Очистка грунтовых вод, загрязненных промышленным предприятием Оловозавод г. Новосибирска

Медико-экологические аспекты проблемы использования подземных вод в настоящее время, в основном, связаны с обеспечением полноценного и безопасного для здоровья населения хозяйственно питьевого водопользования.

Следует остановиться на главных положениях, определяющих роль водного фактора в формировании среды обитания человека и здоровья населения. Их рассмотрение сделает более понятным изложенные далее медико-экологические подходы к проблеме использования подземных вод.

Влияние водных ресурсов на условия жизни и здоровье населения определяется прежде всего степенью обеспечения достаточного и безопасного хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, санитарного благоустройства населенных мест, развитием санитарно-курортных зон, воздействием на среду обитания опасных для человека представителей животного мира. Состояние водных ресурсов также определяет возможность развития существующих и создания новых населенных мест, сельскохозяйственного и промышленного освоения территорий. Эти процессы непосредственно влияют на условия жизни и здоровье населения, определяя изменения воздушного и водного бассейнов, почвы, растительности, характера трудовой деятельности, уровня и качества питания населения, характера миграционных потоков.

Здоровье населения формируется под воздействием внешних болезнетворных причин и биологических особенностей популяции людей, которые в совокупности составляют «комплекс медико-экологических факторов». Теоретическую и методическую основу медицинской экологии составляют гигиена окружающей среды и общая эпидемиология инфекционных (в том числе паразитарных) и неинфекционных заболеваний.

Комплекс знаний, накопленных в рамках перечисленных дисциплин свидетельствует о реальных и возможных влияниях водного фактора и, в частности, подземных вод, используемых в питьевых целях, на характер и уровень инфекционных и неинфекционных заболеваний, генетических болезней и особенности развития организма человека.

Значительное нарастание антропогенных загрязнений природных вод, особенно характерных для последних десятилетия, определило интенсивное развитие исследований, направленных на медико-экологическую оценку качества воды водоисточников и питьевой воды, испытывающих влияние антропогенного пресса.

Эпидемические аспекты. Роль водного пути передачи целого ряда инфекционных кишечных заболеваний (брюшной тиф, паратифы, дизентерия, холера, сальмонеллезы, вирусный гепатит и некоторые другие) доказана многолетними эпидемиологическими исследованиями, начатыми еще в конце XIX столетия. Инфекционные болезни, вызываемые патогенными бактериями, вирусами и простейшими или паразитарными агентами, представляют собой наиболее типичный и широко распространенный фактор риска для здоровья, связанный с питьевой водой.

Загрязнение питьевой воды инфекционными коммунально-бытовыми стоками либо в самом водоисточнике, либо в коммуникациях водопровода - установленная причина многих вспышек кишечных инфекций. Современные методы эпидемиологического анализа, применяемые для определения пути распространения кишечных инфекций, достаточно информативны. Они основаны на идентификации возбудителей (патогенных микроорганизмов), обнаруживаемых в питьевой воде и выделениях заболевших людей. Характерна и картина распространения заболеваний. При децентрализованном водоснабжении обычно устанавливается их связь с одним водоисточником, например колодцем.

С водным фактором также тесно связаны многие паразитарные и природно-очаговые заболевания (малярия, описторхоз, дифиллоботриозы, туляремия, лептоспирозы, клещевой энцефалит и др.). Применительно к проблеме питьевой воды среди этих заболеваний особое место занимает лямблиоз (возбудитель - простейший жгутиконосец из рода Lamblia), способный вызвать у человека поражения кишечника и печения. Современные эпидемиологические данные относят питьевую воду к основному пути передачи возбудителя этого заболевания. Наличие пораженных этим паразитом людей как правило рассматривается и как признак его присутствия в питьевой воде.

Токсикологические аспекты. Спектр загрязняющих воду веществ широк. Он включает тяжелые металлы, многие микроэлементы, токсичные органические соединения, радиоактивные вещества. Значителен и спектр заболеваний, связываемый также с содержанием этих веществ в питьевой воде - заболевания сердечнососудистые, пищеварительные, нервные, иммунной системы, опорно-двигательного аппарата, аллергии, страдание наследственностью, дефект развития и другие.

Приводимые ниже обобщенные данные дают представление о характере влияния веществ, наиболее часто обнаруживаемых в питьевой воде (в том числе и подземного происхождения) на состояние здоровья населения.

