Очистка грунтовых вод, загрязненных промышленным предприятием Оловозавод г. Новосибирска

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

«Очистка грунтовых вод, загрязненных промышленным предприятием Оловозавод г. Новосибирска»

Введение

История предприятия ведётся с Новосибирского завода №520, введённого в феврале 1942 года, в составе Наркомата цветной металлургии СССР. В марте 1946 года, в связи с происходившим в СССР преобразованием Народных комиссариатов в Министерства, завод стал подчиняться одноимённому Министерству.

В феврале 1954 года предприятие впервые переименовывается, в Новосибирский оловянный завод. С образованием в стране совнархозов, предприятие (в период с 1957 года по 1962 год) относится сначала Новосибирскому, а с 1962 года - к Западно-Сибирскому совнархозу. С восстановлением в 1965 году Министерства цветной металлургии СССР, предприятие возвращается в его структуру.

В марте 1970 года оловянный завод преобразовывается и меняет название на Новосибирский Оловянный Комбинат «Главцинксвинецзолото», а с февраля 1976 года входит в состав ВПО по свинцовой, цинковой и оловянной промышленности «Союзполиметалл». В период с начала по середину 1970-х годов в состав предприятия входили Научно-исследовательский институт олова ЦНИИОЛОВО и Завод редких металлов №2.

В феврале 1990 года комбинат стал одноимённым арендным предприятием. В октябре 1992 года арендное предприятие было преобразовано вначале в акционерное общество открытого типа.

В 1994 году, «НОК» выступал в роли инициатора создания ФПГ «Российское олово» и проводил совещание с участием добывающих предприятий РФ. ФПГ была призвана объединить оловянную промышленность России, находившуюся в кризисе из-за прекращения работы восьми горнодобывающих предприятий, а также финансовых трудностей остальных четырёх предприятий.

По планам, данное объединение позволило бы: рационализировать технологии переработки, усовершенствовать кооперацию между добывающими и металлургическими предприятиями, создать ассоциацию по управлению документацией и исследовательскими работами, осуществлять взаимное льготное финансирование, а также сконцентрировать часть финансовых ресурсов предприятий в рамках данного объединения.

Теперь ОАО «Новосибирский оловянный комбинат» (ОАО «НОК», Индекс на РТС: NOKN) - российская компания по выпуску олова и сплавов, крупнейший производитель олова, припоев, баббитов и оловянных сплавов. Штаб-квартира расположена в Кировском районе города Новосибирска на улице Мира 62. Входит в Перечень системообразующих организаций России.

1. Очистка сточных вод предприятием

сточный очистка водоснабжение экологический

Очистка сточных вод - комплекс мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся в бытовых и промышленных сточных водах.

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. В России широко осуществляются мероприятия по охране окружающей среды, в частности по очистке производственных сточных вод.

Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических процессов производства, переход на замкнутые (бессточные) циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах.

Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидировать сбрасываемые сточных вод в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.

В химической промышленности намечено более широкое внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов, дающих наибольший экологический эффект. Большое внимание уделяется повышению эффективности очистки производственных сточных вод.

Значительно уменьшить загрязненность воды, сбрасываемой предприятием, можно путем выделения из сточных вод ценных примесей, сложность решения этих задач на предприятиях химической промышленности состоит в многообразии технологических процессов и получаемых продуктов. Следует отметить также, что основное количество воды в отрасли расходуется на охлаждение. Переход от водяного охлаждения к воздушному позволит сократить на 70-90% расходы воды в разных отраслях промышленности. В этой связи крайне важными являются разработка и внедрение новейшего оборудования, использующего минимальное количество воды для охлаждения.

Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение. Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимической очисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач, связанных с очисткой производственных сточных вод.

