Охрана подземных вод от загрязнения

Первая колонна обсадных труб диаметром 530 мм устанавливается  с последующим затрубным цементированием  колонны и подъемом цементного раствора до устья скважины. Эксплуатационная колонна диаметром 426 мм выводится  на 0,5 метра над дневной поверхностью с целью предупреждения попадания  в скважину поверхностных вод.

Проводим расчеты основных элементов (притока воды к скважине и пропускной способности фильтра).

Определяем максимально допустимое понижение уровня воды по формуле:

S = H – (A+L_ф+(0,5…1)+(0,5…1)), (3)

где L_ф – длинна рабочей части фильтра, которая зависит от мощности водоносного слоя,

L_ф≤m – 1,5; L_ф≤25 – 1,5≤23,5 м

Принимаем L_ф = 12 м, и устанавливаем фильтр на расстоянии 0,5 метров от подошвы.

Длину отстойника примем равной 1 метр.

А – надфильтровый участок,

А = L_н+а_с+в+L_н.ф., (4)

где L_н – общая длинна погружного насоса (обычно составляет 2 -2,5 м), принимаем L_н = 2м;

а_с – необходимый для нормальной работы столб воды над насосом, принимаем а_с = 1м;

в – расстояние от нижней части насоса до фильтра, принимаем  в = 2м;

L_н.ф.- верхняя часть надфильтровой трубы, которая должна быть в обсадной трубе на участке 3…5 м.

Т.к. длина скважины более 30м, то L_н.ф. принимают не менее 5 м. Принимаем L_н.ф. = 5 м.

Рассчитываем надфильтровый  участок:

А = 2+1+2+5 = 10 м.

Максимально допустимое понижение  уровня воды:

S = 25 – (10+12+0,5) = 2,5 м.

Рассчитаем приток воды к  совершенной скважине в безнапорном водоносном слое, по формуле:

, (5)

 

где к – коэффициент  фильтрации водосодержащих пород, м/сут;

т.к. водосодержащая порода – крупный песок, принимаем для  него к = 30;

Н – мощность водоносного  слоя, м;

S – понижение уровня  воды в скважине, при обязательном  выполнении условия, что S≤0,5Н 

2,5≤12,5 – условие выполняется.

r – радиус скважины  в его водоприемной части, м;

r = 0,5d_ф,

где d_ф – диаметр фильтра.

При ударном бурении диаметр  фильтра должен быть на 50 мм меньше внутреннего диаметра обсадной колонны. Принимаем диаметр фильтра d_ф = 356 мм.

r = 0,5·3,56 = 1,78 м.

R – условный радиус  притока воды к скважине, м.

R=

R = 2·2,5· = 136,9 м.

Q =         = 2722 м³/сут.

 

Так как суточная потребность  населенного пункта в воде составляет 2377,3 м³/сут, а суточный приток воды к скважине 2722 м³/сут, значит одной скважины – достаточно.

Рассчитаем пропускную способность фильтра

Для крупного песка средний  диаметр частиц составляет 0,5…1 мм. Для такого песка необходимо устанавливать  фильтры трубчатые или стержневые с проволочной обмоткой, штампованные листы с квадратным сечением сетки.

Размер проходных отверстий  при сетчатом покрытии определим  по формуле:

d₀ = (1,5…2,5)d_ср = (1,5…2,5)·0,75 = 1,125…1,875 мм.

Т.к. имеем безнапорный  водоносный слой, то мощность его ограничена, а, следовательно, и ограничена длина  фильтра. Определим диаметр фильтра:

D_ф = ,

где V_f = 65 = 65 = 201,8 м/сут.

D_ф = = 0,348 м.

4. Подбор водоподъемного оборудования

Исходя из суточной потребности  в воде населенного пункта Q_сут = 2357,3 м₃/сут, определим часовую потребность:

Q_ч = Q_сут/24 = 2357,3/24 = 98,22 м³/ч.

По часовой потребности  подбираем марку насоса – ЭЦВ 12-160-100, который имеет технические  характеристики, представленные в таблице 3.

Таблица 3 Характеристика центробежного  насоса ЭЦВ 12-160-100

Подача, м3/ч	160
Напор, м вод.ст.	100
Мощность, кВт	65
Напряжение, В	380
Ток, А	130
Скорость вращения, об/мин	2920
Наружный диаметр, мм	281
Длина насоса, мм	925
Длина электродвигателя, мм	1155

Диаметр водоподъемных труб равен 114 мм.

