Источниками воды для систем хозяйственно-питьевого водоснабжения могут быть поверхностные водные объек­ты (реки, озера, водохранилища), подземные воды (грунтовые, межпластовые напорные и безнапорные) и атмосферные осадки. Удельный вес использования тех и других водоисточников в различных странах и регионах значительно колеблется. Главная причина этого - наличие или отсутствие запасов подземных вод, так как вопросы разведки и добычи подземной воды в настоящее время технически достаточ­но совершенны.

1.1. Поверхностные источники.

К поверхностным источникам относятся реки, озера, искусственные водохранилища, пруды. Общими свойствами воды поверхностных источников являются низкая минерализация, большое количество взвешенных веществ, высокий уровень микробного загрязнения, колебания расхода воды в зависимости от времени года и метеорологических условий. Величина активной реакции большинства поверхностных источников находится в диапазоне рН 6,5-8,5. Часто отмечается интенсивное техногенное загрязнение их в результате сброса промышленных, хозяйственно-бытовых сточных вод, судоходства, лесосплава, массового купания и других причин. Добавляется также чрезмерное развитие микроскопических одноклеточных водорослей – так называемое цветение, способное в значительной мере ухудшить органолептические свойства воды и придать ей аллергенные свойства.

Отмеченные особенности состава и свойств воды по­верхностных источников не позволяют использовать ее для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения в при­родном виде и вызывают необходимость предварительной обработки с целью улучшения органолептических свойств и обеззараживания.

В открытых водоемах уже в силу есте­ственных особенностей их режима свойства воды не могут отли­чаться постоянством. Ледяной покров, дожди и паводки неизбежно вызывают изменения, как количества, так и качества воды.

После вскрытия реки под влиянием талых вод снижается минерализованность и окисляемость воды и одновременно увеличи­вается количество бактерий, от которых ранее реку охранял ледя­ной покров. В июне, с уменьшением расхода воды, в реке концентрация солей возрастает, а развитие органической жизни на берегах реки и использование ее населением приводят к резкому уве­личению количества бактерий. Поми­мо таких неизбежных колебаний химического состава, возникающих вследствие смены времен года, состав воды в реке меняется на отдельных участках. Иногда химический состав водоема и на значительном протяжении различен в результате использо­вания его для различных хозяйственных, технических и промыш­ленных целей. Химический состав воды зависит от спуска городских и промышленных сточных вод, пароходных пристаней, от рыболовного промысела, массовых купаний, удобрения сельскохозяйственных площадей на склонах берегов. Наиболее существенна в этом отношении роль сточных вод, кото­рые, могут при неупорядоченном выпуске вызывать резкую дена­турацию физических и химических свойств и состава воды и соз­давать опасность заражения.

Особенности состава и свойств речной воды могут зависеть и от природных условий. Желтый цвет (цветность до 65°) и высокая окисляемость (до 15-16 мг О 2 /л) воды может быть обусловлена наличием гуминовых веществ. Если русло реки сложено из глинистых пород, то постоянно вымываемая течением мельчайшая глинистая взвесь вызывает естественную стойкую мутность воды. Таким образом, в результате естественных условий и воздей­ствия извне физические свойства, химический состав и содержа­ние бактерий в речной воде колеблются в широких пределах в одних реках сравнительно с другими и в одной и той же реке в раз­ное время.

Озера весьма разнообразны по размерам, глубине, режиму стока и составу воды. Пресные озера, формируются в основном за счет стока впадающих в них рек, и состав воды близок к таковому речной воды. В озерах осаждение взвеси происходит с большой полнотой. В донных отложениях (ил) содержится значительное количество органических веществ и идут энергичные биохимиче­ские процессы. В мелких озерах при волнении взмучивание ила может сказаться на всей тол­ще воды. Наибольшие достоинства как источник водоснабжения имеют большие и глубокие озера. На глубине 10 м и бо­лее вода отличается высокой чистотой в бактериальном от­ношении, а ее температура и химический состав колеблют­ся в узких пределах. Сани­тарные условия водоснабже­ния из таких озер благопри­ятнее, чем из рек, режим ко­торых меняется по временам года. Вместе с тем загрязненные стоки, поступая в озеро, могут при отсутствии выраженного течения оказывать влияние на значи­тельном расстоянии. Место для забора воды, расстояние от берега, глубина должны выбираться с учетом этого обстоятельства.

Искусственные водохранилища возникли в связи со строительством гидроэлектростанций, развитием промышленно­сти, созданием новых и ростом старых городов и рабочих поселков. Чтобы создать запасы воды и сосредоточить их вблизи потреби­телей, на многих реках были построены плоти­ны, задерживающие и накапливающие огромные запасы воды за счет, как постоянного стока, так и стока дождевых и талых вод.

Химический состав воды водохранилищ и его колебания отра­жают разнообразие состава речных, талых, дождевых и грунтовых вод, участвующих в образовании водохранилища.

