Диплом Використання підземних вод у водопостачанні
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-24Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Зміст
Вступ.. 3
Розділ 1. Використання підземних вод у побутовому водопостачанні 5
1.1. Сучасний стан використання підземних вод в Україні 5
1.2. Утворення та рух підземних вод в зонах аерації й насичення. 11
1.3. Системи і схеми водопостачання. 18
Розділ 2. Матеріали та методи дослідження .................................... 26
Розділ 3. Підземні води м. Василькова та їх використання у водопостачанні міста. 31
3.1. Характеристика системи водопостачання м. Василькова. 31
3.2. Аналіз якості води з системи питного водопостачання міста. 32
3.3. Рекомендації щодо реконструкції системи водопостачання. 37
Розділ 4. Оптимізація використання підземних вод для покращення якості водопостачання. 45
4.1. Рекомендації з охорони якості підземних вод. 45
4.2. Штучне поповнення експлуатаційних запасів підземних вод. 51
Висновки. 59
Список використаних джерел. 60
Вступ
Проблема якості питної води актуальна для всього світу, саме тому в світовій практиці стандарти її якості постійно переглядаються в залежності від зміни екологічної ситуації, застосування нових технологій та інших навантажень на склад води. В Україні ж не дотримуються навіть застарілих норм стандартів якості питної води.
Проблема забезпечення населення якісною питною водою в нашій країні є дуже гострою. За запасами водних ресурсів Україна належить до маловодних країн. Головна водна артерія - річка Дніпро постачає живлющу вологу у дві третини населених пунктів країни. Третина населення країни п’є воду з місцевих джерел - криниць і неглибоких свердловин. При цьому дивно, що ставлення до найціннішого дарунку природи збереглося в українців споживацьке, недбайливе. У багатьох регіонах поверхневі джерела настільки забруднені, що брати з них воду для пиття просто небезпечно. На жаль, сьогодні далеко не кожен житель України знає, чи хоча б пам’ятає, смак справжньої природної води.
Не є виключенням і місто Васильків, джерела водопостачання якого не відповідають санітарним вимогам.
Метою роботи було вивчення ефективності постачання та якості питної води у м. Василькові для розроблення рекомендацій щодо реконструкції системи водопостачання та водоочищення м. Василькова.
Для досягнення поставленої мети поставлені наступні завдання:
- вивчити механізм формування та використання підземних вод у водопостачанні м. Василькова;
- дослідити якість підземних вод м. Василькова та стан системи водопостачання міста;
- розглянути динаміку змін стану підземних вод та їх відповідність нормам якості;
- визначити основні проблеми організації водопостачання м. Василькова та шляхи їх вирішення.
- розробити метод реконструкції системи водопостачання м. Василькова для підвищення якості питної води.
Об’єктом дослідження є питна вода з джерел водопостачання м. Василькова.
Предметом дослідження – процес водопостачання м. Василькова за рахунок підземних вод.
На основі викладених результатів розробити схему реконструкції системи водоочищення та водопостачання м. Василькова для суттєвого покращення якості питної води для населення.
Розділ 1.
Використання підземних вод
у побутовому водопостачанні1.1. Сучасний стан використання підземних вод в Україні
Для забезпечення населення питною водою відповідної якості необхідно визначитися зі джерелами питної води. Зараз, 70% питної води – це вода поверхневих джерел і 30% - підземних. В умовах значного забруднення поверхневих вод на яке не розраховано обладнання очистки води для надання споживачу, необхідно визначити, що є більш доцільним: модернізувати обладнання по всій Україні, або перейти на використання підземних джерел водопостачання. Власова Г.І. у своїй статті „Водні ресурси в Україні. Використання, моніторинг, охорона” [17] так описує ситуацію, що склалася у системі водопостачання: „Останніми роками відмічено погіршення якості води основних джерел централізованого водопостачання, що обумовлено незадовільною водогосподарською діяльністю, забрудненням річкового стоку і підземних водоносних горизонтів органічними сполуками, фенолами, нітратами, нафтопродуктами, патогенними мікроорганізмами.” В той же час очікується поступове зростання споживання водний ресурсів в Україні. Так, за прогнозними оцінками, які було наведено на веб-сайті Третьої Міжнародної Екологічної Виставки – Форуму „Довкілля –
Тепер розглянемо кожне з джерел більш детально. Поверхневі води: в усіх річкових басейнах України спостерігається суттєве зниження якості води. Технології підготовки води для населення в Україні розраховані на доведення природної води до якості питної лише у випадку, коли джерело водопостачання відповідає першій категорії, тобто вода є чистою. На сьогодні практично жодної поверхневої водойми за ступенем забруднення води, екологічним станом та основними санітарно-хімічними й мікробіологічними показниками не можна віднести до водойм першої категорії.
За даними Держводгоспа, за 2003 рік у водні об’єкти країни було скинуто близько 10 млрд. куб. м стічних вод, у тому числі чистих і нормативно-очищених – близько 7 млрд. куб. м, забруднених – понад 3 млрд. куб. м.
Найгірша ситуація на сьогодні склалася у басейні Дніпра, де незважаючи на значне зниження забору та використання води скидання забруднених стічних вод у водні об’єкти зростає. Аналіз показує, що близько 20% використаної в басейні Дніпра води скидається до його водойм без очистки та недостатньо-очищеної.
Не краща ситуація склалась і в інших басейнах. Однією з причин такого становища є те, що водогосподарські організації ще недостатньо контролюють діяльність підприємств-забруднювачів.
Водогосподарська ситуація, що склалася у більшості областей, вимагає активізації діяльності водогосподарських організацій, більш повного використання передбачених водним законодавством важелів впливу на стан водних об’єктів в областях та басейнах річок [71].
Радіологічний стан поверхневих вод обговорюється в статті Кондратюка В.А. Автор стверджує, що основна частина техногенних джерел надходження радіонуклідів в навколишнє середовище знаходиться в басейнах річок Дніпро і Південний Буг. Автор припускається думки, що триває процес зниження питомої активності радіонуклідів у Дніпрі і водосховищах Дніпровського каскаду, тому концентрації радіонуклідів залишаються практично на одному рівні [22].
За даними Держаного комітету України по водному господарству спостереження, які проводилися протягом 2003 року, не виявили суттєвого погіршення якості водних ресурсів порівняно з попереднім 2002 роком. Проте, більше 70% проб, відібраних у районах питних водозаборів, за одним або більше показниками не відповідали вимогам санітарних правил і норм для водойм, що використовуються для централізованого водопостачання [72].
Запаси підземних вод, як і поверхневих, по Україні розподілені дуже нерівномірно. Прогнозні ресурси прісних підземних вод складають загалом 20,9 куб. км на рік, експлуатаційні ресурси - 5,7 куб. км. Балансові запаси підземних вод, що гідравлічно не зв’язані з поверхневим стоком і є додатковими водними ресурсами місцевого формування, становлять близько 7 куб. км. Найбільші величини підземних вод залягають у басейнах Дніпра (61%), Сіверського Дінця (12%) і Дністра (9%). Крім прісних водних ресурсів у галузях економіки використовується близько 1 куб. км морської води.
Якість підземних вод у цілому краща, ніж вод поверхневого стоку, але місцями спостерігається забруднення деяких горизонтів стоками промислових підприємств, великих тваринницьких комплексів тощо. На запаси і якості підземних вод в першу чергу негативно позначилася робота гірничорудної промисловості та витоки з полігонів, ще розміщують тверди відходи. За рівнем самоочищення у разі антропогенного забруднення підземні води значно поступаються поверхневим: в разі забруднення однієї свердловини існує велика вірогідність забруднення всього підземного резервуару, тому питання моніторингу стоять дуже гостро. Ці питанні розглядаються в статті Кондратюк В.А., Лотоцької О.В., Паничева В.О. Гігієнічний моніторинг впливу полігону твердих побутових покидьок на якість підземних вод [22].
Незважаючи на залежність кількості та якості підземних водних ресурсів від антропогенних факторів, їх екологічна стійкість у порівнянні з поверхневими водними об’єктами значно вища завдяки природній захищеності від забруднення з поверхні. В деяких регіонах України вони вже сьогодні є останнім резервом чистої питної води.
Незначне використання підземних вод у комунальному господарстві насамперед спричинене переважно фінансово-економічними проблемами комунального господарства. Але не менші фінансово-економічні проблеми виникають і під час доведення якості поверхневих вод до вимог чинних в Україні санітарних норм для питної води. Ці проблеми пов’язані з потребою докорінної реконструкції систем очищення поверхневих вод, забезпечення комунальних підприємств додатковими енергетичними потужностями, необхідними реагентами тощо [10].
Важливою складовою конкурентоспроможності підземних джерел водопостачання є законодавча база, яка визначає їх порядок використання. Питні підземні води належать до корисних копалин загальнодержавного значення, порядок використання регулюється законодавством про надра і водним законодавством України одночасно. Відповідно до чинного законодавства водокористувачі, які експлуатують підземні джерела, повинні отримати два дозволи, а саме: спеціальний дозвіл на користування надрами, згідно з Кодексом України про надра, згідно з Водним кодексом України [1].
Підземні води, які продовжують залишатися надійним джерелом водопостачання, особливо в сільській місцевості, не завжди відповідають вимогам до питної води, насамперед унаслідок підвищеного вмісту в них сполук нітратів, фосфору та бактеріологічного забруднення. Про складність вирішення проблем нітратного забруднення питної води в сільських регіонах свідчить досвід Всеукраїнської екологічної неурядової організації „МАМА-
Іншої проблемою водопостачання є надмірне використання, використання питної води для туалетів, ванних кімнатах, в місцях де вода необов’язково має бути питною. Так, середньодобове споживання води на 1 міського жителя в Україні становить
Всесвітня організація охорони здоров’я оцінюючи показники доступу до питної води в Україні у 2001 році у зробила висновок, що у містах України доступ до джерел питної води мають 100% населення, у сільській місцевості – 94%, що складає 98% у середньому по Україні [44].
За даними українських фахівців, централізованим водопостачанням в Україні забезпечено населення всіх міст і 86,4% селищ міського типу. В той же час централізованих систем каналізації та очисних споруд не мають 28 міст і майже третина селищ міського типу (392), а в 187 міських населених пунктах очисні каналізаційні споруди працюють неефективно, що спричиняє скидання щодоби майже 5 млн.м3 забруднених стічних вод. Виробнича потужність усіх централізованих водопроводів сьогодні становить 25,7 млн.м3 на добу, а каналізаційних очисних споруд - 16,4 млн.м3. Це зумовлює недопустиме збільшення диспропорції між потужностями водопроводу і каналізації і, як наслідок, все більш інтенсивне забруднення джерел водопостачання [38].
Оцінка якості питної води з 01.01.2000 р Україні здійснюється згідно документу Державні санітарні правила та нормі (ДСанПін) №383 (186/1940) „Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного постачання” [46]. Документ включає 54 показника якості і контролю за якістю питної води. Санітарні правила представлені в цьому документі у порівнянні з попереднім більш жорсткі і наближуються до Європейських стандартів.
Внаслідок незадовільної водогосподарської діяльності погіршується і якість води основних джерел централізованого водопостачання. Це, передусім, стосується річок басейну Сіверського Дінця. Причиною цього є неефективність роботи очисних споруд каналізації, побудованих за застарілими нормами, які потребують ремонту чи реконструкції, введення в експлуатацію водопроводів централізованого водопостачання без відповідного забезпечення системами каналізації та очисними спорудами [8].
Особливе занепокоєння викликає той факт, що протягом останніх років майже повністю припинилося розширення, будівництво і введення в експлуатацію нових потужностей очисних споруд каналізації, а потужності водопроводу продовжують зростати.
Якість питної води, що надходить до споживача залежить від цілого ряду факторів, основними з яких є:
§ стан джерел водоспоживання;
§ Виконання технологічного режиму на станціях централізованої водопідговки;
§ Санітарно-технічний стан централізованих систем водопідготовки та розподілу питної води
§ Рівень лабораторного контролю за якістю води на всіх етапах її підготовки і подання населенню [9].
