Очистка грунтовых вод, загрязненных промышленным предприятием

Министерство образования и науки Российской Федерации

СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра безопасности жизнедеятельности

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Системы защиты среды обитания»

на тему: Очистка грунтовых вод, загрязненных промышленным предприятием

Выполнил:

Ст. гр. БЖ– 41 Акулинин К. А.

Проверил:

Ст. преп. Гражденников А.Е.

Новосибирск

2010

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………………..3

ТЭЦ………………………………………………………………………………………………………4

ПРОБЛЕМЫ г. МОСКВЫ. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ И ЗДОРОВЬЕ НАСЕЛЕНИЯ………………... 8

КАЧЕСТВО ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ ……………………………………………………………………12

АНАЛИЗ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА ДОЛИНЫ РЕКИ КОЗЛОВКА . 18

АНАЛИЗ КАРТЫ ГИДРОИЗОГИПС ……………………………………………………………….19

БАЛАНС ПОДЗЕМНЫХ ВОД……………………………………………………………………….20

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД……………………………………………………21

УСТАНОВКА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В РАЙОНЕ ТЭЦ…………………………………….23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………….………………………………………………23

Ведение.

В большинстве случаев загрязнение
пресных вод
остаётся невидимым, поскольку загрязнители
растворены в воде. Но есть и исключения: пенящиеся моющие средства, а также плавающие на поверхности нефтепродукты
и неочищенные стоки. Есть несколько природных загрязнителей. Находящиеся в земле соединения алюминия попадают в систему пресных водоёмов в результате химических реакций
. Паводки
вымывают из почвы лугов соединения магния, которые наносят огромный ущерб рыбным запасам. Однако объём естественных загрязняющих веществ ничтожен по сравнению с производимыми человеком
. Ежегодно в водные бассейны попадают тысячи химических веществ с непредсказуемым действием, многие из которых представляют собой новые химические соединения. В воде могут быть обнаружены повышенные концентрации токсичных тяжелых металлов (как кадмия, ртути, свинца, хрома), пестициды, нитраты и фосфаты, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества (ПАВы). Как известно, ежегодно в моря и океаны попадает до 12 млн тонн нефти. Определенный вклад в повышение концентрации тяжелых металлов в воде вносят и кислотные дожди. Они способны растворять в грунте минералы, что приводит к увеличению содержания в воде ионов тяжелых металлов. С атомных электростанций в круговорот воды в природе попадают радиоактивные отходы. Сброс неочищенных сточных вод в водные источники приводит к микробиологическим загрязнениям воды. По оценкам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) 80 % заболеваний в мире вызваны неподобающим качеством и антисанитарным состоянием воды. В сельской местности проблема качества воды стоит особенно остро — около 90 % всех сельских жителей в мире постоянно пользуются для питья и купания загрязненной водой.

Загрязнению подвергаются не только поверхностные, но и подземные воды. В целом состояние подземных вод оценивается как критическое и имеет опасную тенденцию дальнейшего ухудшения.

Подземные воды (особенно верхних, неглубоко залегающих, водоносных горизонтов) вслед за другими элементами окружающей среды испытывают загрязняющее влияние хозяйственной деятельности человека. Подземные воды страдают от загрязнений нефтяных промыслов, предприятий горнодобывающей промышленности, полей фильтрации, шламонакопителей и отвалов металлургических заводов, хранилищ химических отходов и удобрений, свалок, животноводческих комплексов, не канализированных населенных пунктов. Происходит ухудшение качества воды в результате подтягивания некондиционных природных вод при нарушении режима эксплуатации водозаборов. Площади очагов загрязнения подземных вод достигают сотен квадратных километров.

Из загрязняющих подземные воды веществ преобладают: нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота.

ТЭЦ

Теплоэлектроцентра́ль
(ТЭЦ
) — разновидность тепловой электростанции, которая производит не только электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения (в виде пара и горячей воды, в том числе и для обеспечения горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов).

Принцип работы.

ТЭЦ конструктивно устроена как ТЭС. Главное отличие ТЭЦ от КЭС состоит в возможности отобрать часть тепловой энергии пара, после того, как он выработает электрическую энергию. В зависимости от вида паровой турбины, существуют различные отборы пара, которые позволяют забирать из нее пар с разными параметрами. Турбины ТЭЦ позволяют регулировать количество отбираемого пара. Отобранный пар конденсируется в сетевых подогревателях и передает свою энергию сетевой воде, которая направляется на пиковые водогрейные котельные и тепловые пункты. На ТЭЦ есть возможность перекрывать тепловые отборы пара, в этом случае ТЭЦ становится обычной КЭС. Это дает возможность работать ТЭЦ по двум графикам нагрузки:

теплофикационному — электрическая нагрузка зависит от тепловой нагрузки
электрофикационному — тепловая нагрузка зависит от электрической, либо вовсе отсутствует.

Совмещение функций генерации тепла и электроэнергии (когенерация) выгодно, так как оставшееся тепло, которое не участвует в работе на КЭС, используется в отоплении. Это повышает расчетный КПД в целом (80 % у ТЭЦ и 30 % у КЭС), но не говорит об экономичности ТЭЦ. Основными же показателями экономичности являются: удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении и КПД цикла КЭС.

При строительстве ТЭЦ необходимо учитывать близость потребителей тепла в виде горячей воды и пара, так как передача тепла на большие расстояния экономически нецелесообразна.

Примесные выбросы теплоэнергетических объектов и их распространение.

В первую очередь при анализе взаимодействия теплоэнергетики и окружающей среды должны быть рассмотрены элементарные процессы происходящие при сжигании топлива (в особенности органического), так как при его сжигании образуется большое количество вредных соединений (оксиды азота, серы, сажа, соединения свинца, водяной пар).

Различные компоненты продуктов сгорания топлива, выбрасываемые в атмосферу, гидросферу, литосферу и во время пребывания ведущие себя по-разному (изменяется t, свойства)называются примесными выбросами.

При выходе в атмосферу, выбросы содержат продукты реакций в твёрдой, жидкой и газообразной фазах. Изменение состава выбросов

После их выпадения могут проявляться в виде: осаждения тяжёлых фракций, распада на компоненты по массе и размерам, химических реакций с компонентами воздуха, взаимодействием с воздушными течениями, с облаками, с атмосферными осадками, фотохимические реакции. В результате, состав выбросов может существенно измениться, могут появиться новые компоненты, поведение и свойства которых (в частности, токсичность, активность, способность к новым реакциям) могут значительно отличаться от данных.

Газообразные выбросы образуют соединения углерода, серы и азота.

Оксиды азота практически не взаимодействуют с другими веществами в атмосфере и время их существования почти не ограничено. Сернистый ангидрид (SO2)один из токсичных газообразных выбросов теплоэнергоустановок, с небольшой продолжительностью пребывания в атмосфере, в присутствии кислорода воздуха (О2) доокисляется до SO3 и, вступая в реакцию с водой(Н2О)образует слабый раствор серной кислоты (Н2SO4). В процессе горения в атмосфере кислорода воздуха азот, в свою очередь образует ряд соединений:N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4 и N2O5.

В присутствии влаги NO2 легко вступает во взаимодействие с кислородом воздуха, образуя азотную кислоту (НNO3).

Неуклонный рост поступлений токсичных веществ в окружающую среду, прежде всего отражается на здоровье населения Земли, ухудшает качество продукции сельского хозяйства, снижает урожайность, оказывает влияние на климатические условия отдельных регионов мира, состояние озонового слоя Земли, приводит к гибели флоры и фауны.

Можно выделить несколько основных групп наиболее важных взаимодействий теплоэнергоустановок с конденсированными компонента ми окружающей среды.

а). Водопотребление и водоиспользование, обуславливающее изменение естественного материального баланса водной среды(перенос солей, питательных веществ).

б). Осаждение на поверхности твёрдых выбросов продуктов сгорания органических топлив из атмосферы, вызывающее изменение свойств воды, её цветности, альбедо.

в). Выпадение на поверхности в виде твёрдых частиц и жидких растворов продуктов выброса в атмосферу, в том числе: кислот и кислотных остатков, металлов и их соединений, канцерогенных веществ.

г). Выбросы непосредственно на поверхность суши и воды продуктов сжигания твёрдых топлив(зола, шлаки), а также продуктов продувок, очистки поверхностей нагрева (сажа, зола).

д). Выбросы на поверхность воды и суши твёрдых топлив при транспортировке, переработке, перегрузке.