Характерной особенностью их режима является постепенное повышение концентрации минеральных солей. Происходит это в основном в связи с испарением воды с поверхности водохранили­ща. Чем больше отношение площади водохранилища к массе воды, тем сильнее выражена в нем минерализация воды.

Другая особенность водохранилищ - летнее цветение воды в результате бурного разрастания водорослей, главным образом си­не-зеленых, за счет поступления избыточного количества биоген­ных веществ. Последующее массовое отмирание водорослей при­водит к обогащению воды разлагающейся органической материей, появлению сероводорода, падению содержания растворенного кис­лорода и замору рыбы. Кроме того, огромное количество водорос­лей попадает на очистные сооружения водопроводов, забивает фильтры, чрезвычайно осложняет их эксплуатацию. Вода в водохранилищах в большинстве случаев обладает хоро­шими бактериологическими качествами: будучи прослежены в ди­намике, они свидетельствуют об интенсивном ходе процессов само­очищения. Для предотвращения порчи воды большое значение имеет очистка чаши водохранилища до ее затопления, чтобы устранить все, что может служить причиной ухудшения органолептических свойств, химических особенностей воды и ликвидировать источники возможного ее заражения. Наиболее существенны в этом отно­шении удаление древесной и кустарниковой растительности, что­бы предотвратить насыщение воды продуктами ее распада, и сана­ция площади затопляемых сел. Водохранилища в отношении анофелогенности могут играть как положительную, так и отрицательную роль, уничтожая мелко­водье и заболоченности или, наоборот, создавая их. Создание искусственных водохранилищ следует расценивать как положительное явление в жизни прилегающих населенных мест. Они облегчают организацию централизованного водоснабже­ния, улучшают микроклимат и являются значительным оздорови­тельным фактором.

Изложенные особенности качества воды и режима различных водных объектов должны учитываться при выборе источника вновь проектируемого или реконстру­ируемого водопровода.

1.2. Подземные источники.

Подземные воды образуются путем фильтрации атмосферных осадков через почвенный покров или воды рек и озер через их русло.

Дальнейшее движение воды и накопление в виде подземных бассейнов зависят от строения горных пород, через которые она протекает. По отношению к воде все породы делятся на водопро­ницаемые и водоупорные. К первым относятся песок, супесок, гра­вий, галечник, трещиноватые мел и известняк. Вода заполняет поры между частицами породы или трещины и передвигается в силу законов тяжести и капиллярности, постепенно заполняя водоносный слой. Водоупорные породы представлены сплошными залеганиями гранита, плотного песчаника и известняка или гли­нами. Пласты водопроницаемых и водоупорных пород залегают, чередуясь с большей или меньшей правильностью.

Подземные воды залегают до глубины 12-16 км. По условиям залегания различают верховодку, грунтовые и артезианские воды (от названия французской провинции Артуа, лат. Artesium, где они были добыты в XII веке), значительно отличающиеся по гигиеническим характеристикам. Подземные пресные воды, пригодные для целей пить­евого водоснабжения, залегают на глубине 250-300 м и более.

Верховодка . Подземные воды, залегающие наибо­лее близко к земной поверхности, называются верховод­кой. Причиной появления верховодки служит наличие под почвой отложений в виде линз, создающих местный водоупор. Скапливающиеся на этом водоупоре атмосфер­ные воды и образуют верховодку выше уровня собственно грунто­вых вод. Режим питания вер­ховодки неустойчив, так как полностью зависит от атмосферных осадков, выпадающих на ограниченном пространстве. В теплом и жарком районах благодаря испарению минерализованность вер­ховодки иногда настолько повышается, что делает ее непригод­ной для питьевого использования. Вследствие поверхно­стного залегания, отсутствия водоупорной кровли и мало­го объема верховодка легко загрязняется и как правило в санитарном отношении она ненадежна и не может считать­ся хорошим источником водоснабжения

Грунтовые воды . Вода, которая скапливается в процессе фильтрации на первом от поверхности земли водоупорном пласте, называется грунтовой, в колодце она устанавли­вается на том же уровне, что и в подземном слое. Она не имеет защиты из водоупорных слоев; область питания вод совпадает с областью их распро­странения. Глубина залегания грунтовых вод колеблет­ся в пределах от 2-3 м до нескольких десятков метров.

Данный вид водоисточника характеризуется весьма непо­стоянным режимом, который целиком зависит от гидроме­теорологических факторов - частоты выпадения и обилия осадков. Вследствие этого имеются значительные сезон­ные колебания уровня стояния, дебита, химического и бактериального состава грунтовых вод. Кроме того, состав грунтовых вод зависит от местных условий (характера загрязнения окружающих объектов) и состава почвы. Запас их пополня­ется за счет инфильтрации атмосферных осадков, либо воды рек в периоды высокого уровня; не исключена возможность поступления подземных ненапорных вод из более глубоких горизонтов. В процессе инфильтрации вода в значительной мере освобождается от органического и бактериального загрязнения; при этом улучшаются и ее органолептические свойства. Проходя через почвы, вода обогащается углекислотой и про­дуктами распада органических и других веществ, что и определяет в основ­ном ее солевой состав. В природных условиях грунтовые воды не загрязнены и впол­не пригодны для питьевого водоснабжения, если их минерализа­ция не превышает вкусового порога. Однако, если почвенный слой тонок и, кроме того, загрязнен, возможно загрязне­ние грунтовых вод в период их формирования, что представ­ляет опасность в эпидемическом отношении. Чем массивнее загрязнение почвы населен­ного места и чем ближе к поверхности лежит вода, тем реальнее становится опасность ее загрязнения и заражения.