За даними Держводгоспу України:
- Щорічно до 10% проб води з водопровідної мережі, що досліджуються не відповідають гігієнічним нормативам за тими чи іншими ознаками
- Кожна восьма проба питної води із сілких водоводів і кожна третя із джерел централізовано водопостачання не відповідають вимогам за біологічними показниками
- Кількість аварій, що трапляється як наслідок незадовільного стану водопровідної мережі на порядок перевищує норми встановлені у країнах Європи
- Питна вода в деяких регіонах України є значним фактором ризику виникнення інфекційних захворювань [71].
Проблемі захворювань, які можуть бути пов’язані з якістю питної води присвячено статтю Прокопова В.О. «Контроль за якістю питної води» [35].
Проблема централізованого водопостачання населення якісною питною водою за економічних умов, що склалася в Україні не може бути вирішена в короткі строки. Тому як перший крок до покращення ситуації фахівці радять використання децентралізованих локальних агрегатів доочищення води і кондиціонування. В сучасних умовах – побутові фільтри один з основних способів гарантованого покращення якості питної води.
1.2. Утворення та рух підземних вод в зонах аерації й насичення
Підземні води формуються в основному з вод атмосферних опадів, що випадають на земну поверхню й просочуються (інфільтруються) у землю на деяку глибину, і з вод з боліт, рік, озер і водоймищ, що також просочуються в землю. Кількість вологи, прогнаної в такий спосіб у ґрунт, становить за даними Климентова П.П., 15-20 % загальної кількості атмосферних опадів [25]. Проникнення вод у ґрунти (водопроникність), що складають земну кору, залежить від фізичних властивостей цих ґрунтів. Відносно водопроникності ґрунти діляться на три основні групи: водопроникні, напівпроникні й водонепроникні або водотривкі.
До водопроникних порід відносяться великоуламкові породи, галечник, гравій, піски, тріщинуваті породи й т.д. До водонепроникних порід - масивно- кристалічні породи (граніт, порфір, мармур), що мають мінімальну здатність усмоктувати в себе вологу, і глини. Останні, просочившись водою, надалі її не пропускають. До порід напівпроникних відносяться глинисті піски, лес, пухкі піщаники, рихлуваті мергелі й т.п.
Підземні води в земній корі розподілені у двох шарах. Нижній шар, складений щільними магматичними й метаморфічними породами, містить обмежену кількість води. Основна маса води перебуває у верхньому шарі осадових порід. У ньому по характеру водообміну з поверхневими водами виділяють три зони: зону вільного водообміну (верхню), зону вповільненого водообміну (середню) і зону досить уповільненого водообміну (нижню). Води верхньої зони звичайно прісні й служать для питного, господарського й технічного водопостачання. У середній зоні розташовуються мінеральні води різного складу. Це - древні води. У нижній зоні перебувають високомінералізовані розсоли. З них добувають бром, йод і інші речовини.
Підземні води утворюються різними способами. Як ми вже відзначали вище, один з основних способів утворення підземної води - просочування, або інфільтрація, атмосферних опадів і поверхневих вод (озер, рік, морів і т.д.). По цій теорії вода, що просочується доходить до водотривкого шару й накопичується на ньому, насичуючи породи пористого й пористо-тріщинуватого характеру. У такий спосіб виникають водоносні шари, або обрії підземних вод. Поверхня ґрунтових вод, називається дзеркалом ґрунтових вод. Відстань h від дзеркала ґрунтових вод до водоупора називають потужністю водотривкого шару [10].
Кількість води, що просочилася в ґрунт, залежить не тільки від його фізичних властивостей, але й від кількості атмосферних опадів, нахилу місцевості до обрію, рослинного покриву. Тривалий дощ, що мрячить, створює кращі умови для просочування, ніж рясна злива, тому що чим інтенсивніше опади, тим з більшою швидкістю вода, що випала, стікає по поверхні ґрунту.
Круті схили місцевості збільшують поверхневий стік і зменшують просочування атмосферних опадів у ґрунт; пологі, навпаки, збільшують їхнє просочування. Рослинний покрив (ліс) збільшує випар вологи, що випала, і в той же час підсилює випадання опадів. Затримуючи поверхневий стік, він сприяє просочуванню вологи в ґрунт.
Для багатьох територій земної кулі інфільтрація є основним способом утворення підземних вод. Однак є й інший шлях їхнього утворення - за рахунок конденсації водяної пари у гірських породах. У теплу пору року пружність водяної пари в повітрі більше, ніж у ґрунтовому шарі й нижележащих гірських породах. Тому водяні пари атмосфери безупинно надходять у ґрунт і опускаються до шару постійних температур, розташованого на різних глибинах - від одного до декількох десятків метрів від поверхні землі. У цьому шарі рух парів повітря припиняється у зв'язку зі збільшенням пружності водяної пари при підвищенні температури в глибині Землі. Внаслідок цього виникає зустрічний потік водяної пари із глибини Землі нагору - до шару постійних температур. У поясі постійних температур у результаті зіткнення двох потоків водяної пари відбувається їхня конденсація з утворенням підземної води. Така конденсаційна вода має велике значення в пустелях, напівпустелях і сухих степах. У пекучі періоди року вона є єдиним джерелом вологи для рослинності. Таким же способом виникли основні запаси підземної води в гірських районах Західного Сибіру.
Обидва способи утворення підземних вод - шляхом інфільтрації й за рахунок конденсації водяної пари атмосфери в породах - головні шляхи нагромадження підземних вод. Інфільтраційні й конденсаційні води називаються вандозними водами (від лат. "vadare" - іти, рухатися). Ці води утворяться з вологи атмосфери й беруть участь у загальному круговороті води в природі.
Деякі дослідники відзначають ще один спосіб утворення підземних вод. Багато виходів цих вод у районах сучасної або недавньої вулканічної активності характеризуються підвищеною температурою й значною концентрацією солей і летучих компонентів. Для пояснення генезису таких вод австрійський геолог Э. Зюсс в 1902 році висунув теорію ювенільного (від лат. "juvenilis" - незайманий). Такі води, як уважав Зюсс, утворилися з газоподібних продуктів, що удосталь виділяються при диференціації магматичного вогнища.
Більш пізні дослідження показали, що чистих ювенільних вод, як їх розумів Э. Зюсс, у поверхневих частинах Землі не існує. У природних умовах підземні води, що виникли різними способами, змішуються один з одним, здобуваючи ті або інші риси. Однак визначення генезису підземних вод має велике значення: воно полегшує підрахунок запасів, з'ясування режиму і їхня якість [20].
Під час весняного повіддя й паводків рівень води в ріці, піднімаючись вище рівня річкового потоку, спрямованого до ріки, викликає відтік води з її й підйом рівня ґрунтових вод. Це знижує висоту рівня весняних повідь. На спаді ґрунтові води починають живити ріку, і рівень ґрунтових вод знижується.
Ґрунтові води можуть утворюватися за рахунок штучних гідротехнічних споруд наприклад таких, як зрошувальні канали. Так, при будівництві Каракумської зрошувальної системи за рахунок перекидання частини стоку сибірських рік, у пустельну частину значна кількість води йшла не стільки на поливні потреби, скільки на випар і в ґрунт. Відбулося це внаслідок того, що більша частина зрошувальної системи проходила по піщаних ґрунтах, де коефіцієнт фільтрації досить високий, і незважаючи на протифільтраційні заходи, падіння рівнів води за рахунок фільтрації води в ґрунт було великим. Все це, крім зменшення стоку рік, приводило до того, що солі, що містяться в ґрунті, розчинялися ґрунтовими водами, і при русі підводних потоків назад у канал відбувалося замулення й засолення останнього.
За умовами залягання виділяють три типи підземних вод: верховодку, ґрунтові й напірні, або артезіанські.
Верховодкою називаються підземні води, що залягають поблизу поверхні землі й відрізняються мінливістю поширення й дебіту. Звичайно верховодка приурочена до лінз водотривких або слабко проникних гірських порід, що перекриваються водопроникними товщами. Верховодка займає обмежені території, це явище - тимчасове, і відбувається воно в період достатнього зволоження; у посушливий час гола верховодка зникає. Верховодка приурочена до першого від поверхні землі водотривкому шару. У тих випадках, коли водотривкий шар залягає поблизу поверхні або виходить на поверхню, у дощові сезони розвивається заболочування.
До верховодки нерідко відносять ґрунтові води, або води ґрунтового шару. Ґрунтові води представлені майже зв'язаною водою. Краплинно-рідка вода в ґрунтах присутня тільки в період надлишкового зволоження.
Ґрунтові води. Ґрунтовими називаються води, що залягають на першому водотривкому обрії нижче верховодки. Звичайно вони приурочені до витриманого водонепроникного шару й характеризуються більш-менш постійним дебітом. Ґрунтові води можуть накопичуватися як у пухких пористих породах, так і у твердих тріщинуватих колекторах. Рівень ґрунтових вод являє собою нерівну поверхню, що повторює, як правило, нерівності рельєфу в згладженій формі: на височинах він нижче, у знижених місцях - вище. Ґрунтові води переміщаються убік зниження рельєфу.
Рівень ґрунтових вод піддається постійним коливанням. Як відзначалося вище, на нього впливають різні фактори: кількість і якість опадів, що випадають, клімат, рельєф, наявність рослинного покриву, господарська діяльність людини й багато чого іншого.
Ґрунтові води, що накопичуються в алювіальних відкладеннях - одне із джерел водопостачання. Вони використовуються як питна вода, для поливу. Виходи підземних вод на поверхню називаються джерелами, або ключами.
Напірні, або артезіанські води. Напірними називають такі води, які перебувають у водоносному шарі, укладеному між водотривкими шарами, і випробовують гідростатичний тиск, обумовлений різницею рівнів у місці живлення й виходу води на поверхню. Область живлення в артезіанських вод звичайно лежить вище області стоку води й вище виходу напірних вод на поверхню Землі. Якщо в центрі такої чаші, або мульди, закласти артезіанську свердловину, то вода з неї буде бити у вигляді фонтана за законом сполучених посудин.
Розміри артезіанських басейнів бувають досить значними - до сотень і навіть тисячі кілометрів. Області живлення таких басейнів найчастіше значно віддалені від місць витягу води. Так, воду, що випала у вигляді опадів на території Німеччини й Польщі, одержують в артезіанських шпарах, пробурених у Москві; у деяких оазисах Сахари одержують воду, що випала у вигляді опадів над Європою [45].
Артезіанські води характеризуються сталістю дебіту й гарною якістю, що важливо для її практичного використання.
Підземні води служать надійним джерелом живлення рік. Вони діють цілий рік і забезпечують живлення рік у зимову й літню межень (або при низьких рівнях стояння обрію води), коли поверхневий стік відсутній.
При сильно вповільнених швидкостях руху ґрунтових вод, у порівнянні з поверхневими, підземні води в річковому стоці виступають як регулюючий фактор.
Також, при сильно вповільнених або невеликих швидкостях руху ґрунтових вод, на ріках Крайньої Півночі при низьких температурах повітря, спостерігається перемерзання (повне або часткове) ріки, і тоді вода заходить із підпірної частини тої водойми, у яку впадає ріка (це може бути головна ріка, море, озеро й т.п.).
Розрахунки підземного стоку звичайно узагальнюються у вигляді карт підземного живлення, коефіцієнтів і модулів підземного стоку, що відбивають природні ресурси різних видів підземних вод, розвинених у межах малих і середніх річкових басейнів і їхніх окремих районів і ділянок.
У зоні аерації, тобто в товщі порід, розташованої між денною поверхнею й дзеркалом ґрунтових вод, перебувають:
а) водяна пара, що заповнює пори породи;
б) гігроскопічна волога, що обумовлює гігроскопічну вологість порід;
в) плівкова вода, що обволікає зерна порід у вигляді плівок різної товщини;
г) капілярна вода, що розташовується у вигляді капілярної облямівки над дзеркалом ґрунтових вод [36].
Рух підземних вод у зоні аерації може відбуватися у вигляді пересування пари, у вигляді плівкового руху, вільного просочування й капілярного руху.