е). Выбросы твёрдых и жидких радиоактивных отходов, характеризуемых условиями их распространения в гидросфере и литосфере.

ж). Выбросы теплоты, следствиями которых могут быть: постоянное локальное повышение температуры в водоёме, временное повышение температуры, изменение условий ледосостава, зимнего гидрологического режима, изменение условий паводков, изменение распределения осадков, испарений, туманов.

з). Создание водохранилищ в долинах рек или с использованием естественного рельефа поверхности, а также создание искусственных прудов-охладителей, что вызывает: изменение качественного и качественного и количественного состава речных стоков, изменение гидрологии водного бассейна, увеличения давления на дно, проникновение влаги в разломы коры и изменение сейсмичности, изменение условий рыболовства, развития планктона и водной растительности, изменение микроклимата, изменение условий отдыха, спортивных занятий, бальнеологических и других факторов водной среды.

и). Изменение ландшафта при сооружении разнородных теплоэнергетических объектов, потребление ресурсов литосферы, в том числе: вырубка лесов, изъятие из сельскохозяйственного оборота пахотных земель, лугов, взаимодействие берегов с водохранилищами.

к). Воздействие выбросов, выносов и изменение характера взаимодействия водных бассейнов с сушей на структуру и свойства континентальных шлейфов.

Примесные загрязнения могут суммарно воздействовать на естественный круговорот и материальные балансы тех или иных веществ между атмосферой, гидросферой и литосферой.

Из анализа общих схем взаимодействия теплоэнергетических установок с окружающей средой, следует, что основным фактором взаимодействия ТЭЦ и ТЭС с водной средой является потребление воды системами технического водоснабжения, в том числе безвозвратное потребление воды. Основная часть расхода воды в этих системах на охлаждение конденсаторов паровых турбин. Остальные потребители технической воды (системы золо- и шлакоудаления, химводоочистки, охлаждения и промывки оборудования) потребляют 7% общего расхода воды, являясь при этом , основным источником примесного загрязнения.

АЭС воздействуя на водный бассейн, в то же время влияют на некоторые растения и вещества (растворённые в воде и содержащиеся в данных отложениях), некоторые из них накапливают радиоактивные изотопы в концентрациях, на несколько порядков превышающих равновесные в окружающей воде. При существующих условиях воздействия ядерной теплоэнергетики на гидросферу (и методах контроля выбросов) освоенные типы ядерных теплоэнергетических установок не представляют собой угрозы нарушения локальных и глобальных равновесных процессов в гидросфере и её взаимодействие с другими оболочками Земли (за исключением аварийных ситуаций, вызывающих загрязнение окружающей среды радиоактивными веществами). Все другие виды воздействия АЭС на гидросферу и литосферу, не связанные с радиоактивностью (влияние систем водоснабжения, фильтров), качественно не отличаются от аналогичных воздействий ТЭС и ТЭЦ.

Учёными доказано, что основными видами примесных выбросов энергетических объектов, поступающими на поверхность гидросферы и литосферы , являются твёрдые частицы, выносимые в атмосферу дымовыми газами и оседающие на поверхность (пыль, зола, шлаки), а также горючие компоненты продуктов обогащения, переработки и транспортировки топлив. Весьма вредными загрязнениями поверхности гидросфер и литосфер является жидкое топливо, его компоненты и продукты его потребления и разложения.

Выбросы теплоты являются одним из основных факторов взаимодействия теплоэнергетических объектов с окружающей средой, в частности с атмосферой и гидросферой. Выделение происходит на всех стадиях преобразования химической энергии органического вещества или ядерного топлива для выработки тепловой энергии. Большая часть теплоты, получаемой охлаждающей водой в конденсаторах паровых турбин, передаётся в водоёмы, водотоки, а оттуда в атмосферу (t воды в месте сброса нагретой воды повышается, что ведёт к повышению средней.

Температуры поверхности водоёма, атмосферный воздух над теплоэнергетической установкой повышается, вследствие энергии, выделенной этой установкой в атмосферу).

Теплоэлектростанции оказывают значительное негативное воздействие на состояние всех элементов окружающей природной среды. Это, прежде всего, химическое загрязнение, связанное со значительными выбросами в атмосферу таких загрязнителей, как оксиды азота, углерода, диоксид серы, зола. Одним из наиболее токсичных газообразных выбросов энергоустановок является сернистый ангидрид – SO2 . Он составляет примерно 99% выбросов сернистых соединений (остальное количество приходится на SO3). Его удельная масса – 2,93 кг/м3, температура кипения – 195єC. Продолжительность пребывания SO2 в атмосфере сравнительно невелика. Он принимает участие в каталитических, фотохимических и других реакциях, в результате которых окисляется и выпадает в сульфаты. В присутствии значительных количеств аммиака NH3 и некоторых других веществ время жизни SO2 исчисляется несколькими часами. В сравнительно чистом воздухе оно достигает 15 – 20 суток. В присутствии кислорода SO2 окисляется до SO3 и вступает в реакцию с водой, образуя серную кислоту. Загрязнение гидросферы органическими и взвешенными веществами, поступающими со сточными водами; различные виды физических воздействий, таких как тепловое и акустическое. Кроме того, деятельность теплоэлектростанций связана с образованием большого количества отходов различных классов опасности, значительную часть которых составляют золошлаковые отходы (ЗШМ). При сжигании угля на тепловых электростанциях (ТЭС) образуется большое количество золошлаковых отходов (ЗШО), оказывающих негативное влияние на все компоненты окружающей природной среды. Из числа самых главных экологических проблем, возникающих при образовании и размещении ЗШО, выделяют следующие: накопление токсичных элементов в продуктах сжигания угля; расположение золошлакоотвалов (далее золоотвалов) вблизи больших городов (а нередко в черте города); поступление (выброс) токсичных микроэлементов в атмосферный воздух, загрязнение окружающей среды прилегающего района; загрязнение токсичными элементами, тяжелыми металлами поверхностных и подземных источников, земли, почвы при складировании и хранении золошлаковых материалов на золоотвале (золошлакоотвале); отчуждение больших территорий с целью строительства золоотвалов для размещения ЗШО; использование в большинстве ТЭС технологического оборудования, не отвечающего требованиям экологической безопасности; низкий процент утилизации ЗШО в качестве товарной продукции. Следует особо подчеркнуть, что защита подземных и поверхностных вод от загрязнения токсичными химическими элементами и их соединениями является одной из наиболее серьезных и сложных проблем.

ТЭС производят энергию при помощи турбин, приводимых в движение нагретым паром, а отработанный пар охлаждается водой. Поэтому от электростанций в водоёмы непрерывно поступает поток воды с температурой на 8-12єC превышающей температуру воды в водоёме. Крупные ТЭС сбрасывают до 90 мі/с нагретой воды. По подсчётам немецких и швейцарских учёных, возможности рек Швейцарии и верхнего течения Рейна по нагреву сбросной теплотой электростанций уже исчерпаны. Нагрев воды в любом месте реки не должен превышать больше чем на 3єC максимальную температуру воды реки, которая принята равной 28єC. Из этих условий мощность электростанций ФРГ, сооружаемых на Рейне, Инне, Везере и Эльбе, ограничивается значением 35000 МВт. Тепловое загрязнение может привести к печальным последствиям. По прогнозам Н.М. Сваткова изменение характеристик окружающей среды (повышение температуры воздуха и изменение уровня мирового океана) в ближайшие 100-200 лет может вызвать качественную перестройку окружающей среды (стаивание ледников, подъём уровня мирового океана на 65 метров и затопление обширных участков суши). Для уменьшения концентрации вредных соединений в приземном слое воздуха котельные ТЭС оборудуют высокими, до 100-200 и более метров, дымовыми трубами. Но это приводит также к увеличению площади их рассеивания. В результате крупными промышленными центрами образуются загрязнённые области протяженностью в десятки, а при устойчивом ветре – в сотни километров. Наиболее «чистое» топливо для тепловых электростанций – газ, как природный, так и получаемый при переработке нефти или в процессе метанового брожения органических веществ. Наиболее «грязное» топливо – горючие сланцы, торф, бурый уголь. При их сжигании образуется больше всего пылевых частиц и оксидов серы.

ПРОБЛЕМЫ г. МОСКВЫ. ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ И ЗДОРОВЬЕ НАСЕЛЕНИЯ.

