Охрана и защита подземных вод от загрязнения


Охрана подземных вод как комплексная проблема имеет два основных направления: охрану подземных вод как полезного ископаемого на эксплуатирующихся или разведываемых месторождениях подземных вод и охрану подземных вод как одного из основных компонентов природной (окружающей) среды. />Охрана подземных вод как полезного ископаемого. Охрана и защита запасов подземных вод от загрязнения наиболее актуальна для месторождений пресных подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого (в ряде случаев и технического) водоснабжения, и месторождений лечебных минеральных вод. На месторождениях этого типа необходимость оценки и охраны качества подземных вод в течение всего срока эксплуатации водозабора определена действующими инструкциями по оценке эксплуатационных запасов. При наличии в пределах расчетной области влияния эксплуатации существующих или потенциальных источников загрязнения подземных вод прогноз изменения качества подземных вод в обязательном порядке должен учитывать их возможное влияние при эксплуатации.
Проблема охраны и защиты от загрязнения подземных вод эксплуатирующегося или подготавливаемого к эксплуатации месторождения решается проведением комплекса специальных мероприятий, реализуемых путем создания так называемых зон санитарной охраны водозаборов. При обосновании зон (поясов) санитарной охраны учитывается необходимость осуществления комплекса охранно-защитных мероприятий как в пределах участка собственно водозаборного сооружения, так и в пределах территории, с которой будет происходить поступление (приток) подземных вод к водозабору в течение расчетного срока его эксплуатации.
В соответствии с этим в целях предотвращения загрязнения согласно СанПиН 10-113 РБ 99 «Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов хозяйственно-питьевого водоснабжения» в окрестностях водозаборов подземных вод устанавливаются зоны санитарной охраны (ЗСО), в составе которых обычно выделяют три пояса (зоны): первый (I) - строгого режима, второй (II) и третий (III) - ограниченного режима.
Первый пояс - строгого санитарного режима охватывает собственно водозаборный участок (само водозаборное сооружение, насосные станции, резервные емкости для воды и т.д.). Этот относительно ограниченный участок представляет собой территорию, на которую запрещен доступ посторонних лиц.
Назначение первого пояса ЗСО - устранение возможности случайного загрязнения подземных вод непосредственно через водозаборные сооружения или нарушения нормальной работы водозаборного сооружения, водоподъемных устройств и сооружений для очистки и сбора воды. Границы пояса располагаются не менее чем на 50 м от водозаборных сооружений при использовании безнапорных водоносных горизонтов и не менее чем на 30 м при использовании артезианских или межпластовых водоносных горизонтов. Территория первого пояса всегда ограждается, и на ее площади постоянно проводятся наблюдения за санитарным состоянием.
Второй пояс - санитарного контроля охватывает территорию, из пределов которой возможно (при его наличии) поступление бактериального загрязнения к водозабору. Положение «внешней» границы второй зоны определяется исходя из скорости фильтрации подземных вод, поступающих к водозабору, и времени, в течение которого болезнетворные микроорганизмы сохраняются в жизнедеятельном состоянии в пластовых условиях. В зависимости от типа месторождения это время принимается равным 500-1000 сут, что и определяет размеры второй санитарной зоны. В качестве защитных мер, которые должны предохранить подземные воды от бактериального загрязнения, в пределах второй зоны предусматривается ликвидация и устранение потенциальных источников такого загрязнения (животноводческие комплексы, скотомогильники, жилые строения без стационарной канализации, свалки бытовых отходов и др.). Охрана подземных вод от возможного бактериального загрязнения предусматривает осуществление в пределах второй зоны постоянного санитарного контроля за всеми видами хозяйственной деятельности. По результатам такого контроля должны немедленно устраняться или ликвидироваться все вновь возникающие очаги возможного бактериального загрязнения. Создание новых предприятий, строительство жилых комплексов могут осуществляться только при наличии соответствующего заключения санитарно-эпидемиологической службы.