Рух пароподібної й гігроскопічної вологи. А. Ф. Лебедєвим було експериментально доведено, що волога в пароподібному стані пересувається від ділянки з більшою пружністю водяної пари до ділянки з меншою його пружністю. Пружність же залежить від температури й вологості порід. Таким чином, якщо між різними ділянками гірських порід з'являється різниця в температурі або вологості, виникає рух водяної пари. При однаковій температурі рух спрямований від більше вологих часток до менш вологих; при однаковій вологості - від більш до менш нагрітих. Тому влітку пароподібна волога рухається зверху донизу, а взимку - знизу нагору [39].
Рух води у вигляді просочування. Просочування в породах може відбуватися у вигляді окремих струмків і у вигляді суцільної маси води. У першому випадку окремі струмки води рухаються самостійно, розрізнено. Спочатку відбувається змочування часток ґрунту, після чого під дією сил ваги надлишкова вода у вигляді гравітаційної просочується вниз.
Такий вид руху Г. Н. Каменський назвав вільним просочуванням. Другий вид руху спостерігається у випадку, якщо породи насичені водою повністю. Рух води тут відбувається зверху вниз під дією сили ваги. Цей вид руху вологи названий інфільтрацією [8].
Капілярний рух має місце як у верхній частині зони аерації при просочуванні й інфільтрації, так і над дзеркалом ґрунтових вод (у капілярній зоні). У першому випадку капілярний рух відбувається зверху вниз (капілярне усмоктування), у другому — знизу нагору (
капілярне підняття).
У породах, насичених водою, тобто в зоні насичення, рух води може відбуватися у двох формах:
1) ламінарного, при якому струмка води течуть паралельно, без перемішування й
2) турбулентного, при якому відбувається хаотичний рух часток рідини й інтенсивне перемішування її шарів. Перехід від ламінарного руху до турбулентного й назад відбувається при досягненні певної швидкості часток рідини, називаною критичною швидкістю. Рух підземних вод у нескельних породах відбувається по типу ламінарного.
Для визначення напрямку руху підземних вод використовують карти гідроізогіпс, на яких у вигляді ізоліній показаний «рельєф» дзеркала ґрунтових вод. Перпендикуляри до гідроізогіпсів, спрямовані убік зниження оцінок, називаються лініями току, що показують напрямок руху ґрунтових вод.
По взаємному розташуванню гідроізогіпс і ліній току потоки ґрунтових вод розділяють на плоскі й радіальні.У плоскому потоці гідроізогіпси в плані мають вигляд паралельних прямих і лінії току при перетинанні з ними утворюють мережу прямокутників. Плоский потік може мати місце в межиріччях; між рікою й дреною, що течуть паралельно; у випадку дренування ґрунтових вод горизонтальними утвореннями (канавами, штольнями).
У радіальному потоці гідроізогіпси представляють собою систему кривих ліній, а лінії струму мають вигляд радіусів. Найбільш наочним прикладом радіального потоку може бути приплив води в колодязь або шпару під час інтенсивного водовідбору. Радіальний потік може бути розбіжним (наприклад, біля закруту ріки) і збіжним (до водозабору). При розбіжному потоці ширина його по напрямку руху збільшується, а при збіжному, навпаки, зменшується [13].
1.3. Системи і схеми водопостачання
Режим споживання води, її кількість і вимоги до якості, типи споживачів і їх розміщення на місцевості, місцеві природні умови, економічні передумови й наявність будівельних матеріалів та обладнання, наявність тих чи інших джерел водопостачання, їх потужність, якість води в них, відстань від споживачів води впливають на прийняту систему водопостачання, наявність відповідних споруд, ритмічність і надійність подачі води, собівартість води.
Отже, системою водопостачання називають комплекс споруд для забезпечення водою всіх споживачів в межах населеного пункту або окремо розташованого підприємства. Системи водопостачання подають воду на господарсько-питні потреби населенню, тваринам в особистому, фермерському та громадському господарствах, різного типу підприємствам, для поливання територій у межах населеного пункту тощо. До основних в системі водопостачання належать споруди забирання води з джерела, поліпшення якості води, запасні й регулювальні місткості, водоводи і водопровідні мережі, споруди для підняття води, тобто насосні станції. Взагалі усі діючі і запроектовані системи водопостачання можна класифікувати за такими особливостями:
А) за призначенням:
- комунальні, які забезпечують водою міста, селища міського типу;
- виробничі, які забезпечують водою ТЕЦ, заводи, фабрики, комбінати;
- сільськогосподарські, які забезпечують водою сільських споживачів води в межах сільських населених пунктів;
- залізничні, які забезпечують водою залізничні станції;
- протипожежні, які забезпечують водою потреби для гасіння пожеж;
Б) за територіальними ознаками:
- локальні або місцеві—для одного об'єкта, пункту;
- групові—для кількох об'єктів водоспоживання, розташованих, як правило, на значній відстані один від одного;
- внутрішньомайданчикові об'єкти водоспоживання, які розташовані в межах якоїсь територіальної площі (будівельного майданчика);
- зовнішньомайданчикові об'єкти водоспоживання або споруди і і їсте ми водопостачання, які розташовані за межами якоїсь територіальної площі (будівельного майданчика);
В) за способом подавання води:
- самопливні або гравітаційні системи, в яких вода тече внаслідок дії сили тяжіння;
- з механічним подаванням, в яких вода переміщується насосами або якимось пристроєм;
- сезонні, в яких вода подається в окремі райони (зони) або у зони, що взаємодіють;
Г) за видом використаних природних джерел:
- із забиранням води із поверхневих джерел;
- із забиранням води із підземних джерел;
- комбінованого типу із забиранням води з підземних і поверхневих джерел;
Д) за ступенем централізації:
- децентралізовані — для постачання водою різних споживачів використовують різні системи водопостачання;
- централізовані— усім споживачам воду подають з єдиної системи;
- комбіновані— більшій частині об'єктів воду подають з єдиної системи, а деякі мають самостійні системи [25].
Хоча всі існуючі системи водопостачання за цією класифікацією Належать до якоїсь певної групи, вони можуть мати дуже подібні або однакові споруди чи групи споруд і відрізнятися деякими відмінностями: або більш складними або, навпаки, простими і спорудами. Наприклад, сільськогосподарське водопостачання відрізняється від виробничого і комунального при приблизно (пакових поданих об'ємах води більшою роззосередженістю споживачів і сезонною циклічністю виробництва. Це потребує використання групових систем з довгими і розгалуженими кодами або децентралізованих систем з невеличкими за об'ємом.
Найнадійнішими є централізовані системи водопостачання. Вони основним вимогам:
- мати належний ступінь надійності й безперервності подавання води;
- забезпечувати потрібну якість і кількість води, що подається споживачам;
- забезпечувати надходження води під необхідним тиском (напором) [37].
Централізовані системи залежно від місцевих умов і вибраної схеми водопостачання повинні забезпечувати господарсько-питне водоспоживання в житлових і громадських будівлях та на підприємствах, виробничі потреби невеликих підприємств, а на великих підприємствах, у разі потреби,—подачу води питної якості, гасіння пожеж, власні потреби станцій водопідготовки, поливання територій, теплиць (потреби теплиць можна задовольняти окремим водопроводом).
Узагалі системи водопостачання, в більшості випадків, не відносяться до об'єктів, які повинні забезпечувати стовідсоткову надійність. Тобто дозволяється в певних межах забезпечувати зниження подачі або перерву в подачі води. Це пов'язано з вартістю систем - більш надійні системи відповідно й більш дорогі.
За ступенем надійності водопроводи поділяють на три категорії:
Перша дає змогу знижувати подавання води протягом 3 діб на господарсько-питні потреби не більше ніж на 30 %, а на виробничі — за аварійним графіком. Перерва в подаванні води допускається не більш як 10 хв. До цієї категорії належать населені пункти, в яких більше 50 тис. жителів.
Друга категорія допускає зниження подавання води на 10 діб, а перерву в подаванні на 6 год. До неї належать населені пункти з кількістю жителів від 5 до 50 тис. жителів.
Третя категорія дає змогу знижувати подавання води на 15 діб, а перерва в подаванні може бути 24 год. До неї належать населені пункти з кількістю жителів менше 5 тис. жителів [3, 26, 34].
Схемою водопостачання називають взаємне розташування споруд системи водопостачання, яке зображене графічно.
Вплив перелічених умов на вибір схеми буде визначено у ході вивчення подальшого матеріалу. Схеми водопостачання без водоочисних споруд є найбільш доцільними і дешевими. Проте їх можна використовувати при наявності джерела з водою, яка відповідає за якістю вимогам споживача. Звичайно, таким джерелом може бути підземне.
Найчастіше в населених пунктах господарсько-питний водопровід об'єднують з виробничим та протипожежним. Крім того, в населеному пункті для водопостачання групи підприємств може передбачатись додатковий виробничий водопровід, який подає воду технічної якості групі підприємств.
Найпоширенішою для невеликих населених пунктів є схема із забиранням підземної води питної якості (рис. 1.1.). Воду забирають із водоносного пласту за допомогою свердловини і подають у водонапірну башту. Як тільки бак башти наповниться, насос у свердловині автоматично або вручну відключається і вода в башту не надходить. Вода в мережу надходить із башти, яка забезпечує необхідні тиск і витрати. Коли рівень води в баці башти досягне мінімальної позначки, насос у свердловині знову включається і вода наповнює бак. Свердловина і башта звичайно розміщуються безпосередньо біля мережі і в найвищій точці населеного пункту [37].
Рис. 1.1. Схема водопостачання із забором води питної якості з підземного джерела: 1 - водозабірна свердловина; 2 - водонапірна башта;
3 - водопровідна мережа; 4 - потрібні вільні напори
Основну схему водопостачання із забиранням води з підземного джерела показано на рис. 1.2. Воду з підземних водоносних пластів забирають за допомогою декількох свердловин і подають в резервуари чистої води (РЧВ). Станцію очищення води між свердловинами і резервуарами передбачають тільки тоді, коли якість води не задовольняє споживачів (тому її показано штриховою лінією). Найчастіше використовують станції знезалізнення і знезараження води, але можуть бути і станції зм'якшення води, знефторення, опріснення тощо. Резервуари чистої води акумулюють великі об'єми води, які потрібні для регулювання нерівномірності подавання її в мережу та рівномірності подачі в резервуар або навпаки, для забирання води з них на гасіння пожеж та власні потреби водопроводу. З резервуарів воду забирають насосною станцією другого підняття (підйому)- НС-ІІ і подають її під необхідним тиском у водоводи. Водоводи транспортують воду (іноді на велику відстань) у водопровідну мережу, яка безпосередньо розподіляє її між споживачами. Для накопичення об'єму води на 10-хвилинне гасіння пожежі і регулювання нерівномірності споживання води з мережі та рівномірності подавання її в мережу потрібна водонапірна башта. Башту підключають безпосередньо до мережі на початку її, у кінці за ходом води або всередині [39].
Схема водопостачання із забором води з поверхневого джерела зображена на рис 1.3 Воду забирають із поверхневого джерела (річки, озера, водосховища, тощо) за допомогою водозабірної споруди, яка забезпечує приймання води найвищої якості й попереднє очищення її від найбільш крупних інгредієнтів. Тип водозабірної споруди приймається в залежності від типу джерела, якості води в ньому, і гідрогеологічних, геологічних, топографічних, судноплавства та інших умов. З водозабірної споруди насосна станція першого підняття (підйому)- НС-І забирає воду і перекачує на очисні споруди, де воду прояснюють, знебарвлюють, знезаражують. Склад споруд призначають у залежності, в першу чергу, від каламутності води джерела, продуктивності очисних споруд. Слід пам'ятати, що вартість будівництва й експлуатації очисних споруд ВОД поверхневих джерел, звичайно, перевищує ці показники для знезалізнення підземних вод. Найчастіше водоочисну станцію розташовують у безпосередній близькості до джерела водопостачання. Очищену воду збирають у резервуарах чистої води, а ш ні використовують ті самі споруди, що й у попередній схемі — насосну станцію другого підняття (підйому), водоводи, водопровідну, водонапірну башту. Функціональне їх призначення та режим і такий самий, як у попередній схемі.