Эколого-гидрогеологические проблемы использования подземных вод для водоснабжения г. Москвы

В качестве примера предполагаемого крупного отбора под­земных вод и связанных с этим природоохранных ограничений рассмотрим проблемы водоснабжения г. Москвы.

Питьевое водоснабжение большинства небольших городов с населением менее 100 тыс. человек в каждом почти полностью основано на подземных водах. Третья часть крупных городов с населением свыше 250 тыс. человек, использует для питьевого водоснабжения исключительно подземные воды, и еще треть -подземные и поверхностные воды совместно. Однако водоснаб­жение крупнейших городов России и прежде всего таких мно­гомиллионных городов как Москва и Санкт-Петербург основа­но почти полностью на поверхностных водах.

До настоящего времени Москва остается одним из немно­гих крупных городов России, практически не использующих для питьевого водоснабжения подземные воды. Выход из строя во­дозаборов в связи с возможными аварийными ситуациями при­водит к загрязнению поверхностных вод. Поэтому использова­ние защищенных от загрязнения пресных подземных вод напор­ных водоносных горизонтов должно повысить надежность системы хозяйственно-питьевого водоснабжения города.

Состав и свойства подземных вод изучены в пределах Мос­ковского региона до глубин, составляющих примерно 1500 м. Пресные подземные воды с минерализацией до 1 г/л распрост­ранены до глубин в среднем 250-300 м, в отдельных районах до глубин всего 80-100 м. В настоящее время сеть скважин включает около 1100 наблюда­тельных скважин.

Геолого-гидрогеологический разрез территории Москов­ской области представлен двумя гидрогеологическими эта­жами: нижним, сложенным преимущественно известняками ка­менноугольного возраста, и вышележащими рыхлыми песчано-глинистыми отложениями мелового и четвертичного возраста. Эти водоносные толщи разделены регионально выдержанным водоупором юрских глин мощностью от 8-10 до 30-40 м, кото­рые в долинах рек часто размыты.

Примерно 80% водоотбора подземных вод осуществляется городскими водозаборами, в зонах расположения которых в последние го­ды ухудшилась экологическая обстановка. Эти водозаборы, особенно расположенные в г. Москве и ближайших его окрест­ностях, работают в условиях постоянного риска загрязнения.

Для решения проблемы более широкого использования пре­сных подземных вод хорошего качества в течение нескольких лет были разведаны 4 крупных месторождения подземных вод, находящихся в радиусе примерно 100—120 км от города. Общий отбор подземных вод в объединенной системе водоснабжения из новых четырех крупных водозаборов предусмотрен в количе­стве 2,7 млн. м3
/сут. При этом общий отбор подземных вод на территории Московского региона не должен превышать вели­чины их естественных ресурсов (питания), которые оценены в 8,7 млн. м7сут.

При распределении эксплуатационных запасов подземных вод между Москвой и Московской областью приоритет отдан городам Московской области. Потребность области в воде со­ставляет 5 млн. м3
/сут. Ее планируется удовлетворить как за счет подземных вод месторождений, не включенных в объединен­ную систему (3,8 млн. м3
/сут), так и месторождений, входящих в эту систему (1,1 млн. м3
/сут). Предусматривается, что только после удовлетворения перспективной потребности в подземной воде питьевого качества городов Московской области возмож­но их использование для водоснабжения самого г. Москвы.

Известно, что требованиями Государственного стандарта России "Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Защита си­стемы хозяйственно-питьевого водоснабжения", установлено, что водоснабжение средних и крупных городов должно быть основано на не менее, чем двух независимых источниках во­доснабжения.

Одним из таких источников должны быть подземные воды, минимальная доля которых в водоснабжении города должна быть достаточной, чтобы иметь возможность обеспечивать беспере­бойную подачу питьевой воды населению при отключении по­верхностных водоисточников в период их аварийного загрязне­ния. "Генеральной схемой..." предусматривалось комплексное решение двух важных проблем: водообеспечение подземной водой питьевого качества ряда городов и населенных пунктов Мос­ковской области и создание автономного источника резервного водоснабжения столицы на случай непредвиденных природно-техногенных катастроф, исключающих возможность использо­вания подземных вод.

В "Схеме..." обосновывается возможность использования подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения на­селения Московского региона. "Схемой..." предусматривается создание объединенной системы водоснабжения, состоящей из четырех систем водозаборов подземных вод (Северной, Юж­ной, Восточной и Западной) с общим отбором подземных вод 2,7 млн. м3
/сут (соответственно 860,1200,500 и 140 тыс. м3
/сут). При разработке "Схемы..." авторы исходили из следующих ос­новных принципиальных соображений:

- интенсификация использования подземных вод в Москов­ском регионе является единственным, практически не имеющим альтернатив способом повышения надежности водоснабжения столицы России и близлежащих районов;

- общий отбор подземных вод на территории Московского региона не должен превышать величину их естественных ресур­сов, иными словами, не должен быть больше величины их ежегод­ного естественного восполнения (за многолетний период):

- в первую очередь должна быть удовлетворена потребность в воде питьевого качества городов Московской области (около 5 млн. м3
/сут). Ее планируется удовлетворить как за счет уже существующих разведанных и эксплуатируемых месторождений подземных вод области, не включенных в объединенную систе­му (3,8 Млн. м3
/сут), так и новых месторождений на указанных 4-х участках, включенных в эту систему (1,1 млн. м3
/сут);

- на водоснабжение самого города Москвы будет использо­ваться только часть запасов подземных вод, которая остается после удовлетворения потребностей в воде Московской обла­сти (1,6 млн. м3
/сут).

В процессе оценки перспективных возможностей интенси­фикации использования подземных вод с помощью математи­ческих моделей изучалось взаимодействие между существую­щими и проектными водозаборами.

Предлагаемые к использованию 2,7 млн. м3
/сут подземных вод рекомендовалось распределить между отдельными систем­ами следующим образом: Северная система - 0,8, Южная си­стема - 1,2, Восточная система - 0,56 и Западная система -0,14 млн. м3
/сут.

Как указывалось выше, первоначально предполагалось, что производительность водозаборов, входящих в объединенную систему водоснабжения, составит около 2,7 млн. м3
/сут, из ко­торых 1,6 млн. м3
/сут планировалось подавать в Москву. Одна­ко, в последнее время установлено, что дополнительная вода городу не нужна, что вызвано прежде всего осуществляемыми и планируемыми мероприятиями по экономии воды и уменьше­нию общей потребности в воде в силу ряда причин экономичес­кого характера.

Поэтому подача подземных вод в Москву в пе­риоды интенсивного загрязнения поверхностных вод может быть ограничена 1,0 млн. м3
/сут (исходя из нормы 100-200 л/сут на 1 человека при численности населения г. Москвы в 8,5 млн. че­ловек).

В настоящее время в качестве первоочередного освоения выбрана южная группа месторождений, основанная на исполь­зовании подземных вод каменноугольных водоносных горизон­тов в долине р. Оки (район г. Серпухова).

Качество подземных вод на участках, включенных в объеди­ненную систему, в целом соответствует нормам для питьевых вод, установленным в России, за исключением повышенного содержания железа и марганца. Кроме того, на Южной системе отмечается пониженное содержание фтора. Месторождения Северной и Восточной систем надежно защищены от возмож­ного загрязнения, а месторождения Южной и Западной систем являются слабо защищенными. Выполненные специальные гид­родинамические расчеты показывают, что качество подземных вод при эксплуатации изменится незначительно и это не приве­дет к невозможности их использования для питьевого водоснаб­жения.

При разработке "Генеральной схемы объединенной системы водоснабжения г. Москвы й Московской области с использова­нием подземных источников" значительное внимание уделялось прогнозу возможных экологических последствий интенсифика­ции использования подземных вод. В частности, анализирова­лось влияние снижения уровня в верхнем водоносном горизон­те на состояние растительности, ландшафтов, прогнозировалось возможное изменение речного стока (особенно стока малых рек), опасность загрязнения эксплуатируемых водоносных горизон­тов за счет миграции загрязнителей при изменении гидродина­мических условий взаимодействия подземных и поверхностных вод и отдельных водоносных горизонтов между собой. При этом авторы "Схемы..." правильно подчеркивают, что при прогнозе возможного влияния отбора подземных вод на окружающую сре­ду первостепенное значение имеет анализ опыта эксплуатации действующих водозаборов подземных вод. Как уже отмечалось, многолетняя эксплуатация подземных вод, вызывающая сниже­ние уровней подземных вод в каменноугольных водоносных горизонтах на многие десятки метров, не привела к заметным и опасным негативным экологическим последствиям, за ис­ключением уменьшения меженного стока рек на отдельных уча­стках.

