подземные воды находятся под большим гидростатическим давлением, то в местах их выхода на поверхность формируются артезианские источники. С появлением мощных насосов и развитием современной буровой техники извлечение подземных вод облегчилось. Для обеспечения подачи воды в мелкие колодцы, установленные на водоносных горизонтах, применяются насосы. Однако в скважинах, пробуренных на большую глубину, до уровня напорных артезианских вод, последние поднимаются и насыщают вышележащие грунтовые воды, а иногда выходят на поверхность.

Артезианские воды, залегающие под водонепроницаемыми породами, характеризуются значительными запасами воды, надежно защищены от попадания в них загрязнения, обладают целым набором полезных для человека химических элементов, вследствие чего являются наилучшими источниками хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Артезианские подземные воды - это воды напорного типа. Условия залегания и напор водоносных горизонтов могут быть самыми различными в зависимости от района их расположения. Часто напорные водоносные горизонты разделяются водоупорными слоями различной мощности и имеют пластовое расположение.

Подземные воды перемещаются медленно, со скоростью нескольких метров за сутки или даже за год. Ими обычно насыщены пористые галечные или песчаные горизонты или относительно водонепроницаемые пласты глинистых сланцев, и лишь изредка они сосредоточены в подземных полостях или в подземных потоках. Для правильного выбора места бурения колодца обычно требуются сведения о геологическом строении территории.

По характеру движения подземных вод оно может быть ламинарным при движении отдельных струй с небольшой скоростью и турбулентным - при движении водного потока с большими скоростями в вихревом режиме. В песчаных водоносных грунтах движение водного потока может быть только ламинарным. Турбулентный режим движения подземных водных масс наблюдается лишь в галечных и гравелистых грунтах, в карстовых пустотах, в крупноразмерных трещинах.

Подземные воды могут быть безнапорными и напорными (артезианскими).

Безнапорные воды заполняют водоносные горизонты не полностью и имеют свободную поверхность.

Безнапорные подземные воды первого от поверхности земли водоносного горизонта называются грунтовыми. Грунтовые воды характеризуются повышенной загрязненностью, поэтому при их использовании в большинстве случаев необходима очистка.

Напорные (артезианские) воды заполняют водоносные горизонты полностью. Артезианские воды, как привило, характеризуются высоким качеством и в большинстве случаев для хозяйственно-питьевых целей могут использоваться без очистки.

В колодцах или скважинах, вскрывающих напорные водоносные горизонты, вода поднимается до некоторой пьезометрической линии. Если пьезометрическая линия проходит выше поверхности земли, то наблюдается излив воды.

Уровень воды, устанавливающийся в колодце при отсутствии забора воды, называется статическим. При безнапорных водах статический уровень совпадает с уровнем подземных вод, в при напорных водах - с пьезометрической линией.

При откачке воды из колодца уровень ее снижается, причем тем больше, чем интенсивнее откачка. Такой уровень называется динамическим.

Безнапорные и напорные воды могут выходить на поверхность земли в виде родников. Выход безнапорных вод называют нисходящим ключом. Ключевая вода отличается высоким качеством и может использоваться без очистки.

Верховодка - это безнапорные подземные воды, залегающие наиболее близко к земной поверхности и не имеющие сплошного распространения. Образуются за счёт инфильтрации атмосферных и поверхностных вод, задержанных непроницаемыми или слабо проницаемыми выклинивающимися пластами и линзами, а также в результате конденсации водяных паров в горных породах. Характеризуются сезонностью существования: в засушливое время они нередко исчезают, а в периоды дождей и интенсивного снеготаяния возникают вновь. Подвержены резким колебаниям в зависимости от гидрометеорологических условий (количества атмосферных осадков, влажности воздуха, температуры и др.). К верховодке относятся также воды, временно появляющиеся в болотных образованиях вследствие избыточного питания болот. Нередко верховодка возникает в результате утечек воды из водопровода, канализации, бассейнов и др. водонесущих устройств, следствием чего может быть заболачивание местности, подтопление фундаментов и подвальных помещений. В области распространения многолетнемёрзлых горных пород верховодка относится к надмерзлотным водам. Воды верховодки обычно пресные, слабоминерализованные, но часто бывают загрязнены органическими веществами и содержат повышенные количества железа и кремнекислоты. Верховодка, как правило, не может служить хорошим источником водоснабжения. Однако при необходимости принимаются меры для искусственного сохранения верховодка: устройство прудов; отводы из рек, обеспечивающие постоянным питанием эксплуатируемые колодцы; насаждение растительности, задерживающей снеготаяние; создание водоупорных перемычек и т.п. В пустынных районах путём устройства канавок на глинистых участках - такырах, атмосферные воды отводятся в прилегающий участок песков, где создаётся линза верховодки, представляющая собой некоторый запас пресных вод.