Рис. 1.2. Схема водопостачання із забиранням води з підземного джерела: 1 - свердловина; 2 - станція очищення води; 3 - резервуари чистої води; 4 - насосна станція другого підняття; 5 - водоводи; 6 - водонапірна башта; 7 - водопровідна мережа; 8 - лінії вільних напорів у споживача
Рис. 1.3. Схема водопостачання із забиранням води з поверхневого джерела: 1 - поверхневе джерело (річка, озеро); 2 - водозабірна споруда; 3 - насосна станція першого підняття; 4 - очисні споруди; 5 - резервуари чистої води; 6 -насосна станція другого підняття; 7 - водоводи; 8 - водонапірна башта; 9 -водопровідна мережа; 10 - лінії вільних напорів у споживача.
Забирання води з різних джерел і подаванням в одну мережу або в різні мережі з різними якісними показниками. При проектуванні таких систем водопостачання інколи не потрібні окремі споруди, наприклад, башти в безбаштових системах чи насосні станції у самопливних системах, інколи можна об'єднувати в одній споруді, наприклад, водозабір і насосну станцію першого підняття, водоочисну станцію і насосну станцію другого підняття.
Розділ 2.
Матеріали та методи дослідження
Роботу було виконано протягом 2008-2009 року на територій міста Василькова, де було обстежено існуючу систему водопостачання міста питною водою та визначено якість води з міського водопостачання.
Положення керівного нормативного документу КНД 211.1.0.009-94 розповсюджуються на відбір проб стічних та технологічних вод, що підлягають державному та відомчому контролю [46].
У даному керівному нормативному документі є посилання на такі нормативні документи, відповідно до якого виконували відбір проб зі свердловин:
- ISO 5667/-83:Якість води. Відбір проб. Частина 2. Керівництво щодо методів відбору проб;
- ГОСТ 17.1.5.04-81 Охорона природи. Гідросфери. Прилади та методи для відбору, первинного обробітку і збереження проб природних вод. Загальні технічні умови.
Місця відбору проб:
- Місця відбору проб визначають, базуючись на схемі розташування та взаємодії об’єктів контролю з урахуванням їхніх особливостей та мети контролю.
- Вода у місці відбору проб повинна добре перемішуватись. Якщо це не виконується, то відбирають проби у різних по глибині місцях з відповідним усередненням за об’ємом.
- Місця відбору проб окремих потоків мають бути розташовані перед ділянками їхнього змішування, поза зонами можливого впливу підпору.
- Проби суміші вод різних потоків слід відбирати у місцях їхнього повного змішування, які визначаються розрахунком або експериментально.
- Місця відбору проб повинні мати пристрої та стаціонарне обладнання для отримання проби води.
Місця відбору проб для стічних вод, що скидаються у водні об’єкти, мають бути обладнані водокористувачами засобами реєстрації вимірювання витрат [19].
Час та частота відбору проб:
Відбір проб водокористувачем повинен здійснюватись з частотою, що дозволяє контролювати неоднорідність складу або властивостей вод у прийнятих межах з прийнятою ймовірністю.
- Частоту відбору зменшують до одного разу за період контролю, якщо значення показників складу та властивостей вод у заданому місці відбору стабільні за часом та не виходять за встановлені або нормативні значення припустимих розбіжностей величин показників.
- Якщо значення показника або групи показників вийшли за межі встановлених припустимих розходжень, для з’ясування причин розходжень частоту відбору підвищують.
- Час та частота відбору проб у місцях систематичного відбору періодично коригують з урахуванням одержаних результатів, а також даних щодо можливих або наявних змін у об’єктах контролю.
Обладнання та способи відбору проб:
- Обладнання для відбору проб вручну або автоматично має відповідати вимогам ГОСТ 17.1.5.04
- Матеріал пробовідбірного обладнання, що контактує з пробою, не повинен змінювати її склад або властивості.
- Стаціонарне обладнання пробовідбірних комунікацій у місцях відбору має бути проточним постійної дії без запірної арматури або має бути передбачена можливість його очищення від накопичених домішок.
- При високій частоті відбору проб застосовують автоматичні пробовідбірники для отримання об’єднаної (усередненої) проби.
- Об’єм проби при ручному відборі має бути принаймні у три рази більшим за об’єм, необхідний для одного визначення усіх показників.
- При заповнені посуду пробою слід запобігти сильному перемішуванню, розриву струменя або захоплення повітря пробою.
- Підбір проб для визначення завислих речовин, нафтопродуктів, показників БСК та ХСК слід проводити в окремий посуд одноразовим наповнюванням без переливу.
- Відбір проб стоячих вод або з відкритих випусків над поверхнею скидання проводять за допомогою пристосувань для дистанційного відбору, у т.ч. ручного типу.
- Особливості відбору проб для визначення конкретних показників надані у відповідних методиках визначення складу та властивостей вод.
Посуд для відбору та зберігання проб:
- Посуд для відбору та зберігання проб, а також засоби його герметизації, не повинні призводити до змін складу або властивостей проб. Завданням відбору, зберігання та транспортування проб задовольняє посуд, виготовлений з хімічно стійких матеріалів.
- Посуд для відбору, зберігання, а також транспортування проб повинен мати манкіровку, що не змивається.
Реєстрація, зберігання та транспортування проб:
- На відібрану пробу (проби) складається супровідний документ (акт, паспорт), в якому має бути наведена така інформація: номер посудини(проби); назва проби, мета відбору; вид проби (разова чи об’єднана) із зазначенням способу усереднення; спосіб відбору; дані про обробку проби (фільтрування, відстоювання, консервування тощо); дата, час та відомості про особу (осіб), яка відбирала пробу.
- Дозволяється вносити в паспорт проби додаткові відомості, що роз’яснюють та уточнюють попередні, у тому числі: витрата води у місці відбору на момент відбору; показники складу та властивостей, що визначені на місці або у точці відбору; органолептичні показники.
Посуд з пробою призначений для транспортування, має бути упакований у тару, що забезпечує його непошкодженість. Проби транспортують з додержанням необхідних заходів безпеки будь-яким видом транспорту, що забезпечує їхню непошкодженість та своєчасну доставку.
Відбір проб здійснювали з усіх діючих свердловин та водозабірних колонок (27 та 67 штук відповідно).
Визначення хімічного складу проводили у районній СЕС за загальноприйнятими методиками. Проводили наступні дослідження:
- наявність завислих речовин [25];
- визначення сухого залишку (розчинених речовин;
- визначення хімічного споживання кисню (ХСК);
- визначення біохімічного споживання кисню (БСК);
- визначення аніонних поверхнево-активних речовин (АПАР);
- визначення хлоридів;
- визначення сульфатів;
- визначення заліза (ІІІ) та заліза (ІІ);
- визначення нафтопродуктів;
- визначення фтору;
- визначення миш’яку;
- визначення нітратів;
- визначення свинцю;
- визначення цинку;
- визначення барію;
- визначення марганцю;
- визначення титану;
- визначення стронцію;
- визначення нікелю.
Геолого-гідрологічна характеристика міста. Місто розташоване на півночі України, на правому березі ріки Дніпро в його середній течії на межі Полісся і Лісостепу. Місто лежить на високому Київському плато, дуже порізаному густою сіткою ярів, балок та долинами невеликих річок.
Клімат помірно континентальний, м'який, з достатнім зволоженням. Середня температура січня −6°, липня +19,5°. Тривалість вегетаційного періоду 198—204 дні. Сума активних температур поступово збільшується з Півночі на Південь від 2480 до 2700°. За рік на території області випадає 500—600 мм опадів, головним чином влітку.
Рельєф місцевості плоско-рівнинний (Київське плато). Ґрунтові води залягають на глибині 3 - 3,5 м [30].
Опади впливають на грунт як механічно, так і хімічно. Вони руйнують структуру грунту, вимивають з грунту органічні та інші поживні речовини, зумовлюють процес опідзолення. Підземна волога також впливає на процес ґрунтоутворення. Високий рівень ґрунтових вод спричиняє утворення горизонту, несприятливого за своїми фізико-хімічними та біологічними особливостями для росту рослин.
В зв'язку з розчленованим рельєфом і неоднаковими гідрологічними будовами, умови зволоження території земель господарства різновидні.
Територією Василькова несе свої води Стугна на схід через. Васильківський та Обухівський райони до Дніпра. Це права притока Дніпра першого порядку. Довжина річки
В межах міста річка протікає в коридорі шириною 20-
Розділ 3.
Підземні води м. Василькова
та їх використання у водопостачанні міста
3.1. Характеристика системи водопостачання м.Василькова
Комунальне підприємство «Васильківський комбінат комунальних послуг» (КП «Васильківський ККП») спеціалізується на забезпеченні населення м. Васильків послугами з централізованого водопостачання та водовідведення каналізаційних стоків. Загальна довжина водопровідної мережі, що знаходиться на балансі комунального підприємства -
Схема водоспоживання у місті – комбінована. Вода із чотирьох артезіанських свердловин насосами по збірних водопроводах подається в резервуар чистої води об’ємом
Водопровід, збудований ще 50 років тому, з самого початку розвивався невірно. Адже, коли вода безпосередньо із свердловин, розкиданих по всьому місту, одразу потрапляє у водопровідну мережу, важко вирішити питання встановлення станції обеззалізнення десь в одному місці.
3.2. Аналіз якості води з системи питного водопостачання міста
Якість підземних вод характеризується комплексом органолептичних, біологічних і хімічних показників. Ці показники поряд з мінералізацією, окислюваністю, жорсткістю і вмістом специфічних органічних забруднювачів використовуються для порівняльної оцінки забрудненості підземних вод в різних водопунктах.
За рівнем забезпеченості, якості питної води у джерелах, екологічного впливу на середовище, територію України умовно можна поділити на чотири частини. Так, у центральній частині країни, яка охоплює Київську та Черкаську області, одразу кілька несприятливих екологічних чинників, впливають на поверхневі водні джерела і на якість води неглибокого залягання. Як засвідчує аналіз криничної води у Київській області, - за багатьма параметрами вона не відповідає стандартам, а простіше кажучи, - є непридатною для споживання.
Саме тому, отримавши скаргу щодо якості питної води від мешканців міста Василькова, Державна житлово-комунальна інспекція у Київській області терміново здійснила позачергову перевірку.
Відбір води для проведення аналізу на загальне залізо, жорсткість та наявність сульфатів був здійснений у трьох місцях: на двох свердловинах міста Василькова та з водопроводу в квартири багатоповерхового будинку.
Згідно стандарту та санітарних норм, вміст загального заліза у водопровідній воді не повинен перевищувати 0,3 міліграм/л, адже це метал, і разом з марганцем, нікелем, хромом, миш'яком, кадмієм, свинцем і міддю відноситься до високотоксичних і таких речовин, що довго зберігаються в природі.
Як і очікувалося, перевірка у Василькові засвідчила, що якість води на свердловині № 10, яка працює на юрському водоносному горизонті, відповідає нормі і жодних сумнівів що безпеки її споживання не виникає. Результати представлено в табл. 3.1.
Таблиця 3.1.
Аналіз проб води, відібраний з різних свердловин міста
| Показники хімічного складу (мг/л) | Вміст у воді юрського горизонту | Вміст у воді бучакського горизонту | ГДК |
| Сухий залишок | 500 | 600 | 1000 |
| Водневий показник рН | 7,2 | 7,1 | 6-9 |
| Загальна жорсткість | 1,14 ГДК | 1,15 ГДК | 7,0 |
| Хлориди | 0,14 ГДК | 0,8 ГДК | 350 |
| Сульфати | 0,2 ГДК | 0,62 ГДК | 500 |
| Залізо | 0,67 ГДК | 7,83-10,7 ГДК | 0,3 |
| Фтор | 0,2-1 ГДК | 0,8-0,9 ГДК | 0,7-1,5 |
| Миш'як | 0,2 ГДК | 0,4 ГДК | 0,05 |
| Нафтопродукти | 0,4 ГДК | 2,3-7 ГДК | 0,03 |
| Свинець | 1 ГДК | 1,3 ГДК | 0,03 |
| Феноли | 0,22 ГДК | 1,1-8,8 ГДК | 0,001 |
| Нітрати | 0,16 ГДК | 0,62 ГДК | 45 |
| Цинк | 0,36 ГДК | 0,71 ГДК | 7 |
| Марганець | 0,4-0,45 ГДК | 1,2-2,0 ГДК | 1,0 |
| Барій | 0,15 ГДК | 2,1-5,6 ГДК | 0,001 |
| Стронцій | 0,4 ГДК | 0,62 ГДК | 5 |
| Титан | 0,11 ГДК | 1,6-2,4 ГДК | 0,05 |
| Нікель | 0,23 ГДК | 2,2 ГДК | 1,0 |
| Число мікроорганізмів в 1 дм3 води | 80 | 105 | 100 |
Так, результат вмісту загального заліза, що майже в десять разів перевищує норму і становить 2.65 мг/л, передбачену вимогами ГОСТ 2874-82 "Вода питна. Гігієнічні вимоги і контроль за якістю". Ще гірша ситуація виявилася у квартирі мешканців будинку № 9 по вул. Фрунзе. Там аналіз надав показник, ще більший - 3.2 мг/л.