Третий пояс - санитарной охраны включает всю территорию, из пределов которой (в течение расчетного срока эксплуатации) будет осуществляться приток подземных вод к водозаборному сооружению. В связи с этим она охватывает всю площадь месторождения до естественных границ или до расчетных границ, до которых будет распространяться влияние водоотбора. В пределах третьей зоны, так же как и второй, опасность представляет наличие химического загрязнения подземных вод. Комплекс защитных мер в этом случае предусматривает ликвидацию очагов химического загрязнения, которые могут быть связаны с местами складирования производственных и коммунальных отходов, с фильтрацией из хранилищ жидких производственных отходов и шламонакопителей, с утечками из технологических сетей химических, металлургических, нефтеперерабатывающих и других предприятий, с площадями сельскохозяйственного производства, интенсивно использующего минеральные удобрения, пестициды, ядохимикаты и др. Охранные мероприятия осуществляются путем проведения систематических режимных наблюдений за составом и качеством подземных вод на объектах хозяйственной деятельности, которые могут быть потенциальными источниками химического загрязнения подземных вод.
Более сложными являются случаи, когда в пределах самого продуктивного горизонта в зоне влияния водозабора или в смежных горизонтах, имеющих с ним гидравлическую связь, уже существуют участки с загрязненными подземными водами, т.е. водами, естественный химический состав которых не соответствует ГОСТу. В этом случае на основе миграционных расчетов (моделей) оцениваются возможность и сроки «подтягивания» к водозабору некондиционных подземных вод. Если существует реальная опасность, предотвращение распространения загрязнения и защита водозабора могут быть обеспечены только проведением специальных мероприятий по локализации участка загрязнения (устройство противофильтрационных экранов и завес, перехват загрязненных вод с помощью различного рода дренажных устройств и т.д.). При относительно локальном участке загрязнения возможна его ликвидация путем извлечения всего объема загрязненной воды или промывкой пласта водой или специальными растворами через систему нагнетательных и откачечных скважин (Бочевер и др., 1979).
Охрана подземных вод как компонента природной среды. Проблема охраны подземных вод как компонента природной среды вне связи с существующей или проектируемой на ближайшее время эксплуатацией решается в настоящее время значительно менее удовлетворительно по двум причинам. Во- первых, загрязнение подземных вод в этом случае непосредственно («сиюминутно») не угрожает здоровью человека, что определяет недостаточность существующих мер контроля, отсутствие необходимых ограничений и т.д. Во-вторых, при такой постановке проблемы те или иные меры по охране и защите подземных вод должны проводиться в пределах обширных территорий (регионально), на площади естественно-исторических или административных районов, областей и т.д. При этом постановка исследований и разработка мер по охране подземных вод могут выполняться применительно к конкретно существующим или потенциальным участкам загрязнения (места складирования отходов, промышленные предприятия, населенные пункты и др.) или в пределах определенной, как правило, значительной, территории, на которой загрязнение подземных вод может осуществляться различными путями.
В первом случае основными задачами при решении вопросов охраны подземных вод являются оценка существующего загрязнения (состав загрязняющих веществ, их концентрации и т.д.), определение основных путей миграции загрязняющих веществ, прогнозные оценки распространения загрязнения в грунтовом водоносном горизонте, а при необходимости и в нижележащих горизонтах, разработка конкретных рекомендаций по предотвращению или уменьшению загрязнения подземных вод, включая производственно-технологические мероприятия (переход на безотходное производство или замкнутые системы водоснабжения и канализации, создание совершенных очистных сооружений и т.д.) и специальные, гпреимуще- ственно противофильтрационные, мероприятия, ограничивающие поступление загрязняющих веществ и их распространение в самих водоносных горизонтах.