В ближайшей перспективе намечается внедрение мембранных методов для очистки сточных вод. На реализацию комплекса мер по охране водных ресурсов от загрязнения и истощения во всех развитых странах выделяются ассигнования, достигающие 2-4% национального дохода ориентировочно, на примере США, относительные затраты составляют (в%): охрана атмосферы 35,2%, охрана водоемов - 48,0, ликвидация твердых отходов - 15,0, снижение шума -0,7, прочие 1,1. Как видно из примера, большая часть затрат - затраты на охрану водоемов. Расходы, связанные с получением коагулянтов и флокулянтов, частично могут быть снижены за счет более широкого использования для этих целей отходов производства различных отраслей промышленности, а также осадков, образующихся при очистке сточных вод, в особенности избыточного активного ила, который можно использовать в качестве флокулянта, точнее биофлокулянта.

Таким образом, охрана и рациональное использование водных ресурсов - это одно из звеньев комплексной мировой проблемы охраны природы.

1.1 Этапы очистки сточных вод

Очищение происходит в несколько этапов:

1) механический

2) биологический

3) физико-химический

4) иногда дезинфекция сточных вод.

Механический этап производится предварительная очистка поступающих на очистные сооружения сточных вод с целью подготовки их к биологической очистке. На механическом этапе происходит задержание нерастворимых примесей.

Для задержания крупных загрязнений органического и минерального происхождения применяются решётки и для более полного выделения грубодисперсных примесей - сита. Отбросы с решёток дробят и вывозят в места обработки твёрдых бытовых и промышленных отходов. Затем стоки проходят через песколовки, где происходит осаждение мелких частиц под действием силы тяжести, и жироловки, в которых происходит удаление с поверхности воды гидрофобных веществ путём флотации. Песок из песколовок обычно складируется или используется в дорожных работах.

Очищенные таким образом сточные воды переходят на первичные отстойники для выделения взвешенных веществ. Снижение БПК составляет 20-40%. Кроме того, механическая стадия очистки важна для создания равномерного движения сточных вод и позволяет избежать колебаний объёма стоков на биологическом этапе.

Биологический этап предполагает деградацию органической составляющей сточных вод микроорганизмами. На данном этапе происходит минерализация сточных вод, удаление органического азота и фосфора, главной целью является снижение БПК5. С технической точки зрения различают активный ил (аэротенки), биофильтры и метантенки (анаэробное брожение).

Первичные отстойники предназначены для осаждения взвешенной органики. Это железобетонные резервуары глубиной 5 метров и диаметром 40 и 54 метра. В их центры снизу подаются стоки, осадок собирается в центральный приямок, проходящими по всей плоскости дна скребками, а специальный поплавок сверху сгоняет все более легкие, чем вода, загрязнения, в бункер.

Вторая линия радиальных отстойников - это илососы, предназначеные для удаления активного ила со дна вторичных отстойников очистных сооружений промышленных и хозяйственных стоков.

Физико-химический этап для улучшения параметров очистки могут быть применены различные химические методы, как, например, дополнительная седиментация фосфора солями Fe и Al, хлорирование, озонирование, а также физико-химические методы, такие как электрофлотация или эвапорация.

Дезинфекция сточных вод для окончательного обеззараживания сточных вод предназначенных для сброса на рельеф местности или в водоем применяют установки ультрафиолетового облучения.

Хлор также давно используется в качестве основного обеззараживающего реагента практически на всех очистных городов в России. Поскольку хлор довольно токсичен и представляет опасность очистные предприятия многих городов России уже активно рассматривают другие реагенты для обеззараживания сточных вод такие как гипохлорит, дезавид и озонирование.

Мобильные устройства водоочистки состоят из барбатера, угольного фильтра, емкости обеззараживания и циркуляционного насоса.

1.2 Системы очистки сточных вод в Новосибирске

Принцип работы септика заключается в том, что для очистки сточных вод необходимо отделить только 0,5% твердых нерастворимых нечистот, остальные же 99,5% - это просто жидкость, которую необходимо слить. Поэтому главная задача очистительной системы - отделить эти 0,5%.