Эти сведения касаются как положительного, так и негативного влияния веществ в зависимости от характера их биологического действия и концентрации. При этом имеется в виду, что под суточной потребностью организма человека в том ими ином химическом элементе понимается возможность его потребления из различных источников и, прежде всего, из продуктов питания. Однако, здесь необходимо учитывать, что определенную долю некоторых биологически ценных для организма элементов важно получать с питьевой водой в несвязанном виде. С другой стороны, концентрация, биологически важных веществ не должна превышать установленные нормативные предельно допустимые уровни содержания в питьевой воде, чтобы не обрести биологически противоположный характер. Следует также отметить, что в тех случаях, когда речь идет только о вредоносном действии вещества, всегда имеется в виду длительное влияние его повышенных концентраций.

Неорганические вещества:

Медь. Суточная потребность 2,0-3,0 г. При недостатке - атеросклеротические заболевания кровеносных сосудов и сердца, анемия, гиперхолестеринемия. При избытке - наличие врожденных заболеваний, изменение водно-солевого и белкового обменов, окислительно-восстановительных реакций крови, нарушения овариально-менструального цикла (ОМЦ), течения родов и лактации. Предельно-допустимая концентрация (ПДК) - 1,0 мг/л.

Цинк. Суточная потребность для взрослых 2-3 мг, для детей и беременных женщин 5-6 мг. При недостатке - наличие врожденных заболеваний (карликовость), изменение активности ферментов окислительно-восстановительных реакций, нарушения овариально-менструального цикла, течения беременности, снижение чувства вкуса и обоняния, специфические заболевания кожных покровов. При избытке - анемия, изменение функции центральной нервной системы (ЦНС). На популяционном уровне - увеличение числа заболеваний печени и сердечнососудистых заболеваний. ПДК - 1 мг/л.

Фтор. Физиологический оптимум 1,2-1,5 мг/л (в зависимости от географического района). При недостатке - кариес. При избытке - флюороз (крепчатость зубной эмали), полиневриты, гепатит, склеротические изменения костей, артериальная гипотония.

Марганец. Суточная потребность 1,5 мг. При недостатке - снижение скорости роста, нарушение жирового обмена. При избытке - анемия, нарушение функционального состояния ЦНС. ПДК - 0,1 мг/л.

Кобальт. Суточная потребность 40-70 мкг. При недостатке - заболевания системы крови, изменение ее морфологического состава, подавление иммунных и окислительно-восстановительных реакций. При избытке - нарушение функционального состояния ЦНС и щитовидной железы.

Селен. Потребность для человека не установлена, предполагается на уровне мкг, зависит от уровня витамина Е в пище. При недостатке - развитие синдрома «болезнь белых мышц», на популяционном уровне - повышение детской смертности. При избытке - ускорение кариеса зубов у детей, злокачественные новообразования. ПДК - 0,001 мг/л.

Алюминий. Оказывает нейротоксичное действие. ПДК - 0,5 мг/л. В настоящее время появились отдельные исследования, отмечающие возможность связи болезни Альцгеймера с избыточным поступлением в организм алюминия, в частности с питьевой водой.

Барий. Воздействует на сердечнососудистую и кроветворную (лейкозы) системы. ПДК - 0,9 мг/л.

Бор. Вызывает нарушения углеродного обмена, снижение активности ферментов, раздражение желудочно-кишечного тракта; у мужчин - снижение репродуктивной функции, у женщин - нарушение овариально-менструального цикла. ПДК - 0,5 мг/л.

Кадмий. Повышает уровень сердечнососудистой, почечной, онкологической заболеваемости, нарушает ОМЦ, течение беременности и родов, вызывает мертворождаемость, повреждения костной ткани. ПДК - 0,001 мг/л.

Молибден. С повышенными концентрациями связывают увеличение сердечнососудистых заболеваний, заболеваемость подагрой, эндемическим зобом, нарушение ОМЦ. ПДК - 0,25 мг/л.

Мышьяк. Обладает нейротоксическим действием, вызывает поражение кожи, органов зрения. ПДК - 0,05 мг/л.

Натрий. Вызывает гипертоническую болезнь, повышенную напряженность мышц. ПДК - 200,0 мг/л.

Никель. Вызывает поражение сердца, печени, органов зрения, кератиты. ПДК - 0,1 мг/л.

