CC BY
12
institutions and industrial enterprises; c) make it possible to organize explorative work in the search for most suitable water sources, regardless of their relative remoteness and to utilize up-to-date econimic methods for the improved quality of drinking water equipment.
УДК 614.777 : 513 39
О РАСПРОСТРАНЕНИИ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИИ В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ
Я. И. Вайсман Пермская областная санэпидстанция
Данные о дальности распространения и выживаемости бактерий в подземных водах имеют большое научно-практическое значение при выборе места расположения водозаборных скважин и при санитарном обосновании зон санитарной охраны подземных источников водоснабжения.
Эти вопросы освещены в работах ряда исследователей (Е. И. Гон-чарук, А. И. Жуков, Т. С. Ямпольский, А. А. Кирпичников, А. С. Преображенская, Fournelle, Day, Page, Wetzel и др.). Указанным исследователям удалось установить, что дальность распространения бактерий в подземных водах зависит от разнообразных и зачастую непостоянных местных условий (гранулеметрического состава и влажности водовме-щающих пород, нарушения целостности верхних слоев грунтов, рН и температуры среды, скорости потока подземных вод, создания местных депрессий в результате водоотбора, массивности источника загрязнения и длительности его существования, вида и подвижности бактерий и т. д.). Разнообразие конкретных санитарно-гидрогеологических условий в большой степени объясняет существенные различия в цифровых данных о скорости и дальности распространения бактерий в подземных водах, полученных различными исследователями, изучавшими эти вопросы в натурных условиях. Так, Fournelle, Day, Page установили, что за 70 дней наблюдений бактерии в песчано-гравийных почвах распространились на расстояние 15, 24 м со скоростью около 0,3 м в сутки. Daur и Rôhrer сообщают, что бактерии движутся в подземном потоке со скоростью 40—50 м в час и обнаруживаются в контрольных точках на расстоянии 270—380 м от места их введения. Wetzel сообщает о проникновении бактерий в подземном потоке на расстояние до 500 м.
Frank указывает, что горизонтальная фильтрация за срок не менее 30 дней гарантирует колодцы от проникновения в них патогенных бактерий. В 3 раза больший срок называет Keller, считая, что для обеспечения санитарной надежности эксплуатируемого водоносного горизонта необходимо, чтобы поверхностные бактериально загрязненные воды достигали его не ранее чем за 90 дней. В то же время ряд работ, посвященных определению длительности выживаемости патогенных бактерий во внешней среде — в воде водоемов, колодезной воде, подземных водах и грунтах, содержит данные, ставящие под сомнение правильность указанных выше рекомендаций. Так, Н. Ф. Милявская указывает на выживаемость возбудителей брюшного тифа в колодезной воде до 117 суток. Robeck, Bryant, Woodward обнаруживали кишечную палочку после 417 суток фильтрации загрязненной ею воды через колонки, заполненные мелкозернистым песком. Е. И. Гончарук установил, что выживаемость кишечных палочек, прошедших септик и поля подземного
2*
19
орошения с высотой фильтрующего слоя 1 м, в потоке грунтовых вод составляет 198 дней. Однако и эти высокие цифры не являются пределом. Stiles, Crohurst, Thomson указывают, что кишечная палочка может быть обнаружена в подземной воде почти через 1000 дней (2 года 8 месяцев) после внесения ее в мелкозернистую песчаную почву.
Анализ изложенного выше позволяет сделать вывод о том, что имеющиеся литературные данные по количественной характеристике основного лимитирующего фактора, который должен быть положен в основу расчетов по установлению границ 2-го пояса зон санитарной охраны подземных источников водоснабжения — времени «t» выживае-
Схематический план изучаемого района.