Важливим показником середовища міграції є лужно-кислотні умови. Води водоносного горизонту верхньокрейдових відкладів характеризуються нейтральною і слаболужною реакцією (pH=7,5-8,5), на деяких територіях – помірно-лужною (pH=7.6-7.8).
Бактеріологічний стан підземних вод в цілому задовільний, в поодиноких випадках колі-індекс перевищує допустимий рівень за рахунок побутового забруднення.
В двох свердловинах виявлено перевищення ГДК нафтопродуктів у 7-10 разів, можливим джерелом забруднення є відкачувальні засоби і трубопроводи.
Встановлено підвищений вміст фенолів у підземних водах (1,1-8,8 ГДК). Максимально забруднені води в районі міського сміттєзвалища, перевищення ГДК встановлено також в районі залізничного вузла (в 2,2 раза), міських очисних споруд (в 4,0 рази). В усіх випадках поява фенолів в підземних водах обумовлена органічним забрудненням внаслідок незадовільного санітарного стану зони санітарної охорони свердловин спецводокористування.
По мінералізації води верхньокрейдових відкладів переважно прісні (0,5-1,0 г/л), рідше дуже прісні (0,5г/л). Підвищеною мінералізацією характеризуються води змішаного складу в центральній частині території.
Серед інгредієнтів, які визначають гігієнічні властивості підземних вод, виділяються сульфати, хлориди, сполуки азоту та інші. В основному гідрокарбонатний кальцієвий склад підземних вод визначається характером атмосферних опадів в області живлення і хімічним складом водовміщуючих відкладів, вміст гідрокарбонат-іону становить164-1024 мг/л.
Підвищена кількість сульфатів погіршує органолептичні властивості питної води і негативно впливає на людський організм. Дані про вміст сульфатів у водах необхідні при вирішенні питань, пов’язаних з використанням вод для господарського і питного водопостачання. Вміст сульфатів у підземних водах складає 14-201 мг/л (4-42 мг-екв.%), що не перевищує допустимих норм, причому вищі значення територіально тяжіють до колодязів в сільській місцевості, що пояснюється побутовим забрудненням і застосуванням сульфатвміщуючих мінеральних добрив.
Вміст хлоридів у водах складає 9-251 мг/л (3-33 мг-екв.%), що не перевищує норми ГОСТу (350 мг/л). Просторовий розподіл хлорид-іону аналогічний сульфатам: підвищені концентрації характерні для змішаних вод в межах сільських населених пунктів, а також в межах міста, що пояснюється підживленням вод верхньокрейдового горизонту більш глибокозалягаючими (метаморфізованими) водами по зонах розривних порушень.
Сполуки азоту в природних водах представлені іонами амонію, нітрат- та нітрит-іонами. Головними джерелами мінеральних сполук азоту є продукти біохімічного розкладу органічних речовин – інгредієнтів комунально-побутового і деяких видів промислового і сільськогосподарського забруднення. Підвищений вміст нітратів і нітритів, як правило, формується в результаті техногенної діяльності, в той же час підвищені концентрації амонію зустрічаються як в забруднених, так і в незабруднених водах. По рівню концентрації нітратів виділяється чотири категорії природних вод: природні незабруднені (< 1 мг/л), з можливим антропогенним впливом (1,0-13,0 мг/л), техногенно змінені (13,0-45,0 мг/л), забруднені з вмістом азоту вище допустимих санітарно-гігієнічних норм (> 45 мг/л). Вміст нітритів ( NO2––) на рівні навіть 0,08 мг/л свідчить про забруднення підземних вод. Мікрокомпонентний склад підземних вод досить різноманітний, в природньому стані визначається складом атмосферних опадів в області живлення водоносного горизонту, водовміщуючими породами на ділянці транзиту, перетоком з вище і нижчезалягаючих горизонтів. Перевищень ГДК за межами зон забруднення не встановлено, мікрокомпоненти містяться в кількості 0,5-1,0 ГДК і менше. На урбанізованій території і в межах малоповерхової забудови сільських населених пунктів в колодязях повсюдно встановлено перевищення ГДК по барію, марганцю, рідше титану, хрому, нікелю. Вміст барію досягає 5,6 ГДК – 0,56 мг/л (свердловина спецводокористування лісгоспзагу), переважно знаходиться в межах 2,0-3,0 ГДК (0,20-0,30 мг/л), при фоновому значенні на території міста 0,05 мг/л. В багатьох свердловинах перевищуються ГДК по марганцю, переважно в 1,2-2,0 раза, в окремих пунктах в 8 разів (0,80 мг/л). В свердловинах міського водозабору встановлено перевищення ГДК по титану в 1,6-2,4 раза і нікелю в 2,2 рази (0,22 мг/л). В усіх випадках перевищення мають тимчасовий характер, не завжди простежуються при режимному опробуванні. Забруднення підземних вод в колодязях і свердловинах спецводокористування обумовлено незадовільним санітарним станом прилеглих територій, поганою ізоляцією водоносного горизонту верхньокрейдових відкладів від грунтових вод верхньочетвертинних відкладів.
На думку фахівців інспекції, технічний стан тамтешньої водопровідної мережі додає проблем із якістю води. Водопровід, збудований ще 50 років тому, з самого початку розвивався невірно. Адже, як вже зазначалось, коли вода безпосередньо із свердловин, розкиданих по всьому місту, одразу потрапляє у водопровідну мережу, важко вирішити питання встановлення станції обеззалізнення десь в одному місці. Над цим питанням давно мала замислитись місцева влада, а не перекладати всі проблеми лише на підприємство з водопостачання, чи взагалі їх замовчувати. У Василькові й понині отримують ТИМЧАСОВИЙ дозвіл на здійснення послуг з водопостачання, на порушення вимог щодо якості води.
У ДЖКІ продовжується розгляд результатів перевірки у Василькові, готується офіційний висновок. Проте, наперед вже можна сказати, що влада цього райцентру на Київщині повинна зробити крок назустріч городянам та розробити проект реконструкції та оптимізації водопровідної мережі, який передбачає будівництво станції обеззалізнення. Вочевидь для його реалізації знадобиться час, допомога держави, кошти місцевого бюджету та застосування кредитних фінансових механізмів. Та нехтування здоров’ям людей обійдеться значно дорожче.
Для зменшення кількості бактерій, що містяться в підземних водах, і зменшення колі-індексу проводиться знезаражування води. Найпоширеніший метод знезаражування - хлорування, що і необхідно запроектувати. Введення хлормістких реагентів буде здійснюватися перед подачею води в бак водонапірної башти, у відповідність з ДСТУ. Необхідна доза для знезаражування води приймається в концентрації 0,7 мг/л газоподібного хлору, що подається у водогінну мережу безпосередньо через ежектор, що створює розрідження в хлораторі. Після введення хлору в оброблювану воду необхідно забезпечити не менш 30-хвилинний їхній контакт. Це буде досягатися в резервуарі станції обробки води перед водонапірною баштою. На виході з контактного резервуара вміст залишкового хлору не повинне перевищувати 0, 3-0,5 мг/л. Для підтримки вмісту залишкового хлору в межах заданої величини треба в процесі експлуатації коректувати концентрацію дози хлору, що подається для знезаражування.
Також необхідно зробити пом'якшення води. Для цього необхідний метод реагентної декарбонатизації води. При цьому залишкова жорсткість зм'якшеної води може бути отримана на 0, 4-0,8 мг-екв/л більше некарбонатної твердості. Як реагенти використовують вапно у вигляді вапняного молока. Як коагулянти застосовують
3.3. Рекомендації з реконструкції системи водопостачаня
Підземна вода, зазвичай, характеризується підвищеним вмістом іонів заліза, комплексних сполук дво- або тривалентного заліза, тонкодисперсної зависі гідрооксиду заліза. У більшості випадків вміст заліза в підземних водах може доходити до концентрації 5 мг/л. Крім заліза дана вода може містити значні концентрації сірководню та вільного вуглекислого газу. Логічним є висновок, що така вода є непридатною для питного, промислового і побутового водопостачання.
В зв’язку з нестабільною економічною ситуацією в Україні та браком коштів на будівництво сучасних очисних споруд, найкращим виходом із даної ситуації є суміщення водоочисних фільтрів та інших споруд, комплекси яких забезпечували б очистку води до питної якості.
В даних умовах, найбільш перспективними є установки баштового типу з фільтром, завантаженим фільтруючою засипкою: важкою (цеоліт, кварцовий пісок) або плаваючою (пінополістирол). Фільтрування може бути, як із висхідним так і низхідним рухом води.
При використанні важких засипок виникають певні ускладнення при експлуатації фільтрувальних споруд і в першу чергу це пов’язано з промивкою. Тому рекомендується використання у якості фільтрувального матеріалу – плаваючого завантаження, а саме спіненого полістиролу. По ефективності очистки він не поступається звичайним важким засипкам і разом з тим володіє рядом експлуатаційних переваг - значно легше здійснюються операції по засипці і заміні засипки, а також її регенерації (відпадає необхідність влаштування додаткових промивних насосів або промивних місткостей).
Як приклад можна взяти водонапірнуустановку баштового типу з фільтром із пінополістирольною плаваючою засипкою з висхідним фільтраційним потоком, що була монтована в с. Мала Вільшанка Васильківського району шляхом реконструкції існуючої водонапірної башти. В установці передбачалась очистка підземної води від сполук заліза, вільної вуглекислоти і розчиненого сірководню [42]. Фотографія реконструйованої водонапірної башти з елементами її конструкції наведена на рис. 3.1.
| а) | б) |
| в) | |
| г) |
Рис. 3.1. Установка баштового типу для очистки підземних вод від сполук заліза та розчиненого сірководню
а) загальний вигляд башти колони; б) люк для завантаження пінополістиролу, який закривається запірним фланцем; в) утримуюча сітка, трубопроводи: подачі вихідної води (зліва), забору фільтрату (справа), трубопровід керованої води (центр); г) повітрявідділювач (зліва) і трубопровід подачі вихідної води (справа)
Схема реконструйованої водонапірної башти з плаваючою пінополістирольною засипкою, що була пробно збудована у с. Мала Вільшанка наведена на рис. 3.2.
Рис. 3.2. Схема башти колони с. Мала Вільшанка
1 – трубопровід подачі води на очистку; 2 – аератор; 3 – повітрявідділювач; 4 – пінополістирольна засипка; 5 – трубопровід забору очищеної води; 6 – трубопровід для скиду промивної води; 7 – утримуюча решітка, 8 – стовбур; 9 – бак
Установка діє наступним чином: вода від водозабірної свердловини подається по трубопроводу 1 на аератор вакуумно-ежекційного типу 2, де насичується киснем повітря в результаті чого утворюються пластівці заліза, а також відбувається видалення із води розчинених газів. В конструкції аератора передбачена можливість регуляції витрати повітря для забезпечення процесу знезалізнення та видалення сірководню. Після аерування вихідної води повітрям, вода потрапляє у повітрявідділювач 3. Виходячи з нижньої частини повітрявідділювача вода профільтровується через пінополістирольну засипку 4 де затримуються пластівці заліза. Пінополістирольна засипка утримується в притопленому стані за допомогою утримуючої решітки 7. В процесі фільтрування під пінополістирольною засипкою формується шар завислого осаду, в якому відбувається контактна коагуляція та стиснене осідання, що сприяє покращенню процесу фільтрування [33].
