CC BY
5
УДК 613.34:628.1(1-22
Проф. Е. В. Штанников, доктор мед. наук Е. П. Сергеев, кандидаты мед. наук Г. И. Рожнов, Ю. А. Рахманин и Н. П. Киселева, Э. А. Дик, И. Е. Ильин
ГИГИЕНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ГРУППОВЫХ СИСТЕМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Саратовский медицинский институт, Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва, Северо-Казахстанская областная санэпидстанция,
Петропавловск
Программа строительства сельскохозяйственных систем водоснабжения осуществляется с расчетом создания единых водопроводов, обеспечивающих одновременно как производственные, так и хозяйственно-питьевые нужды. Принцип единой системы сельского водоснабжения, основой которого являются групповые системы сельскохозяйственного водоснабжения, создает материально-техническую базу для коренного улучшения водоснабжения значительной части сельского населения и позволяет, таким образом, решить проблему хозяйственно-питьевого водоснабжения перспективных в экономическом отношении регионов страны.
В настоящее время в стране успешно эксплуатируются в течение ряда лет крупнейшие в мире групповые водопроводы, протяженность которых измеряется сотнями и тысячами километров: Ишимский протяженностью 1749 км (обеспечивающий Северо-Казахстанскую, Кокчетавскую, Куста-найскую области); Булаевский протяженностью 1694 км (обеспечивающий Северо-Казахстанскую, Кокчетавскую и Омскую области), Нуринский, Селетинский, Фурмановский, Пресновский.
В связи с широкими масштабами использования групповых систем сельскохозяйственного водоснабжения и перспективами их применения возникает необходимость в решении ряда гигиенических вопросов, касающихся проектирования, строительства и эксплуатации этих систем, повышения их санитарной надежности.
Настоящая работа является результатом многолетних (1961—1976) лабораторных и главным образом натурных исследований, выполненных в процессе эксплуатации Ишимского и Булаевского групповых водопроводов.
Групповые водопроводы представляют собой мощные и достаточно сложные в техническом отношении сооружения с водоводами большой протяженности, как правило, закольцованными современными установками по очистке и обеззараживанию воды, с большим числом насосных станций подъема и транспортировки воды, создающих значительные гидравлические перепады и оборудованных различными средствами водозабора.
Конструктивные особенности этих систем в значительной мере формируют ряд специфических факторов, которые в конечном итоге влияют на качество воды (Е. В. Штанников и соавт.). К этим факторам можно отнести протяженность магистральных трубопроводов, длительный многосуточный контакт воды с трубами, достигающий в конечных точках более 8—10 сут, высокие гидравлические параметры (до 30 атм), особенности режима эксплуатации — наличие застойных участков, неравномерный режим водопотребления, физико-химические свойства и структуру материалов, используемых для изготовления труб.
Опыт эксплуатации групповых водопроводов убеждает в том, что транспортировка воды на большие расстояния по металлическим водоводам сопровождается ухудшением органолептических свойств воды, бактериального состава и увеличением содержания железа (Е. В. Штанников и соавт.). Отмечается прямая зависимость между степенью этих изменений и расстоянием от водоочистных систем. Параметры указанных изменений достаточно
велики: запах до 4 баллов, мутность 5—6 мг/л, цветность до 160°; содержание железа увеличивается до 5—6 мг/л, а в некоторых случаях до 10 мг/л. Наряду с повышением концентрации железа в воде возрастает концентрация и других элементов, в частности РЬ. Это увеличение по сравнению с исходным весьма значительно, но не превышает нормативов.
Отмечается ухудшение качества воды в бактериальном отношении, причем наибольшее загрязнение отмечается в разводящих сетях водопровода. При этом количество проб, не удовлетворяющих требованиям стандарта (по коли-титру), составляло 50—65%. Бактериальное загрязнение, по-видимому, как справедливо отмечает С. Н. Черкинский, является вторичным и зависит от неудовлетворительного санитарно-технического содержания системы и нарушения санитарных правил ее эксплуатации. Кроме того, одним из факторов, обусловливающих возможность вторичного загрязнения, являются перепады давления в водоводах (создание отрицательного давления).