Влияние эксплуатации подземных вод на сток малых рек про­является двояко: иногда на некоторых реках возникают участки, где поверхностный сток уменьшается (Москва в верховьях, Ис­тра в среднем течении, Пахра, Нерская, Нора и некоторые дру­гие) за счет питания рекой грунтовых водоносных горизонтов й сокращения подземного стока в реки. В других случаях за счет сброса в реки очищенных отработанных вод, различных стоков, речной сток по сравнению с естественным увеличивается (реки Воря, Торгоша, Пажа). Характерной в этом отношении являет­ся р. Клязьма, сток которой выше Ногинска уменьшился по срав­нению с естественным, а ниже Ногинска и Электростали - уве­личился.

Математическое моделирование, проведенное с учетом се­зонного регулирования питания грунтовых водоносных го­ризонтов, показало, что "ущерб" меженному стоку малых рек составит около 10% в год средней водности и 17-18% в год вод­ности 95% обеспеченности. На отдельных участках рек, где ме­женный сток рек 95% обеспеченности уменьшится более, чем на 25-30%, потребуется осуществление специальных меропри­ятий, таких как устройство русловых запруд, подпитывание ма­лых рек в экстремальных ситуациях подземными водами и др.

Следует отметить, что проблема интенсификации использо­вания подземных вод в Московском регионе вызвала небыва­лый интерес и прежде всего значительное беспокойство у насе­ления и ряда ученых, в частности Пущинского научного центра. Еще ни разу в бывшем Советском Союзе специалисты и просто жители какого-либо региона не обсуждали столь активно эколо­гические проблемы использования подземных вод. Можно на­звать две основные причины этого:

- впервые в России планируется столь крупный отбор под­земных вод для решения проблемы питьевого водоснабжения такого большого города, как Москва;

- в последние годы наблюдается повышенный интерес насе­ления к экологическим проблемам природопользования, в том числе к опасности крупномасштабного использования подзем­ных вод.

Предварительный вывод авторов проекта, основанный на анализе существующего опыта эксплуатации, о незначительном влиянии водоотбора на уровень подземных вод первого от по­ верхности водоносного горизонта и, тем самым, на раститель­ный мир, в целом является достаточно обоснованным. Однако этот оптимистический вывод, имеющий важное практическое значение для экологии региона, должен быть подкреплен и бо­лее обоснован дальнейшими опытными и экспериментальными исследованиями. В связи с этим одним из важнейших направле­ний дальнейших работ по повышению эффективности исполь­зования подземных вод для водообеспечения Московского ре­гиона является создание комплексного мониторинга окружаю­щей среды, включающего подземные воды. Необходимо также провести специальные опытно-фильтрационные эксперимен­тальные работы на опытных полигонах, позволяющие в натур­ных условиях смоделировать возможное влияние отбора под­земных вод на экосистемы бассейнов малых рек. Проведение исследований в рамках такого мониторинга позволит опреде­лить необходимость, состав и содержание компенсационных мероприятий по минимизации возможного негативного влия­ния крупного отбора подземных вод на сток малых рек, состоя­ние растительности, возникновение или усиление карстово-суффозионных процессов, качество отбираемой подземной воды. Кроме того, результаты таких работ позволят разработать науч­но-обоснованные методические рекомендации по региональной оценке экологических последствий влияния отбора подземных вод на окружающую среду, которые можно будет использовать при решении аналогичных проблем в других регионах.

КАЧЕСТВО ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

Для оценки качества воды применяют физические, химические, бактериологи­ческие и технологические методы анали­за. При учете динамики состава воды в источниках водоснабжения важно, чтобы данные анализа совпадали с биологиче­скими показателями и отражали качество именно той воды, которая будет посту­пать в водозабор и направляться на обра­ботку. Поэтому выбор источника водо­снабжения и отбор проб из него следует проводить в строгом соответствии с ГОСТом.

Характеристика физических показателей качества воды

При оценке качества воды источника необходимо знать ее физические показа­тели (температуру, запах, вкус, мут­ность и цветность).

Температура воды.

Температура природных вод зависит от их происхож­дения. Воды подземных источников отли­чаются постоянством температуры, при­чем с увеличением глубины залегания водсезонныеколебания температурыуменьшаются. Наоборот, температура вод открытыхводоемов (рек, прудов, водохранилищ) претерпевает значитель­ные изменения, связанные с нагреванием и остыванием водоемов. Помимо сезонных изменений на температуру воды в отдельных местах открытых водоемов влияет поступление в них подземных вод, а также тепловых выбросов промышленности. Оптимальная температура воды, используемой для питья, составляет 7—11 °С.

Прозрачностьилимут­ностьводы.

Природные воды, осо­бенно поверхностные, почти никогда не бывают прозрачными из-за наличия в них взвешенных частиц глины, песка, ила, водорослей и других веществ минераль­ного или органического происхождения.

Причиной мутности речных и озерных вод могут быть составные части почв и горных пород, вымываемые реками из своего русла, а также талые воды и лив­невый смыв, т. е. твердые осадки, смы­ваемые дождями с почвы лесов, полей, лугов и улиц населенных пунктов. Лив­невый смыв в период сильных дождей повышает мутность воды в несколько раз. В больших водоемах помутнение воды происходит за счет взмучивания осадков со дна вследствие волнения в ветреную погоду, в результате массового развития одноклеточных водорослей и по другим причинам.

Мутность воды в реках в различные времена года значительно изменяется, причем обычно она резко возрастает вес­ной в период половодья. Наименьшая мутность наблюдается в зимнее время, когда реки покрыты льдом.

Количественное определение взвешен­ных веществ в воде весовым способом за­нимает много времени, и в практике чаще применяются методы косвенной оценки: установление прозрачности или мутно­сти воды. При содержании взве­шенных веществ менее 3 иг/л определяют не прозрачность, а мутность воды (поня­тие, обратное прозрачности), сравнивая испытуемую воду со стандартными суспензиями. Согласно ГОСТ 3351—74 мутность воды определяется фотометри­ческим способом и выражается в милли­граммах на 1 л.

Цветностьводы.

Чистая во­да, взятая в малом объеме, бесцветна. В толстом слое она имеет голубовато-зеленый оттенок. Другие оттенки свиде­тельствуют о наличии в ней различ­ных растворенных и взвешенных при­месей. Для выяснения природы цвет­ной воды необходимо в каждом кон­кретном случае установить причину ,вызвавшую появление того или иного цвета.

Изменение цветности воды в основном обусловливают органические соедине­ния, которые в природных водах весьма разнообразны. Некоторые из них вхо­дят в состав организмов, населяющих воду, а часть является продуктами их жизнедеятельности или распада. В при­родной воде установлено присутствие гумусовых и дубильных веществ, белково- и углеводоподобных соединений, жи­ров, органических кислот и витаминов. Иногда источником окрашенных органических соединений в водоемах слу­жат промышленные и бытовые сточные воды. Коллоидные железистые соедине­ния придают воде оттенки от желтоватых до зеленых.

Цветность воды выражается в градусах и определяется фотометрически — путем сравнения проб испытуемой жидкости с растворами, имитирующими цвет при­родной воды.

Вкусизапахводы.

Разли­чают четыре вкуса природной воды: соле­ный, горький, сладкий и кислый. При. родные воды, используемые для водоснабжения, могут обладать соленым или горьким вкусом, что связано с присутствием избытка растворенных солей.

В частности, избыток MgS04
вызывает горькийвкус,
избытокNaCl — соленый. Кислый вкус имеют минеральные воды при избытке растворенной углекислоты. Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами. Так, соли же-леза (II) и марганца придают воде чер­нильный илижелезистый привкус, CaS04
— вяжущий. Интенсивность вкуса и привкуса определяется органолептически при 2

0 °С и оценивается по пятибалльной сис­теме.

Запахи воды бывают естественного и искусственного происхождения. Причи­ной запахов естественного происхожде­ния могут быть химический состав при­месей воды, живущие и отмершие в воде организмы, загнивающие растительные остатки, специфические соединения, вы­деляемые некоторыми водорослями и микроорганизмами. К этим за­пахам относятся следующие: аромати­ческий, болотный, гнилостный, древес­ный, землистый, запах плесени, рыбный, травянистый, неопределенный, а также запах сероводорода, часто обусловливае­мый присутствием последнего в воде.