Дебит грун­товых вод обычно невелик, что наряду с непостоянным составом ограничивает их применение для централизован­ного водоснабжения. Используются грунтовые воды глав­ным образом в сельской местности при организации колодезного водоснабжения.

Межпластовые подземные воды . Межпластовые воды залегают между двумя водоупорны­ми слоями, изолированы от атмосферных осадков и поверхностных грунтовых вод водонепроницаемой кровлей, в силу чего обладают наибольшей санитарной надежностью. В зависимости от условий залегания они могут быть напорными (артезианскими) или безнапорными. Их отличительная особен­ность - залегание ниже одного, двух или нескольких слоев водо­упорных пород и отсутствие питания с поверхности непосредственно над ними. В каждом межпластовом водоносном горизонте различают область питания, где горизонт выходит на поверхность, область напора и область разгрузки, где вода изливается на поверхность земли или дно реки, озера в виде восходящих ключей. Добыча межпластовых вод производится через буровые скважины. Качество воды скважины во многом определяется ее расстоянием от границы области питания.

Санитарные достоинства глубоких подземных вод очень вели­ки: они редко требуют дополнительного улучшения качества, обладают сравнительно устойчивым химическим составом и при­родной чистотой в бактериальном отношении, характеризуются высокой прозрачностью, бесцветностью, отсутствием взвешенных веществ и приятны на вкус.

Химический состав подземных вод формируется под влиянием химического (растворение, выщелачивание, сорбция, ионный обмен, образование осадка) и физикохимического (перенос веществ фильтрующих пород, сме­шение, поглощение и выделение газов) процессов. В подземных водах найдено около 70 химических элементов. Недостатком их часто является высокое солесодержание и, в ряде случаев повышенное содержание аммиака, сероводорода и ряда минеральных веществ – фтора, бора, брома, стронция и др. Наибольшее значение для хозяйственно-питьевого водо­снабжения имеют фтор, железо, соли жесткости (сульфа­ты, карбонаты и бикарбонаты магния и кальция). Реже встречаются бром, бор, бериллий, селен, стронций.

Характерной особенностью межпластовых вод являет­ся отсутствие в них растворенного кислорода. Тем не менее микробиологические процессы оказывают суще­ственное влияние на их состав. Серобактерии окисляют сероводород и серу до серной кислоты, железобактерии образуют конкреции железа и марганца, которые частич­но растворяются в воде; некоторые виды бактерий способ­ны восстанавливать нитраты с образованием азота и аммиака. Химический солевой состав различных горизонтов подземных вод колеблется, их минерализация достигает иногда высоких пре­делов, и тогда они непригодны для водоснабжения населенных мест.

Чем дальше отстоит место водозабора (буровая сква­жина) от границы зоны питания или разгрузки и чем лучше защита от проникновения вышележащих вод, тем характернее и постояннее химический состав межпласто­вых вод. Постоянство солевого состава воды - важнейший признак санитарной надежности водоносного горизонта. На формирование состава подземных вод оказывают большое влияние естественные и искусствен­ные факторы. Изменения в солевом составе воды глубоководной артезианской скважины должны рассматриваться как признак санитарного неблагополучия. Причиной таких изменений может быть:

а) поступление воды из вышележащего горизонта, в частности грунтовых вод, при недостаточной плотности изолирующего слоя, затекании вдоль стенок скважины, через заброшенные колодцы, при разработке карьеров, при нерациональной эксплуатации горизон­та, отборе воды, превышающем его водообильность, сопровождающееся изменением мине­рализации;

б) фильтрация речной воды через промоины в водоупорном ложе русла;

в) загрязнение через устье скважины.

В некоторых случаях возможно и бактериаль­ное загрязнение воды. Одной из причин загрязнения подземных вод являются промышленные сточные воды, которые инфильтрируются из накопителей, хвосто- и шламохранилищ, золоотвалов и т.п. в случае неудовлетворительной их гидроизоляции. Инфильтрация промышленных загрязнений наблюдается и с полей фильтрации, которые до недавнего времени использовались для обезвреживания промышленных сточ­ных вод. Проникновению сточных вод через водоупорные горизонты способствуют поверхностно-активные веще­ства, присутствующие в большинстве промышленных сточных вод.

