CC BY
8Экономика строительства и природопользования № 3 (84) 2022 г. УДК 504.4.054:628.19
ОЦЕНКА РОДНИКОВЫХ ВОД СЕВАСТОПОЛЬСКОГО РЕГИОНА КАК АЛЬТЕРНАТИВНОГО ИСТОЧНИКА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
Хоменко Т.Ю.1, Сигора Г.А.2
Политехнический институт (структурное подразделение), ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет», 299053, г. Севастополь, ул. Университетская, 33, e-mail: 1 tamara_homenko93@mail.ru, 2 sigora1@yandex.ru
Аннотация. В статье рассматривается актуальность проблемы изыскания альтернативных источников водоснабжения в городе Севастополе. Приводятся результаты исследований химического состава родниковых вод Севастопольского региона и представлена системотехническая схема исследования и модель гидрогеохимической оценки качества подземных вод. Рассмотрены способы очистки природных вод и предложена комплексная система водоподготовки скважинной воды, с учетом специфики загрязненности. Проведен анализ мирового рынка различных типов специализированных фильтров, применяемых для улучшения качества и доведения очищенной воды до питьевой. Выбраны требования к фильтрующим установкам и системам водоочистки.
Ключевые слова: водоснабжение, Севастопольский регион, подземные источники, питьевая вода, качество, загрязняющие вещества, фильтры, водоочистные установки.
ВВЕДЕНИЕ
Обеспечение населения качественной питьевой водой является одной из главных государственных задач, которая приобрела особую актуальность в связи с наблюдающимся практически повсеместно ухудшением общей экологической обстановки и чрезмерным загрязнением водных объектов и источников водоснабжения.
Неблагоприятная экологическая обстановка, недостаточная защищенность системы хозяйственно-питьевого водоснабжения от воздействия токсичных промышленных и других отходов, отсутствие высокоэффективных непрерывных технологий очистки, неудовлетворительное состояние водопроводных сетей в настоящее время создают реальную угрозу сокращения и даже полного прекращения подачи воды в ряде городов и других населенных пунктах. Они способны вызвать большую социальную напряженность.
Для России острота этой проблемы стала особенно очевидной в последнее десятилетие, когда специалисты заговорили о кризисе питьевого водоснабжения, связанном с комплексом законодательно-правовых, экономических, экологических и технологических вопросов. В сложившихся кризисных условиях функционирования водохозяйственной отрасли доминирующий характер приобретает необходимость организации мероприятий, направленных на обеспечение полноценного и безопасного питьевого водоснабжения во всех населенных местах [1].
В Севастопольском регионе проблема водоснабжения существовала всегда и связана она, в основном, с периодическими засухами. Установлена даже их цикличность. Раньше это было 10-12 лет, теперь — 8-10. Примерно с такой периодичностью возникают так называемые водные кризисы: вода в Чернореченское водохранилище не поступает из-за отсутствия осадков. Кроме того, доля населения города Севастополя, обеспеченного питьевой водой из
систем централизованного водоснабжения, на 01.01.2022 года составила 97,3 % (в 2020 г. - 97,3 %). Показатель федерального проекта «Чистая вода» на 2021 год 98,0 % не достигнут (- 0,7 %) [2]. Особого внимания требуют к себе сельские системы водоснабжения и системы водоснабжения небольших населенных пунктов региона. Около 33 % сельских жителей забирают воду из водозаборных колонок или пробуренных скважин.
В связи с этим вполне естественным является изыскание альтернативных источников водоснабжения в городе Севастополе, позволяющих с меньшими затратами обеспечивать население питьевой водой. Такими источниками в регионе являются подземные воды. Использование подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения населения влечет за собой необходимость в изучении и обобщении специфических особенностей загрязненности подземных вод в регионе.
Целью данной работы является оценка качества родниковых вод Севастопольского региона с дальнейшей перспективой их использования как альтернативного источника питьевого водоснабжения.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
При рассмотрении вопроса о качестве воды следует учитывать, что даже вода из подземных источников может быть загрязнена. Химический состав воды необходимо рассматривать как с позиции его вредности, так и благоприятности для здоровья человека. Другим важным компонентом воды как природной системы, с точки зрения ее влияния на здоровье человека, являются биологические объекты (бактерии, вирусы и простейшие).