Нитраты и нитриты. Вызывают рак желудка, заболевания крови (метгемоглобинемия). ПДК - 45 мг/л и 3,3 мг/л (соответственно).

Ртуть. Грубо нарушает функции почек, нервной системы. ПДК - 0,0005 мг/л.

Свинец. Поражает почки, нервную систему, органы кроветворения, вызывает сердечнососудистые заболевания, авитаминозы С и В. ПДК - 0,03 мг/л.

Стронций. Вызывает поражения костного аппарата (стронциевый рахит). ПДК - 7,0 мг/л.

Хром. Нарушает функции печени и почек. ПДК - 0,5 мг/л (трехвалентный) и 0,05 мг/л (шестивалентный).

Цианиды. Поражает нервную систему, щитовидную железу. ПДК - 0,035 мг/л.

Дибромхлорметан и тетрахлорэтилен обладают мутагенным действием, канцерогены. Ориентированно-допустимый уровень дибромхлорэтана в России - 0,03 мг/л. Для тетрахлорэтилена ПДК США - 0,05 мг/л.

Железо. Вызывает раздражение кожи и слизистых, аллергические реакции, болезни крови. ПДК - 500 мг/л.

Сульфаты. Нарушают функциональное состояние желудочно-кишечного тракта, вызывают диарею, влияют на кислотность желудочного сока. ПДК - 500 мг/л.

Хлориды. Влияют на состояние сердечнососудистой системы (гипертензия, гипертоническая болезнь). При этом речь идет о влиянии как мягких вод, так и излишне жестких. Обобщение современных данных позволяет выделить роль кальция и магния питьевой воды в формировании ряда патологических состояний. ПДК - 250 мг/л.

Кальций. Суточная потребность 0,4-0,7 г (для беременных женщин и грудных детей 1,0-1,2 г). При недостатке в воде - увеличение числа смертельных исходов при сердечнососудистых заболеваниях, увеличение тяжести течения рахита, повышенная хрупкость костей, нарушение функционального состояния сердечной мышцы и процессов свертываемости крови. При избытке - мочекаменная болезнь, нарушение водно-солевого обмена, раннее обызвествление костей у детей, замедленнее роста скелета.

Магний. Суточная потребность 220-260 мг. При недостатке - повышение тяжести течения и числа неблагоприятных исходов сердечнососудистых заболеваний, нейромускулярные и психиатрические синдромы, тахикардия и фибрилляция сердечной мышцы. При избытке - возможность развития синдромов дыхательных параличей и сердечной блокады, раздражение желудочно-кишечного тракта в присутствии сульфатов. ПДК - 20,0 мг/л магния хлорита.

В последние годы появились работы, где методами корреляционного анализа устанавливается связь раковых заболеваний с наличием в воде пониженной концентрации солей жесткости.

Органические вещества. Подземные воды, используемые для питьевых целей, всегда содержат то или иное количество органических веществ водного происхождения. Спектр их весьма широк. В нем представлены ароматические гумусовые вещества, соединения с карбоксильной, карбонильной и гидроксильной группой, гетероциклические соединения, углеводороды, липоиды, битумы. Однако общее количество природных органических веществ в них, как правило, невелико и составляет единицы и первые десятки мг/л.

С медико-экологических позиций особое внимание привлекают две группы веществ - гумусовые вещества и продукты минерализации азотсодержащих органических соединений - нитриты и нитраты.

Гумусовые вещества не обладают каким либо вредоносным действием. В избыточных концентрациях они лишь способны придавать питьевой воде нежелательную окраску. В тоже время, при хлорировании воды, содержащей естественно присутствующие гумусовые вещества и бромиды, образуются тригалометаны. Наибольшее значение из этой группы соединений имеют бромоформ, дибромхлорметан, хлороформ, обладающие выраженным канцерогенным действием. Обнаружение эффекта образования токсичных вторичных продуктов хлорирования изменило и гигиеническую оценку природных органических примесей воды водоисточников и ранее бытовавшее мнение о безвредности дезинфекции воды хлором.

С использованием сильных окислителей (хлора, озона) для обеззараживания воды, содержащей природные органические соединения, связывают появление и другого токсического вещества - формальдегида.

Нитриты и нитраты, как это уже отмечалось выше, способны вызвать весьма опасные заболевания. С повышенными концентрациями нитратов в подземной воде связывают заболевания крови (появление извращенной формы гемоглобина - метгемоглобина). Нитриты и нитраты, при попадании в организм человека способны превращаться в N-нитрозоамины - канцерогенные соединения.