При эксплуатации скважины в определенной части водоносного горизонта в результате присасывающего дей­ствия водоподъемных устройств развивается зона пони­женного давления воды. Степень понижения зависит от мощности водоподъемника, высоты давления в горизонте до его эксплуатации и водообильности горизонта. Наи­большего значения понижение давления достигает вокруг скважины, постепенно снижаясь по мере удаления от нее. Объем водоносной породы, на котором сказывается при­сасывающее влияние водоподъемника при его работе, получил вследствие характерной формы название «ворон­ка депрессии». Наличие и размеры воронки депрессии изменяют гидрогеологические условия в водоносном гори­зонте, снижая его санитарную надежность, так как появ­ляется возможность притока воды из выше- и нижележа­щих водоносных горизонтов через трещины и гидравличе­ские окна в разделяющих их водоупорных пластах.

Территория на поверхности земли, соответствующая границе воронки депрессии, в наибольшей мере может служить источником загрязнения подземных вод, что учитывается при организации зон санитарной охраны водоисточника.

Межпластовые воды вследствие защищенности от по­верхностного загрязнения, постоянства состава и доста­точно большого дебита высоко оцениваются с санитарной точки зрения и при выборе источника хозяйственно-питьевого водоснабжения имеют преимущество перед дру­гими водоисточниками. Весьма часто межпластовые воды могут использоваться для питьевых целей без предвари­тельной обработки. Единственным принципиальным огра­ничением выбора их в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения является недостаточная водообильность горизонта по сравнению с намечаемой мощно­стью водопровода.

Затрагивая вопрос характеристики системы водоснабжения, то во внимание берется довольно много параметров, среди которых следует отдельно отметить выбор источника для водозабора. От этого во многом зависит качество используемой воды. В свою очередь характеристика источников водоснабжения основывается на максимальном водопотреблении, санитарном состоянии воды, степени капитальности выбранного источника, экологической обстановке, а также степени заражения почвы.

Человек для своих нужд в основном использует исключительно пресную воду из подземных и поверхностных источников. Выбирая тот или иной источник водоснабжения, следует отдать предпочтение либо артезианским водам, либо рекам. И такое решение подтверждает гигиеническая характеристика источников водоснабжения.

Классификация источников воды

Традиционные источники воды в природных условиях можно условно разделить на 3 главные группы:

• А. Источники поверхностного водоснабжения.
• Б. Источники подземного водоснабжения.
• В. Источники искусственного водоснабжения.

Поверхностные источники водоснабжения

К основным источникам поверхностного питьевого водоснабжения относятся:

Проточные водотоки

Реки, каналы, ручьи, арыки и т. п. Эти воды характеризуются очень низкой соленостью, сравнительно высокой мутностью, и содержанием органики. Часто в поверхностных водах содержатся бактерии. В реках умеренного и теплого климата, на водосбросах мощных электростанций на севере, в этих водах содержится большое количество сине-зеленых водорослей.

Озерная вода

Эта вода в большинстве непроточных озер имеет повышенную соленость, но меньшую мутность. Все поверхностные воды в течение года меняют качество воды в больших пределах, а количество воды, т. е. секундный расход по сечению русла, сильно зависит от выпадающих осадков в бассейне этого поверхностного источника.

Речные стоки значительно увеличиваются весной, после таяния снегового покрова, и осенью, в период осенних дождей. В эти периоды увеличивается количество бактерий и мутность, но часто падает соленость, которую называют «жесткость». Она проявляется в некачественной стирке и мытье.

Обратите внимание

Для целей водоснабжения поверхностную воду нужно очищать.

Разновидности подземных источников

Разновидности подземных источников Источниками подземного водоснабжения являются:

• - подземные бассейны пресной и минерализованной воды, расположенные на разных глубинах;
• - водоносные горизонты.

Обычно вода получаемая из под земли более чистая, чем поверхностная, т. к. проходит естественную фильтрационную очистку, при прохождении через слой земли.

Самотечные источники подземной воды называются родниками или ключами и часто могут использоваться в питьевом водоснабжении населенных пунктов без очистки.

Источники по глубине залегания

По глубине залегания и особенностям получения (добычи) подземные воды делятся на такие виды:

• почвенные – связанные с частицами почвы, в основном с молекулами и гравитационные, т. е. свободно перемещающиеся, используются мало из-за нестабильности качества и количества;
• грунтовые – имеются в почве в виде водоносных слоев, обычно на глиняном подслое, «добываются» скважинами и колодцами;
• межпластовые – может быть несколько водоносных слоев, расположенных между водоупорными слоями, часто заполняя весь межслойный промежуток, находятся под давлением, могут из скважины фонтанировать;
• артезианские – межпластовые воды, забираемые в зоне котловины, находятся под давлением, после вскрытия верхнего гидроизолирующего слоя могут подняться до уровня земли и даже выше, образуя фонтан; глубина добычи от сотни метров до немного более километра;
• минеральные воды – часть водоносных слоев содержит растворимые соли, которые выходят из скважины в виде водного раствора – минеральной воды разного состава и назначения.