Для очищения сточных вод используется две камеры. Через трубу сточная вода попадает в первую камеру. Здесь отделяются продукты жизнедеятельности человека, которые содержатся в сточных водах. Помимо этого, отделенные нечистоты размываются. После этого их легко разделить по удельному весу. Более легкие частицы (удельный вес которых меньше удельного веса воды) всплывают, а тяжелые - тонут. Посредине же остается практически чистая вода, которую можно просто слить. Считается, что на уровне трети от высоты септика содержится только чистая вода, поэтому в этом месте она переливается во вторую камеру. В первой камере остаются только нечистоты. Во второй камере принцип работы септика практически ничем не отличается. Задача этого этапа очистки избавить сточную воду от тех примесей, которые были пропущены на прошлом шаге. Так, в процессе оседания в первой камере часть включений могли быть затянуты потоком воды в сливное отверстие, из-за чего в очищенной воде все еще могут присутствовать некоторые загрязнения.

Помимо механического процесса, в камерах содержатся анаэробные бактерии, которые усиливают процесс разложения продуктов жизнедеятельности человека. Эти микроорганизмы просто поедают остатки и перерабатывают их в биологически и химически безопасную массу. Для того, чтобы избавиться от неприятного запаха во время переработки нечистот, обе камеры отделены водным затвором.

2. ОАО «Новосибирский оловянный комбинат»

Наибольшее количество диоксида серы (после выбросов от сгорания топлива, составляющих более 10% общего количества выделяющегося SO2) относится к процессам обжига и переработки сульфидных руд. Имеются производства, которые выбрасывают в атмосферу газы, содержащие около 4-10% SO2, что является достаточным для организации производства серной кислоты. Этому мешает лишь удаленность предприятия по первичной обработке руд цветных металлов от районов, где серная кислота могла бы применяться для производства удобрений или в химических процессах.

В процессе выплавки меди руда подвергается первичному окислительному обжигу для частичного удаления серы; при этом концентрация ее в отходящих газах составляет около 8%. Отходящие газы содержат 1-2% S02, поэтому для поглощения S02 требуются специальные методы.

Свинец и цинк чаще всего получают из сульфидных минералов галенита (PbS) и цинковой обманки (ZnS), которые обычно присутствуют вместе. Руду подвергают обжигу в печи с движущейся решеткой, либо в печи с псевдоожиженным слоем; отходящие газы, содержащие до 6% SO2, используют, когда это возможно, для производства серной кислоты. В этом случае главной проблемой является содержание в выходящих из обжиговых печей газах триоксида мышьяка (As2O3), хлористого водорода (HCl), фтористого водорода (HF) и других примесей, являющихся, в частности, катализаторными ядами.

Новосибирский оловянный комбинат (Приложение 1) более 60 лет производит олово, сплавы и припои на его основе, обеспечивает металлургическую, оборонную, автомобильную, пищевую, радиоэлектронную и машиностроительную промышленности продукцией. Комбинат занимает ведущие позиции на рынках России и СНГ. Продукция НОКа отличается высоким качеством.

Предприятие, использующее комплекс уникальных технологических процессов и установок, позволяющих с высокими технико-экономическими показателями перерабатывать сложные по составу руды, концентраты, сырьё металлизированное и неметаллизированное, содержащие компоненты: олова, свинца, сурьмы, меди, индия, мышьяка, вольфрама, тантала, висмута и др. металлов.

Предприятие выпускает:

1) Олово различной степени чистоты;

2) Припои на основе олова, свинца, сурьмы, висмута, индия в виде трубки, проволоки, прутка, цилиндров и чушек;

3) Бессвинцовые припои;

4) Легкоплавкие припои и сплавы;

5) Баббиты различных марок на основе олова, свинца, меди и сурьмы.