I — водозаборная скважина; 2 — фильтрующий выгреб — источник загрязнения водоносного горизонта; 3 — направление потока подземных вод; 4 — граница 1-го пояса зоны санитарной охраны; 5—граница расчетной депрессионной воронки; 6 — граница 2-го пояса зоны санитарной охраны (первоначальная); 7 — граница 2-го пояса зоны санитарной охраны (расширенная); 8 — отметки
поверхности земли; 9 — гидроизогипсы; 10 — створ отбора проб воды из реки Камы.
мости патогенных бактерий в подземном потоке, крайне противоречивы. Если к сказанному выше добавить, что и у гидрогеологов в настоящее время отсутствуют объективные критерии, позволяющие однозначно подходить к установлению границ 2-го пояса зоны санитарной охраны (В. И. Владимирский), то станут понятны трудности, которые приходится преодолевать в каждом случае при решении вопросов, выдвигаемых санитарной практикой. Отсюда очевидно то большое значение, которое имеет изучение условий распространения бактерий в подземных водах в конкретной санитарно-гидрогеологической обстановке действующих водозаборов.
Подобные исследования представилось возможным провести в Пермской области на одном из подземных водозаборов, в зоне влияния которого находился массивный источник бактериального загрязнения (см. рисунок).
Площадка водозабора расположена на второй надпойменной террасе реки Камы в 1,5 км от ее берега, в густом естественном хвойном лесу, в стороне от дорог и вдали от населенных пунктов и других возможных источников бактериального загрязнения. Составляет исключение жилой поселок «Н», расположенный на расстоянии 850 м вверх по направле-
нию грунтового потока от водозабора. Водозабором эксплуатируются подземные воды, приуроченные к аллювиальным среднезернистым пескам с прослоями гравелисто-галечниковых отложений. Сверху эти отложения перекрыты песками, но со значительно меньшим содержанием гравелисто-галечниковых частиц (до 10%). Водоупоры выше уровня грунтовых вод отсутствуют. Направление грунтового потока с северо-запада на юго-восток. Уровень подземных вод на территории поселка на отметке 98,0, а на территории водозабора 78,0. Коэффициенты фильтрации в горизонтальном направлении 30,0—60,0 м в сутки, в вертикальном направлении 20,0 м в сутки.
На основании гидрогеологических данных был определен 2-й пояс зоны санитарной охраны, в который не был включен жилой поселок «Н» как находящийся вне области влияния скважин. Однако при откачке воды из скважин обнаружено массивное бактериальное загрязнение водоносного горизонта. Коли-титр воды часто колебался в пределах 4,0—129,0. В результате проведенного санитарно-топографического обследования площадки водозабора и прилегающей территории, а также анализа проектных и изыскательных материалов и результатов бактериологического и химического исследования воды водоносного горизонта и Камы было установлено, что источником бактериального загрязнения служит жилой поселок «Н», на территории которого имелись неблагоустроенные фильтрующие выгреба общественных уборных глубиной до 3,5—4 м, достигающие водовмещающих пород эксплуатируемого водоносного горизонта. Другие возможные источники массивного бактериального загрязнения исключались. Скважины находились в хорошем санитарно-техническом состоянии, хлорирование не давало стойкого улучшения качества воды. Влияние Камы на качество воды водоносного горизонта было также невозможно, так как в изучаемом периоде уровень грунтовых вод на территории водозабора находился выше уровня воды в Каме, и, судя по солевому составу воды реки и скважин, подсоса камской воды скважинами не было (см. таблицу).
Таким образом, исследования позволили установить, что в районе питания подземного водозабора в воде грунтового потока, приуроченного к среднезернистым пескам с прослоями гравийно-галечниковых отложений, кишечная палочка распространилась на расстояние более 850 м по направлению грунтового потока. Эти данные позволили решить частную задачу — дать санитарное обоснование для расширения зоны санитарной охраны (2-й пояс) до 1 км вверх по потоку подземных вод с включением в нее поселка «Н» — и подойти к решению общей задачи — дать санитарную оценку некоторых расчетных математических методов определения границ 2-го пояса зоны санитарной охраны на примере водозабора, эксплуатирующего воды аллювиальных отложений.
