Охрана подземных вод от загрязнения

Если по технико-экономическим  или другим причинам нельзя отказаться от размещения нового предприятия в  районе незащищенного водоносного  горизонта, то гидрогеологические данные должны быть достаточными для разработки рекомендаций по защитным мероприятиям и созданию наблюдательной сети скважин, с помощью которых контролируется эффективность этих мероприятий.

Значительный успех в  деле охраны качества подземных вод  обеспечивает создание региональных водоохранных зон, охватывающих всю область питания  и распространения водоносного  горизонта, используемого для водоснабжения, или ее значительную часть. Здесь  вводятся определенный режим использования  территории, регламент эксплуатации существующих предприятий, строгий контроль над очисткой и сбросом сточных вод, санитарным состоянием почв, воздуха, природных вод и т. п.

Профилактике загрязнения  подземных вод способствует мониторинг качества подземных вод, т. е. научно обоснованная система длительных натурных наблюдений за основными динамическими  характеристиками водоносного горизонта: уровнями, напорами, химическим и бактериологическим составом, температурой воды и т.п. Анализ этих данных позволяет получить пространственно-временную картину загрязнения, объяснить произошедшие изменения и дать прогноз ожидаемых изменений качества подземных вод.

Специальные профилактические мероприятия технического характера  применяются для изоляции подземных  вод от промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных отходов, растворимого в воде сырья, продуктов производства. Выбор схемы, типа, конструкции и проектирование профилактических технических мероприятий проводятся по данным инженерно-геологических изысканий и наблюдений.

Профилактика загрязнения  подземных и поверхностных вод, при сельскохозяйственном производстве, имеет большое значение в связи с развитием современного животноводства, поставленного на промышленную основу и дающего большое количество навоза и навозных стоков с высокой концентрацией органических веществ в них и бактериальной загрязненностью: биологическое потребление кислорода БПКб более 6 — 8 г0₂/дм³; колититр 10~¹⁰ — 1СН²; титр энтерококков 10~⁷; патогенные серотипы кишечной палочки и сальмонеллы до 10000 ед/дм³; загрязненность яйцами гельминтов 160 — 420 на 1 л. Навоз и навозные стоки могут быть причиной более 100 инфекционных и паразитарных заболеваний. Для предупреждения загрязнения природных вод необходимы следующие мероприятия:

— сбор и хранение навоза на специальных гидроизолированных площадках с выдержкой на них навоза не менее 6 месяцев для освобождения от патогенных микроорганизмов и яиц гельминтов;

— сбор навозных стоков из помещений ферм и с площадки навозохранилища в гидроизолированные жижесборники;

— отвод ливневых стоков с выгульных площадок и других территорий, на которых находятся животные и птицы, со сбросом их в гидроизолированные накопители ливневых вод. Использование навоза и животноводческих стоков на полях для удобрения и орошения должно проводиться согласно существующим нормам.

Для предотвращения выноса удобрений и ядохимикатов в водотоки необходимо соблюдение правил транспортировки, хранения и внесения удобрений и  пестицидов, применение оптимальных  доз удобрений, внесение фосфорных и калийных удобрений под зяблевую вспашку, дробное внесение азотных удобрений с заделкой на глубину вспашки, использование гранулированных пестицидов и пестицидов кратковременного действия, чередование различных групп пестицидов в севооборотах, применение хлорорганических пестицидов не чаще одного раза в год, расположение пахотных угодий при малых уклонах поверхности (менее 0,0005) не ближе 50 м от уреза воды в водотоке, а при больших уклонах (более 0,002) — не ближе 100 м.

Основными элементами инженерной защиты от утечки сточных вод и  технологических растворов из зданий промышленных предприятий являются надежная, гидроизоляция фундаментов  и полов или создание пластовых  и линейных дренажей, собирающих профильтровавшиеся воды и растворы для перекачки  с последующей утилизацией или  очисткой. Вдоль трасс трубопроводов, несущих сточные воды, загрязненную пульпу или токсичные растворы, устраиваются сопутствующие дренажи. Пластовые  и линейные дренажи должны иметь  в основании водонепроницаемый  экран из глинобетона, асфальта, пленки или других, не фильтрующих материалов. Промышленная площадка в целом или отдельные группы зданий могут быть изолированы от чистых подземных вод с помощью кольцевой противофильтрационной завесы или стенки, доведенной до водоупора, в сочетании с дренажом, отбирающим не фильтрующиеся атмосферные осадки и сточные воды.

В районах, где под влиянием промышленных предприятий произошло  загрязнение воздуха и почв, необходимо собирать и очищать ливневые воды. Наибольшее внимание при проектировании защиты от загрязнения подземных  вод должно быть обращено на участки  складирования сточных вод и  отходов — шламо- и хвостохранилища, накопители, испарители, гидрозолоотвалы, поля фильтрации, солеотвалы и другие сооружения, которые должны быть не фильтрующими.