Подземные источники – достоинства и недостатки

По современным представлениям подземные воды неглубокого залегания – сотни метров, образовались в результате просачивания с поверхности дождевых вод, принесенных воздушными массами с территории морей и океанов в результате круговорота воды в природе. Поэтому, когда насыщенные влагой воздушные массы встречают на своем пути достаточно высокие горы, то на их склоны они и сбрасывают воду. Но значительная часть поверхностной воды образуется из пара в лесных массивах.

Вода на глубинах более 1 – 1,5 км в большей своей части образовалась в результате химических процессов в магме, гранитах, базальтах, габбро и др. породах земной коры. Часть этой воды выходит на поверхность через действующие вулканы, в т. ч. и грязевые и после впитывания и/или испарения, смешивается с поверхностными водами.

Достоинства

К достоинствам пресных подземных вод следует отнести:

1. их высокую чистоту, в т. ч. и солевую (химическую), бактериологическую;
2. постоянство состава в течение длительного периода;
3. стабильность дебита – количества воды;
4. отсутствие органики и бактерий и т. п.

Недостатки

К недостаткам:

1. не во всех местностях есть достаточное количество неминерализованной воды;
2. при небольшом уровне солености вода может иметь неприятный вкус, и даже запах;
3. повышенная жесткость требует специальной обработки.

Основными источниками водоснабжения являются подземные воды и открытые водоемы. В некоторых случаях для питьевых целей может использоваться атмосферная вода (дождевая, снеговая) или морская, прошедшая процесс опреснения.

Подземные воды образуются при скоплении в почве просочившейся через нее воды. Скопление их происходит в слое водопроницаемых пород (песке, гравии, трещиноватом известняке), ниже которых располагается слой водоупорных пород (глины, гранита). Водонепроницаемые и водоупорные слои чередуются.

Подземные воды, находящиеся на первом от поверхности земли водоносном слое, называются грунтовыми. Глубина залегания грунтовых вод колеблется от 1-2 до нескольких десятков метров. Пройдя через почву, грунтовые воды начиная с 5-6 м обычно не содержат патогенных микробов. Однако если почва загрязняется различными нечистотами, то в грунтовые воды могут попасть микробы. Чем больше загрязнение почвы и чем ближе к поверхности расположены грунтовые воды, тем реальнее опасность их бактериального загрязнения.

Подземные воды, находящиеся в водоносном слое (горизонте), расположенном между двумя водонепроницаемыми слоями, называются межпластовыми водами. Если пробурить скважину в наклонно расположенном межпластовом горизонте, то вода в ней поднимается. Такие межпластовые воды, которые поднимаются выше уровня, где они были встречены при бурении, называются напорными или артезианскими. Межпластовые воды могут выходить на поверхность в виде родников.

Артезианские воды, проходя в почве длинный путь, фильтруются, освобождаются от микробов, обогащаются минеральными солями. Они отличаются прозрачностью, отсутствием взвешенных частиц, низкой температурой, постоянным минеральным составом. Артезианская вода является лучшим источником водоснабжения.

Однако при использовании артезианских вод нельзя полностью исключать опасность загрязнения. Его причиной могут быть трещины в земных породах, заброшенные шахты и др. Поэтому артезианские воды также нуждаются в систематическом санитарном контроле.

Открытые водоемы (пруды, озера, реки) образуются на поверхности земли при стекании атмосферной воды. Они могут также частично питаться подземными водами. Открытые водоемы обычно загрязняются сточными бытовыми и промышленными водами, атмосферной и талой водой. Однако в водоемах постоянно идут процессы самоочищения: разбавление сточных вод, осаждение взвешенных частиц, минерализация органических веществ, отмирание микробов и т. д. Скорость самоочищения зависит от степени загрязненности воды и величины водоема. При исчерпании возможностей самоочищения вода становится непригодной для питья, оздоровительных и хозяйственных нужд. Наибольшей способностью к самоочищению обладают полноводные реки, а возможности небольших и непроточных водоемов в этом отношении весьма ограничены.

Виды источников водоснабжения и их

Все источники водоснабжения с гигиенической точки зрения, а также по происхождению и локализации можно разделить на 3 группы: подземные, поверхностные и атмосферные. Подземные воды формируются в результате фильтрации через почву атмосферных осадков и поверхностных вод. По глубине залегания и расположению по отношению к земным слоям все подземные воды делятся на верхнюю, среднюю и нижнюю зоны. Для хозяйственно-питьевого водоснабжения чаще всего используют воды верхней зоны, глубина расположения которых достигает 1000, а иногда 2000 м. Так, в тундре и холодном климатическом поясе верхняя зона имеет глубину от 2 до 10 м. Инфильтрация талых снеговых вод делает минерализацию подземных вод очень низкой (100-150 мг/л). В умеренном климатическом поясе глубина залегания подземных вод верхней зоны увеличивается и достигает 20-60 м. Одновременно возрастает и минерализация воды (100-100 мг/л). Еще южнее, в теплом и южном климатических районах, продолжают увеличиваться глубина залегания подземных вод и их минерализация. Таким образом, при продвижении с севера на юг прослеживаются закономерное повышение минерализации подземных вод и увеличение глубины их залегания.