 

Характеристика техногенного воздействия на подземные воды (загрязнение  подземных вод)

В связи с глобальным загрязнением поверхностных вод централизованное водоснабжение все в большей  степени ориентируется на подземные  воды. Однако в условиях растущей техногенной  нагрузки на окружающую среду и подземные  воды подвергаются загрязнению. Техногенные  компоненты обнаруживаются уже не только в верхних, слабо защищенных, водоносных горизонтах, но и в глубоких артезианских резервуарах.

Под антропогенным загрязнением подземных вод понимают ухудшение  качества воды (химических, физических, биологических свойств). Антропогенное  влияние на подземные воды стало  особенно ощутимым в текущем столетии в связи с развитием и интенсификацией  промышленности и сельского хозяйства, ростом крупных городов и расширением  урбанизированных территорий. Оно проявляется  в истощении запасов подземных  вод и ухудшении их качества; при  этом в подземных водах может  увеличиться содержание компонентов, характерных для природных подземных  вод (хлориды, сульфаты, железо и др.), но могут также появиться компоненты и соединения, связанные исключительно  с деятельностью человека — поверхностно-активные вещества, ядохимикаты, синтетическая  органика и др.

Понятие "загрязнение" относится, прежде всего, к подземным  водам питьевого назначения. Качество воды питьевого назначения должно удовлетворять  гигиеническим нормам, предусматривающим  безопасность воды в эпидемическом  отношении, безвредность химического  состава и благоприятные органолептические  свойства. Соответственно этому государственным  стандартом установлены показатели качества воды: 1) микробиологические; 2) содержания токсических химических веществ;        3) органолептические.

Химическое загрязнение  подземных вод связано с поступлением промышленных сточных вод, утечками технологических жидкостей, растворением атмосферными осадками сырья, твердых  отходов и продуктов промышленности, загрязнением атмосферного воздуха, неправильным использованием сельскохозяйственных удобрений и ядохимикатов. Для  современного промышленного производства характерно разнообразие состава сырья, продуктов, сточных вод, отходов (именно это определяет многочисленность веществ, которые могут поступать в  водоносный горизонт). На участках химического  загрязнения в подземных водах  обнаружены тяжелые металлы, нефтепродукты, синтетические органические соединения, хлориды, сульфаты, фтор, мышьяк, азот и  многие другие вещества. Показатели химического  состава и химических свойств  воды, которые целесообразно определять в районе воздействия сточных  вод и отходов, специфичны для  различных предприятий.

Биологическое загрязнение  подземных вод вызывается микроорганизмами, поступающими при инфильтрации фекальных и коммунально-бытовых сточных вод из выгребных ям, канализационной сети, скотных дворов, полей фильтрации, а также при использовании береговыми водозаборами загрязненных речных вод. Из мелководных водохранилищ и прудов-охладителей с теплой водой могут проникать сине-зеленые водоросли и другая микрофлора по водоносному горизонту в водозаборные скважины, находящиеся на расстоянии десятков метров и более от берега. Эти микроорганизмы вызывают обрастания трубопроводов, резервуаров и ухудшают качество воды.

Разнообразные органические вещества, поступающие в подземные  воды с коммунально-бытовыми сточными водами и отходами, а также из отходов пищевой промышленности, стимулируют интенсивный рост и  активность микроорганизмов в водоносном горизонте, что приводит к дополнительному  ухудшению качества воды.

Радиоактивное загрязнение  подземных вод ураном, радием, стронцием, цезием и другими элементами в  основном является следствием ядерных  взрывов, поступления сточных вод  с предприятий, добывающих или использующих радиоактивные вещества.

Тепловое загрязнение  подземных вод возникает на участках прудов-охладителей нагретых промышленных вод, при сбросе в скважины нагретых вод из систем кондиционирования, а  также на участках, где береговые  водозаборы используют речные воды с  повышенной температурой из-за сброса в реку горячих сточных вод.

Загрязнение подземных вод  не является локальным процессом, оно  тесно связано с загрязнением окружающей природной среды в  целом. Содержащиеся в подземных  водах зоны активного водообмена загрязнения в конечном итоге  попадают в реки и озера (области  разгрузки).

