РАЗДЕЛ I. ГИГИЕНА ВОДЫ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ
нее защита межпластовых вод от поступления загрязнений с поверхности. До быча межпластовых вод производится через буровые скважины.
В зависимости от условий залегания межпластовые воды могут быть на порными или ненапорными. Чаще всего межпластовая вода заполняет всю то лщу водосодержащей породы (песчаной, гравелистой или трещиноватой) ме жду водоупорными слоями. При этом давление, под которым находится вода в водоносном слое, становится выше атмосферного. Если прорезать водонепро ницаемую кровлю скважиной, то благодаря чрезмерному давлению вода в ней поднимается, а иногда даже выливается на поверхность в виде фонтана. Такая межпластовая вода называется напорной, или артезианской1, а уровень, на ко торый она поднимается в скважине самотеком, называется статическим. Нена порные межпластовые воды не способны подниматься самостоятельно, их ста тический уровень в скважине соответствует глубине залегания.
Условия формирования и залегания (наличие водоупорного перекрытия, большое расстояние от мест выклинивания, значительная глубина залегания) определяют главную особенность межпластовых вод — постоянство количест венных и качественных характеристик. Именно постоянство физических свойств и химического состава является важнейшими показателями санитарной на дежности межпластового водоносного слоя. Какие-либо изменения хотя бы одного из показателей качества межпластовой воды являются сигналом о по ступлении в ее слой воды из размещенных выше горизонтов, то есть сигналом о возможном загрязнении.
Надежно перекрытые межпластовые воды отличаются от грунтовых не высокой температурой (5—12 °С), постоянным физико-химическим соста вом, постоянным уровнем и значительным дебитом. Они прозрачные, без цвета, часто — без запаха и какого-либо привкуса. Концентрация минераль ных солей в них выше, чем в грунтовых водах, и зависит от химического со става породы, в которой они накапливаются и передвигаются. Межпластовые воды — пресные, но могут иметь разную степень минерализации, вплоть до высокоминерализованных. Степень минерализации определяет другие пока затели качества межпластовой воды (в частности, вкус и привкус) и корреллирует с содержанием хлоридов, сульфатов, солей жесткости (кальция и маг ния) и т. п. Межпластовые воды преимущественно щелочные (pH > 7) бла годаря наличию гидрокарбонатов щелочных и щелочно-земельных металлов. Иногда могут содержать много железа (II) в виде гидрокарбонатов, марган ца (II) в виде сульфатов, сероводорода. Последний образуется в межпласто вых водах в результате химических превращений некоторых минеральных со лей: восстановления сульфатов, разложения сульфидов металлов (по реакции FeS2 + 2С02 + 2Н2 0 = H2S + S4- + Fe(HC03)2), при взаимодействии сернокислых солей, растворенных в воде, с битумозными глинами, торфом, нефтью и т. п. Иногда в межпластовых водах выявляют аммонийные соли, которые, как и се-
В 1126 г. во Франции, в провинции Артуа, был оборудован колодец, из которого вода вы ливалась на поверхность. Это было необычным явлением. Колодцы, из которых вода самовыли валась, стали называть артезианскими.
116
ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
роводород, имеют исключительно минеральное происхождение. При отсутст вии свободного растворенного кислорода в глубоких межпластовых водах соз даются условия для восстановления нитратов в нитриты и аммонийные соли. Поэтому относительно высокое содержание в межпластовых водах сероводо рода и аммиака иногда бывает естественным и не свидетельствует об их загря знении. В природных биогеохимических провинциях, связанных с залежами по лиметаллических руд, межпластовые воды могут содержать значительное ко личество тех или иных микроэлементов, в частности мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома и др. Межпластовые воды Бучакского водоносного слоя (Полтав ская область Украины) отличаются высоким содержанием фтора. Разумеется, что такие воды невозможно использовать для хозяйственно-питьевого водо снабжения без специальной обработки.
Безусловным преимуществом межпластовых вод является почти полное отсутствие микробной контаминации. Благодаря длительной фильтрации и на личию водоупорной кровли, защищающей межпластовые воды от загрязнения, они почти не содержат микроорганизмов, тем более патогенных. Такие меж пластовые воды эпидемически безопасны и не нуждаются в обеззараживании.
Межпластовые воды, в связи с условиями их формирования и залегания, надежностью перекрытия водоупорными слоями, постоянством состава и дос таточно большим дебитом, имеют явные преимущества перед другими источ никами водоснабжения и с гигиенической точки зрения заслуживают высокой оценки. В большинстве случаев они обладают высоким качеством — им при сущи положительные органолептические свойства, физиологически благопри ятный минеральный, в том числе микроэлементный, состав, отсутствие или очень низкое содержание вредных (токсических) химических веществ, эпиде мическая безопасность. Поэтому их используют без предварительной обработки.