Швидкість фільтрування, м/год, можна визначити з формули:
| | (3.1) |
де hв – рівень води в стовбурі, що встановився за час фільтрування tф.
Величини hв =
Витрата води, м3/год, що подається на фільтрування, можна визначити з формули:
| | (3.2) |
де d =
Згідно отриманих експериментальних даних швидкість фільтрування:
Vф = 3,8 м/год., витрата води: Q = 6,8 м3/год.
Очищена вода забирається в стовбурі 8 над утримуючою решіткою 7 та в баці 9, звідки за допомогою трубопроводу 5 відводиться споживачу.
Ефективність роботи башти колони наведена в таблиці 3.2, де вказані основні характеристики якості води до і після очистки.
Таблиця 3.2
Показники якості води до і після очистки у реконструйованій башті
| Показник | Одиниці виміру | Результати лабораторних вимірювань | |
| Вихідна вода | Фільтрат | ||
| рН | -- | 7,7 | 7,85 |
| Жорсткість | мг-екв/дм3 | 8,2 | 8,0 |
| Загальне залізо | мг/дм3 | 1,64 | 0,09 |
| Кальцій | мг/дм3 | 124 | 120 |
| Загальна лужність | мг-екв/дм3 | 7,4 | 6,6 |
| Нітрат-іон | мг/дм3 | 0,6 | 0,52 |
| Сірководень розчинний | мг/дм3 | 0,92 | відсутній |
| Сухий залишок | мг/дм3 | 430 | 398 |
| Окислюваність перманганатна | мг/дм3 | 2,72 | 2,45 |
Ефект видалення із води забруднюючої речовини можна визначити з формули:
| | (3.3) |
де Cп – початкова концентрація забруднюючої речовини;
Cк – кінцева концентрація забруднюючої речовини.
Проаналізувавши результати таблиці 1 можна зробити висновок, що при використанні башт колон з пінополістирольним фільтром досягається значний ефект видалення із води сполук заліза (E = 94,5%), а також розчиненого сірководню (E = 100%) [41].
В результаті роботи фільтра відбувається замулення фільтрувальної засипки і збільшення шару завислого шару. Регенерація засипки проводиться за допомогою водяної промивки. Для цього перекривається засувка на трубопроводі 1 і 5 та відкривається засувка на трубопроводі 6, в результаті чого вода з надфільтрового простору починає опускається до низу розпушуючи засипку і тим самим промиваючи її. Промивку проводять таким чином, щоб частина шару завислого осаду залишилась під пінополістирольною засипкою, для забезпечення його початкової висоти. Після промивки фільтра башта колона переводиться в режим фільтрування.
Інтенсивність промивки, л/(с·м2), можна визначити з формули:
| | (3.4) |
де D =
hпр – величина пониження рівня води в баці башти за 1 хв. При промивці фільтра башти колони, було встановлено, що за 1 хв., рівень води понижається на hпр =
Для регенерації фільтра пропонується використання імпульсної водяної промивки, яка досягається відкриттям запірного елементу на трубопроводі відведення промивної води з однаковою інтенсивністю, але через певні проміжки часу. Кінетика зміни концентрації забруднень у промивній воді наведена в табл. 3.3, за результатами якої побудовано схему кінетики зміни концентрацій забруднень у промивній воді.
Таблиця 3.3
Аналіз процесу промивки
| Номер проби | Час відбору проби, с | Оптична густина, % | ||||
| 1 | 2 | 3 | ||||
| 1 | 60 | 9,2 | ||||
| 2 | 90 | 8,7 | ||||
| перерва 5 хв. | ||||||
| 3 | 30 | 7,09 | ||||
| 4 | 90 | 7,09 | ||||
| перерва 5 хв. | ||||||
| 5 | 30 | 6,51 | ||||
| 6 | 90 | 5,37 | ||||
| перерва 5 хв. | ||||||
| 7 | 30 | 4,94 | ||||
| 8 | 90 | 4,08 | ||||
| 9 | 150 | 3,22 | ||||
Проаналізувавши отримані результати можна зробити висновок, що при імпульсній водяній промивці пінополістирольного фільтра, спочатку спостерігається значна концентрація завислих речовин в промивній воді, в середині промивки ця концентрація на деякий час стабілізується і поступово зменшується до закінчення промивки.
Узагальнивши попередньо отримані результати вимірювань можна твердо сказати, що впровадження башт колон з фільтром із пінополістирольною засипкою, а також реконструкція існуючих водонапірних башт в башти колони є досить прогресивною і перспективною тенденцією, так як дозволяє при порівняно невеликих капітальних затратах, а в подальшому і експлуатаційних витратах отримати воду питної якості [41].
Розділ 4.
Оптимізація використання підземних вод для покращення якості водопостачання
4.1. Рекомендації з охорони якості підземних вод
Велике значення має і збереження високої якості підземних вод. Адже не виключені випадки бактеріального і хімічного забруднення їх. При бактеріальному у підземних водах розмножуються хвороботворні бактерії, віруси, небезпечні для здоров'я. Проникнення і поширення бактеріального забруднення залежить від властивостей грунтів і гірських порід, через які фільтруються води. Масштаби забруднення залежать від інтенсивності надходження забруднень і того, наскільки виживають бактерії і віруси в зоні аерації і в підземних умовах.
Патогенні бактерії або віруси тут можуть зберігати життєдіяльність протягом деякого часу, переміщуючись з ґрунтовим потоком. Усі анаеробні бактерії, до яких належить більшість патогенних, швидко гинуть у зоні аерації. Але забруднені води повністю очищаються від бактерій, проходячи через шар добре аерованого дрібнозернистого, піску товщиною 3-
Основними джерелами бактеріального забруднення підземних вод є: поля асенізації і фільтрації, двори для тварин, різного роду вигрібні ями, де має місце фільтрація забруднених вод у грунтові; дефектна каналізаційна мережа; забруднена денна поверхня, особливо якщо зона аерації має тріщинувату структуру, характеризується закарстованими або великоуламковими породами, через які забруднені на поверхні атмосферні опади без перешкод проникають у підземні води; забруднені поверхневі води, гідравлічно зв'язані з підземними.
Щоб запобігти забрудненню, досить ліквідувати його джерело або шляхи проникнення забруднених розчинів у підземні води.
Хімічне забруднення полягає в появі у підземних водах нових речовин або в значному збільшенні компонентів природного хімічного складу, якщо при цьому відбувається значне погіршення якості води.
Проникання і поширення хімічного забруднення, як і бактеріального, значною мірою визначається властивостями гірських порід, через які фільтруються розчини. Забруднення окислюються, розкладаються або ж затримуються бактеріями, сорбуються породами водоносного горизонту і т. д. При цьому процес самоочищення багатьох фізико-хімічиих сполук незначний і забруднюючі речовини можуть лишатись у водоносному горизонті невизначено довгий час, переміщуючись на досить великі відстані. Тому хімічне забруднення підземних вод є, як правило, досить серйозним і ліквідувати його дуже важко.
Основне джерело хімічного забруднення підземних вод — стічні води промислових підприємств, які зливаються в різні ставки-відстійиики, шламові ставки, ставки-випарники та ін.
В м. Василькові основними підприємствами – забруднювачами являються КП «Васильківська шкіряна фірма», Васильківська хімчистка, ДП «Терра-Трейд»(магазин «Фуршет»), ТОВ«Васильків-млин», ЗАТВО «Машинобудівельний завод», автотранспортні підприємства та мийки. Основні забруднювачі в зоні водозбору підземних вод м. Василькова вказано на рис. 4.1.
Рис.
4
.1. Розміщення основних джерел забруднення поверхневих та підземних вод в районі м. Василькова
[30]
Значна частина забруднюючих речовин надходить у підземні води під час інфільтрації атмосферних опадів, які випадають на території, де нагромаджені тверді відходи, особливо відходи хімічних виробництв, розміщені сховища нафтопродуктів, а також склади сировини і готової хімічної продукції, або ж на сільськогосподарські поля, на яких широко застосовуються добрива і отрутохімікати.
Боротьбу із забрудненням і виснаженням вод насамперед слід проводити шляхом здійснення запобіжних заходів по охороні вод та ліквідації причин їх забруднення і виснаження. Поряд із скороченням, або припиненням скидання стічних вод необхідно:
- використовувати міські стічні води для зрошення (при правильному оснащенні зрошувальних систем, при суворому дотриманні норм поливу води не забруднюються);
- промислові підприємства перевести на оборотне водопостачання, а де можливо — застосувати безводні технологічні процеси;
- дуже забруднену воду деяких хімічних підприємств, яка не піддається очищенню для повторного використання, треба відводити в окремі каналізації і ліквідувати за допомогою природного або штучного випаровування;
- створювати ефективні очисні споруди, які забезпечували б належне очищення стічних вод від забруднюючих речовин;
- споруджувати роздільні міські водопроводи для побутового, господарського водопостачання і харчової промисловості, з одного боку, та для інших видів промисловості — з другого;
- знижувати норми споживання води;
- підвищувати водність річок за допомогою регулювання стоку водосховищ і агролісомеліоративних заходів;
- управлінням державних водногосподарських систем колгоспам, радгоспам та іншим організаціям запобігати забрудненню вод добривами та отрутохімікатами;
- штучно створювати підземні води магазинуванням, поверхневих, переважно паводкових вод у верхніх частинах земної кори;
- при бурінні глибоких розвідувальних свердловин особливу увагу приділяти ізоляції підземних прісних вод від мінералізованих або забруднених вод.
Для запобігання забруднення підземної води в зонах водозабору необхідно встановити ЗСО. Навколо водозабору виділяємо три пояси санітарної охорони.
Перша зона (ЗСО-1 пояса) - строгого режиму, охороняє водоносний шар від потрапляння забруднення безпосередньо через водозабірні споруди. З огляду на те, що експлуатуються напірні води, границі ЗСО-1 установлюються в радіусі 30 метрів навколо кожної шпари. У межах цієї зони стороннім особам, не пов'язаним з експлуатацією водозабору, вхід заборонений. Тут виключається всяка господарська діяльність, не пов'язана з водопостачанням, забороняється проживання людей.
Друга зона (ЗСО-2 пояса) - зона обмежень - виділяється в межах області, де необхідно охороняти водоносний шар від потрапляння в нього забруднень, причому існує небезпека потрапляння цих забруднень у водозабірні шпари при міграції їх по шарі [7].
Слід зазначити, що водоносний обрій добре захищений зверху щільними глинами, які охороняють його від хімічного забруднення.
У межах зони обмежень забороняється всяка діяльність, що може привести до забруднення підземних вод. У нашім випадку, при експлуатації напірних вод, це можуть бути роботи пов'язані з розкриттям верхнього водоупора, такі як буравлення шпар, земляні роботи. Ці роботи необхідно або виключити, або проводити під строгим контролем, щоб виключалося забруднення водоносного обрію, на який споруджений водозабір [7].
Знезалізнення води може відбуватися з використанням наступних методів:
• безреагентні;
• реагентні;
• катіонообмінні:
• біохімічні.
Перші два методи відносяться до фізико-хімічних методів і передбачає окислення заліза, в першому методі цим окислювачем є кисень повітря, а в другому – хлор, перманганат калію, вапно, сода. Завданням методів є переведення розчинних форм заліза в малорозчинні форми Fe(OH)-3, із наступним його осадженням та затриманням у товщі фільтрувальної засипки.
Метод катіонного обміну полягає в обміні катіонів заліза на катіони натрію та водню завдяки спеціальним засипкам фільтра. Для підготовки питної води цей метод практично не використовують.
Біохімічний метод передбачає заселення на відповідному носії спеціальних залізобактерій (Leptothrix, Gallionella) з наступним фільтруванням на фільтрах. В останні часи цьому методу приділяється багато увага як до досить високоефективного методу. Процес очищення за цим принципом важкий для контролю.
Найчастіше для знезалізнення використовують безреагентний метод, оскільки він простіший та дешевший. Метод полягає в тому. що в аераційному пристрої воду насичують киснем, при цьому частково видаляється вугільна кислота, частково окислюється залізо. Потім воду відстоюють у резервуарах і фільтрують на фільтрах, де видаляються утворені пластівці гідроксиду заліза. Аерацію можна проводити в спеціальних пристроях або використовувати спрощену [33].