Еще одна закономерность, которую следует отметить при характеристике самоочищения подземных вод, это повышение загрязнения воды микроорганизмами, органическими веществами и токсичными примесями по мере уменьшения глубины её залегания. Данное обстоятельство обусловлено большим загрязнением поверхностных стоков и верхних слоев почвы. При проникновении поверхностных вод через слой почвы происходят их постепенная фильтрация, адсорбция микроорганизмов и органических веществ на почвенных структурах, а затем окисление органических остатков с участием аэробным микроорганизмов. На заключительном этапе минерализации происходит биохимическое окисление органических азотистых соединений до солей аммония и далее с участием аэробных бактерий рода B.nitrosomonas и B.nitrobacter соответственно до нитритов и нитратов. Этот процесс носит название нитрификации. Эффективность самоочищения воды в почве зависит от вида, структуры и толщины почвы, её инсоляции, аэрирования, температуры и ряда других физико-химических и микробиологических характеристик.

Качество подземных природных вод в значительной степени определяется строением земной коры. Верхний слой представлен почвой, содержащей большое количество микроорганизмов и перегнивающих органических веществ животного и растительного происхождения, т.е. гумусом. По мере углубления в грунте возрастает количество песчаных, каменистых и глинистых структур, уменьшается содержание органических веществ. Этот слой водопроницаем, но под ним расположен первый водоупорный пласт, состоящий из глины, гранита или других водонепроницаемых образований. Под первым водоупорным слоем чередуются водоносные горизонты, где носителями воды служат песок, трещиноватые породы, разделенные водоупорными слоями. Подземные воды каждого горизонта имеют свои особенности.

Наиболее близко к поверхности земли находятся почвенные воды. Они формируются из поверхностных стоков и отражают органический и минеральный состав верхнего почвенного слоя. Так, торфянистые и болотистые почвы насыщают воду органическими веществами растительного происхождения, а из черноземных и солончаковых почв в воду вымывается много минеральных веществ. Почвенная влага содержит много микроорганизмов, в т.ч. и патогенных. Почвенные воды неприемлемы в качестве источника водоснабжения в связи с высоким микробным, органическим и минеральным загрязнением, но играют важнейшую роль в поддержании влажности почвы, нормальном функционировании почвенных биоценозов. Эти воды используются растительными и животными организмами.

Почвенные воды, находящиеся в свободном состоянии, под действием гравитационных сил проникают до первого водоупорного слоя. Происходит их фильтрация, и формируются грунтовые воды, лежащие на первом водонепроницаемом пласте земной коры. Одновременно происходит горизонтальное перемещение грунтовых вод в соответствии с уклоном водоупорного слоя, что дополнительно способствует самоочищению воды. Грунтовым водам свойственна высокая минерализация, отражающая химический состав местного грунта. Они практически не содержат микроорганизмов, имеют низкую температуру и приятный вкус. В некоторых случаях при малой толщине слоя грунта, а также при его механическом нарушении достаточного самоочищения грунтовых вод не происходит, и такая вода непригодна для питья. Однако в большинстве случаев именно грунтовые воды служат источниками водоснабжения в сельской местности и при правильном оборудовании шахтных колодцев вполне отвечают санитарным требованиям. В почвенном слое над первым водоносным горизонтом могут находиться элементы водоупорного слоя в виде линз. На них скапливаются свободные гравитационные воды. Это разновидность грунтовых вод – верховодка. Однако из-за недостаточной толщины фильтрующего грунтового слоя эти воды, как правило, сильно загрязнены органическими веществами. Микробиологические, органические и органолептические характеристики не позволяют использовать эти воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Наиболее стабильны и надежны в санитарно-эпидемиологическом отношении межпластовые воды, располагающиеся между водонепроницаемыми пластами ниже первого водоупорного слоя. Толщина водоносных горизонтов межпластовых вод может составлять несколько десятков метров. Носителями воды в водоносном горизонте служат песок, трещиноватые породы (известняк), гравий. В некоторых случаях водоносные горизонты представлены пустотами, заполненными водой, т.е. они имеют вид подземных озер и рек. Этим объясняется осадка грунта при неумеренном откачивании межпластовых вод. Водоупорные слои могут распространяться на десятки и даже сотни километров, поэтому воды водоносных горизонтов формируются и проходят самоочищение, преодолевая огромные пространства. Межпластовым водам свойственны малое аэрирование и слабое развитие биологических процессов и форм жизни, стабильный химический состав и при этом более высокая минерализация, чем у грунтовых вод, содержание необходимых для человека макро- и микроэлементов (кальций, магний, йод, фтор), низкая стабильная температура, хорошие органолептические свойства. Межпластовые воды обычно доброкачественные и могут употребляться для питья без дополнительной обработки. Особое место среди межпластовых вод занимают артезианские воды, которые, обладая всеми благоприятными свойствами подземных вод, находятся под повышенным давлением. Образование напорных вод объясняется особенностями географических и геологических структур на обширных территориях (возвышенности, впадины, уклоны водоупорного слоя), обеспечивающих гидростатический напор воды, что при бурении скважин проявляется фонтанированием. Свойства артезианских вод в бактериальном смысле надежны и благоприятны, что обусловлено повышенным давлением и соответственно отсутствием возможности подсоса воды из загрязненных водоносных горизонтов.