К сожалению, наряду с природными, на формирование состава подземных вод могут влиять и техногенные факторы. Такое влияние обычно бывает отри цательным и приводит к ухудшению качества межпластовой воды. Загрязне ние может возникнуть в случае попадания воды из расположенных выше гори зонтов при повреждении водоупорного перекрытия, при нарушениях во время бурения скважин, при их неправильном устройстве и эксплуатации, отсут ствии тампонирования в процессе выведения из эксплуатации и т. п. В таких условиях наиболее вероятным является загрязнение ненапорных межпласто вых вод, тогда как артезианские воды благодаря избыточному давлению в меж пластовом слое лучше защищены и поэтому с гигиенической точки зрения бо лее надежны.
Родниковая вода. Подземные воды, самостоятельно выходящие на поверх ность, называют родниками. Выходить на поверхность могут как грунтовые, так и межпластовые воды, если соответствующий водоносный горизонт разре зается при падении рельефа, например на склоне горы, в глубоком овраге. Род ники делятся на нисходящие и восходящие. Восходящие родники образуются при выходе на поверхность межпластовых напорных вод, нисходящие — грун товых вод. Забирают родниковую воду для хозяйственных нужд с помощью водозаборных сооружений — каптажей.
117
РАЗДЕЛ I. ГИГИЕНА ВОДЫ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ
Гигиеническая характеристика поверхностных водоемов. К поверх ностным водоемам относятся реки, проточные и непроточные озера, водохра нилища, ручьи. Поверхностные водоемы питаются за счет как атмосферных осадков, так и подземных вод. Поскольку водоемы пополняются преимущест венно атмосферными осадками, химический состав воды в них в основном за висит от гидрометеорологических условий и заметно колеблется на протяже нии года. В то же время на химический состав воды существенно влияет харак тер грунтов на территории водосбора — площади, с которой поверхностный сток в конечном счете попадает в конкретный водоем. Так как во время форми рования поверхностных водоемов вода контактирует преимущественно с по родами и почвами на поверхности земли, то она обычно содержит мало солей и является пресной.
По сравнению с подземными водами для поверхностных водоемов харак терны большое количество взвешенных веществ, низкая прозрачность, повы шенная цветность за счет гуминовых веществ, вымывающихся из почвы, более высокое содержание органических соединений, наличие аутохтонной микро флоры, наличие в воде растворенного кислорода. Поверхностные воды, как правило, слабо или мало минерализованы, мягкие или умеренно жесткие. В то же время в непроточных озерах и водоемах концентрация солей в воде может быть повышенной вследствие испарения. Кроме того, высокая минерализация и жесткость характерны для водоемов, формирующихся в солончаковых грун тах. Химический состав воды поверхностных водоемов разнообразный. Сухой остаток главным образом представлен ионами: СГ~, НСО~, SO^-, Ca2+, Mg2+, Na+. Соотношение этих ионов в воде разных водоемов значительно варьирует. Поверхностные водоемы в большинстве случаев имеют очень низкое содер жание микроэлементов, хотя в природных биогеохимических провинциях воз можна высокая их концентрация.
Для открытых водоемов характерно непостоянство качества воды, которое может изменяться в зависимости от сезона года и даже погоды. Так, во время ливня или таяния снега в водоем смываются взвешенные и гуминовые вещест ва, остатки химикатов с сельскохозяйственных полей, твердые бытовые и про мышленные отходы и т. п. С атмосферными осадками, таянием снега связаны значительные колебания количества воды в поверхностных водоемах. В про точных водоемах расход воды1 весной во время наводнения значительно уве личивается, в то время как летом, особенно в жару и засуху, — уменьшается.
Открытые водоемы легко загрязняются извне. В природных условиях на блюдается определенное загрязнение взвешенными и гуминовыми веществами, остатками растений, которые вымываются поверхностным стоком из почвы, продуктами жизнедеятельности животных и птиц, рыб и водорослей. Поэтому с эпидемиологической точки зрения открытые водоемы потенциально опасны.
Основным источником загрязнения являются сточные воды, которые обра зуются вследствие использования воды в быту, на промышленных предприятиях,
Под расходом воды подразумевают ее объем, проходящий за единицу времени через площадь поперечного сечения реки. Чаще всего измеряют в кубических метрах за секунду.
118
ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
животноводческих и птицеводческих комплексах и т. п. Особенно опасен спуск в водоемы неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод. Частичное загрязнение водоемов происходит поверхностным стоком: дождевыми, ливневы ми водами, водами, образовавшимися во время таяния снегов. И сточные воды, и поверхностный сток добавляют в водоемы значительное количество взвешен ных веществ и органических соединений, вследствие чего повышается цветность, сниэ/сается прозрачность, увеличивается окисляемость и БПК воды, уменьшает ся количество растворенного кислорода, повышаются концентрации азотсодержащих веществ и хлоридов, усиливается бактериальное обсеменение. С промыш ленными сточными водами и стоком с сельскохозяйственных полей в водоемы по ступают токсические химические вещества.
Кроме того, вода открытых водоемов моэ/сет загрязняться вследствие ис пользования водоема для транспортных (пассажирское и грузовое пароходство, лесосплав) целей, во время работы в руслах рек (например, добычи речного песка), водопоя животных, проведения спортивных соревнований, отдыха населения (см. раздел Л).