Наличие в воде запахов естественного происхождения периодически наблю­дается в реках и каналах. В водохрани­лищах запахи часто появляются в период массового р
азвития водорослей, во вре­мя так называемого цветения воды.

Вещества, обусловливающие запахи естественного происхождения, являются сложными смесями ароматических угле­водородов и кислородсодержащих соеди­нений (спирты, альдегиды, кетоны, сложные эфиры). Они летучи, раз­рушаются сильными окислителями и хо­рошо поглощаются активированным уг­лем. Запахи искусственного проис­хождения, вызываемые примесями про­мышленных сточных вод, называются по соответствующим веществам: феноль-ный, хлорфенольный, нефтяной и т. д.

Характеристика химических показателей качества воды

Химический анализ природной воды имеет решающее значение в практике во­доснабжения. Результаты анализа позво­ляют установить пригодность источника для питьевого и технического водоснаб­жения, наличие в воде вредных для ор­ганизма загрязнений или соединений, способствующих ее коррозийной актив­ности, вспениванию, образованию наки­пи и т. д.

На основании сопоставления результа­тов анализа природной воды с требова­ниями, предъявляемыми к ней потреби­телем, можно судить о том, каким про­цессамочистки следуетподвергнуть эту воду для улучшения тех или иных пока­зателей ее качества.

К химическим определениям относятся установление активной реакции воды, окисляемости, азотсодержащих веществ, растворенных в воде газов, плотного ос­татка и потерь при прокаливании, жест­кости и щелочности, а также хлоридов, сульфатов, железа, марганца и других элементов.

Активная реакция воды
, т. е. степень ее кислотности или щелочности, опреде­ляется концентрацией водородных ионов, точнее, их активностью.

Активность представляет собой эффектив­ную концентрацию вещества, учитывающую взаимодействие его ионов или молекул друг с другом, а также с молекулами растворителя.

Окисляемость воды
. Наличие в при­родных водах органических и некоторых легкоокисляющихся неорганических примесей (сероводорода, сульфитов, же­леза (II) и др.) обусловливает опреде­ленную величину окисляемости воды. В связи с тем что окисляемость поверх­ностных вод объясняется главным обра­зом наличием органических веществ, установление окисляемости, т. е. коли­чества кислорода, необходимого для окисления примесей в данном объеме зоды, является одним из косвенных ме­тодов определения органических веществ в воде.

Окисляемость природных, особенно по­верхностных, вод не является постоян­ной величиной. Изменение химической характеристик, поступающих в воду веществ меняет величину ее окисляемо­сти. Повышенная окисляемость воды сви­детельствует о загрязнении источника и требует применения соответствующих ме­роприятий по его охране при использова­нии для водоснабжения. Внезапное повы­шение окисляемости воды служит при­знаком загрязнения ее бытовыми сточны­ми водами, поэтому величина окисляе­мости — важная гигиеническая характе­ристика воды.

Окисляемость определяют обработкой исследуемой воды марганцевокислым ка­лием (пермангнатная окисляемость).

Определение окисля­емости является не только способом уста­новления концентрации органических ве­ществ, но в сочетании с другими показа­телями, например с цветностью, может служить и методом определения их про­исхождения.

Азотсодержащие вещества (ионы ам­мония, нитритные и нитратные ионы) образуются в воде в результате разложе­ния белковых соединений, попадающих в нее почти всегда со сточными бытовыми водами, сточными водами коксобензоль-ных, азотнотуковых и других заводов. Белковые вещества под действием мик­роорганизмов подвергаются распаду, ко­нечный продукт которого — аммиак. Наличие последнего свидетельствует о загрязнении воды сточными водами.

Сухой остаток и потеря при прокали­вании. О количестве солей, содержащих­ся в природных водах, можно судить по величине сухого остатка и потере массы при прокаливании. Сухой остаток, обра­зующийся при выпаривании определен­ного объема воды, предварительно про­фильтрованной через бумажный фильтр, состоит из минеральных солей и нелету­чих органических соединений. Органи­ческая часть сухого остатка воды опреде­ляется потерей его при прокаливании.

Наличие в воде большого количества сульфатов нежелательно, так как суль­фат натрия, например, нарушает деятель­ность желудочно-кишечного тракта, а сульфаты кальция и магния повышают некарбонатную жесткость воды.

Сульфаты и хлориды в определенных концентрациях являются причиной кор­розийной активности (агрессивности) во­ды.

Воды, содержащие большое количество сульфатов, оказывают разрушающее действие на бетонные конструкции.

Щелочность воды. Под общей щелоч­ностью воды подразумевается сумма со­держащихся в воде гидроксильных ионов (ОН) и анионов слабых кислот, напри­мер угольной (ионов НСОз, СОз). По­скольку в большинстве природных вод преобладают углекислые соединения, различают обычно лишь гидрокарбонат­нуюи карбонатнующелочность. При некоторых приемах обработки воды и при рН ее выше 8,5 возникает гидратная щелочность.

Щелочные металлы. Изионов щелоч­ных металлов в воде наиболее распрост­ранены Naи К, попадающие в воду в результате растворения коренных по­род. Основным источником натрия в при­родных водах являются залежи пова­ренной соли. В природных водах натрия содержится больше, чем калия. Это объ­ясняется лучшим поглощением послед­него почвами, а также большим извлече­нием его из воды растениями.

Жесткость воды. Жесткость природ­ных вод обусловливается наличием в них солей кальция и магния. Ионы Са2+
по­ступают в воду при растворении извест­няков под действием содержащейся вводе углекислоты водой гипса

СаС03
+ Н2
0 + С02
<± Са2
+ + 2НСОо

.

Основным источником ионов магния служат доломиты, также растворяющие­ся водой в присутствии углекислоты.

Хотя указанные соли и не являются особо вредными для организма, наличие их в воде в больших количествах нежела­тельно, так как вода становится непри­годной для хозяйственно-питьевых нужд и промышленного водоснабжения. В жесткой воде плохо развариваются овощи, перерасходуется мыло при стирке белья. Жесткая вода непригодна для пи­тания паровых котлов; ее нельзя исполь­зовать во многих отраслях промышлен­ности .

Общая жесткость воды представляет собой суммы карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

Карбонатнаяжесткост ь, свя­занная с присутствием в воде в основном гидрекарбонатов кальция или магния, почти полностью удаляется при кипяче­нии воды. Гидрокарбонаты при этом рас­падаются с образованием углекислоты, в осадок выпадают карбонаты кальция и гидроксид магния.

Некарбонатнаяжесткость обусловливается присутствием кальцие­вых и магниевых солей серной, соляной •и азотной кислот и кипячением не устра­няется.

Жесткость воды представляет сумму эквивалентных концентраций ионов Са2+
и Mg2+
и выражается в миллиграмм-экви­валентах на 1 л; 1 мг-экв/л жесткости отвечает 20,04 мг/л ионов Са'2+
или12,16 мг/л ионов Mg2
+.

Железо имарганец. Железо в природ­ных водах может находиться в виде ионов Fe2
и Fe3
, неорганических (Fe(OH)3
, Fe(OH)2
, FeS) и органических коллоидов, комплексных соединений (главным образом органических комп­лексных соединений железа) и тонкодис­персной взвеси (Fe(OH)3
, Fe(OH)2
, FeS). В поверхностных водах железо содер­жится в виде органических комплексных соединений, коллоидов или тонкодиспер­сных взвесей. В подземных водах при от­сутствии растворенного кислорода же­лезо обычно находится в виде солей же­леза (II). Форма, в которой присутствуют в природных водах железо и марганец, зависит от величины рН и содержания кислорода.

Обычно содержание железа и марганца не превышает нескольких десятков миллиграммов в 1 л воды. Хотя вода, содержащая и более высокие количества этих ионов, совершенно безвредна для здоровья, все же для питьевых, промыш­ленных и хозяйственных целей она не­пригодна, так как имеет неприятный чернильный или железистый привкус.

Наличие в воде железа и марганца мо­жет приводить к развитию в трубопро­водах железистых и марганцевых бакте­рий, использующих в процессе своей жизнедеятельности энергию, выделяе­мую при окислении соединений с низшей в соединения с высшей валентностью. Продукты жизнедеятельности бактерий накапливаются в таких количествах, что могут значительно уменьшить сече­ние водопроводных труб, а иногда и пол­ностью их закупорить.

