Використання підземних вод у водопостачанні

    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:

                     (4.1)

    При коефіцієнті фільтрації порід у  зоні аерації K = 1 м/доб (глинистий пісок), нестачі насичення = 0.1, z ≈ 10 м, ≈ 0.5 - 1 м для повного насичення зони аерації буде потрібно менш 1 доби.

    Цей механізм ШПЗ досить простий у  здійсненні, але й ефективність його не дуже висока. Балансове рівняння водовідбора в таких умовах здобуває загальний вид:

                                                     (4.2)

де  - період часу між циклами магазинування, - об'єм води, що надійшов у шар (не завжди використовується повністю за рахунок бічного розтікання).

    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 , що безупинно надходить в експлуатований водоносний обрій зі спеціальних інфільтраційних споруджень капітального типу. Рівняння балансу має вигляд:

                                                (4.3)