Высокое качество продукции подтверждено:

Сертификатом комиссии Госстандарта России N РОСС RU. ИС 20. К00186 от 16.03.2004 г., о соответствии системы менеджмента качества ОАО НОК требованиям ГОСТ Р ИСО 9001-2001 (ИСО 9001: 2000)

Высокое качество продукции отмечено:

- Пятью Дипломами ВЦСПС, Госкомитета СССР «За достижение наилучших результатов по выпуску продукции высшей категории качество (1977-1986 гг.);

- Премией администрации Новосибирской области за качество-2000;

- Дипломом Первого Всероссийского конкурса «Российская организация высокой социальной эффективности» (2000 г.);

- Свидетельством и Золотым знаком качества национального конкурса «Российская марка» (2000 г., 2002 г.).

- Дипломом победителя и медалью конкурса «Новосибирская марка» (2003 г.)

Предприятие поставляет продукцию для потребителей:

1) Металлургической промышленности;

2) Пищевой и электроламповой промышленности;

3) Автомобильных, радиаторных и машиностроительных заводов;

4) Электронной и электротехнической промышленности;

5) Химической и стекольной промышленности;

6) Нефте-, газо-, угольной промышленности;

7) Морского, речного и железнодорожного транспорта.

Предприятие имеет собственную сырьевую базу (горно-обогатительные комбинаты: «Востоколово», «Тянь-Шаньолово»), а также, обладает большим пакетом акций крупнейшего российского оловодобывающего предприятия ОАО «Сахаолово».

3. Показатели качества питьевой воды

Для оценки качества воды применяют физические, химические, бактериологические и технологические методы анализа. При учете динамике 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.

3.1 Физические показатели

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

Температура воды поверхностных источников зависит от температуры воздуха, его влажности, скорости и характера движения воды и ряда других факторов. Она может изменяться в значительных пределах. Температура воды подземных источников относительно постоянна и составляет обычно 4-8^оС. Оптимальной температурой воды для питьевых целей считается 7-11^оС.

Цветность воды - интенсивность окраски, выраженная по платиново-кобальтовой шкале. Один градус шкалы соответствует цвету 1 литра воды, окрашенного добавлением 1 мг соли - хлорплатината кобальта. Цветность воды подземных вод вызывается соединениями железа, реже - гумусовыми веществами (грунтовка, торфяники, мерзлотные воды); цветность поверхностных - цветением водоёмов. По нормам СанПиН 2.1.4.559-96 на питьевую воду, цветность воды не должна быть выше 20^о.

Мутность определяется содержанием в воде взвешенных веществ. Сравнивая при одинаковом освещении образец исследуемой воды и образцы дистиллированной воды, того же объёма, искусственно замутнённые определённым количеством стандартной взвеси, подбирают образец с наиболее подходящей концентрацией. Мутность может выражаться в миллиграммах на литр (мг/л), единицах мутности по формазину или единицах мутности NTU. Мутность воды подземных источников, как правило, невелика и обуславливается взвесью гидрооксида железа. В поверхностных водах мутность чаще обусловлена присутствием фито- и зоопланктона, глинистых или илистых частиц, поэтому величина зависит от времени паводка (межени) и меняется в течение года. По нормам СанПиН 2.1.4.559-96, мутность питьевой воды должна быть не выше 1,5 мг/л.

Вкус вызывается наличием в воде растворенных веществ и может быть соленым, горьким, сладким и кислым. Природные воды обладают, как правило, только солоноватым и горьковатым привкусом. Солёный вкус вызывается содержанием хлорида натрия, горький - сульфата магния. Кислый вкус воде придаёт большое количество растворённой углекислоты. Вода может иметь также чернильный или железистый привкус, вызванный солями железа и марганца или вяжущий привкус, вызванный сульфатом кальция. По нормам СанПиН 2.1.4.559-96, привкус должен быть не более 2 баллов.