Соединения кремния. Кремний при­сутствует в природных водах в виде ми­неральных и органических соединений. Выщелачивание силикатных пород обо­гащает природные воды кремниевой кис­лотой и ее солями. Кремниевая кислота очень слабая и диссоциирует на ионы в незначительной степени.

Наличие соединений кремния в пить­евой воде не вредно для здоровья. Если же вода используется для питания паро­вых котлов высокого давления, содержа­ние самого незначительного количества кремниевой кислоты недоступно из-за образования плотной силикатной накипи.

Соединения фосфора. Фосфор встре­чается в воде в виде ионов ортофосфор­ной кислоты или органического комплек­са, а также в виде взвешенных частиц органического и минерального проис­хождения. Соединения фосфора содер­жатся в природных водах в ничтожных количествах, однако имеют огромное зна­чение для развития растительной жизни в водоемах.

Растворенные в воде газы. Из раство­ренных в воде газов наиболее важными для оценки ее качества являются угле­кислота, кислород, сероводород, азот и метан. Углекислота, кислород и серово­дород при определенных условиях при­дают воде коррозийные свойства по отно­шению к бетону и металлам.

Углекислота встречается в боль­ших или меньших количествах во всех природных водах. Подземные воды обо­гащаются углекислотой за счет разложе­ния органических соединений в воде и почвах, а также вследствие протекающих в глубине геохимических процессов.

Уменьшение содержания С02
в при­родных водах может происходить благо­даря выделению углекислоты в атмосфе­ру, растворению карбонатных пород с образованием гидрокарбонатов или в результате фотосинтеза.

Агрессивные свойства углекислоты ос­нованы на ее способности взаимодейство­вать с карбонатными породами и перево­дить их в растворимые в воде гидрокар­бонаты, а также на некотором снижении рН среды, в результате чего усиливается электрохимическая коррозия некоторых металлов, например железа.

Углекислота не является коррозион­ным агентом, непосредственно воздейст­вующим на металл. Действие ее заклю­чается в растворении карбонатов состав­ных частей ржавокарбонатных отложе­ний, которые образуются в водопровод­ной сети. В результате этого процесса происходят дальнейшая коррозия ма­териала труб и образование новых отло­жений; вода приобретает желтую или красноватую окраску, неприятный вкус и содержит мелкие комья рыхлых желе­зистых веществ.

Кислород может находиться в природных водах в различных концент­рациях (0—14,6 мг/л), что определяется интенсивностью противоположно направ­ленных процессов, влияющих на содер­жание кислорода в воде. Обогащение воды кислородом происходит за счет растворения его из воздуха (в соответст­вии с парциальным давлением кислорода и температурой воды) и выделения вод­ной растительностью в процессе фото­синтеза

Окисление некоторых примесей воды, гниение органических остатков, броже­ние, дыхание организмов понижают со­держание кислорода в воде. Резкое уменьшение содержания кислорода в воде по сравнению с нормальным сви­детельствует о ее загрязнении.

Определение концентрации кислорода имеет большое значение при изучении физико-химического режима водоема, его самоочищения и биологической жизни.

Кислород интенсифицирует процессы коррозии металлов, поэтому в водах, которые используются для теплоэнерге­тических систем, количество растворен­ного кислорода лимитируется.

Сероводород попадает в при­родные воды в результате их соприкос­новения с гниющими органическими ос­татками (сероводород органического про­исхождения) либо с некоторыми мине­ральными солями (гипсом, серным кол­чеданом и др.). Последние, восстанавли­ваясь и разлагаясь, выделяют сероводо­род (сероводород неорганического проис­хождения).

Наличие в воде сероводорода органи­ческого происхождения свидетельствует о загрязненности водоисточника.

Сероводород необхо­димо удалять из воды, используемой для хозяйственно-питьевого или промыш­ленного водоснабжения.

Азот попадает в природные воды при поглощении его из воздуха, восста­новлении соединений азота денитрифи­цирующими бактериями, а также в ре­зультате разложения органических ос­татков. Несмотря на меньшую по сравне­нию с кислородом растворимость азота содержание последнего в природных во­дах больше из-за более высокого пар­циального давления его в воздухе.

Метан образуется в воде иногда в очень значительных количествах при разложении микробами клетчатки расти­тельных остатков.

Микроэлементы. Наряду с органиче­скими и минеральными примесями и за­грязнениями, которые находятся в при­родных водах в относительно больших количествах, в последних содержится ряд химических элементов в самых нич­тожных дозах (иод, бром, фтор, селен, теллур и др.) . В отличие от других примесей природных вод эти элементы почти не контролируются, хотя в настоящее время установлено, что ониоказывают большое влияние на здоровье человека.

Для нормальной жизнедеятельности человеческого организма содержание пе­речисленных элементов в воде должно на­ходиться в строго определенных преде­лах. При нарушении этих пределов могут возникать массовые заболевания, назы­ваемые геохимическими эндемиями.

На­пример, установлена суточная потреб­ность организма в иоде и фторе. Человек ежесуточно должен потреблять 0,06— 0,10 мг иода. Отсутствие или недостаток его в питьевой воде и пище нарушает нормальную деятельность щитовидной железы и приводит к тяжелому заболе­ванию — эндемическому зобу.

Содержание фтора в питьевой воде должно находиться в пределах 0,7— 1,5 мг/л. Недостаточное или избыточное содержание его в воде одинаково вредно и вызывает разрушение зубов и измене­ния в костях скелета.

Радиоактивные элементы. К примесям природных вод относятся и радиоактив­ные элементы. Допустимым пределом радио­активности в обычной питьевой воде счи­тается10-8
—10-9
мкКи/л. Радиоактив­ность некоторых минеральных вод дости­гает 2,8 •10-3
мкКи/л.

Ядовитые вещества попадают в воду с промышленными отбросами и канализа­ционными сточными водами населенных пунктов, а также при умышленном отрав­лении водоема. Токсическая концентра­ция таких веществ обычно достигается уже при содержании их в количестве не­скольких миллиграммов (редко одного-двух десятков миллиграммов) в 1 л воды. К этой группе веществ относятся свинец,, цинк, медь, мышьяк, ртуть и др., а также органические вещества, называемые от­равляющими (ОВ).

Свинец, медь и цинк попадают в воду главным образом с промышленными сточ­ными водами. Наиболее ядовитыми из этих металлов является свинец, который накапливается в организме и может вы­звать опасное отравление.

Вода, подаваемая населению, не долж­на содержать более 0,03 мг/л свинца, 1 мг/л меди и 5 мг/л цинка. Определение содержания этих металлов требуется лишь в тех случаях, когда предпола­гается наличие их в источнике водоснаб­жжения.

Мышьяк в очень небольших концент­рациях может поступать в воду из почв, содержащих его соли. В значительных количествах он был обнаружен в некото­рых минеральных водах. В открытые водоемы мышьяк попадает со сточными водами населенных пунктов и промыш­ленных предприятий (от дубильных це­хов кожевенных заводов, красильных, ситцепечатных фабрик, металлообраба­тывающих заводов и т. д.). Его содержа­ние в питьевой воде не должно превы­шать 0,05 мг/л.

Известны ОВ самого различного дейст­вия, однако, попадая в воду, они ведут себя в основном как общеядовитые. На зараженность воды ОВ могут указывать некоторые внешние признаки и данные обычных методов контроля, так как на­личие ОВ вызывает изменение многих показателей качества воды, например рН, окисляемое, хлоропоглощаемости, содержания хлоридов и растворенного кислорода, а также данные биологиче­ских и бактериологических исследова­ний. Поэтому все перечисленные показа­тели в условиях отравления воды ОВ должны определяться и фиксироваться систематически.

АНАЛИЗ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА ДОЛИНЫ РЕКИ КОЗЛОВКА

При изучении гидрогеологических условий впервую очередь составляются гидрогеологические разрезы.Они необходимы при проведении любых видов гидрогеологических исследований. Гидрогеологические разрезы обычно прилагаются к картам, поясняя и дополняя их.

Перечислим основные положения, которые должны быть отмечены при этом описании.