Во втором случае основные задачи связаны с проведением специальных наблюдений (контроля) за качеством подземных, главным образом грунтовых, вод, выявлением участков, в пределах которых состав подземных вод свидетельствует об их возможном загрязнении. Необходимо отметить, что при оценках регионального загрязнения подземных вод как компонента природной среды ориентировка на значения ПДК тех или иных компонентов состава подземных вод (как в случае с водозаборами) является недостаточно информативной, поскольку на территориях с различными гидрогеологическими условиями их содержание может меняться в широких пределах. Наличие загрязнения подземных вод (даже если оно и не представляет в настоящее время конкретной опасности) должно устанавливаться по двум основным показателям: появлению в подземных водах (прежде всего в грунтовом водоносном горизонте) компонентов химического состава, наличие которых в естественных условиях не характерно для подземных вод рассматриваемого района; наличию участков, в пределах которых содержание «обычных» компонентов химического состава подземных вод, характерных и для естественных условий, резко превышает фоновые значения, установленные для данного района.
Исходя из этого, важным представляется выявление конкретных очагов (источников) загрязнения, определение состава загрязняющих веществ, оценка скоростей и путей их миграции с последующей организацией на таких объектах систематических наблюдений за изменением состава и качества подземных вод и применением комплекса специальных мероприятий.
Специальные мероприятия используются не только для предупреждения загрязнения, но при необходимости и для локализации или ликвидации уже создавшегося в водоносном пласте участка загрязненных подземных вод. Они осуществляются с помощью разнообразных инженерных сооружений и подразделяются на профилактические, локализационные и восстановительные.
Профилактические мероприятия предназначены для защиты водоносных горизонтов от случайных утечек и фильтрации сточных и технологических вод на промплощадках.
Для этого необходима надежная изоляция, которая может быть осуществлена, например, с применением противоинфильтрационных завес и дренажных устройств.
Локализационные мероприятия при защите подземных вод от загрязнения осуществляются в тех случаях, когда участок водоносного пласта оказался уже загрязненным. Они осуществляются с помощью преграждающих или перехватывающих устройств (различных завес, стенок-барражей и др.).
Восстановительные мероприятия направлены на ликвидацию загрязнения водоносного горизонта и восстанавливают природное качество подземных вод. Сущность их заключается в извлечении из пласта через дренажные скважины всего объема загрязненной воды или в интенсивной промывке пласта с помощью нагнетаний и откачек вод или специальных растворов. Однако такие мероприятия применимы лишь при небольших очагах загрязнения, так как требуют много времени и являются дорогостоящими.
В качестве мероприятия по охране подземных вод от количественного истощения выступает искусственное восполнение и увеличение ресурсов подземных вод за счет перевода поверхностного стока в подземный. Одним из приемов является пополнение запасов первых от поверхности водоносных горизонтов. Эксплуатация приуроченных к ним подземных вод обычно характеризуется высокой экономической эффективностью, но в естественных условиях они только в отдельных случаях пригодны для крупного централизованного водоснабжения.
Эффективность искусственного восполнения грунтовых вод зависит от комплекса природных факторов: рельефа, литологии и мощности зоны аэрации, состава, мощности и фильтрационных свойств водовмещающих отложений водоносного горизонта, климатических условий, растительности и почв, источника восполнения.
На территории республики специалистами БелНИГРИ и ЦНИИКИВР проведены работы по выявлению городов, имеющих дефицит в питьевой воде. Ими же дана оценка территорий по условиям применимости систем искусственного восполнения запасов грунтовых вод. Основным источником искусственного восполнения предложено считать речные воды, поскольку территория республики сравнительно равномерно покрыта речной сетью, все реки имеют постоянный сток и удовлетворительное качество воды. Эти мероприятия могут быть перспективными для территорий с ограниченной и недостаточной обеспеченностью водными ресурсами. Они пятнами охватывают почти весь северо-запад, центр, юго-восток (г. Полоцк, Барановичи, Минск и др.) и районы Полесской низменности. Установлено, что по условиям применимости систем искусственного восполнения запасов грунтовых вод область Белорусского Полесья является наиболее перспективной. В настоящее время мероприятия по искусственному восполнению запасов грунтовых вод на территории республики не получили распространения.