Загрязнение пресных подземных  вод, используемых для хозяйственно-питьевого  водоснабжения, не только сказывается  на здоровье людей и состоянии  окружающей среды, но и приводит к  необходимости колоссальных затрат на очистку воды, ремонт и реконструкцию  очистных сооружений, дополнительных затрат на здравоохранение. Это происходит на фоне недостаточной изученности  и состояния загрязнения, и влияния  многих вредных компонентов на здоровье людей и животных, и неразвитости методов исследований многих новых  видов загрязнения.

 

 

 

 

 

 

 

 

Мероприятия по охране качества подземных вод

 

Для регулирования и контроля антропогенного загрязнения, используемых для водоснабжения подземных  вод применяются управляющие  воздействия (выбор нового источника  водоснабжения, устранение источника  загрязнения, мероприятия по защите подземных вод от загрязнения) или  очистка и обработка отбираемой загрязненной воды.

Мероприятия по защите подземных  вод от загрязнения подразделяются на профилактические, направленные на сохранение естественного качества подземных вод; локализационные, препятствующие увеличению и продвижению создавшегося в водоносном горизонте очага  загрязнения; восстановительные, проводимые для удаления загрязнений из водоносного  горизонта и восстановления природного качества подземных вод.

Опыт показывает, что для  осуществления мероприятий по ликвидации загрязнения подземных вод требуются  большие средства; кроме того, возникают  технические трудности, связанные  с необходимостью очистки откачиваемых загрязненных подземных вод, из-за невозможности их использования или сброса в водоем. Между тем методы очистки подземных вод от химических загрязнений разработаны недостаточно и также требуют больших эксплуатационных затрат вследствие большого объема подлежащих очистке подземных вод. Если очаг загрязнения в водоносном горизонте имеет большой объем, ликвидация загрязнения становится практически неосуществимой. Поэтому основным направлением в борьбе с загрязнением подземных вод должно быть осуществление системы профилактических мер, учитывающих тесную связь подземных вод с поверхностными.

Главную роль в предупреждении загрязнения подземных вод играют мероприятия общего характера. К  их числу, в первую очередь, следует отнести все меры по предотвращению загрязнения рек и водоемов; совершенствование методов очистки промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод; создание производств с бессточной технологией и замкнутых систем промышленного водоснабжения и канализации; изоляцию коммуникации, несущих сточные воды; ликвидацию или очистку газодымовых выбросов на предприятиях; ограничение использования ядохимикатов и удобрений на сельскохозяйственных территориях; глубокое подземное захоронение особо вредных стоков, очистка которых экономически не оправдана.

Многие мероприятия профилактического  характера должны осуществляться при  активном участии специалистов-гидрогеологов. К таким мероприятиям относятся:

— целенаправленный выбор водоносного горизонта, места расположения водозабора и режима его эксплуатации, т. е. определение производительности, числа и расположения водозаборных сооружений, а также допустимого понижения уровня подземных вод с целью сохранения должного качества подземных вод на весь период эксплуатации водозабора;

— оценка естественного и прогнозного качества подземных вод с позиций удовлетворения требованиям государственных стандартов на качество воды и при учете возможности и технико-экономической эффективности искусственного улучшения качества воды;

— выполнение гидрогеологических расчетов для обоснования размеров зоны санитарной охраны для каждого водозабора хозяйственно-питьевого назначения;

— назначение в пределах зоны санитарной охраны санитарно-технического режима, соответствующего гидрогеологическим условиям и специфике хозяйственного освоения территории в районе водозабора.

При обязательном участии  гидрогеологических организаций по данным специальных изысканий должно также проводиться обоснование  выбора безопасного в отношении  загрязнения подземных вод места  расположения новых промышленных предприятий, населенных пунктов и сельскохозяйственных объектов. Геологический контроль особенно важен при выборе участка размещения новых предприятий с большим  количеством сточных вод и  отходов, животноводческих комплексов и ферм. При этом необходимо учитывать  естественную защищенность пригодных  для водоснабжения подземных  вод и связь отдельных водоносных горизонтов между собой и с  поверхностными водами. Как правило, следует избегать строительства  водоемких промышленных предприятий  в долинах рек, на поймах и аллювиальных террасах, а также в других районах, где грунтовые или плохо защищенные подземные воды используются, или  могут быть использованы для водоснабжения.