Грунтовые воды - это подземные воды первого от поверхности Земли постоянного водоносного горизонта. Образуются главным образом за счёт инфильтрации (просачивания) атмосферных осадков и вод рек, озёр, водохранилищ, оросительных каналов; местами запасы грунтовых вод пополняются восходящими водами более глубоких горизонтов (например, водами артезианских бассейнов), а также за счёт конденсации водяных паров.

Сверху грунтовые воды обычно не перекрываются водонепроницаемыми породами, а водопроницаемый пласт они заполняют не на полную мощность, поэтому поверхность грунтовых вод является свободной, ненапорной. На отдельных участках, где всё же имеется местное водоупорное перекрытие, грунтовые воды приобретают местный напор (величина последнего определяется положением уровня грунтовых вод на прилегающих участках, не имеющих водоупорного перекрытия). Когда буровая скважина или копаный колодец достигают грунтовых вод, их уровень (т. н. зеркало грунтовых вод) устанавливается на той глубине, где они были встречены.

Области питания и распространения грунтовых вод совпадают. Вследствие этого условия формирования и режим грунтовых вод обладают характерными особенностями, отличающими их от более глубоких артезианских вод: грунтовые воды чувствительны ко всем атмосферным изменениям. В зависимости от количества выпадающих атмосферных осадков поверхность грунтовых вод испытывает сезонные колебания: в сухое время года она понижается, во влажное - повышается, изменяются также дебит, химический состав и температура грунтовых вод. Вблизи рек и водоёмов изменения уровня, расхода и химического состава грунтовых вод определяются характером гидравлической связи их с поверхностными водами и режимом последних.

Величина стока грунтовых вод за многолетний период приблизительно равна количеству воды, поступившей путём инфильтрации.

В условиях влажного климата развиваются интенсивные процессы инфильтрации и подземного стока, сопровождаемые выщелачиванием почв и горных пород. При этом легко растворимые соли - хлориды и сульфаты - выносятся из пород и почв; в результате длительного водообмена формируются пресные грунтовые воды, минерализованные лишь за счёт относительно мало растворимых солей (преимущественно гидрокарбонатов кальция). В условиях засушливого тёплого климата (в сухих степях, полупустынях и пустынях) вследствие кратковременности выпадения и малого количества атмосферных осадков, а также слабой дренированности местности подземный сток грунтовых вод не развивается; в расходной части баланса грунтовых вод преобладает испарение и происходит их засоление.

Различия условий формирования грунтовых вод обусловливают зональность их географического распределения, которая тесно связана с зональностью климата, почвенного и растительного покрова. В лесных, лесостепных и степных районах распространены пресные (или слабоминерализованные) грунтовых вод; в пределах сухих степей, полупустынь и пустынь на равнинах преобладают солёные грунтовые воды, среди которых пресные воды встречаются лишь на отдельных участках.

Наиболее значительные запасы грунтовых вод сосредоточены в аллювиальных отложениях речных долин, в конусах выноса предгорных областей, а также в неглубоко залегающих массивах трещиноватых и закарстованных известняков (реже в трещиноватых изверженных породах).

Грунтовые воды в силу относительно лёгкой доступности имеют большое значение для народного хозяйства как источники водоснабжения промышленных предприятий, городов, посёлков, населенных пунктов в сельской местности и т.д.

Артезианские воды - это подземные воды, заключённые между водоупорными слоями и находящиеся под гидравлическим давлением. Залегают главным образом в доантропогеновых отложениях, в пределах крупных геологических структур, образуя артезианские бассейны.