В целях предотвращения или  резкого сокращения фильтрации загрязненных вод из шламо- и хвостохранилищ, накопителей, отстойников, солеотвалов и других объектов применяются разнообразные  противофильтрационные устройства, выполненные из слабо фильтрующих материалов — уплотненной глины, грунтово-полимерной смеси, асфальтополимербетона, глинобетона, полиэтиленовой пленки, битумных покрытий и т. д. Конструктивно они оформляются в виде экранов, устраиваемых под сооружениями или на дне хранилищ и накопителей, в ядре и на откосах ограждающих их дамб, в виде вертикальных или наклонных противофильтрационных завес, прорезающих всю толщу водопроницаемых пород до водоупора и создаваемых путем инъекции цемента, растворов твердеющих органических и неорганических соединений, а также в виде стенок-барражей, возводимых путем выемки водопроницаемых пород и замены их водонепроницаемым материалом — цементно-глинистым раствором, смолами, рулонными синтетическими пленками и т. д.

Применяются двухслойные  экраны, например из синтетического материала, при этом между экранирующими  слоями помещают фильтрующий гравийный  слой с системой дренажных труб, отводящих загрязненные воды.

Широко применяются экраны из уплотненных глинистых грунтов, хотя опытным путем доказано, что  они не дают полной изоляции. Так, проведенные  в Нидерландах лизиметрические  испытания грунтового экрана показали, что, несмотря на низкий коэффициент  фильтрации (2-10-⁶ см/с) слоя уплотненных суглинков толщиной 50 — 75 см, уложенных на песчаную подушку и под песчаным прикрытием, за зимний период величина инфильтрации через экран превысила 300 см.

Рекомендуется, при складировании вредных отходов укладывать в основание глинистый экран толщиной не менее 3 м и водопроницаемостью (1 — 5)-10~⁸ см/с в зависимости от токсичности отходов. Кроме того, рекомендуется предварительная обработка отходов с целью изменения подвижности вредных компонентов за счет изменения рН среды или комплексообразования, разложения отходов на простые нетоксичные компоненты или разбавления.

Материалы противофильтрационных  устройств должны быть устойчивы  к агрессивному воздействию сточных  вод и отходов. Следует учитывать, что полиэтиленовая пленка не стойка к действию сильных окислителей и разрушается в органических растворителях; асфальтобетон при температуре более 40 °С не стоек к действию концентрированных кислот, щелочей, органических растворителей и отходов переработки нефти. На глинистые грунты агрессивное воздействие оказывают кислые сточные воды, при этом, по данным В. М. Гольдберга, Н. П. Скворцова и В. М. Павилонского, водопроницаемость глин может увеличиваться в несколько сотен раз. Е. Лапал установил, что водопроницаемость противофильтрационных устройств из глинистых грунтов может возрасти на три порядка при инфильтрации растворов некоторых органических веществ (анилин, этиленгликоль, ацетон).

Следует признать, что большинство  конструкций экранов и завес  полностью фильтрацию не прекращают, поэтому для выбора типа экрана, помимо его стоимости, следует руководствоваться  расчетными размерами ограниченной фильтрации, допустимой в конкретных гидрогеологических условиях с учетом степени токсичности, концентрации и разбавления сточных вод в подземном потоке. Для указанных расчетов необходимы фильтрационные и миграционные характеристики материала экрана, пород зоны аэрации и водоносного горизонта.

Противофильтрационные экраны иногда покрывают слоем гравия или  другого проницаемого материала  для сбора и отвода проникших  загрязненных сточных вод и атмосферных  осадков.

Примером защитных противофильтрационных сооружений может служить вертикальная заполненная бентонитовой глиной стенка глубиной от 15 до 30 м, созданная в штате Нью-гемпшире (США) для защиты

подземных вод от загрязнения  синтетическими органическими веществами, поступающими из накопителя промышленных сточных вод, в основании которого залегают песчаные грунты. Водопроницаемость завесы составила 10~⁵ см/с.

В районе нефтеперерабатывающего завода в провинции Онтарио (Канада), где отходы из отработанных накопителей  попадали в реку вблизи водозаборных скважин, в русле реки был уложен металлический экран для изоляции загрязненных поверхностных вод  от эксплуатируемого водоносного горизонта  на участках «окон», где перекрывающий  слабопроницаемый слой был размыт.

В дополнение к экранам  и завесам для перехвата фильтрующихся  из хранилищ и накопителей сточных  вод устраиваются дренажи различного типа: горизонтальные, вертикальные и  комбинированные. Все собранные  дренажами сточные воды должны аккумулироваться и перекачиваться в шламохранилище или в систему оборотного промышленного  водоснабжения. Для предотвращения загрязнения подземных вод часто  применяются комбинированные способы  защиты, в которых противофильтрационные завесы и экраны сочетаются с дренажными устройствами.