Гидрогеологическое строение грунта в горной и холмистой местности, а также при наличии оврагов, русел рек имеет особенности. В указанных случаях возможно естественное нарушение водоупорных слоев и истечение подземных (грунтовых и межпластовых) вод в виде родников и ключей. Вода таких источников, как правило, доброкачественная, но необходимо правильное санитарно-техническое оборудование (каптирование) родников, исключающее биогенное загрязнение воды.

Средний пояс подземных вод расположен на глубине нескольких сотен метров. В отдельных регионах эти воды могут быть термальными, используются, в основном, с бальнеологическими целями или в качестве теплоносителя для отопления жилых зданий. Нижняя зона подземных вод залегает на глубине нескольких километров. Эти высокоминерализованные воды изолированы от окружающей среды и имеют стабильный химический состав. Контакт человека с этими водами происходит при бурении глубинных нефтяных скважин, когда воды поднимаются на поверхность как сопутствующий продукт. Воды нижнего пояса используются в качестве сырья для добычи присутствующих в них минеральных веществ.

К поверхностным источникам относятся воды рек, озер, искусственных водохранилищ, ручьев, болот, а также морей и океанов. Эти водоисточники различаются содержанием микроорганизмов, органических и минеральных веществ, способностью к самоочищению, обновлению водных ресурсов, физическими свойствами воды. Все поверхностные воды можно разделить на пресные и соленые. Наиболее часто для водоснабжения используются реки. Речные воды обладают наибольшими способностями к самоочищению, высоким дебитом, стабильностью естественного минерального состава. Вместе с тем они наиболее загрязняются антропогенными примесями, т.к. чаще всего используются для сброса хозяйственно-фекальных и техногенных сточных вод, обильно загрязняются сельскохозяйственными стоками. В больших количествах в них поступают паводковые и ливневые воды. Ещё одним недостатком рек как источников водоснабжения является уменьшение количества воды и даже пересыхание в жаркий период года. К более стабильным источникам водоснабжения относятся искусственно создаваемые водохранилища на крупных и средних реках, имеющие большой дебит. Однако с резким замедлением движения воды в искусственных водоемах снижается водообмен, что способствует накоплению и осаждению органических веществ, развитию анаэробной микрофлоры, цветению воды, образованию донных отложений, ила. Подобными недостатками обладают и естественные озера, вода которых ещё больше подвержена нарушению естественных биоценозов, накоплению органических веществ и гнилостных микроорганизмов, развитию бентоса, особенно при массивном заборе питьевой воды и сбросе сточных вод. Поверхностные и подземные источники, питающие озера, не справляются с поддержанием дебита. Это приводит к обмелению озер, что в свою очередь в южных районах влечет за собой засоление, а в северных – заболоченность.

Перспективным и практически неограниченным источником воды остаются моря и океаны. Однако морская вода в натуральном виде неприемлема для питья в связи с высокой засоленностью. Моря, как и другие поверхностные водоемы, имеют высокий уровень микробного и органического загрязнения, особенно в прибрежной зоне.

Для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения могут использоваться и атмосферные осадки в виде дождя и снега. Чаще такое применение осадки находят в засушливых южных районах, в арктической зоне, а также в экстремальных ситуациях. Дождевые и снеговые воды мягкие, маломинерализованные. Однако высокий уровень загрязнения атмосферы в современных условиях, особенно в промышленных регионах, позволяет сделать вывод о большом загрязнении осадков растворимыми токсичными веществами, твердыми аэрозолями и микроорганизмами.