Вскрытые искусственным путём артезианские воды поднимаются выше кровли водоносного пласта. При достаточном напоре они изливаются на поверхность земли, а иногда даже фонтанируют. Линия, соединяющая отметки установившегося напорного уровня в скважинах, образует пьезометрический уровень.

В отличие от грунтовых вод, участвующих в современном водообмене с поверхностью земли, многие артезианские воды являются древними и их химический состав обычно отражает условия формирования.

Первоначально артезианские воды связывали с мульдообразными структурами. Однако условия, при которых образуются эти воды, весьма разнообразны; часто артезианские воды можно встретить при флексурообразном асимметричном моноклинальном залегании пластов. Во многих районах они приурочены к сложной системе трещин и разломов.

В пределах артезианского бассейна различают три области: питания, напора и разгрузки. В области питания водоносный горизонт обычно приподнят и дренирован, поэтому воды здесь имеют свободную поверхность; в области напора уровень, до которого может подняться вода, располагается выше кровли водоносного горизонта. Расстояние по вертикали от кровли водоносного горизонта до этого уровня называются напором.

В отличие от области питания, где мощность водоносного горизонта изменяется в зависимости от метеорологических факторов, в области напора мощность артезианского горизонта постоянна во времени. На границе между областью питания и областью напора, в связи с количеством поступающей атмосферной воды, в различные сезоны может происходить временный переход воды со свободной поверхностью в воды напорные. В области разгрузки воды выходят на земную поверхность в виде восходящих источников. При наличии нескольких водоносных горизонтов каждый из них может иметь свой уровень, определяемый условиями питания и стока воды. Когда синклинальное залегание слоев соответствует понижениям рельефа, напоры в нижних горизонтах повышаются; при повышениях рельефа пьезометрические уровни нижних горизонтов располагаются на более низких отметках. Если, благодаря скважине или колодцу, два водоносных горизонта сообщаются, то при обращенном рельефе артезианские воды из верхнего горизонта перетекает в нижний.

Различают артезианский бассейн и артезианский склон. В артезианском бассейне область питания располагается рядом с областью напора; далее по направлению подземного стока располагается область разгрузки напорного горизонта. В артезианском склоне последняя находится рядом с областью питания.

Каждый крупный артезианский бассейн заключает в себе воды различного химического состава: от высокоминерализованных рассолов хлоридного типа до пресных слабоминерализованных вод гидрокарбонатного типа. Первые обычно залегают в глубоких частях бассейна, вторые - в верхних пластах (в различных артезианских бассейнах РФ на глубине от 100 до 1000 м).

Пресные воды верхних водоносных пластов образуются в результате инфильтрации атмосферных осадков и процессов выщелачивания горных пород. Глубокие высокоминерализованные артезианские воды связаны с измененными водами древних морских бассейнов, находившихся в различные геологические эпохи на территории современных артезианского бассейна.

В РФ ввиду большого разнообразия гидрогеологических условий артезианские бассейны иногда называют водонапорными системами. Наиболее крупной водонапорной системой в РФ является Западно-Сибирский артезианский бассейн площадью 3 млн. км².

Растущее потребление подземных вод имеет серьезные последствия. Откачка большого объема подземных вод, несопоставимо превышающего их естественное пополнение, приводит к нехватке влаги, а понижение уровня этих вод требует больших затрат на дорогостоящую электроэнергию, используемую для их извлечения. В местах истощения водоносного горизонта земная поверхность начинает проседать, и там осложняется восстановление водных ресурсов естественным путем.

В прибрежных районах чрезмерный забор подземных вод приводит к замещению пресной воды в водоносном горизонте морской, соленой, и таким образом происходит деградация местных источников пресной воды.

Постепенное ухудшение качества подземных вод в результате накопления солей может иметь еще более опасные последствия. Источники солей бывают как природными (например, растворение и вынос минералов из грунтов), так и антропогенными (внесение удобрений или чрезмерный полив водой с высоким содержанием солей). Реки, питающиеся от горных ледников, обычно содержат менее 1 г/л растворенных солей, но минерализация воды в иных реках достигает 9 г/л вследствие того, что они на большом протяжении дренируют территории, сложенные соленосными породами.