При определении качества воды водоисточников Ишимского и Булаев-ского водопроводов (река Ишим и Сергеевское водохранилище) оказалось, что содержание ^ в них невелико и не превышало 0,5 мг/л. В связи с этим введено фторирование воды на Ишимском водопроводе с 1966 г., Булаев-ском — с 1969 г. Исследования показали, что в резервуарах чистой воды содержание И соответствовало оптимальным показателям, а при прохождении воды по многокилометровым магистралям концентрация его снижалась до 0,3—0,4 мг/л.
С целью выяснения причин снижения концентрации Р по трассе групповых водопроводов исследована стабильность этого элемента в воде водопроводов при различных режимах эксплуатации, а также в лабораторных условиях. Изучение стабильности Р в воде с гигиенической точки зрения — вопрос немаловажный и имеет определенные теоретические предпосылки. Известно, что Р, являясь элементом VII группы периодической системы, может в определенных условиях вступать в соединения с Ре (преимущественно трехвалентным),Са2+, Д^2+ и образовывать сложные комплексные малорастворимые соединения.
Для изучения влияния соединений Ре на стабильность концентрации Р в лабораторных условиях искусственно приготовляли воду с различным содержанием Ре (Ре2+, Ре!,+) — 1—5 мг/л и Р—1—3 мг/л. Количество этих компонентов измеряли через 1, 5 и 15 сут.
Установлено, что стабильность Р определяется исходным его показателем, а также концентрацией и валентностью Ре. Наибольшее снижение концентрации Р-иона (до 0,1 мг/л, т. е. более чем на 90%) отмечалось при дозе его в воде, равной 1,0 мг/л, и при содержании Р 5 мг/л. Выявлена отчетливая взаимосвязь между концентрацией Р-иона и валентностью железа. Оказалось, что при низких концентрациях Р стабильность его мало зависит от валентности Ре, а при увеличении содержания Р в воде снижение его концентрации происходит в большей степени с трехвалентным Ре.
С целью изучения влияния жесткости воды на стабильность Р в лабораторных условиях создавалась искусственно моделированная вода с различной жесткостью (2—14 мг-экв/л), обусловленная наличием в ней преимущественно ионов Са или А^, в отношении 1 : 1 суммы ионов Са и Установлено, что снижение концентрации Р зависит от времени контакта его с солями жесткости, исходного содержания его в воде, ее жесткости, обусловленной преимущественно ионами М^ (см. таблицу).
Максимальное снижение количества Р-иона (80—90%) отмечалось через 15 сут в водах, жесткость которых обусловлена преимущественно ионами Л^2+ при начальных концентрациях Р-иона 0,5 и 1,0 мг/л (см. таблицу). Таким образом, в присутствии солей жесткости происходит уменьшение концентрации Р в воде за счет образования комплексных соединений Р-иона с солями Са, Л^ и Ре.
Влияние жесткости воды (7 мг-лсв/л) на стабильность Р
Жесткость воды
е'гг Са+ + Мв++
Содержат Рнона, и Содержание Р, иг/л
через 5 дней снижение концентрации, % через 15 дней снижение концентрации. % через 5 дней снижение концентрации, % через 15 дней снижение концентрации. %
0,5 1,0 2,0 4.0 0.5 0,96 1.9 3.8 4 5 5 0.4 0,86 1.7 3,6 20 14 15 10 0.4 1.0 1,96 3,9 20 2 2,5 0,1 0,1 0,7 3,2 80 90 75 20
Можно ориентировочно говорить и о так называемых пороговых концентрациях жесткости Ре, превышение которых небезопасно с точки зрения снижения оптимального содержания Р. Для Ре этот порог 3—5 мг/л, для жесткости 7 мг-экв/л. Влияние последней на этот процесс, в частности, различных ее форм — отношения Са : Mg, требует уточнения и проведения дополнительных исследований.
Определение содержания Р в воде при различных режимах эксплуатации Ишимского водопровода позволило выявить зависимость концентрации этого элемента от скорости движения воды по трубопроводам. При скорости движения 0,3—0,4 м/с (расход воды 40% от проектного) отмечено снижение концентрациия Г7 на 30—35%, в то же время при создании условий эксперимента, близких к проектным (при увеличении расхода воды до 80—85% от проектного), не наблюдалось снижения уровня Р, количество его на различных расстояниях от головных сооружений оставалось в тех же пределах, что и в чистом резервуаре.