Е. В. Салтыковым для определения положения границ 1-го и 2-го поясов зоны санитарной охраны подземных водоисточников было предложено следующее уравнение:
L= ]/" t-K-H,
Сравнительная характеристика некоторых показателей качества воды реки Камы и подземного водоносного горизонта в 1960-1961 гг.
Показатель качества воды
Водозаборные скважины
Сухой остаток (в мг/л) Хлориды »
Сульфаты »
Общая жесткость (в мг/экв/л) .. .
462,0—580,0 57,6—184,0 72,0—106,6
3,0—4,8
80,0—114,0
3,4—7,8 3,29-5,8
1,7-2,4
где L — величина наименьшей удаленности границ 2-го пояса зоны санитарной охраны источника водоснабжения от водозаборных сооружений, обеспечивающая полное самоочищение воды от бактериальных загрязнений (в м); t — время движения воды, при котором происходит полное отмирание всех бактерий, которое Е. В. Салтыков принимает равным для всех случаев {31 сутки); К — коэффициент фильтрации пород (число метров в сутки); Н — действующий напор (в Л1).
Значение величин «/С» и «Я» в нашем случае на основании данных гидрогеологических исследований соответственно равны 40 и 20 м в сутки. Отсюда по уравнению Е. В. Салтыкова наименьшая удаленность границы 2-го пояса зоны санитарной охраны от водозабора составит около 156 м:
1 = У 31 суткиХ/СХЯ = |/~ 31Х40Х20я« 156 м.
Учитывая, что полученный по уравнению Е. В. Салтыкова размер 2-го пояса зоны санитарной охраны был примерно в 7 раз меньше полученного опытным путем, мы провели дополнительные расчеты. Применительно к местным условиям было определено расчетным методом наименьшее время, которое потребовалось бы бактериям для проникновения из источника загрязнения до точки водозабора. При этом мы исходили из общеизвестного" факта, что скорость распространения бактерий в подземном водоносном потоке либо равна скорости распространения этого потока, либо меньше ее. Мы приняли 1-й вариант (наименьшее время распространения бактерий равно скорости грунтового потока). Расчеты вели по уравнению, приведенному в работе А. С. Бели цкого:
t — L*M К (и,— л,)
где t — время движения воды между источником загрязнения и точкой водозабора, L — расстояние между этими точками, м — активная пористость (отношение объема пор образца породы, по которым движется вода, к общему объему этого образца), К — коэффициент фильтрации пород (число метров в сутки), П\ — уровень подземных вод в районе загрязнения водоносного горизонта, п2 — уровень воды водоносного горизонта в точке водозабора. В нашем случае наименьшее время оказалось равным 227 суткам, что примерно в 7 раз превышает наибольшее время, принятое Е. В. Салтыковым:
, L2 m (850 л)2 0,25 00_ * — — - ----=227 суток.
К ("1—«г) НО м/сутки (98 м — 78 м) А. С. Белицкий принял, что время движения воды, необходимое для отмирания всех бактерий, равно 400 суткам. Ведущими отечественными гигиенистами эта величина была признана достаточно надежной в санитарном отношении (С. Н. Черкинский). Однако, если принять равное 400 суткам, то при подстановке этой величины в уравнение Е. В. Салтыкова получается результат намного меньший полученного опытным путем:
1= '[Л/ХА'ХЯ = 400 сутокX40 м/суткиХ20 м?«565 м.
Изложенное выше свидетельствует о том, что при использовании уравнения Е. В. Салтыкова в практике санитарной работы можно получить совершенно неверные результаты. В связи с этим необходимо отметить, что в литературе имеются указания на необходимость критической оценки и других предложений Е. В. Салтыкова по проектированию зон санитарной охраны водоисточников (Л. С. Гурвич).