В результате беспорядочного сброса или захоронения токсичных химических веществ происходит их просачивание в водоносные горизонты, являющиеся источниками питьевой или ирригационной воды. В ряде случаев достаточно всего нескольких лет или десятилетий, чтобы вредные химические вещества попали в подземные воды и накопились там в ощутимых количествах. Однако, если водоносный горизонт был однажды загрязнен, для его естественного самоочищения потребуется от 200 до 10 000 лет.

3. Общая характеристика поверхностных источников водоснабжения

Поверхностными водоисточниками, как отмечено, являются реки, озера, водохранилища, каналы, в некоторых случаях моря и ледники.

Каждый из видов поверхностных источников имеет свою качественную характеристику, например, рекам присуща повышенная мутность воды. Причем показатели мутности имеют значительные сезонные колебания (наибольшая мутность во время осенних и весенних паводков, наименьшая - зимой). Вода большинства озер на территории России характеризуется достаточно высокой цветностью при сравнительно небольшой мутности ее.

Кроме того, каждый из видов поверхностных водоисточников имеет свои особенности, связанные с климатическими, геологическими, метеорологическими, гидрологическими, топографическими, биологическими и другими факторами. Естественно, не все перечисленные факторы в равной степени влияют на состояние источника, поэтому для правильного выбора и проектирования водозаборного сооружения в каждом конкретном случае необходимо детальное изучение указанных факторов.

Реки

Оценку рек как источников водоснабжения следует производить, прежде всего, на основании гидрологических факторов, в частности количества и качества стока, общих расходов, уровней воды, их колебаний, ледового режима, паводков, их колебаний, скорости течения, количества и качества наносов, устройства русла. Необходимо также учитывать топографические и геологические факторы.

Для зарегулированных рек как источников водоснабжения, кроме указанных выше факторов, следует учитывать также гидрографические условия, т.е. очертание береговой линии, образовавшееся в результате регулирования стока реки; метеорологические факторы - направление и силу ветра, биологические факторы - цветение воды, продолжительность цветения, наличие планктона, водной растительности.

Поверхностные водоисточники имеют разнообразный режим питания и стока.

Для большинства рек основными источниками питания являются дождевые, снеговые и ледниковые воды. В засушливые периоды года и в период ледостава источником питания реки служат подземные воды. Реки, как правило, имеют несколько источников питания с преобладанием одного или двух из них, меняющихся по периодам года. Для равнинных рек Европейской части России и Сибири характерно грунтовое и частично дождевое - летом и зимой, снеговое в результате таяния его - весной, дождевое - осенью.

Речной сток и расходы его изменяются в зависимости от периода года и по длине реки от верховья до устья. Обычно сток и расход увеличиваются с увеличением водосборной площади, поэтому расходы воды в реке различны для разных створов и населенных пунктов.

Распределение стока рек по периодам года и по месяцам (внутригодовое распределение стока) зависит, прежде всего, от внутригодового распределения осадков и температуры воздуха, а также от физико-географических условий бассейна реки, болот, озер, водохранилищ, ледников. Максимальный сток рек образуется обычно от таяния равнинных снегов, горных снегов и ледников, дождей. Наличие в бассейне рек, озер и водохранилищ болот способствует уменьшению максимального стока, зато препятствует резкому уменьшению стока в меженный период, когда реки питаются преимущественно грунтовыми водами. Иначе говоря, болота выполняют буферную роль в количественном изменении стока реки по периодам года.

В связи с неравномерностью стока по сезонам года весьма важной характеристикой водного режима реки является среднемноголетнее значение стока, а также их максимальные и минимальные значения, которые необходимо учитывать при выборе и проектировании водозаборных сооружений.

Скорости движения воды в реке и колебания уровней в значительной степени зависят от формы поперечного сечения русла, уклона его, очертания в плане, водной растительности (рис. 2.4).

Движение воды в реке носит турбулентный характер. У вогнутого берега массы воды перемещаются вниз, размывая берега, а у выпуклого берега - вверх, намывая его. Эту закономерность движения речного потока следует учитывать при выборе конструкции и места расположения водозабора.