Перечень органических веществ антропогенного происхождения, способных загрязнять водоисточники, в том числе и подземные, весьма велик - это сотни соединений. К ним принадлежат хлорированные алканы, этилены, бензолы, ароматические углеводороды, пестициды, побочные продукты обеззараживания воды, а также целый ряд других органических компонентов - продукты производств органического синтеза, нефтехимической промышленности, а также, пластификаторов, растворителей, моющих, красящих средств и др.

Многие из этих веществ способны вызвать один или несколько токсических эффектов: канцерогенный, генотоксический, мутагенный, нефротоксический (влияние на почки), гепатотоксический (влияние на печень). Следует отметить, что в основе представлений о вредном влиянии повышенных концентраций неорганических и органических веществ в питьевой воде лежат данные развернутых лабораторных исследований на животных, направленный, прежде всего, на разработку стандартов качества питьевой воды. Однако, в последние годы все большее значение приобретают исследования, устанавливающие связи заболеваний человека с тем или иным природным или антропогенным компонентом питьевой воды.

Требования к качеству питьевой воды сейчас устанавливаются как на международном, так и на национальном уровнях. Большинство стран мирового сообщества при создании национальных стандартов принимает в качестве основополагающих документов «Руководство по контролю качества питьевой воды» Всемирной организации здравоохранения, директивы по питьевой воде Европейского Сообщества 80/778/ЕС и национальные стандарты США.

При разработке стандартов питьевой воды общепринят экспериментально-токсикологический метод к установлению предельно допустимых концентраций, в наиболее четкой форме сформулированный российской гигиенической наукой. Применяемая методология предусматривает изучение влияний различных концентраций вещества на самоочищающую способность воды (установление ПДК по общесанитарному нормируемому признаку вредности), на ее вкус, цвет, запах (установление ПДК по органическому признаку вредности), и на характер токсических проявлений при использовании для питья (установлений ПДК по токсическому признаку вредности). В качестве стандарта выбирается наименьшая из трех установленных ПДК.

Экспериментально-токсикологический подход существенно дополняет развивающиеся сейчас исследования в области экологической эпидемиологии, опирающиеся на эколого-демографические данные и материалы специальных эпидемиологических исследований. Работы этого направления свидетельствуют о смешении представлений о безусловности вредоносного действия малых концентраций некоторых нормируемых вредных веществ. Современная позиция Всемирной организации здравоохранения в этом отношении стала значительно более осторожна. С этим, очевидно, связаны и двухуровневые нормативы Агентства по охране окружающей среды США, предусматривающие определение отдельно - максимально допустимого целевого уровня и максимально допустимой концентрации. При этом, однако, оговаривается допустимая степень риска в условиях применения допустимых технологий водоподготовки и средств контроля качества воды.

Значительное нарастание числа загрязняющих воду веществ определило необходимость создания ускоренных экспериментальных методов установления их допустимого содержания. В предложенных для этой цели приемах используют либо известные сведения экспериментальной токсикологии, либо ретроспективный корреляционный анализ заболеваемости населения с потреблением воды определенного состава (эколого-демографический метод).

Целенаправленные санитарно-токсикологические и эколого-эпидемиологические исследования, обосновывающие стандарты, достаточно информативны при разработке профилактических мероприятий, направленных на предупреждение вредных влияний водного фактора.

Современные стандарты качества питьевой воды призваны обеспечивать ее эпидемическую безопасность. С этой целью современные международные стандарты предусматривают необходимость полного отсутствия патогенных бактерий, вирусов и возбудителей паразитарных заболеваний в питьевой воде. Сложность получения результатов исследований биологического состава питьевой воды, и прежде всего, присутствия патогенных организмов, в короткие сроки, послужила основанием для использования санитарно-показательных микроорганизмов (кишечная палочка) в качестве одного из основных признаков биологического загрязнения. По существу, речь идет об обнаружении фекального загрязнения питьевой воды, с которым связывается попадание в питьевую воду возбудителей инфекционных и паразитарных болезней. Динамика совершенствования этого раздела стандартов свидетельствует о нарастающем ужесточении требований к допустимому уровню содержания кишечных палочек как в воде водоисточника так и в питьевой воде. Последняя редакция «Руководства ВОЗ по контролю качества питьевой воды» исключает возможность присутствия этих микроорганизмов в 100 мл исследуемой воды. Исключение составляют требования к очищенной питьевой воде в распределительной сети крупных систем водоснабжения, где обнаружение кишечных палочек допустимо лишь в 5% проб из числа отбираемых на протяжении 12 месяцев. Указанное «Руководство» содержит требования к обязательному обеззараживанию питьевых вод, поступающих в водораспределительную сеть.