При применении уравнения, указанного в работе А. С. Белицкого, удаление границы 2-го пояса зоны санитарной охраны вверх по потоку от водозабора равно приблизительно 1130 м:
К (nx-n»)-t
м
40 м/сутки (98 м — 78 м) -40 суток ~0,25
ИЗО М.
Таким образом, данные, полученные при применении этого уравнения, позволяют ориентировочно установить положение границ 2-го пояса зоны санитарной охраны, а само уравнение может использоваться как весьма ценный вспомогательный метод при решении вопросов, выдвигаемых санитарной практикой.
1. Полученные данные свидетельствуют о том, что кишечная палочка может распространиться на расстояние более 850 м в грунтовом протоке, приуроченном к среднезернистым пескам с прослоями гравий-но-галечниковых отложений, что необходимо учитывать при санитарно-гидрогеологических расчетах для установления зон санитарной охраны подземных водоисточников (2-й пояс).
2. Следует считать, что принятое Е. В. Салтыковым время, необходимое для полного бактериального самоочищения грунтового потока, равное 31 суткам для всех условий, является необоснованным. Более правильным следует считать время, равное 400 суткам.
3. Вопросы выживаемости и дальности распространения бактерий в подземных водах весьма важны при решении вопросов, выдвигаемых санитарной практикой, и требуют дальнейшего изучения в разнообразных санитарно-гидрогеологических условиях.
Белицкий А. С. Водоснабжение и сан. техника, 1955, № 3, стр. 9.—Он же. Гиг. и сан., 1961, № 1, стр. 15.—Владимирский В. И. Разведка и охрана недр, 1962, № 8, стр. 41.—Гончару к Е. И. К вопросу гигиенической оценки очистки бытовых сточных вод на полях подземного орошения (фильтрации). Киев—Тернополь, I960,—Гур вич Л. С. Гиг. и сан., 1963, № 7, стр. 108,—Жуков А. И., Ямполь-ский Т. С. Подземная фильтрация сточных вод. М., 1951.—Кирпичников А. А. В кн.: А. И. Жуков, Т. С. Ямпольский. Подземная фильтрация сточных вод. М., 1951, стр. 121. — Кирпичников А. А., Преображенская А. С. Гиг. и сан.; 1947, № 4, стр. 20.—С а л т ы к о в Е. В. Проектирование зон санитарной охраны источников водоснабжения. М., 1959, ч. 1.—Степа ненко В. К Информ. бюлл. Московск. научно-исслед. ин-та санитарии и гигиены, 1957, № 9, стр. 11.—Черкинский С. Н. Гигиенические вопросы водоснабжения сельских населенных мест. М., 1958.—F о и г-nelle Н. J., Day Е. К-, Page W. В., РиЫ. Hlth. Rep. (Wash.), 1957, v. 72. p. 203,— Keller G., Wasserwirtschaft, 1957, Bd. 47, S. 193,—Ro beck G. G., Bryant A. R., Woodward R. L., J. Am. Water Works Ass., 1962, v. 54, p. 72—S t e-ad F. M., J. Am. Water Works Ass., 1939, v. 31, p. 714— Stiles C. W. et al., Experimental Bacterial and Chemical Pollution of Wells Via Ground Water and Factors Involved. Washington, 1927.—Wetzel A., Desinfekt. Gesundh.-Wes., 1960, Bd. 52, S. 50.
ON THE PROPAGATION OF BACTERIAL CONTAMINATION IN UNDER GROUND
WATERS
Ya. I. Weisnian
The article presents a sanitary assessment of the formulae for determining the boundaries of the second belt of the sanitary protection zones for underground sources of water supply. A study of the object fed 'by the water from an alluvial deposit stratum showed that by means of the hydrogeological equation of A. S. Belitsky it was possible to determine roughly the boundary of the second belt of the sanitary protection zones.
Выводы
ЛИТЕРАТУРА
Поступила 16/VIII 1963 г.