Скорости движения воды в реках распределяются по живому сечению неравномерно - по вертикали они уменьшаются от поверхности ко дну, а по горизонтали - от середины реки к берегам. Эти особенности необходимо учитывать при проектировании водозаборных сооружений, так как от скоростей водного потока, их направления и распределения по живому сечению зависит устойчивость русла реки в месте водозабора, вид крепления русла, режимы водотбора водозабором, движения наносов, шуголедовые явления и др.

При изменениях расходов воды меняются и уровни воды в реке. Обычно различают сезонные, многолетние и случайные колебания уровня воды в реках. Сезонные и многолетние колебания уровней воды в реках и озерах определяются внутригодовыми и годовыми величинами и легко могут прогнозироваться. Случайные колебания уровней воды в реках вызываются заторами льда, сгонами и нагонами воды при сильных ветрах, когда при неизменных расходах резко увеличиваются или уменьшаются скорости движения воды. Такие колебания трудно прогнозировать, и поэтому они носят характер стихийных явлений, часто наводнений. На время половодий на равнинных реках уровень воды может повыситься до 10 - 15 м.

С установлением отрицательных температур воздуха (поздняя осень, зима) происходят охлаждение воды и образование льда, поверхностного и внутреннего. На первой стадии замерзания рек образуются отдельные кристаллики льда в массе воды, которые называют шугой. По мере понижения температуры происходит смерзание отдельных льдинок друг с другом и наступает ледостав.

По характеру ледового режима реки разделяют на четыре группы: с устойчивым ледоставом, с неустойчивым ледоставом, с отдельными ледовыми явлениями и с отсутствием ледовых явлений. Для большинства рек России характерен устойчивый ледостав.

Интенсивное образование внутриводного льда - шуги характерно для всех рек с устойчивым и неустойчивым ледоставом. Образовавшаяся шуга создает значительные затруднения по забору воды из реки.

В реках с устойчивым ледоставом шуга образуется преимущественно в начале зимы. Для рек с неустойчивым ледоставом образование внутриводного льда происходит в течение всей зимы.

Продолжительность ледостава на реках колеблется в широких пределах и зависит, прежде всего, от климатических условий территорий, по которым они протекают. В северных районах Сибири и Дальнего Востока продолжительность ледостава достигает 7 - 8 месяцев, а на юге и юго-западе России ледостав очень кратковременный или вообще отсутствует. Толщина льда на реках и озерах северных регионов России достигает 2 м.

При выборе места расположения водозабора и его конструкции необходимо учитывать такие факторы, как наносы (продукты разрушения и размыва дна и берегов реки) и получающиеся в результате этого явления деформации русла.

В настоящее время все русловые деформации делятся на необратимые и обратимые. К необратимым деформациям относятся многолетние изменения продольного профиля реки и соответствующие изменения ее внутренней морфологической структуры. К обратимым деформациям относятся перемещения в русле реки крупных песчаных гряд, сезонные изменения конфигурации дна, подмывы и намывы берегов. Эти деформации вызываются движением наносов, поступающих в водный поток, и должны учитываться при проектировании, строительстве и эксплуатации водозаборных сооружений на реках.

Основными факторами, оказывающими влияние на устойчивость русла, являются скорость движения воды в реке, вид пород, слагающих русло, а также начертание русла реки в плане.

Озера и водохранилища

При оценке озер и водохранилищ учитываются те же факторы, что и для рек. Для водохранилищ дополнительно анализируются те же факторы, что и для зарегулированных рек.

На озерах колебания уровня воды значительно меньше и могут составлять 0,5 - 1,0 м. Уровень воды в озерах может понижаться в течение года в результате стока воды через вытекающие из них реки и ручьи, из-за просачивания воды в грунт и ее испарения. Восстановление их уровня обычно происходит за счет осадков и притока пресной воды впадающих в них рек и ручьев, а также из родников. Однако в результате испарения накапливаются соли, поступающие с речным стоком. Поэтому спустя тысячелетия некоторые озера могут стать очень солеными и непригодными для обитания многих живых организмов.

Поверхностным источникам водоснабжения присущи такие природные процессы, как цветение, обрастание и зарастание. Цветение воды - это интенсивное размножение в верхних слоях воды планктонных организмов растительного (фитопланктон) и животного (зоопланктон) происхождения. Наиболее массовое развитие планктона происходит в весенний, летний и осенний периоды года, особенно в озерах и водохранилищах. Реки с большими скоростями движения воды цветут значительно слабее и реже.