Источники водоснабжения . Все источники воды с гигиенической точки зрения, а также по происхождению и локализации можно разделить на три группы: подземные, поверхностные, атмосферные . Источниками централизованного водоснабжения служат поверхностные воды их доля составляет 68% и подземные - 32%. Атмосферные воды (снег, дождевая вода) для хозяйственно-питьевого водоснабжения используются только в маловодных районах, в Заполярье и на Юге. Эта вода слабо минерализована, очень мягкая, содержит мало органических веществ и свобода от патогенных микроорганизмов. Подземные воды , располагаясь под землей, образуют в зависимости от залегания несколько водоносных горизонтов. Грунтовые воды прозрачны, имеют невысокую цветность, благодаря их доступности широко используются в сельских местностях путем устройства колодцев. Грунтовые воды могут проникать в область между двумя слоями породы - такие воды называютсямежпластовыми . Вода на этих уровнях может заполнить все пространство, и если пробурить кровлю, то вода может подняться на поверхность земли, а иногда даже изливается фонтаном. Такую воду называют артезианской. Межпластовые воды представляют лучший источник водоснабжения для водопроводов небольшой и средней мощности. Они свободны от бактерий и могут использоваться для питьевого водоснабжения, не подвергаясь обеззараживанию. Подземные воды могут, самостоятельно, выходит на поверхность земли. Это - родники. Открытые водоемы - это озера, речки, ручьи, каналы и водохранилища. Все они подвержены загрязнению атмосферными осадками, талыми и дождевыми водами, стекающими с поверхности земли, спуском бытовых и промышленных сточных вод.

Поверхностные воды обычно мягкие и слабо минерализованные. Для них характерно изменение качества воды в зависимости от сезона (таяние снегов, ливневые воды). Санитарные правила предлагают выбирать источники водоснабжения в следующем порядке:

1.Межпластовые напорные (артезианские) воды.

2.Межпластовые напорные воды.

3.Грунтовые воды.

4.Открытые водоемы.

Зоны санитарной охраны. Зона санитарной охраны - это специальная выделенная территория, связанная с источником водоснабжения и водозаборными сооружениями. Зона санитарной охраны устанавливаются в составе трех поясов. Первый пояс (зона строгого режима), назначение которого - защита места водозабора от загрязнения, в том числе умышленного.Для поверхностных источников должны быть границы: вверх по течению - не менее 200м, по берегу - не менее 100м, вниз по течению - не менее 100м. Зона первого пояса должна быть ограждена; не допускаются посторонние. На территории запрещается проживание, строительство, стирка белья, купание, рыбная ловля, катание на лодках. Второй и третий пояс - зона ограничения. Определяются расчетным методом - пробегом воды. На территории второго и третьего поясов зоны санитарной охраны запрещается разработка полезных ископаемых, размещение кладбищ и животноводческих ферм и др. Каждый водоем - это сложная система, где обитают растения, микроорганизмы, которые постоянно размножаются и отмирают, что обеспечивает самоочищение водоемов .Факторы самоочищения делятся на группы: физические - разбавление, растворение и перемешивание поступающих загрязнений, осаждение в воде нерастворимых осадков и микроорганизмов. Понижение температуры воды сдерживает процесс самоочищения, а ультрафиолетовое излучения и повышение температуры воды ускоряют этот процесс,химические - окисление органических и неорганических веществ. Методы улучшения качества питьевой воды. Методы обработки воды, с помощью которых качество воды источников водоснабжения доводится до соответствия требованиями СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества», подразделяются на основные и специальные. Основными способами являются осветление, обесцвечивание, обеззараживание. Под осветлением и обесцвечиванием понимается устранение из воды взвешенных веществ и окрашенных коллоидов (в основном гумусовых веществ). Этапы: коагуляция, отстаивание, фильтрация. Путем обеззараживания устраняют содержащиеся в воде водоисточника инфекционные агенты- бактерии, вирусы и другие. В тех случаях, когда применение только основных способов недостаточно, используют специальные методы очистки (обезжелезивание, обесфторивание, обессоливание и др.), а также введение некоторых необходимых для организма человека веществ - фторирование, минерализация обессоленных и маломинерализованных вод. Методы обеззараживания воды подразделяются на химические (хлорирование, озонирование, использование серебра) и физические (кипячение, ультрафиолетовое облучение, облучение гамма-лучами и др.). В настоящее время самым распространенным методом, который используется для обеззараживания воды на водопроводных станциях, является первичное хлорирование. В настоящее время этим методом обеззараживается 98,6% воды. Причина этого заключения в повышенной эффективности обеззараживания воды и экономичности технологического процесса. Однако все большее распространение получает метод озонирования, который в комбинации с хлорированием дает хорошие результаты по улучшению качества воды. По окончании процесса связывания хлора содержащимися в воде веществами и бактериями в воде появляется остаточный активный хлор. Его появление, является свидетельством завершения процесса хлорирования. Присутствие в воде, подаваемой в водопроводную сеть, остаточного активированного хлора в концентрации 0,3-0,5 мг/л является гарантией эффективности обеззараживания. Неудовлетворительное санитарно-техническое состояние водопроводных сооружений и сетей является причиной вторичного загрязнения питьевой воды при транспортировании по разводящей системе, прежде всего в результате аварий, являющихся причиной вспышек инфекционных заболеваний. В 2010г. по поручению Президента и Правительства Российской Федерации утверждена Федеральная целевая программа «Чистая вода» на 2011-2017 годы, целью которой является обеспечение населения питьевой воды, соответствующей требованиям безопасности и безвредности, установленным санитарно-эпидемиологическими правилами.

---