В проблеме обеспечения населения и отраслей экономики Республики Беларусь качественной водой важное место отводится очистке сточных вод промышленных предприятий, специфика и объемы которых требуют разработки новых методов и технологий. Наряду с этим серьезное внимание должно быть уделено утилизации твердых промышленных отходов.
В общем виде способы очистки сточных вод подразделяются на механические, физико-химические, химические, электрохимические и биохимические.
Методы механической очистки сточных вод подразделяются в зависимости от размеров удаляемых частиц. Процеживание используется для извлечения крупных примесей во избежание засорения труб и каналов. Для удаления более мелких взвешенных частиц применяют сита, размер отверстий которых зависит от улавливаемых примесей (0,5-1 мм). Для очистки от грубодисперсных примесей используется отстаивание в песколовках, отстойниках, нефтеловушках, осветлителях и др.
К физико-химическим методам очистки относятся флотация, абсорбционная очистка, ионообменная очистка, экстракция, ультрафильтрация.
Флотация используется для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые плохо отстаиваются. Для этого в воду подают воздух под давлением через перфорированные трубы с мелкими отверстиями. При движении через слой жидкости пузырьки воздуха сливаются с частичками загрязнений и поднимают их на поверхность воды, где они собираются в виде пены. Эффект очистки зависит от величины пузырьков воздуха, которые должны иметь размер 10-15 мкм. Степень очистки составляет 95-98%. Для увеличения степени очистки в воду добавляют коагулянты. Иногда во флотаторе одновременно проводится и окисление, тогда воду насыщают воздухом, обогащенным кислородом или озоном. В других случаях для устранения окисления флотацию осуществляют инертными газами.
Адсорбционная очистка (очистка на твердых сорбентах) применяется для глубокой очистки сточных вод при незначительной концентрации загрязнителей, если они биологически не разлагаются или являются сильными ядами (фенолы, гербициды, пестициды, ароматические соединения, СПАВ, красители и др.).
Адсорбция может быть реагентной, т.е. с извлечением вещества из адсорбента, и деструктивной, с уничтожением извлекаемого вещества вместе с адсорбентом. Эффективность очистки в зависимости от применяемого адсорбента - 80-95%. В качестве адсорбентов используются активированный уголь, зола, шлаки, синтетические сорбенты, глины, силикогели, алюмогели, гидраты окислов металлов. Наиболее универсальны активированные угли с радиусом пор 0,8-5 нм.
Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов (Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cl, Va, Mn и др.), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Суть метода заключается в том, что существуют природные (глинистые минералы, цеолиты, полевые шпаты, различные слюды) и синтетические (силикагели, труднорастворимые окиси и гидроокиси некоторых металлов, например алюминия, хрома, циркония и др.) вещества, нерастворимые в воде, которые при смешивании с водой обменивают свои ионы на ионы, содержащиеся в воде.
Экстракция применяется для очистки сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, ионы металлов и др. Экстракция выгодна, если стоимость извлекаемых веществ компенсирует затраты на ее проведение. При концентрации 3-4 г/дм3 экстракция выгоднее адсорбции.
Ультрафильтрация - процессы фильтрования растворов через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое. Мембраны пропускают молекулы растворителя, задерживая растворенные вещества, размером менее 0,5 мкм.
К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрализацию, коагулирование и флокулирование, окисление и восстановление. Химическая очистка проводится как доочистка вод перед биологической очисткой или после нее.
Сточные воды, содержащие кислоты или щелочи, перед сбросом в водоемы или перед технологическим использованием подвергаются нейтрализации. Практически нейтральными считаются воды, имеющие рН 6,5-8,5. Для нейтрализации кислых стоков используют щелочи (NaOH, KOH, Na2CO3, карбонаты кальция и магния и др.), для нейтрализации щелочных - кислоты.