При заборе воды в период ее цветения водоприемные сооружения покрываются слоем гелеобразной, слизистой массы. Весной и осенью фитопланктон представлен, в основном, диатомовыми водорослями, а летом - сине-зелеными.

Фактором, значительно затрудняющим забор воды из водоисточников, является обрастание, т.е. отложение мелких водных организмов на твердых поверхностях, находящихся под водой, в том числе и на водоприемных устройствах и внутренней поверхности самотечных труб. Качественный состав и интенсивность обрастания зависят от физико-химических свойств воды в водоисточниках, куда попадают бытовые и производственные стоки; обрастания состоят из нитчатых бактерий.

Водозаборные сооружения обычно обрастают организмами - мидиями, губками, моллюсками. Интенсивность обрастания может колебаться от нескольких миллиметров до 25…30 см в год, что существенно сказывается на пропускной способности водоприемных устройств. Плотность отложений различна: от рыхлых, легко удаляемых механическим воздействием, до очень плотных, сцементированных, удаляемых ударным инструментом.

Зарастание водоемов вызывается развитием водной растительности. Зарастание происходит практически во всех водоисточниках, особенно в прибрежной полосе их. Особенно подвержены зарастанию озера, водохранилища, реки равнинных территорий с небольшими скоростями движения воды в них. Из всех водных растений приоритет принадлежит полупогружным и погружным растениям, особенно интенсивно развивающимся в зоне мелководья. Постепенное зарастание и заболачивание водоисточников значительно затрудняет забор воды.

4. Зоны санитарной охраны

Зона санитарной охраны - территория, включающая источник водоснабжения и (или) водопровод, состоящая из трех поясов, на которых устанавливаются особые режимы хозяйственной деятельности, санитарного надзора, контроля за качеством воды в источнике, а также охраны объекта. Пояса представляют собой окружности, центр которых находится в источнике водоснабжения. Если таких источников несколько (несколько скважин), то следует выделять несколько окружностей с центром в каждой из скважин.

Первый пояс - пояс строгого режима, включает территорию расположения водозаборов, площадок всех водопроводных сооружений и водопроводящего канала. Его назначение - защита места водозабора и водозаборных сооружений от случайного или умышленного загрязнения и повреждения. Первый пояс организуется для того, чтобы охранять место водозабора из источника и прилегающие к нему участки, а также головные сооружения водопровода. Территория первого пояса ограждается, охраняется, благоустраивается, проживание на ней запрещено, строительство ограничивается только технологическими сооружениями водопровода.

Границу первого пояса ЗСО водопровода с поверхностный источником устанавливают с учетом конкретных условий в следующих пределах:

а) для водотоков:

- вверх по течению - не менее 200 м от водозабора;

- вниз по течению - не менее 100 м от водозабора;

- по прилегающему к водозабору берегу - не менее 100 м от линии уреза воды летнеосенней межени;

- в направлении к противоположному от водозабора берегу при ширине реки или канала менее 100 м - вся акватория и противоположный берег шириной 50 м от линии уреза воды при летне-осенней межени, при ширине реки или канала более 100 м - полоса акватории шириной не менее 100 м;

б) для водоемов (водохранилища, озера) - в зависимости от местных санитарных игидрологических условий, но не менее 100 м во всех направлениях по акватории водозабора и по прилегающему к водозабору берегу от линии уреза воды при летне-осенней межени.

На водозаборах ковшевого типа в пределы первого пояса ЗСО включается вся акватория ковша.

Определение границы первого пояса ЗСО подземного источника: водозаборы подземных вод должны располагаться вне территории промышленных предприятий и жилой застройки.Располагать их на территории промышленного предприятия или жилой застройки возможно при надлежащем обосновании. Границу первого пояса устанавливают на расстоянии не менее 30 м от водозабора при использовании защищенных подземных вод и на расстоянии не менее 50 м - при использовании недостаточно защищенных подземных вод.

Граница первого пояса ЗСО группы подземных водозаборов должна находиться на расстоянии не менее 30 и 50 м от крайних скважин.