Запахи воды определяются живущими и отмершими организмами, растительными остатками, специфическими веществами, выделяемыми некоторыми водорослями и микроорганизмами, а также присутствием в воде растворенных газов - хлора, аммиака, сероводорода, меркаптанов или органических и хлорорганических загрязнений. Различают природный запахи:

Ароматический, болотный, гнилостный, древесный, землистый, плесневый, рыбный, травянистый, неопределённый и сероводородный. Запахи искусственного происхождения называют по определяющим их веществам: фенольный, хлорфенольный, нефтяной, смолистый и так далее. Интенсивность запаха измеряется органолептически по пятибалльной шкале:

0 баллов - запах и привкус не обнаруживается;

1 балл - очень слабые запах или привкус (обнаруживает только опытный исследователь);

2 балла - слабые запах или привкус, привлекающие внимание неспециалиста;

3 балла - заметные запах или привкус, легко обнаруживаемые и являющиеся причиной жалоб;

4 балла - отчётливые запах или привкус, которые могут заставить воздержаться от употребления воды;

5 баллов - настолько сильные запах или привкус, что вода для питья совершенно непригодна.

По нормам СанПиН 2.1.4.559-96 запах воды должен быть не более 2 баллов.

3.2 Химические показатели

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

На основании сопоставления результатов анализа природной воды с требованиями, представляемыми к ней потребителем, можно судить о том, каким процессом очистки следует подвергнуть эту воду для улучшения тех или иных показателей ее качества.

К химическим определениям относится установление активной реакции воды, окисляемости, азотсодержащих веществ, растворенных в воде газов, плотного остатка и потерь при прокаливании, жесткости и щелочности. А так же 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 гидрокарбонатную и карбонатную щелочность. При некоторых приемах обработки воды и при рН ее выше 8,5 возникает гидратная щелочность.

Щелочные металлы. Из ионов щелочных металлов в воде наиболее распространены Na и 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 в воде углекислоты водой гипса

СаС0₃ + Н₂0 + 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.

Карбонатная жесткость, 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.

Некарбонатная жесткость 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⁺ или 12,16 мг/л ионов Mg²⁺.

Железо и марганец. 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 они оказывают 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 водоснабжения.

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.

4. Эколого-гидрогеологические проблемы использования подземных вод для водоснабжения города Москвы

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

Как отмечалось выше, пресные подземные воды широко используются для водоснабжения городского населения России. 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 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.

Следует отметить, что в последние годы различными правительственными, водохозяйственными и природоохранными организациями России, и в первую очередь Москвы и Московской области, а также ведущими проектными и научными организациями широко обсуждается вопрос о повышении водообеспеченности столицы как в настоящее время, так и на перспективу. Ухудшение качества поверхностных вод, используемых в настоящее время для питьевого водоснабжения, делает эту проблему особенно актуальной. При этом большое внимание уделяется оценке и обоснованию возможностей более широкого привлечения пресных подземных вод Московского региона для обеспечения потребностей населения в воде питьевого качества.

Рассмотрим более подробно ситуацию, связанную с использованием подземных вод для водоснабжения г. Москвы, тем более, что экологические аспекты в интенсификации отбора подземных вод в этом районе вызывает тревогу его жителей.

Состав и свойства подземных вод изучены в пределах Московского региона до глубин, составляющих примерно 1500 м. Пресные подземные воды с минерализацией 1 г/л распространены всего 80-100 м. Широкое использование подземных вод в этом регионе началось во второй половине XIX столетия. Сначала скважины бурились только на первый и второй от поверхности водоносные горизонты каменноугольных отложений, а к началу XX века стали эксплуатироваться все основные напорные водоносные горизонты карбона. В связи с ростом отбора подземных вод в области создана специальная наблюдательная сеть скважин на напорные и безнапорные водоносные горизонты. В настоящее время эта сеть 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.