Коагуляция - это процесс укрупнения дисперсных частиц при их взаимодействии и объединения в агрегаты. В очистке сточных вод ее применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ. Коагулянты в воде образуют хлопья гидратов окисей металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести и улавливают коллоидные и взвешенные частицы.
Флокуляция - это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами. В отличие от коагуляции агрегатизация происходит не только в результате контакта, но и в результате взаимодействия флокулянта и извлекаемого вещества. Для очистки используют природные и синтетические (полиакриламид, крахмал, целлюлозы) флокулянты.
К электрохимическим методам очистки вод от различных растворенных и диспергированных примесей относят анодное окисление, катодное восстановление, электрокоагуляцию, электрофлотацию, электродиолиз. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока.
Биохимические методы очистки применяются для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от органических и некоторых неорганических соединений (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитратов и др.). Процесс очистки основан на том, что некоторые микроорганизмы используют загрязняющие вещества в пищу.
Существуют аэробные и анаэробные методы биохимической очистки. При аэробном методе используются микроорганизмы, для жизни которых необходим кислород и температура 20-40 °С.
Анаэробные методы протекают без кислорода, их используют в основном для обеззараживания осадков.
Аэробная очистка может протекать в естественных и искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Искусственными являются биофильтры, аэротенки и окситенки.
На полях орошения сточные воды используются для орошения сельскохозяйственных культур, посадок деревьев и кустарников.
Биологические пруды представляют 3-5-ступенчатый каскад прудов, через которые с небольшой скоростью движется предварительно очищенная вода.
Биофильтры - сооружения, в которых сточные воды фильтруются через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой, образованной колониями микроорганизмов. Микроорганизмы биопленки окисляют органические вещества, используя их в качестве питания и энергии. Омертвевшая пленка смывается отработанной водой и выносится из тела биофильтра.
Аэротенки представляют собой резервуары, в которых очищаемая сточная вода и активный ил насыщаются воздухом и перемешиваются. Для обеспечения нормального хода непрерывно подается воздух. После очистки вода отстаивается. Иногда вместо воздуха для окисления используют технический кислород. Эти сооружения называются окситенками.
В настоящее время не существует универсального метода глубокой очистки воды от всех видов примесей за один технологический прием. В этой связи приобретает актуальное значение снабжение населения портативными индивидуальными фильтрами для доочистки питьевой воды. Белорусскими учеными разрабатываются технологии создания индивидуальных питьевых фильтров на основе активных угольных и ионообменных волокон. 
<< | >>
Источник: Ю.А. Гледко. Гидрогеология. 2012

Еще по теме Охрана и защита подземных вод от загрязнения:

  1. § 5. ИСТОЧНИКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
  2. § 4. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
  3. § 8. ОСАДКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
  4. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОД (ст. 250 УК РФ).
  5. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
  6. 87. ОХРАНА ВОД И ЗЕМЕЛЬ ВОДНОГО ФОНДА. ВОДООХРАННЫЕ ЗОНЫ
  7. 3. ЗАЩИТА СРЕДЫ МИРОВОГО ОКЕАНА, ОХРАНА АТМОСФЕРЫ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА, ЗАЩИТА ЖИВОТНОГО И РАСТИТЕЛЬНОГО МИРА
  8. 12.6. Утилизация твердых отходов, рекультивация земель и защита почвы от загрязнения транспортными средствами
  9. Открытие подземного пресного моря
  10. Физическое загрязнение
  11. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ (ст. 251 УК РФ).
  12. Загрязнение атмосферы и контроль ее качества
  13. Биологическое загрязнение
  14. 13.5. Снова о загрязнении окружающей среды
  15. Химическое загрязнение
  16. Глава 5. ЕСТЕСТВЕННОЕ И АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
  17. Посреди вод
  18. 4.2. Оценка ущерба от загрязнения окружающей среды
  19. 65. МЕРЫ ПО СНИЖЕНИЮ ПОТЕРЬ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