Для водозаборов из защищенных подземных вод, расположенных на территории объекта, исключающего возможность загрязнения почвы и подземных вод, размеры первого пояса ЗСО допускается сокращать при условии гидрогеологического обоснования по согласованию с центром государственного санитарно-эпидемиологического надзора.

К защищенным подземным водам относятся напорные и безнапорные межпластовые воды, имеющие в пределах всех поясов ЗСО сплошную водоупорную кровлю, исключающую возможность местного питания из вышележащих недостаточно защищенных водоносных горизонтов.

К недостаточно защищенным подземным водам относятся:

- грунтовые воды, т.е. подземные воды первого от поверхности земли безнапорноговодоносного горизонта, получающего питание на площади его распространения;

- напорные и безнапорные межпластовые воды, которые в естественных условиях или в результате эксплуатации водозабора получают питание на площади ЗСО из вышележащих недостаточно защищенных водоносных горизонтов через гидрогеологические окна или проницаемые породы кровли, а также из водотоков и водоемов путем непосредственной гидравлической связи.

Для водозаборов при искусственном пополнении запасов подземных вод границу первого пояса устанавливают как для подземного недостаточно защищенного источника водоснабжения на расстоянии не менее 50 м от водозабора и не менее 100 м от инфильтрационных сооружений (бассейнов, каналов и др.).

В границы первого пояса инфильтрационных водозаборов подземных вод включаетсяприбрежная территория между водозабором и поверхностным водоемом, если расстояние между ними менее 150 м.

Второй и третий поясы - поясы ограничений, включающие территорию, с которой в силу природных условий (поверхностный сток, гидрогеологические условия) и в результате промышленного строительства, бытового и другого использования может быть связано ухудшение качества воды в месте ее забора из источника. В этой зоне устанавливается ограничительный режим использования территории для промышленности, сельского хозяйства, гражданского и других видов строительства. Подобная деятельность допускается только по согласованию с санитарными органами на известных условиях, ограждающих источники водоснабжения от неблагоприятного воздействия, а иногда и совсем не допускаются. Данные пояса определяются гидродинамическим расчетным путем.

Второй пояс - зона микробного загрязнения, включает территорию, предназначенную для предупреждения загрязнения воды источников водоснабжения. Второй пояс учитывает время выживаемости микроорганизмов.

Третий пояс - зона химического загрязнения, исходя из условия дальности егораспространения, принимая стабильным его состав в водной среде.

В каждом из трех поясов, а также в пределах санитарно-защитной полосы, соответственно их назначению, устанавливается специальный режим и определяется комплекс мероприятий, направленных на предупреждение ухудшения качества воды. Расчет поясов зависит от конкретного источника водоснабжения, гидрогеологических условий площадки, на которой расположено водозаборное сооружение. Расчеты зон ЗСО выполняют специализированные организации. Границы поясов отмечают на карте.

5. Методы очистки сточных вод

В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленнобытовые сбросы были невелики, реки сами справлялись с ними. В наш индустриальный век в связи с резким увеличением отходов водоемы уже не справляются со столь значительным загрязнением. Возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать их.

Очистка сточных вод - обработка сточных вод с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнениясложное производство. В нем, как и в любом другом производстве имеется сырье (сточные воды) и готовая продукция (очищенная вода)

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.

Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Грубодисперсные частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителями различных конструкций, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками и др. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых как ценные примеси, используются в производстве.

Химический метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%.

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонко дисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяется коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д. Широкое применение находит также электролиз. Он заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях - электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и некоторых других областях промышленности.

Загрязненные сточные воды очищают также с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала себя очистка путем хлорирования.

Среди методов очистки сточных вод большую роль должен сыграть биологический метод, основанный на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения рек и других водоемов. Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, биологические пруды и аэротенки.

В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления. Именно она служит действующим началом в биофильтрах.

В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем.

Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии, неслипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила.

Сточные воды перед биологической очисткой подвергают механической, а после нее для удаления болезнетворных бактерий и химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.)

Биологический метод дает большие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. Он применяется также и при очистке отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производстве искусственного волокна.

водоснабжение подземный сточный вода

6. Технологическая схема механической очистки городских сточных вод

Размещено на Allbest.ru

...