1. Характерводоносныхго­ризонтовиусловияихзале­гания устанавливаются из анализа литологического состава пород и данных водопроявлений по скважинам, шурфам и источникам. Н а порныйгоризонт характеризуется на­личием выдержанных водоупорных толщ в кров­ле и в подошве водосодержащего пласта и избы­точного напора воды над кровлей пласта. По­следний проявляется в том, что уровни, встре­ченные при бурении и вскрытии водоносного го­ризонта, поднимаются и устанавливаются выше верхней границы, или кровли, пласта (так назы­ваемые установившиеся напорные уровни). По­ложение установившихся напорных уровней по скважинам определяет положение пьезометриче­ской кривой. Для любого сечения составленного разреза по этим данным можно определить мощность по­тока как разность отметок кровли и подошвы во­доносного пласта, глубину вскрытия напорного водоносного горизонта как разность между отмет­ками поверхности земли и кровли водосодержа­щего пласта, ожидаемый установившийся уро­вень напорных вод при бурении скважины как разность между отметкой поверхности земли и пьезометрической кривой. Величина напора над кровлей определяется разностью отметок между установившимся уровнем и кровлей пласта. По разрезу можно выявить участки возможного самоизлива, приуроченные к зонам, где поверх­ность земли располагается ниже пьезометриче­ской кривой.

Грунтовыеводы — воды, не насы­щающие полностью весь водопроницаемый пласт, их поверхность является свободной; напор на поверхности воды равен атмосферному давлению.

Установившийся уровень грунтовых вод, по­казывающий положение кривой депрессии, обыч­но фиксируется на том же уровне, где он был встречен при бурении скважины (разница между глубиной появления и установления уровня для грунтовых вод может быть в ряде случаев за счет отбора воды с породой в процессе бурения). Глубина до грунтовых вод по разрезу определяет­ся разностью отметок поверхности земли и кри­вой депрессии, мощность потока — разностью отметок кривой депрессии и водоупорной подош­вы водоносного пласта.

На отдельных участках грунтовые воды мо­гут перекрываться линзами и прослоями водо­упорных пород, и тогда здесь поток приобретает местный напор.

2. Поразрезуможнодатьха­рактеристикуусловийдвиже­нияпотоковподземныхвод, определить направление потока, вычислить из­менения уклона подземных вод на разных участ­ках и определить расход потока, если известны коэффициенты фильтрации.

Направление движения потока устанавли­вается от участков с большими отметками пьезо­метрической или депрессионной кривой, имею­щимися на исследуемом разрезе, к участкам с меньшими отметками.

Уклон потока, или напорный градиент, оп­ределяют по разности абсолютных или относи­тельных отметок уровней в двух сечениях потока, отнесенных к расстоянию между этими сечения­ми:

I=H1
–H2
/l1-2
,

ГдеI-уклон

Н1
и Н2
-абсолютные или относительные величины,

l1
-2
– расстояние между сечениями.

3. Условияпитанияи разгрузкиподземныхвод устанавливаются для напорных вод из из анализа отметок пьезометрической кривой; » максиимальные отметки имеют место в области питания подземных вод, минимальные — в области разгрузки. Областью питания для напорных обычно являются участки выхода водосодержащих толщ на высоких отметках на поверхность участки фильтрации вод из вышележащих зонтов в местных выклиниваниях последних или при уменьшении мощности разделяющих водоупоров. Наличие перетекания из одного водоносного горизонта в другой устанавливается из сравнения положения пьезометрических кривых этих зонтов: из горизонта, пьезометрическая кривая которого располагается выше, возможно подпитывание другого горизонта, напорные уровни которого располагаются на меньших отметках.

В некоторых случаях подпитывание подземных вод прослеживается на значительных площадях распространения горизонта, через водоупорные толщи; такой тип питания носит региональный характер и обусловлю разностью напоров водоносных горизонтов.

Разгрузка напорных вод так же, как питание, может носить как местный, локальный характер, так и общий, региональный.

АНАЛИЗ КАРТЫ ГИДРОИЗОГИПС

Гидроизогипсы — это линии, соединяющие точки одинако­вых абсолютных отметок уровня грунтовых вод.

Анализ карт гидроизогипс позволяет получить следующую информацию.

1. Направление движения ГВ в любой точке карты. Движение подземных вод подчиняется законам гравитации и происходит от участков с более высокими абсолютными отмет­ками к участкам с меньшими отметками по линии, перпендику­лярной основному направлению гидроизогипс.

2. Характер взаимосвязи подземных вод с поверхностными.

Грунтовые воды могут иметь тесную гидравлическую связь с поверхностными водами. Они могут разгружаться, например, в реку, могут питаться за счет поверхностных вод. Если грунтовый поток на карте гидроизогипс направлен к реке, это означает, что ГВ разгружаются в реку, в другом случае (речной паводок, оро­сительный канал, накопитель сточных вод) поверхностные воды расходуются на питание ГВ и их уровень поднят по отношению к последним. В природе может встречаться ситуация разгрузки и питания подземных вод одновременно.

3.Глубина залегания ГВ в любой точке участка. Параметр (h)определяют по разности между абсолютными отметками поверхности земли и уровнем грунтовых вод.

4.Гидравлический уклон (градиент) грунтового потока.

Гидравлический уклон (градиент) грунтового потока (I)ра­вен разности абсолютных отметок уровней поверхности в двух точках, выбранных по направлению потока, поделенной на рас­стояние между этими точками в масштабе карты:

I=H1
–H2
/l1-2
,

Где I-уклон

Н1
и Н2
-абсолютные или относительные величины,

l1
-2
– расстояние между сечениями.

БАЛАНС ПОДЗЕМНЫХ ВОД.

Водный баланс подземных вод—это количественное со­отношение между их поступлением (приходная часть) и расходованием (расходная часть)(в миллиметрах слоя или кубических метрах на гектар) за определенный период (дека­ду, месяц, год), рассматриваемое относительно выделенного балансового участка. Участок выделяется на карте гидро­изогипс. Для этого проводят граничные линии тока пер­пендикулярно граничным изогипсам напора. Вертикальные сечения, совмещенные в плане с этими границами, выде­ляют балансовый объем. Балансовый участок должен быть типовым, репрезентативным (отражать все особенности ГГС в целом).

Водный баланс тесно связан с режимом подземных вод и выражает количественное соотношение между режимообразующими факторами (РОФ), которые характеризуют данную гидрогеологическую обстановку и проявляются в колебаниях уровня грунтовых вод (УГВ). Колебания УГВ есть результат взаимодействия РОФ как естественных, так и техногенных.

Одни из них характеризуют горизонтальный водообмен в ба­лансовом районе (участке), другие — вертикальный водообмен. Одни элементы характеризуют связь рассматриваемой ГГС с атмосферой и наземной гидросферой, другие — с соседними ГГС. Таким образом, элементы баланса являются режимооб-разующими факторами. В условиях стационарного движения количество поступающей воды равно количеству расходуемой. При нестационарном движении это равенство не соблюда­ется. Превышение поступления над расходом грунтовых вод вызывает подъем УГВ и увеличение запасов, а превышение расходных элементов ведет к снижению уровня и уменьшению их запасов.

Уравнение водного баланса составляют в следующем

порядке:

—задают интервал времени, за который рассматривается баланс;

—все элементы баланса (в соответствии с действующими факторами) записывают в буквенном выражении в виде алгебраической суммы приходных и расходных статей;

—определяют числовые значения всех элементов баланса;

—оценивают результат баланса, т. е. те изменения в за­пасах подземных вод, которые происходят на участке в результате взаимодействия элементов баланса.

Уравнение водного баланса подземных вод используют для общей оценки влияния инженерных сооружений и водохозяй­ственных мероприятий (в том числе и проектируемых) на режим подземных вод и общую природную обстановку в геотехнической системе. Эта оценка, приближенная и для конкретных решений, иногда недостаточна. Это вызывает необходимость использова­ния более сложных методов гидрогеологических исследований. К ним относятся изучение режима уровней и баланса грунтовых вод, изменений как качественных, так и количественных на про­тяжении года под воздействием естественных и искусственных факторов.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Анализ химического состава подземных вод открывает пути для изучения генезиса, пригодности для различных потребителей, определения уровня их агрессивности для бетонных и металлических конструкций. Результаты химических анализов воды могут быть выражены в весовой, эквивалентной и процент-эквивалентной формах.

Весовая форма
— представление ионно-солевого состава воды в миллиграммах (граммах) в 1 дм3
или 1 кг
воды. В зарубежной литературе результаты анализа могут быть приведены в частях на миллион (ррm), что соответствует концентрации мг/дм3
. Эквивалентная форма
записи состава вод позволяет определить соотношение между ионами с точки зрения их способности участвовать в химических реакциях, оценить качество анализа, установить uенезис вод. В расчетах используется форма записи: мг/дм3
.