Сравнительный анализ международных стандартов, совершенствующихся ВОЗ начиная с 1958 г., обнаруживает тенденцию развития системы контролируемых показателей за счет устойчивого нарастания их числа. Расширение нормативной базы идет, в основном, за счет введения в стандарты многих органических соединений, связанных с усилением антропогенного пресса на поверхностные и подземные водные ресурсы (пестициды, продукты производств органического синтеза, нефтехимической промышленности). В международных нормативах последнего периода четко обозначено крайне негативное отношение к вторичным продуктам взаимодействия сильных окислителей (используемых для обеззараживания воды) с органическими соединениями природного и антропогенного происхождения.

6. Практическая часть

6.1 Гидрогеологический разрез района предприятия

Гидрогеологические разрезы строятся обычно в двух разных масштабах: горизонтальный масштаб определяется масштабом карты, вертикальный масштаб должен обеспечить четкое расчленение элементов разреза по вертикали. Как правило, для среднемасштабных разрезов используют вертикальный масштаб 1:1000 или 1:2000, а для крупномасштабных от 1:100 до 1:500. Ориентировать разрезы следует так, чтобы они проходили через исследуемые водопункты и скважины.

Для построения гидрогеологического разреза необходимо:

гипсометрические отметки поверхности земли по направлению разреза;

геолого-литологические колонки скважин, шурфов и других выработок по линии разреза или вблизи ее;

результаты гидрометрических наблюдений на поверхности по линии разреза (наличие болот, источников, мочежин, отметки уровней воды в реках, озерах и т.д.);

результаты наблюдений за уровнем грунтовых вод (глубина появления и стабилизации уровня);

результаты наблюдений по тем специальным параметрам гидрогеологической обстановки, которые входят в целевое содержание разрезов (дебиты скважин и источников, минерализация или содержание отдельных компонентов, температура, водные свойства водонасыщенных пород).

Разрез строится на миллиметровой бумаге в следующей последовательности.

1. Определить положение левого конца разреза и зафиксировать его вертикальной прямой, на которую нанести точку, соответствующую максимальной отметке рельефа поверхности. Разбить прямую на равные интервалы (0,5-1,0 см) по всей высоте разреза, затем нанести на нее значения абсолютных отметок.

2. Провести горизонтальную прямую по отметке уровня моря или основания разреза, разбить ее на равные интервалы. Первый слева водопункт нанести, отступив от края разреза на 0,5 - 1,0 см, а затем нанести, с учетом масштаба, остальные водопункты.

Построить гипсометрический профиль, нанеся отметки поверхности земли у каждого водопункта.

Скважины, шурфы, колодцы показать вертикальными линиями от поверхности земли до забоя (глубина скважины, шурфа, колодца).

Привести на разрезе данные по составу и свойствам пород в виде литологической и гидрогеологической характеристик (пески, глины, мергели, известняки, техногенные грунты и т.д.). При этом по вертикали отмечают границы распространения типов пород. Соединив точки одних и тех же границ между собой, получают поля распространения пород одного типа. Условным знаком обозначают литологию пород и их возраст.

6. Отметки появления и стабилизации уровня для безнапорных вод фактически совпадают, поэтому, соединив их, получают депрессионную кривую. Для напорных вод подъем уровня указывают вертикальной прямой вдоль ствола скважины и соединяют кривой напора в разных водопунктах. Такая воображаемая кривая не связана с уровнем поверхностных вод и может проходить выше поверхности земли.

В приложении 2 представлен гидрогеологический разрез реки Протва.

6.2 Построение карты гидроизогипс

На территории предприятия в почве образуется пятно загрязнения. В дальнейшем перемещение и расширение пятна водорастворимых загрязнителей в почве зависит, в основном, от характера движения грунтовых вод в этой местности

Поверхность грунтовых вод называют уровнем или зеркалом грунтовых вод. Особенности распространения грунтовых вод в пределах изучаемого участка (промзоны) характеризуют с помощью карт гидроизогипс.