Принятая на водопроводах технологическая схема улучшения качества воды, включающая общепринятые и апробированные приемы (осветление, обесцвечивание, отстаивание, фильтрацию, обеззараживание, преимущественно хлорирование), не встречает серьезных*возражений и обеспечивает в основном получение воды на групповых водопроводах в соответствии с требованиями стандарта. Однако возможность вторичного бактериального загрязнения питьевой воды на различных участках водопровода требует гигиенической оценки. Выбор таких приемов обеззараживания воды, которые обеспечили высокую бактерицидную активность на протяжении длительного времени за счет более стабильных форм Р и обладали низкой коррозионной способностью в отношении материала водоводов.
Хлораммиачная обработка воды (С. Н. Черкинский и Н. Н. Трахт-ман) способствует стабилизации остаточного* С1 в распределительной системе водопровода, гарантирует улучшение бактериологических показателей, органолептических свойств воды и способствует уменьшению коррозии труб водопровода.
Исследованиями, проведенными на Ишимсксм водопроводе, установлено, что в гигиеническом отношении предпочтение должно быть отдано не обычному хлорированию, а именно хлораммиачной обрабстке еоды. Уровень остаточного С1 в трубопроводах Ишимского водопровода был 0,3—0,5 мг/л на расстоянии 100 км от голобных сооружений, а по бактериологическим показателям только в 24 % случаев вода не соответствовала ГОСТу 2874-73. В то же время на Булаевском водопроводе при проведении одного хлорирования остаточный С1 не обнаруживался далее 50 км, а количество проб, не соответствующих стандарту по бактериологическим показателям, составляло 96,2%. Хлораммиачная обработка оказалась эффективной и для снижения содержания Ре в воде (в I1/,—2 раза), а концентрация его была довольно устойчива на всех участках водопроводной сети.
Как известно, с этой же целью осуществляется и силикатизация воды, т. е. добавление в воду химических веществ (главным образом силиката Ыа), образующих защитную ферросиликатную пленку, и таким образом предупредить развитие коррозионных процессов и уменьшить поступление в воду продуктов коррозии. Мы изучали силикатизацию воды на Булаев-ском водопроводе. Силикат № вводили в воду из расчета 80 и 40 мг/л в пересчете на 5Ю2 в течение 7 сут. Эффективное замедление коррозионных процессов происходило на участке протяженностью 40—50 км от места ввода силиката а образовавшаяся пленка проявляла защитное последействие в течение 8 сут после прекращения подачи силиката Ыа. В результате этого по трассе водопровода отмечалось значительное снижение содержания Ре и улучшение органолептических свойств воды.
В свете современных представлений о роли барьерной функции водопроводных очистных сооружений в отношении некоторых химических веществ, в частности ядохимикатов, поверхностно-активных веществ, продуктов их трансформации, большое значение приобретает гигиеническая апробация эффективности водоочистных систем групповых водопроводов в отношении этих веществ и повышения их защитной мощности, поскольку доказана низкая эффективность водопроводных сооружений в отношении ядохимикатов, поверхностно-активных веществ и особенно продуктов их трансформации.
Важное значение для снижения заболеваемости кишечными инфекциями в сельских районах имеет организация групповых систем водоснабжения. Изучена заболеваемость за 5—6 лет населения Северо-Казахстан-ской области, территориально прилегающей к реке Ишим. Доказано, что заболеваемость кишечными инфекциями в этих регионах имеет четкую тенденцию к снижению и уменьшается в I1/2 раза й более. Таким образом, эти данные позволяют рассматривать групповые системы водоснабжения с противоэпидемической точки зрения (безопасность транспортируемой воды в эпидемическом отношении) как отвечающей гигиеническим требованиям.
Выводы
1. При транспортировке воды по трубопроводам групповых систем водоснабжения качество воды ухудшается по мере удаления ее от головных сооружений: повышается содержание Ре, 2п, РЬ, появляются неприятные запахи, повышается цветность, возрастает бактериальная загрязненность, снижается содержание Р.
2. Качество воды определяется протяженностью магистральных трубопроводов, высоким давлением воды в трубопроводах, особенностями режима эксплуатации, физико-химическими свойствами и структурой материалов труб.
3. Снижение концентрации Р по мере удаления от головных сооружений зависит не только от несовершенства технологии фторирования воды, но и от образования комплексных соединений Р с Ре, находящимися в воде и в коррозионных отложениях трубопроводов, с солями жесткости воды. В связи с этим дозу Р при фторировании следует выбирать с учетом ионного состава воды и соотношения ионов.