Процес знезалізнення підземних вод полягає в окисленні двовалентного заліза, гідролізу, яке закінчується утворенням гідроксиду заліза, та подальшою його вилученням із води. При великій концентрації заліза проходить спочатку коагуляція в вільному просторі або в шарі завислого осаду з вилученням частини гідроксиду заліза з подальшим адсорбуванням сформованих пластівців зернами засипки фільтрів. Основна маса пластівців затримується в перших шарах засипки товщиною 5…15см та на його поверхні. Потім на поверхні адсорбованих позитивно заряджених пластівців гідроксиду заліза відбувається сорбція вільного кисню в іонній та атомарній формах, сорбція двовалентного заліза, марганцю і кремнійової кислоти. Адсорбоване двовалентне залізо окислюється киснем на поверхні пластівців. В цілому утворюються пластівці пухкі та нестійкі з великою кількістю захопленої води, що забезпечує високі темпи приросту втрат напору. Із плином часу спостерігається старіння гідроксиду заліза, яке проявляється в послабленні сил адгезії окремих пластівців між собою і з поверхнею зерен засипки. Сили гідродинамічного тиску фільтраційного потоку починають переважати над силами адгезії, починають відривати і виносити пластівці із окремих шарів і в цілому із засипки, якість фільтрату погіршується, виникає потреба в промивці засипки фільтра. Засипка фільтрів працює, а відповідно розраховується, подібно до засипки швидких фільтрів в процесах прояснення та знебарвлення води.
4.2. Штучне поповнення експлуатаційних запасів підземних вод
Вимушений захід, якщо експлуатаційний водовідбір не забезпечується природними джерелами формування, тобто в процесі експлуатації відбувається перезниження рівнів у водозабірних шпарах. Можливі два виходи:
1) розширити діючий водозабір на флангах - однак, це далеко не завжди можна зробити (дорога земля, складність організації зони санітарної охорони, взаємодія із сусідніми водозаборами й т.п.);
2) застосувати штучне поповнення запасів (ШПЗ).
Однак, ШПЗ може застосовуватися й на цілком "благополучних" водозаборах з метою підвищення їхньої продуктивності для покриття зростаючої потреби.
У тих або інших формах ШПЗ застосовується ще із середини XIX століття. В Україні ШПЗ застосовується з кінця XIX століття (водозабори Вінниці, Сімферополя). У цей час у багатьох країнах з дефіцитом підземних вод за допомогою систем ШПЗ забезпечується до 25-50% загального господарсько-питного водоспоживання (США - 30%, ФРН, Нідерланди, Швеція...).
Специфічні проблеми при здійсненні ШПЗ:
- техніка спорудження й технологія експлуатації спеціальних пристроїв для поповнення,
- джерело і якість "сирої" води.
Найбільш складним завжди є питання про джерело "сирої" води. Основні вимоги до нього: достатня кількість і задовільна якість - існують нормативні вимоги до якості води, що подається на поповнення. З фізичних показників найбільш важливий - мутність. Хімічні обмеження можуть бути різноманітними залежно від сполуки порід зони аерації й водовміщуючої товщі, сполуки пластової води, кліматичних особливостей. ШПЗ супроводжується рядом фізичних, фізико-хімічних і біологічних процесів - механічне осадження зважених часток, фізична й хімічна сорбція, іонний обмін, коагуляція, мікробіологічні процеси й ін. [45]
Звичайно для ШПЗ використовують поверхневі води, рідше дренажні води, очищені стоки, води суміжних обріїв.
Методи попередньої водопідготовки:
- відстоювання (зниження мутності)
- попередні фільтри (часто в комплексі з коагулянтами)
- мікрофільтрація (затримка механічної суспензії, планктонів)
- аерація (насичення киснем зі знищенням анаеробних бактерій і розкладанням органічних сполук)
- хлорування (знезаражування й окислювання органічних сполук).
Балансово-Гідродинамічні особливості ШПЗ.
Штучно подавана у водоносний обрій кількість води може входити в балансову структуру вод як штучні запаси або як штучні ресурси.
Створення штучних запасів (застосовується також термін "магазинування") відбувається один або кілька разів у році шляхом одноразового затоплення великих площ поблизу водозабірного спорудження (природні зниження, спеціально обваловані ділянки заплав, терас...); звичайно попередньо проходить зачищення слабопроникного ґрунтово-рослинного шару. Повне насичення порід у зоні аерації над депресійною лійкою (рис. 4.1) відбувається досить швидко:
При коефіцієнті фільтрації порід у зоні аерації K = 1 м/доб (глинистий пісок), нестачі насичення
Цей механізм ШПЗ досить простий у здійсненні, але й ефективність його не дуже висока. Балансове рівняння водовідбора в таких умовах здобуває загальний вид:
де
У переважній більшості випадків джерелом "сирої" води в цій схемі служать поверхневі води найближчих водотоків у періоди повіддя; рідше - сніготалі води.
| |
Рис. 4.1. Поповнення експлуатаційних запасів за рахунок створення штучних запасів (магазинування)
Більш широко застосовуються прийоми створення штучних ресурсів, тобто деякої витрати
У принципі можливий стаціонарний балансово-гідродинамічний стан.
Технологічно подача "сирої" води в шар можлива нагнітанням (наливом) через шпари або шляхом інфільтрації зі спеціальних басейнів.
Через нагнітальні шпари - дорого й технічно складно: великою проблемою є кольматація фільтрів шпар навіть при невеликій мутності "сирої" води (припустимі значення 1-2 мг/л), виділення повітря з "сирої" води й виникнення в шарі повітряних пробок навколо шпар. Тому ШПЗ через шпари застосовується рідко, тільки при відсутності альтернативи - у скельних водоносних обріях або при великій потужності й низкою проникності порід у зоні аерації.
Найпоширеніша технологія - інфільтраційні басейни прямокутної форми, 200-
де
Залежно від складу порід у зоні аерації величина інфільтрації може становити 0.2 - 3 м/доб, тобто при площі дна басейну 5 тис. кв.м витрата інфільтрації може становити 1 - 15 тис. куб.м/доб.
Загальний принцип штучного поповнення запасів підземних вод шляхом інфільтрації представлено на рис. 4.3.
| |
Рис. 4.2. Принципова схема системи штучного поповнення запасів підземних водоносних горизонтів
за допомогою інфільтраційних басейнів
Основна проблема експлуатації інфільтраційних басейнів - неминуча кольматація відкладень у дні басейну, незважаючи на спеціальну водопідготовку (зниження мутності до 5-20 мг/л). Виділяють три механізми кольматації:
- механічна - утворення поверхневого намулку на дні басейну й затримка зважених часток у порах придонного шару (0.1 -
- фізико-хімічна - за рахунок випадання осаду у вигляді карбонатів і сульфатів кальцію, гідроокислів заліза й марганцю й ін.;
- біологічна - за рахунок діяльності бактерій, розвитку планктонів (синьо-зелених водоростей) [44].
У зв'язку з розвитком процесів кольматації швидкість інфільтрації з басейну досить швидко знижується і через якийсь час робота басейну стає малоефективною. Тривалість так званого фільтроцикла становить у різних умовах 3 - 6 місяців (іноді більше), після чого проводиться чищення басейну шляхом механічного видалення закольматованих донних відкладень із наступним підсипанням фільтруючої гравійно-піщаної суміші. На період чищення в роботу запускається резервний басейн.
З метою більш тривалого збереження фільтруючої здатності донних відкладень проводиться висадження в басейнах водної рослинності (очерет, рагоз і ін.). При цьому додатково поліпшується очищення води; так, наприклад, очерет не тільки розпушує ґрунт дна, підвищуючи його фільтраційні властивості, але й поглинає феноли, хлор і ін. (рис. 4.4).
| |
Рис. 4.4. Зміна швидкості інфільтрації з басейнів у часі
У зв'язку з існуванням слабопроникної плівки інфільтрація з басейнів майже завжди має характер "дощування" (аналогічно фільтрації з недосконалої ріки при відриві рівня від підошви екрана). Тому в розрахункових схемах інфільтраційні басейни варто розглядати як граничні елементи з умовою 2-го роду (задана витрата інфільтрації - з реальною динамікою в часі, або в усереднених за часом величинах).
Цікаве і практично важливе питання - оцінка ефективності ШПЗ, що логічно оцінювати за допомогою спеціального коефіцієнта:
де
Характерна схема водозабірного спорудження - лінійний ряд шпар уздовж ріки з паралельною системою інфільтраційних басейнів. Якщо розглядати лінійну структуру потоку (по стрічці струму шириною
де
Два варіанти взаєморозташування водозабору й інфільтраційних басейнів:
1 варіант (рис. 4.5) - інфільтраційні басейни розташовані за лінією водозабірного ряду. Тут можна впевнено вважати, що при підйомі рівнів під басейном величина природної витрати
| |
| Рис. 4.5. Варіант 1 інфільтрації |
2 варіант - інфільтраційні басейни розміщені між рікою й водозабірним рядом (рис. 4.6).
За таких умов витрата
| |
| Рис. 4.6. Варіант 2 інфільтрації |
Висновок з розглянутих варіантів очевидний: при проектуванні систем ШПЗ варто прагнути розташувати інфільтраційні спорудження так, щоб їхня дія (що супроводжується підйомом рівнів під ними) мінімально відбивалася на вже сформованих, діючих природних джерелах балансового забезпечення водовідбору [45].
Висновки
1. Встановлено, що водопостачання м. Василькова здійснюється з 27 артезіанських свердловин та 67 чавунних водозабірних колонок, які подають воду з бучакського та юрського підземних водних горизонтів.
2. Якісний аналіз води з системи міського водопостачання показав, що вода, яка подається з глибин бучакського водоносного горизонту є забрудненою та не відповідає навіть застарілим нормам якості питної води. У ній значно перевищено вміст заліза (7,83-10,7 ГДК), нафтопродуктів (2,3-7 ГДК), фенолів (1,1-8,8 ГДК), барію (2,1-5,6 ГДК), свинцю (1,3 ГДК) та титану (1,6-2,4 ГДК). Дещо меншим є перевищення ГДК за вмістом марганцю (1,2-2,0) та нікелю (2,2). Вода юрського горизонту є безпечною. Бактеріологічний стан підземних вод в цілому задовільний
3. Визначено проблему незадовільного водопостачання м. Василькова, оскільки водопровідна система міста розвивалася неправильно з початку її спорудження. Більшість існуючих свердловин є самостійними, не об’єднані в загальну систему та подають неочищену належним чином воду прямо до споживача. Тому гострою є необхідність вдосконалення системи водопостачання м. Василькова.
4. Розроблено та запропоновано систему реконструкції існуючих водонапірних башт з використанням плаваючої засипки-фільтра для підвищення рівня якості очищення питної води. Методику апробовано на модельному об’єктів, де знезалізнення води проходить на 94,5%, а сірководню –на 100%.
5. Проаналізована та представлено методику поповнення запасів підземних водних горизонтів водою, яка полягає у штучному наповненні підземних пластів за рахунок інфільтрації води з надземних водних джерел.
Список використаних джерел
1. Водний кодекс України [Текст] : [офіц.текст із змін. та доп. станом на 10 травня 2003 р.] / М-во юстиції України ; Україна. Закони. - Офіц. вид. - К. : Ін Юре, 2003.
2. Кодекс України про надра [Електронний документ ]: [офіц.текст із змін. та доп. станом на 30.04.2010] / Режим доступу: http://zakon.rada.gov.ua/cgi-bin/laws/main.cgi?nreg=132%2F94-%E2%F0
3. Про Загальнодержавну програму розвитку водного господарства. Закон України [Текст] : Відомості Верховної Ради (ВВР), 2002, N 25, ст.172
4. Про забезпечення санітарного та епідемічного благополуччя населення. Закон України [Електронний документ ]: [офіц.текст із змін. та доп. станом на 30.04.2010]// Режим доступу: http://zakon.rada.gov.ua/cgi-bin/laws/main.cgi?nreg=4004-12
5. Про охорону навколишнього природного середовища. [Текст] : [закон України: офіц.текст із змін. та доп. станом 09.04.2009 / М-во юстиції України ; Україна. Закони. - Офіц. вид. - К. : Ін Юре, 2009.