При выражении содержания какого-либо иона в эквивалентной форме перед символом иона ставится знак г, например, гСа2+
, гНСО3-
и т. д. На основе эквивалентной формы выражения состава можно определить погрешность анализа воды. Эта оценка основана на принципе электронейтральности раствора: сумма концентраций катионов (мг-экв/дм3
) равна сумме концентраций анионов. Анализ воды считается удовлетворительным, если погрешность определения менее 5%.

Процент-эквивалентная форма
показывает относительную долю участия того или иного иона в формировании ионно-солевого состава воды. Для вычисления процентного содержания анионов (катионов) их сумму принимают за 100% и рассчитывают процент содержания каждого аниона (катиона) по отношению к их сумме. Процент-эквивалентная форма позволяет устанавливать черты сходства вод, различающихся по минерализации.

Минерализация воды (М)
— это сумма минеральных веществ в граммах или миллиграммах, содержащихся в 1 дм3
воды. Для определения М суммируют содержание всех ионов, определенных химическим анализом и выраженных в весовой форме.

Жесткость воды
определяется содержанием в ней солей Са2+
и .Mg2
*. Различают: общую, карбонатную, временную (устранимую), некарбонатную, неустранимую (постоянную) жесткости.

Общая жесткость ЖО
определяется как сумма мг-экв ионов Са2+
и Mg2+
в 1 дм3
воды и слагается из карбонатной ЖК
и некарбонатной ЖНК
жесткости:

ЖО
= ЖК
+ ЖНК
,

ЖО
= Ca2+
+ Mg2+
.

Оценка агрессивности подземных вод.
Агрессивность воды связана с присутствием в ней ионов водорода, свободного диоксида углерода, сульфатов и магния. Агрессивные свойства воды проявляются по отношению к бетону и металлам.

Агрессивность воды по отношению к бетону выражается в разрушительном воздействии подземных вод определенного состава на бетонные сооружения. Оценка качества воды по отношению к бетону производится по нормам и техническим усло­виям Н 114-54 «Бетон гидротехнический. Признаки и нормы агрессивности воды-среды». Эти нормы учитывают воздействие на бетон следующих видов агрессивности: выщелачивающую, углекислую, общекислотную, сульфатную и магнезиальную.

1.Выщелачивающая агрессивность
связана с выщелачиванием карбонатов, главным образом кальция. Если вода, контактирующая с бетоном, содержит низкие концентрации Са2+
, а также (HCO3
)-
и (СOз)2-
, то карбонат кальция бетона переходит в раствор. В зависимости от типа цемента в составе бетона вода считается агрессивной при карбонатной жесткости меньшей 0,54 -2,14 мг-экв/дм3
.

2.Углекислотная агрессивность
обусловлена высокими концентрациями растворенной в воде углекислоты CO2
. Эта агрессивность проявляется как в отношении металла (коррозия), так и бетона. Разрушение бетона, как и при выщелачивающей агрессивности, сводится к растворению карбоната кальция. Воды, обладающие карбонатной жесткостью менее 1,4 мг-экв/дм3
, следует считать агрессивными, независимо от всех других показателей.

3.Общекислотная агрессивность
воды связана с повышенной концентрацией водорода (пониженная величина рН). При этом бетон разрушается из-за растворения в кислой среде защитной карбонатной корки. Вода считается агрессивной для всех типов цементов: при рН < 7, если карбонатная жесткость меньше 8,6 мг-экв/дм3
;
при рН < 6,7, если карбонатная жесткость больше 8,6 мг-экв/дм3
(в пластах высокой проводимости). Для слабопроницаемых пластов вода считается агрессивной при рН<5.

4.Сульфатная агрессивность
обусловлена присутствием в воде иона (SO4
)2-
. Этот вид агрессивности проявляется в кристаллизации в бетоне новых соединений и выщелачивании бетона. По сульфатной агрессивности для обычных цементов воду относят к слабоагрессивной при содержании иона (SO4
)2-
от 250 до 800 мг/дм3
и к агрессивной при содержании более 800 мг/дм3
.
В породах высокой проводимости для бетона на портландцементе вода считается агрессивной при следующих попарных содержаниях ионов (в мг/дм3
):

Сl-
0-3000 3001-5000 5000

(SO4
)2-
250-500 501-1000 1000

В породах слабой водопроводимости вода считается агрессивной при содержании иона (SO4
)2-
> 1000 мг/дм3
,
а для бетонов на пуццолановом, шлаковом и песчано-пуццолановом портландцементе — при содержании иона (SO4
)2-
> 4000 мг/дм3
,
независимо от содержания С1-
.

1.Магнезиальная агрессивность
вызывает разрушение и вспучивание бетонных конструкций. Для портландцемента, находящегося в сильно проницаемых породах, вода считается агрессивной при содержании иона Mg2+
> 5000 мг/дм3
,
для других видов цемента — при содержании ионов Mg2+
и (SO4
)2-
, превышающем следующие попарные соединения ионов (в мг/дм3
):

(SO4
)2-
0-1000 1001-2000 2001-3000 3001-4000

Mg2+
5000 3001-5000 2001-3000 1000-2000

Агрессивность воды
по отношению к металлу связа­на с корродирующей способностью вод. Агрессивными по отношению к металлу являются воды: углекислые; сероводо­родные кислые; обогащенные кислородом. Корродирующая способность воды может быть определена при помощи коэффициента коррозии: — для вод с кислой реакцией

К
K
=
гН+
+ гА13+
+ rFe2+
+

+ rMg2+
- r(CO3
)2—
-r(HCO3
)-
;

— для щелочных вод

По величине коэффициента коррозии различают следующие группы вод (содержание Са2+
в мг/дм3
):

- коррозирующие, К
K
>
0;

- полукоррозирующие, К
K
<
0, но К
K
+
0,05Са2+
> 0;

- некоррозирующие, К
K
+
0,05Са2+
< 0.

УСТАНОВКА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД В РАЙОНЕ ТЭЦ

Сточными водами называют воды, использованные промышленными и коммунальными предприятиями и подлежащие очистке от различных примесей. Очистка сточных вод
— комплекс мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся в бытовых и промышленных сточных водах.Сточные воды очищают от примесей механическими химическими, физико-химическими, биологическими и термическими методами.

Механическую очистку применяют при удалении твёрдых нерастворимых примесей, используя методы отстаивания и фильтрования с помощью решёток, песколовок, отстойников. Химические методы очистки применяют для удаления растворимых примесей с помощью различных реагентов, вступающих в химические реакции с вредными примесями, в результате чего образуется малотоксичные вещества. К физико-химическим методам относят флотацию, ионный обмен, адсорбцию, кристаллизацию, дезодорацию и т.д. Биологические методы читаются основными для обезвреживания сточных вод от органических примесей, которые окисляются микроорганизмами, что, предполагает достаточное количество кислорода в воде. Эти аэробные процессы могут протекать как в естественных условиях – на полях орошения при фильтрации, так и в искусственных сооружениях – аэротенках и биофильтрах.

Производственные сточные воды, не поддающиеся очистке перечисленными методами, подвергают термическому обезвреживанию, т. е. сжиганию, или закачке в глубинные скважины (в результате чего возникает опасность загрязнения подземных вод). Указанные методы осуществляются в локальных (цеховых), общезаводских, районных или городских системах очистки.

Для очистки газов применяют различные конструкции аппаратов, которые, по способу улавливания пыли подразделяют на аппараты механической (сухой и мокрой) и электрической очистки. В сухих аппаратах (циклонах, фильтрах) используют гравитационное осаждение под действием силы тяжести, центробежной силы, инерционное осаждение, фильтрование. В мокрых аппаратах (скрубберах) это достигается промывкой запыленного газа жидкостью. В электрофильтрах осаждение на электроды происходит в результате сообщения частицам пыли электрического заряда. Выбор аппаратов зависит от размеров пылевых частиц, влажности, скорости и объёма поступающего на очистку газа, необходимой степени очистки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Энергетика является одной из самых загрязняющих отраслей народного хозяйства. При неразумном подходе происходит нарушение нормального функционирования всех компонентов биосферы (воздуха, воды, почвы, животного и растительного мира), а в исключительных случаях, подобных Чернобылю, под угрозой оказывается и сама жизнь. Поэтому главным должен стать подход с экологических позиций, учитывающих интересы не только настоящего, но и будущего.