На участках, где в результате кратковременной аварийной ситуации или под влиянием длительно действовавших  источников произошло загрязнение  подземных вод, в первую очередь  необходимо устранить источник загрязнения (прекратить использование полей фильтрации, свалок, накопителей сточных вод и отходов; изменить технологический процесс на предприятии и, если возможно, удалить загрязненные породы с поверхности земли). Ликвидация источника загрязнения, однако, не устраняет угрозы дальнейшего распространения загрязнений, уже попавших в водоносный горизонт, и поэтому требуется локализация очага загрязнения, препятствующая продвижению некондиционных вод к водозаборам.

При локализации загрязнений  в водоносном горизонте используются два основных принципа: 1) создание подземной  преграды на пути потока загрязненных вод к водозабору; 2) стягивание контура  загрязненных подземных вод путем вовлечения их в депрессионную воронку, создаваемую откачкой подземных вод через специальные дренажные (перехватывающие) скважины или траншеи. В зависимости от места сосредоточения загрязняющих веществ по глубине водоносного горизонта, фильтры в дренажных скважинах устраивают в верхней, средней или нижней части водоносного горизонта или на всю его мощность. Возможны также одновременные откачки воды с разных глубин.

Для управления скоростью  и направлением движения потока загрязненных вод можно также сочетать откачивающие и нагнетательные скважины, размещенные  выше и ниже (по потоку) очага загрязнения, что приводит к уменьшению скорости движения подземных вод вплоть до создания застойной зоны. Подземные  преграды создаются (как и в профилактических целях) в виде кольцевых или линейно ориентированных противофильтрационных завес и стенок из слабо фильтрующих материалов; в некоторых случаях возможно создание противофильтрационной гидравлической завесы, устраиваемой путем подачи в водоносный горизонт под напором чистой воды через скважины или траншеи. Недостатками использования гидравлических завес являются затраты чистой воды для непрерывной закачки, а в отдельных случаях — необходимость в одновременной откачке загрязненных и чистых подземных вод.

Рис. 10. Гидравлическая завеса для защиты водозабора от загрязнения  нефтепродуктами: 1 — водозаборная скважина; 2 — скважина гидравлической завесы; 3 — гидроизогипсы при работе гидравлической завесы и их отметки; 4, 5 — границы зоны распространения подземных вод, содержащих растворенные нефтепродукты, на период до начала откачки из скважин гидравлической завесы и после двухлетней откачки ; 6 — зона распространения слоя нефтепродуктов на поверхности подземных вод до начала откачки; 7 — территория нефтехимического комбината; 8 — направление движения подземных вод

 

С помощью подземных противофильтрационных  стенок можно также изменить скорость и направление движения подземных  вод, «отклонив» их от водозабора.

При стягивании контура загрязнений  откачиваемые подземные воды непосредственно  используются на технологические нужды  и сбрасываются в реки или предварительно подвергаются очистке до необходимых  пределов.

Выбор защитных мероприятий  основывается на анализе природных  условий рассматриваемой территории, учете характера и влияния  источника загрязнения и на технико-экономических  расчетах. Примером успешно осуществленного  мероприятия по локализации загрязнения  является действующая в ЧССР дренажная  завеса на участке очага загрязнения  подземных вод нефтепродуктами (рис. 10). Завеса состоит из двух рядов скважин, раздельно отбирающих нефтепродукты и подземные воды. За два года площадь участка, где на подземных водах находился слой нефтепродуктов, уменьшилась с 3,5 до 2,8 км², при этом было собрано примерно 30 тыс. м³ нефтепродуктов. Площадь загрязнения подземных вод растворимыми и эмульгированными нефтепродуктами уменьшилась с 26 до 12 км². Концентрация нефтепродуктов в откачиваемых водах составляла 0,1 — 23 мг/дм³.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Подводя итог данной работе, сделаем ряд обобщающих выводов:

Безопасная в эпидемическом  отношении вода не должна содержать  болезнетворных бактерий и вирусов. Обычно используются косвенные микробиологические показатели безвредности воды, характеризующие  степень общего загрязнения воды микроорганизмами и содержание микроорганизмов  группы кишечной палочки. Но, в результате антропогенного воздействия происходит загрязнение и истощение подземных  вод.

Загрязнение подземных вод  влечет за собой целый ряд экологических  и социальных последствий. Требует  серьезного внимания распространение  загрязняющих компонентов из подземных  вод по пищевым цепям. В этом случае токсические элементы попадают в  организм человека не только с питьевой водой, но и через растительную и  животную пищу. Даже если население  не пьет загрязненную воду, а только использует ее для приготовления  пищи, водопоя скота и полива растений, это может отразиться на здоровье не только нынешнего, но и последующих  поколений.