6. Про питну воду та питне водопостачання. Закон України [Текст] : Відомості Верховної Ради (ВВР), 2002, N 16, ст.112
7. Про правовий режим зон санітарної охорони водних об’єктів. Постанова Кабінету Міністрів України [Електронний документ ]: [офіц.текст із змін. та доп. станом на 18.12.1998] / Режим доступу: http://zakon.rada.gov.ua/cgi-bin/laws/main.cgi?nreg=2024-98-%EF
8. Бабич М. Перерозподіл стоку та забезпечення водними ресурсами маловодних регіонів України. [Текст] / Бабич М., Дезірон О., Крученюк В. // : Рідна природа. №1, 2004. С.55-57.
9. Бадюк Н.С. Використання методу суб’єктивної оцінки в розробці шляхів оптимізації водозабезпечення населення. [Електронний документ ]: Бадюк Н.С., Войтенко А.М. /Режим доступу : http://www.health.gov.ua/Publ/conf.nsf/165dc8dd0ddbb56dc2256d8f00264254/95610ec8ab872de6c2256d950045218d?OpenDocument
10. Белоусова А.П. Экологическая гидрогеология. [Текст] : / Белоусова А.П., Гавич И.К., Лисенков А.Б., Попов Е.В. //– М.: Академкнига, 2007 – 398 с.
11. Бєличенко Ю.П. Захист водних ресурсів. [Текст]:/Бєличенко Ю.П., Дражнер В.М., Чередниченко В.М.// – К.: Будівельник, 1990. – 96с.
12. Білявський, Г.О. Основи екології: теорія та практикум [Текст]: навч. посіб. / Г.О. Білявський, Л.І. Бутченко.– К.: Либідь, 2004.– 368 с.
13. Биндеман Н.Н. Оценка експлуатационных запасов подземных вод. [Текст] : / Биндеман Н.Н., Язвин Л.С..//Методическое руководство. М., Недра, 1970.
14. Блінов П.В. Проблеми й перспективи використання питних підземних вод в Україні. [Текст] : / Блінов П.В. // Вода і водоочисні технології. №3, вересень, 2004. С.19-22.
15. Бочевер Ф.М. Защита подземных вод от загрязнения. [Текст] : / Бочевер Ф.М., Лапшин Н.Н., Орадовская А.Е. // - М., Недра, 1979.
16. Василенко С.Л. Экологическая безопасность водоснабжнения. [Текст]: / Василенко С.Л.//– Харьков: ИД «Райдер», 2006. – 320с.
17. Власова Г.І. Водні ресурси в Україні. Використання, моніторинг, охорона. [Електронний документ ]: / Власова Г.І.// Режим доступу : http://www.cleanwater.org.ua/index.php?section=5_1
18. Гавич И.К. "Практикум по динамике подземных вод"[Текст] : / Гавич И.К., Данилов В.В., Крысенко А.М., Ленченко Н.Н., Филиппова Г.А. // - М 2004.
19. Герасимчук З.В. Еколого-економічні основи водокористування в Україні. [Текст] : / Герасимчук З.В., Мольчак Я.О., Хвесик М.А.// – Луцьк: Надстир’я, 2000. – 364 с.
20. Гидрогеологические основы охраны подземных вод (в двух томах). [Текст] : Главный редактор Е.А.Козловский. М., ЦМП ГКНТ, 1984.
21. Гриценко А.В. Концептуальні підходи охорони природних ресурсів. [Текст] : Гриценко А.В. /Вода і водоочисні технології №2. 2002 С. 15-18.
22. Загальна гігієна з основами екології [Текст] : Підручник / За ред. В А. Кондратюка. - Тернопіль: Укрмедкнига, 2003. - 592 с.
23. Заєць І.О. Екологічне законодавство України[Текст]: Зб. Нормат. Актів/Відпр. Ред.. І.О. Заєць – К.: Юрінком інтер,2001. – 416с.
24. Катернога М.Т. Українська криниця. [Текст] : / Катернога М.Т. //- К.: Техніка, 1996. - 112 с.
25. Климентов П.П. Методика гидрогеологических исследований. [Текст] : / Климентов П.П., Кононов В.М. // - М., Высшая школа, 1989.
26. Кондратюк В.А. Гігієнічний моніторинг впливу полігону твердих побутових відходів на якість підземних вод [Електронний документ ]: / Кондратюк В.А., Лотоцька О.В.,
27. Паничева В.О. // Режим доступу : http://www.health.gov.ua/Publ/conf.nsf/d2ffb20b75bd2a6cc2256d8f0029469d/9572bdda1de2154ac2256dc600426078?OpenDocument
28. Кравченко В.С. Водопостачання та каналізація [Текст]: Підручник. / Кравченко В.С. // – «Кондор», 2003. – 288с .
29. Ленченко Н.Н. Практикум по курсам "Водное хозяйство" и "Поиски и разведка подземных вод" [Текст] : / Ленченко Н.Н., Лисенков А.Б. Данилов В.В. Ленченко Н.Н., Лисенков А.Б. Данилов В.В. // -М 2006.
30. Національна програма екологічного оздоровлення басейну Дніпра та поліпшення якості питної води [Електронний документ ]: /Режим доступу : http://www.nature.org.ua/dnipro/nacprouk.htm
31. Національна доповідь України про гармонізацію життєдіяльності суспільства у навколишньому природному середовищі. [Електронний документ]: /Режим доступу: http://mail.menr.gov.ua/publ/specrep/ukrainian.pdf
32. Орадовская А.Е. Санитарная охрана водозаборов подземных вод [Текст] : / Орадовская А.Е., Лапшин Н.Н. //М.: Недра, 1969. – 220с.
33. Орлов В.О. Знезалізнення води на установці баштового типу [Текст] : / Орлов В.О., Мартинов С.Ю., Мінаєва Н.Л.// Вісник НУВГП. Збірник наукових праць, ч.1, випуск 4 (28). Рівне – 2005, с. 307-315.
34. Пелешенко В.І. Гідрогеологія з основами інженерної геології [Текст] : / Пелешенко В.І., Закревський Д.В. // К. 2002.
35. Прокопов В.О. Контроль за якістю питної води: нормативи, системи, методики, обладнання. [Текст] : / Прокопов В.О. //Матеріали науково-практичних конференцій ІІ Міжнародного водного форуму „Аква Україна-
36. Руденко Г.Б., Питна вода на межі політики, екології та економіки. [Текст] : / Руденко Г.Б., Омельянець С.М. //Матеріали науково-практичних конференцій ІІ Міжнародного водного форуму „Аква Україна-
37. Свинар В.С., Свинар С.О. Водопровідна мережа як складна та динамічна система водопостачання міста. [Текст] : / Свинар В.С., Свинар С.О. // Вода і водоочисні технології №2, червень, 2003. С.17-20.
38. Тарабарова С.Б. Качество питьевой воды в Украины: современное состояние, влияние на здоровье, сравнительная характеристика отечественной нормативной базы с международными стандартами. [Електронний документ ]: / Тарабарова С.Б. //Режим доступу : http://www.health.gov.ua/Publ/conf.nsf/0/d6b696f2be5e65d6c2256dc6004995f4?OpenDocument
39. Тугай А.М. Водопостачання. Джерела і водозабірніспоруди [Текст] : / Тугай А.М., Тугай Я.А. // - К.: УФІ М і Б, 1998.-192с.
40. Хільчевський В.К. Водопостачання і водовідведення. Гідроекологічні аспекти [Текст] : / Хільчевський В.К. //– Київ: ВЦ “Київський університет”, 1999. – 319 с.
41. Хомутецька Т.П. Дослідження і розрахунок водознезалізнюючих установок з пінополістирольно - цеолітовими фільтрами [Текст] : / Хомутецька Т.П. // Меліорація і водне господарство, – К., 1999, – Вип. 86, – с. 161 - 165.
42. Хомутецька Т.П. Розрахунок параметрів знезалізнення води при висхідному фільтруванні через пінополістирольно - цеолітові фільтри. “Коммунальное хозяйство городов”[Текст] : / Хомутецька Т.П. // Респ. меж - вед. Научно - техн. сб. Вып.19. – Киев: Техника, 1999г. с. 141 - 143.
43. Хоружий П.Д. Розширення використання підземних вод [Текст] : / Хоружий П.Д., Хомутецька Т.П. // Водне господарство України, 1997, №1, с. 21-22.
44. Хоружий П.Д. Сучасні проблеми сільгоспводопостачання і шляхи їх вирішення [Текст] : / Хоружий П.Д., Муромцев Л.М., Хомутецька Т.П., Чарний Д.В., Петренко Т.А. // Актуальні проблеми водного господарства. Том 2., Рівне, 1997,с.85-87.
45. Яковлев В.В. Улучшение качества питьевого водоснабжения на Украине. [Текст] : / Яковлев В.В., Ибрагимов Р. Б. //Тезисы доклада научной конф. “Третье тысячелетие: гармония природы и человека”. Чугуев, 1996.- С.82-83.
46. Вода питна, гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного водопостачання. ДСанПіН. Затв. МОЗ України 23.12.1996р. №383.
47. ДС'ТУ ІSО 5667-3-2001 ІSО 5667-3:1994 Якість води. Відбір проб. Частина 3. Настанови щодо зберігання та поводження з пробами.
48. ДСТУ 4107-2002. ІSО 5667-16:1998 Якість води. Відбір проб. Частина 16. Настанови з біотестування.
49. ДСТУ 3940-99 Аналізатори складу та властивостей води. Загальні технічні вимоги і методи випробувань
50. ДСТУ 4004-2000 Сигналізатори токсичності природних та стічних вод біологічні. Загальні технічні вимоги і методи випробувань
51. КНД 211.1.4.042-95 Методика гравіметричного визначення сухого залишку (розчинених речовин).
52. РД 52.10.243-92 Визначення рН. Електрометричний метод.
53. ДСТУ 3959-2000 Методики біотестування води. Настанови.
54. ДСТУ ІSО 5667-3-2001. Настанови щодо зберігання та поводження з пробами.
55. ДСТУ 3928-99. Токсикологія води. Терміни та визначення.
56. ДСТУ 4077-2001 і ІSО 10523-1994 Якість води. Визначання рН
57. ДСТУ 4078-2001 і ІSО 7890-3:1998. Якість води. Визначання нітрату.
58. ДСТУ 4079-2001 і ІSО 9297:1989 Визначення загального вмісту хлоридів.
59. ДСТУ ІSО 5815 2004 і ІSО 5815-1989 Визначення біохімічною споживання кисню.
60. ДСТУ ІSО 6777-2003 і ІSО 6777:1984 Визначання нітритів.
61. ДСТУ ІSО 6778-2003 і ІSО 6778:1984 Визначання амонію
62. ДСТУ ІSО 6878-2003 і ІSО 6878:1998 Визначання фосфору.
63. ДС'ГУ ІSО 7027-2003 і ІSО 7027:1999 Визначання каламутності.
64. ДСТУ ІSО 7150-2003 і ІSО 7150:1986 Визначання амонію.
65. ДСТУ ІSО 7393-2003 і ІSО 7393-1990 Визначання незв'язаного та загального хлору.
66. ДСТУ ІSО 7890-2003 і ІSО 7890:1986 Визначання нітрату.
67. ДСТУ ІSО 10304-2003 і ІSО 10304-1:1947 Визначання розчинених фторид-, хлорид-, нітрит-, ортофосфат-, бромід-, нітрат- і сульфат-аніонів.
68. КНД 211.1.4.024-95 Методика визначення біохімічного споживання кисню після n днів (БСК)в природних і стічних водах.
69. КНД 211.1.4.039-95 Методика гравіметричного визначення завислих (суспендованих) речовин в природних і стічних водах.
70. МВВ 081/12-0019-01 Поверхневі води. Методика виконання вимірювань хімічного споживання кисню біхроматним окисленням (ХСК).
71. http://www.scwm.gov.ua/ - Державний комітет України по водному господарству