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

Анализ карт гидроизогипс позволяет получить следующую информацию.

1. Направление движения грунтовых вод в любой точке карты. Движение подземных вод подчиняется законам гравитации. Движение 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 грунтовые воды разгружаются в реку, в другом случае (речной паводок, оросительный канал, накопитель сточных вод) поверхностные воды расходуются на питание грунтовых вод и их уровень поднят по отношению к последним. В природе может встречаться ситуация разгрузки и питания подземных вод одновременно.

3. Глубина залегания грунтовых вод 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 = (H₂ - H₁)/ L.

В нашем случае наименьший гидравлический уклон грунтового потока будет между скважинами 8 и 9: . Наибольший же гидравлический уклон будет между пунктом наблюдения В и скважиной 10: .

Такое увеличение уклонов вызвано резким уменьшением коэффициента фильтрации водоносного горизонта. На увеличение уклона поверхности потока влияет и усиление дренирующего влияния реки при приближении к ней. На левобережье, где водоносный горизонт почти на всем своем протяжении сложен песками, нет такого резкого изменения уклона.

Построение карты гидроизогипс:

Масштаб карты зависит от характера проводимых гидрогеологических исследований (обычно 1:10000, 1:200000 или более мелкие схематические карты). Для построения карты пользуются данными замеров уровней грунтовых вод в наблюдательных скважинах, шурфах, колодцах, горных выработках, отметками источников, сведениями водомерных постов., Все данные, используемые при построении карты гидроизогипс, должны быть взяты на одну дату, то есть получены по единовременным замерам всех точек наблюдения.

Глубина залегания грунтовых вод в каждой точке замера пересчитывается на абсолютные или относительные отметки:

H_в = H_з-h,

где H_в - абсолютная отметка уровня грунтовых вод; H_з - абсолютная отметка поверхности земли; h - глубина залегания грунтовых вод. После нанесения на картографическую основу значений картируемого параметра приступают к интерполяции для определения регионального положения значений. Для каждой точки замера значения представляются в виде дроби: в числителе - абсолютная отметка уровня грунтовых вод, в знаменателе - глубина залегания грунтовых вод. Соединяя точки равных значений, проводят изолинии.

Карты гидроизогипс обязательно характеризуются линиями токов. Линии токов проводят так, чтобы они пересекали изолинии только под прямым углом. Направление фильтрации указывается стрелкой. Линии токов проводят в наиболее важных или характерных направлениях.

После построения карты гидроизогипс приступают к выделению зон разных глубин залегания подземных вод. Для этого используются все данные по глубинам залегания грунтовых вод в водопунктах. На источниках (болотах, урезах поверхностных водоемов и водотоков) глубина залегания принимается равной нулю.

В приложении 3 представлена карта гидроизогипс.

6.3 Состав грунтовых вод

Многообразие производств, огромное число химических продуктов (исходных, промежуточных, конечных), применяемых и получаемых в технологических процессах, обуславливают образование различных стоков, загрязнённых всевозможными органическими и неорганическими веществами. Во многих случаях воды содержат растворённые газы (сероводород, метан, углекислый газ). Стоки производств просачиваются в почву через неплотности трубопроводов и других коммуникаций на территории предприятия.

Часть загрязняющих веществ смываются осадками с территории предприятия (промзоны), а также с крыш и стен зданий. Степень вредности вод зависит от токсичности загрязняющих веществ. Очистка от таких примесей, как соли тяжёлых металлов, цианиды, полициклические углеводороды, сероводород и многие другие, является отдельной производственной задачей. Следует учитывать агрессивность стоков по отношению к материалам трубопроводов, коллекторов и аппаратов очистных сооружений. Речь идёт не только о величине pH, но и о содержании в водах некоторых солей и газообразных продуктов. Ситуация осложняется также тем, что загрязнённые воды смешиваются в почве с водами, имеющими свой сложный геохимический состав, поэтому очистку вод необходимо планировать с учётом всей сложности суммарного состава почвенных 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 дмі или 1 кг воды. В зарубежной литературе результаты анализа могут быть приведены в частях на миллион, что соответствует концентрации мг/дмі.

Эквивалентная форма записи состава вод позволяет определить соотношение между ионами с точки зрения их способности участвовать в химических реакциях, оценить качество анализа, установить генезис вод.

