Подземные воды

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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Охрана подземных  вод 

Охрана подземных  вод — это система мер, направленных на предотвращение и устранение последствий  загрязнения и истощения вод; при этом ставится цель сохранить такое качество и количество вод, которое позволяет использовать их в народном хозяйстве.[6] Основными объектами охраны являются эксплуатируемые водоносные горизонты и водозаборы хозяйственно-питьевого назначения.

Охрана подземных  вод от загрязнения представляет собой сложную задачу, что связано  с необходимостью не столько заранее  обнаружить, сколько своевременно предупредить возможность поступления загрязнителя в водоносный пласт. В противном случае загрязнение подземных вод обнаруживается с запозданием и ликвидация его становится делом сложным, дорогостоящим, а порой и просто невозможным. Поэтому охрана водозаборов подземных вод должна предусматривать разнообразные профилактические и другие защитные мероприятия, в числе которых организация зон санитарной охраны водозаборов — важный, хотя и не единственный элемент.

Охрана подземных  вод включает в себя несколько  аспектов, это и комплекс мер по минимизации отрицательного воздействия  на подземную гидросферу (то есть разработка мероприятий по защите подземных вод от загрязнения), и комплекс мер правового законодательства по охране природных ресурсов, в частности статья 124 Водного кодекса РФ, и экологическое страхование.

Мероприятия по охране 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.

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 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, водорастворимого сырья, продуктов производства. Выбор схемы, типа, конструкции и проектирование профилактических технических мероприятий проводятся по данным инженерно-геологических изысканий и наблюдений.

Выбор защитных мероприятий  основывается на анализе природных  условий рассматриваемой территории, учете характера и влияния  источника загрязнения и на технико-экономических расчетах.

Восстановление качества подземных вод реально лишь при  малых размерах загрязненного участка; в этих целях рекомендуется промывка водовмещающих пород чистой водой, подаваемой через скважины или траншеи. При этом воду можно очищать кислородом или веществами, способствующими деградации загрязнений, их нейтрализации. Этот метод используется как завершающий этап комплекса мероприятий по ликвидации загрязнения подземных вод. 
 
 
 
 
 
 

5. Вода в промышленности

Промышленность не может существовать без воды. Она основана на «мокрых» технологиях. Вода нужна для получения пара, а также для многих процессов: для охлаждения, промывки, поддержания концентрации химических веществ в растворах и т. п. Вода используется как промышленное сырье, так как в соленых подземных, озерных и морских водах содержится вся таблица Менделеева.

Для обеспечения всех потребностей промышленности ежегодно забирается из рек, подземных вод, озер и морей 1000 км* воды. Примерно половина этой воды затрачивается на теплоэлектростанциях для получения пара и охлаждения, а остальная — в других отраслях промышленности. 
На самом деле промышленность использует гораздо больше воды, чем забирает ее из водоисточников, поскольку со второй половины XX в. началось применение так называемого оборотного водоснабжения, что означает многократное использование одной и той же воды, однажды забранной из водоисточника после ее очередной очистки. Конечно, часть воды при этом теряется на испарение и фильтрацию, и эти потери приходится восполнять, но они количественно значительно уступают объемам воды, которые пришлось бы забирать из рек. Так, в России оборотное водоснабжение составляет 170 км3 в год, а на промышленные нужды уходит всего 70 км3. Таким образом, для бытовых, сельскохозяйственных и промышленных нужд ежегодно изымается во всем мире из природных вод около 4400 км3. Это всего 1/10 часть годового стока рек, 1/20 объема пресных вод в озерах и совсем ничтожная часть запаса пресных вод в ледниках. Казалось бы, это не может существенно влиять на водные объекты. Но в отдельных районах мира изъятие воды серьезно влияет на окружающую среду. Так, в Центральной Азии реки Амударья и Сырдарья почти полностью отдают свои воды на орошение и водоснабжение, и потому исчезает Аральское море. В США по этой же самой причине пересохла в низовье почти полностью река Колорадо.