Однако каким бы значительным ни был уровень природного загрязнения, водоемы противостоят ему, пытаются избавиться от вредных веществ и, нако нец, справляются с этим. Естественные процессы очистки воды от загрязнений называются самоочищением водоемов.
Самоочищение открытых водоемов происходит под влиянием различных факторов, которые действуют одновременно в разных комбинациях. Такими факторами являются: а) гидравлические (смешивание и разбавление загрязне ний водой водоема); б) механические (осаждение взвешенных частиц); в) физи ческие (влияние солнечной радиации и температуры); г) биологические (слож ные процессы взаимодействия водных растений с микроорганизмами стоков, которые попали в водоем); д) химические (разрушение загрязняющих веществ путем гидролиза); е) биохимические (превращение одних веществ в другие за счет микробиологической деструкции, минерализация органических веществ в результате биохимического окисления водной аутохтонной микрофлорой). Самоочищение от патогенных микроорганизмов происходит за счет их гибели вследствие антагонистического влияния водных организмов, действия антибио тических веществ, бактериофагов и т. п.
При загрязнении водоемов бытовыми и промышленными сточными вода ми процессы самоочищения могут быть заторможены или угнетены. Влияние сточных вод на водоемы зависит от их характера. Бытовые сточные воды, об разовавшиеся в результате хозяйственно-бытовой деятельности человека, опас ны в эпидемиологическом отношении. Неочищенные промышленные сточные воды загрязняют водоемы значительным количеством различных химических веществ. Одни из них влияют на органолептические свойства воды, придавая ей неприятный привкус, запах, вид (хлорбензол, дихлорэтан, стирол, нефть и пр.), другие оказывают токсическое действие на организм человека и живот ных (мышьяк, кадмий, цианиды и пр.). Иные нарушают биологические и хими ческие процессы в водоеме, замедляя или совсем прекращая самоочищение (ацетон, метанол, этиленгликоль и т. д.). Иногда одно и то же вещество оказы вает токсическое действие на организм человека и одновременно отрицательно
119
РАЗДЕЛ I. ГИГИЕНА ВОДЫ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ
влияет на самоочищение водоемов или ухудшает органолептические свойства воды (соединения свинца, меди, цинка, ртути и т. д.).
Гигиенические требования к качеству воды источников централизо ванного хозяйственно-питьевого водоснабжения. С гигиенической точки зрения оптимальной является ситуация, когда вода в источниках водоснабже ния полностью отвечает современным представлениям о доброкачественной питьевой воде. Такая вода не нуждается в обработке, и важно лишь не ухуд шить ее качество на этапах забора из источника и подачи потребителям. Исхо дя из приведенной выше гигиенической характеристики, такими источниками могут быть подземные межпластовые воды, чаще всего — артезианские (на порные). В других случаях вода источников, особенно поверхностных, нужда ется в улучшении качества: уменьшении мутности (осветлении) и цветности (обесцвечивании), удалении патогенных и условно-патогенных микроорганиз мов (обеззараживании), иногда — улучшении химического состава (опрес нении, умягчении, дефторировании, фторировании, обезжелезивании и т. п.). Несмотря на постоянное усовершенствование методов водоподготовки, их во зможности имеют определенные технологически и экономически обоснован ные ограничения.
Вода источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабже ния должна быть такой, чтобы современные методы водоподготовки позво лили получить доброкачественную питьевую воду, которая по всем пока зателям отвечала бы государственному стандарту (ГОСТ 2874-82, СанПиН
№ 136/1940).
Особого внимания заслуживают те показатели качества воды, которые ма ло изменяются в процессе обычной обработки, предусматривающей осветле ние, обесцвечивание и обеззараживание. Такая обработка неэффективна в отно шении растворенных в воде химических веществ. Даже специальные методы водоподготовки дают возможность уменьшить содержание лишь некоторых из них: железа — путем обезжелезивания, фтора — благодаря дефторированию, сероводорода — за счет аэрации. Методы опреснения (снижения общей минерализации) и умягчения (снижения общей жесткости) требуют значитель ных дополнительных затрат электроэнергии, из-за чего стоимость водопровод ной воды значительно повышается. Поэтому во время организации водоснаб жения населенных пунктов желательно их избегать, хотя отсутствие пресновод ных источников иногда вынуждает опреснять соленую морскую воду.
Изложенное выше обусловливает жесткое ограничение в воде всех источ ников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения содержа ния сухого остатка, хлоридов, сульфатов, растворенных химических (особенно токсических) веществ, общей жесткости. Состав воды пресноводных подзем ных и поверхностных источников по этим показателям должен отвечать требо ваниям, предъявляемым к доброкачественной питьевой воде: сухой остаток — до 1000 мг/л (по согласованию с органами СЭС допускается до 1500 мг/л), кон центрация хлоридов и сульфатов — до 350 мг/л и 500 мг/л соответственно,
120