На основе эквивалентной формы выражения состава можно определить погрешность анализа воды. Эта оценка основана на принципе электронейтральности раствора: сумма концентраций катионов (мг-экв/дмі) равна сумме концентраций анионов. Анализ воды считается удовлетворительным, если погрешность определения менее 5%.

Процент-эквивалентная форма показывает относительную долю участия 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 дмі 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 Ж_О определяется как сумма мг-экв ионов Са²⁺ и Mg²⁺ в 1 дмі воды и слагается из карбонатной Ж_К и некарбонатной Ж_НК жесткости:

Ж_О = Ж_К + Ж_НК,

Ж_О = Ca²⁺ + Mg^2+.

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.

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/дмі^.

2. Углекислотная агрессивность обусловлена высокими концентрациями растворенной в воде углекислоты CO₂. Эта агрессивность проявляется в отношении металла (коррозия) и бетона. Разрушение бетона, как и при выщелачивающей агрессивности, сводится к растворению карбоната кальция. Воды, обладающие карбонатной жесткостью менее 1,4 мг-экв/дмі, 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/дмі; при рН < 6,7, если карбонатная жесткость больше 8,6 мг-экв/дмі (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/дмі и к агрессивной при содержании более 800 мг/дмі^. В породах высокой проводимости для бетона на портландцементе вода считается агрессивной при следующих попарных содержаниях ионов (в мг/дмі_):

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/дмі, а для бетонов на пуццолановом, шлаковом и песчано-пуццолановом портландцементе - при содержании иона (SO₄)^2- > 4000 мг/дмі, независимо от содержания С1^-.

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

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

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

6. Агрессивность воды по отношению к металлу связана с корродирующей способностью вод. Агрессивными по отношению к металлу являются воды: углекислые; сероводородные кислые; обогащенные кислородом. Коррозирующая 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/дмі):

коррозирующие, К_K > 0;

полукоррозирующие, К_K < 0, но К_K + 0,05Са²⁺ > 0;

некоррозирующие, К_K + 0,05Са²⁺ < 0.

В приложении 4 представлена обработка результатов химического анализа воды.

6.4 Очистка грунтовых вод

Наличие в почве загрязнённых вод приводит к необходимости очистки вод, разгружаемых через скважины.

Схема реагентной очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с отделением осадков показана на рисунке 1. Недостатком такой очистки является образование большого количества труднообезвоживаемого шлама. Кроме того, очищенная вода содержит большое количество солей кальция, поэтому ее трудно использовать в оборотном водоснабжении. Исходя из этого, предложено обрабатывать слив после отстаивания последовательно хлоридом кальция и содой. При этом происходит осаждение карбонатов металлов с карбонатом кальция. Образующиеся кристаллические осадки карбонатов металлов имеют незначительный объем и легко обезвоживаются. Одновременно происходит умягчение воды слива, что создает возможность использования ее в системе оборотного водоснабжения.

Для удаления ионов ртути применяют Na₂ S (двукратный избыток от стехиометрического соотношения), для устранения F ^- применяют «известковое молоко» (Ca(OH)₂). Для удаления Mn²⁺ применяют KMnO4 (2:1, по весу). При pH<6 применяют щелочные агенты (CaO, Ca(OH)₂, Na₂CO₃, NaOH).



Рисунок 1 - Схема реагентной очистки загрязнённых вод от ионов тяжёлых металлов.

Заключение

В процессе написания курсовой работы был изучен район загрязняющего объекта цветной металлургии, расположенный в Новосибирской области, Кировском районе на улице Мира 62. В результате деятельности этого объекта загрязняются грунтовые воды.

После химического анализа проб воды из скважин были выявлены следующие превышения: по ртути, цинку, свинцу, pH. Выданы рекомендации по строительству очистного сооружения, устройства для очистки воды и были рассчитаны реагенты для 1000 мі воды и доведения до питьевого качества воды из скважин.

Список используемой литературы

1. Зекцер И.С. Подземные воды как компонент окружающей среды, - М.: Научный мир, 2001 - 328 с;

2. Гавич И.К., Лучшева А.А., Семенова-Ерофеева С.М. Сборник задач по общей гидрогеологии. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1985. 412 с.;

3. Кульский Л.А. Теоретические основы и технология кондиционирования воды: Процессы и аппараты. - 4-е изд., перераб. и доп.-К: Наук. думка, 1983. - 527 c;

4. http://www.nok.ru;

5. http://ru.wikipedia.org/wiki/.

Размещено на Allbest.ru