Добыча подземных вод на территории г. Москвы и Московской области началась почти 300 лет назад. Она значительно интенсифицировалась к концу XIX века, когда начали эксплуатироваться пресные подземные воды напорных водоносных горизонтов каменноугольных отложений. В настоящее время в пределах Московского региона в близлежащих территорий на учете находятся более 10000 водозаборных скважин. Для всей территории Московского региона еще в середине 80-ч годов была создана постоянная компьютерная геоинформационная модель, являющаяся прототипом современных геоинформационных систем (ГИС), и позволяющая оценивать взаимодействие водозаборов и региональные изменения гидрологической и гидрогеологической ситуации при изменении величины и режима водоотбора (Н.С. Пашковский, Д.И. Ефремов, Ю.О. Зеегофер). ЕЕ применение позволяет прогнозировать возможные изменения речного стока при увеличении (или уменьшении) отбора подземных вод водозаборами подземных вод приречного типа.

Естественные ресурсы пресных подземных вод основных водоносных горизонтов каменноугольных отложений, характеризующие среднемноголетнюю величину их восполнения, составляют около 100 мі/с при среднегодовом модуле подземного стока примерно 2 л/с*кмІ. Учтенный водоотбор подземных вод в среднем составляет примерно 50 мі/с.

В результате длительной интенсивной эксплуатации уровни подземных вод в водоносных горизонтах карбона снижены на десятки метров (до 80-100 м в городах Загорск, Балашиха, Люберцы, Подольск, Химки и др.). Следует подчеркнуть, что интенсивный отбор подземных вод пока не привел к заметным последствиям в ландшафтах и растительности, а также к уменьшению местного речного стока.

По данным Ю.О. Зеегофера с соавторами (1991), 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. Ухудшение качества подземных вод этих водозаборов, особенно в районах, находящихся вблизи г. Москвы, а также высказанные выше соображения о водообеспеченности столицы, вызвало необходимость разработки специальной «Генеральной схемы объединенной системы водоснабжения г. Москвы и Московской области с использованием подземных источников».

Для решения проблемы более широкого использования пресных подземных вод хорошего качества в течение нескольких лет были разведаны четыре 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. мі/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. мі/сут.

При распределении эксплуатационных запасов подземных вод между Москвой и Московской областью приоритет отдан городам Московской области. Потребность области в воде составляет 5 млн. мі/сут. Ее планируется удовлетворить как за счет подземных вод месторождений, не включенных в объединенную систему (3,8 млн. мі/сут), так и месторождений, входящих в эту систему (1,1 млн. мі/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 должны 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. мі/сут (соответственно 860, 1200, 500 и 140 тыс. мі/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 должны быть удовлетворена потребность в воде питьевого качества городов Московской области (Около 5 млн. мі/сут). Ее планируется удовлетворять как за счет уже существующих разведанных и эксплуатируемых месторождений подземных вод области, не включенных в объединенную систему (3,8 млн. мі/сут), так и новых месторождений на указанных четырех участках, включенных в эту систему (1,1 млн. мі/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. мі/сут).

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

Предлагаемы к использованию 2,7 млн. мі/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. мі/сут.

Как указывалось выше, первоначально предполагалось, что производительность водозаборов, входящих в объединенную систему водоснабжения, составит около 2,7 млн. мі/сут, из которых 1,6 млн. мі/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. мі/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 реки 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 и 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 и сокращения стока в реки. В других случаях за счет сброса в реки очищенных отработанных вод, различных стоков, речной сток по сравнению с естественным увеличением (реки Воря, Торгоша, Пажа). Характерной в этом отношении является река 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 т.д.

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:

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

2) 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 поверхности водоносного горизонта и, тем самым, на растительный мир, в целом является довольно обоснованным. Однако этот оптимистический вывод, имеющий важное практическое значение для экологии региона, должен быть подкреплен и более обоснован дальнейшими опытами 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.

5. Медико-экологическое значение водного фактора