4. Пороговые концентрации Ре и жесткости, превышение которых небезопасно с точки зрения снижения оптимального содержания Р, для Ре составляют 3—5 мг/л, для жесткости — 7 мг/экв/л.
5. Для предотвращения значительного ухудшения качества воды из-за повышения в ней содержания Ре протяженность стальных напорных магистралей от очистных сооружений до потребителя должна не превышать 10 км. В необходимых случаях целесообразно предусматривать кустовые сооружения, обеспечивающие население водой в радиусе примерно 50 км.
6. Силикатизация воды может рассматриваться как эффективное мероприятие для ослабления коррозионных процессов на внутренней поверхности стальных труб-водоводов, т. е. снижения и стабилизации содержания Fe в воде.
7. При проектировании и строительстве групповых водопроводов следует предусмотреть в технологическом режиме очистки воды хлораммиач-ную обработку как один из надежных методов по улучшению бактериологических показателей качества воды, снижению содержания Fe и улучшению органолептических свойств воды.
8. Необходимо учитывать барьерную роль водопроводных очистных сооружений в отношении ядохимикатов, поверхностно-активных веществ и продуктов их трансформации.
ЛИТЕРАТУРА
Черкинский С. Н. Гигиенические вопросы водоснабжения сельских населенных мест. М., 1965.
Черкинский С. Н., Трахтман Н. Н. Обеззараживание питьевой воды. М., 1962. Штанников Е. В., Рожнов Г. И., Рассолова В. П. и др. — Водоснабжение и сан.
техника, 1974, № 6, с. 28—29. Штанников Е. В., Рожнов Г. И., Рассолова В. П. и др. — В кн.: Саратовский НИИ сельской гигиены. Научная конф. 5-я. Сборник материалов. Саратов, 1974, с. 94—98.
Поступила 19,'IX 1978 г.
GROUP WATER DELIVERY SYSTEMS FOR AGRICULTURAL USE: HYGIENIC ASPECTS OF DESIGN, CONSTRUCTION, AND OPERATION
E. V. Shtannikov, E. P. Sergeev, G. I. Rozhnov, Yu. A. Rakhmanin, N. P. Kiseleva,
E. A. Dik, and I. E. Ilyin
Summary. Results of laboratory and field studies of many years' duration carried out in process of operating the world's two largest group water supply lines, the Ishymsk and the Bylayevsk, are summarized. Water quality in the various parts of the distributive networks was analyzed, and the design factors on which water quality depends were identified. A relationship was established between the content of fluorine and Fei+, Fes+, Ca,+ , and Mg3+ in the water. A higienic evaluation of water decontamination methods was made, and, on this basis, it is recommended that water treatment with ammonium chloride be used in group water delivery systems as assuring improved bacterio-logic and organoleptic properties of the water. Silication of water as an effective means of reducing corrosion processes on the inner surfaces of steel conduits is discussed.
УДК 613.32:546.41
И. И. Авезбакиев, Н. М. Демиденко
МАТЕРИАЛЫ К ГИГИЕНИЧЕСКОМУ НОРМИРОВАНИЮ ХЛОРАТ-ХЛОРИДА КАЛЬЦИЯ В ВОДЕ ВОДОЕМОВ
Узбекский научно-исследовательский институт санитарии, гигиены и профзаболеваний, Ташкент, Ташкентский медицинский институт
Хлорат-хлорид кальция—Са (СЮ3)2 + СаС12-6Н20— получил широкое применение в качестве дефолианта для предуборочного удаления листьев с хлопчатника. Это гигроскопичный, хорошо растворяющийся в воде порошок. Выпускается в виде 42% водного раствора. Дефолиант хлорат-хлорида кальция — жидкость без запаха. Удельная масса при 20°С 1,44—1,48 г/см3. Содержание хлората кальция 355—370 г/л, хлорида натрия 40 г/л. Температура замерзания — 20°С. Норма расхода 30— 50 кг/га.
Широкое использование хлорат-хлорида кальция в сельском хозяйстве и обусловленная этим возможность попадания его в водоемы, отсутствие сведений о влиянии указанного препарата на органолептические свойства воды и санитарный режим водоемов, а также ограниченность
И