Техногенное загрязнение подземных вод проявляется, прежде всего, в увеличении минерализации, общей жесткости, температуры, увеличении содержания в подземных водах хлоридов, нитратов, органических соединений (в особенности углеводородных и хлорорганических), тяжелых металлов и специфических веществ. Это в свою очередь способствует уменьшению содержания кислорода в подземных водах, росту в ней микрофауны, микрофлоры и в целом - усилению биологического загрязнения подземных вод.
Имеющиеся в воде химические элементы в виде солей или оксидов, органические вещества, мелкие примеси негативно влияют на здоровье. Практически каждый элемент таблицы Менделеева, в повышенных концентрациях находящийся в воде и употребляемый вместе в водой в течение длительного времени, приводит к тем или иным заболеваниям. Например, повышенное содержание солей железа приводит к аллергическим реакциям и болезням крови, избыток солей жесткости и сухого остатка приводят к мочекаменной болезни, нитраты, преобразованные в нитриты, при попадании в кровь могут вызывать кислородное голодание, негативно влияют на работу желудочно-кишечного тракта, повышают угрозу онкологических заболеваний [1].
На формирование химического состава природных вод влияют следующие геоэкологические факторы: климат местности, химическое и биологическое выщелачивание, залегающие горные породы, атмосферные воды, смешивание вод. К антропогенным факторам относятся сточные воды, ливневые и талые воды, протекающие по загрязненной территории, хранилища нефтепродуктов, свалки, животноводческие комплексы, пыль и стоки автомобильных дорог и т.д. Хозяйственно-бытовые сточные воды образуются в процессе эксплуатации жилых и общественных зданий.
Исследования химического состава подземных вод Севастопольского региона ведутся учеными кафедры «Техногенная безопасность и метрология» Политехнического института СевГУ с 2019 года. На сегодняшний день разработана интерактивная карта расположения исследуемых источников подземных вод (https://sevrodnik.ru/).
Практическая значимость работы заключается в:
- разработке методики оценки качества подземных вод с учетом влияния техногенных факторов;
- определении источников загрязнения подземных вод;
- ранжировании подземных источников по степени загрязненности;
- разработке интерактивной экологической карты родников Севастопольского региона.
Системотехническое представление объекта исследования представлено на рисунке 1.
Рис. 1. Схема системотехнического представления объекта исследования Модель гидрогеохимической оценки качества подземных вод Севастопольского региона представлена на рисунке 2.
Рис. 2. Модель гидрогеохимической оценки качества подземных вод
Результаты исследований представлены в многочисленных публикациях [3-6] и свидетельствуют, что большая часть подземных источников города Севастополя и его окрестностей, отнесенные к группе «загрязненные», загрязнены нитрат-ионами, хлоридами, сульфатами, а также характеризуются повышенной жесткостью и общей минерализацией. По химическому составу родниковые воды, отнесенные к группе «чистые» не отличаются от водопроводной воды. Без предварительной очистки их можно использовать в быту и в
сельскохозяйственной деятельности. Однако, необходимо учитывать, что применяемая для технических целей вода не должна образовывать накипь и вызывать коррозию металла.
Для решения проблемы рационального использования подземных источников путем совершенствования системы снабжения населения чистой питьевой водой нормативного качества, необходимым становится разработка экологически чистых энерго- и ресурсосберегающих технологий очистки питьевой воды из подземных источников, с учетом степени их загрязненности.
На современных городских водоочистных сооружениях подготовка воды для питьевых целей происходит в 2 этапа. На первом этапе осуществляется осветление воды, а на втором - ее обеззараживание. Осветление, как правило, выполняется путем введения в воду специальных веществ (коагулянтов), с последующим их осаждением и фильтрованием [7].
Обеззараживание воды в настоящее время, в большинстве случаев, осуществляется хлорированием. В случае высокой бактериальной загрязненности водоемов в обрабатываемую воду вводят избыточное количество активного хлора. Хлорирование является весьма эффективным методом обеззараживания питьевой воды, но имеет два весьма существенных недостатка: активный хлор вреден для здоровья человека; в результате хлорирования образуются вредные вещества, так называемые хлорорганические соединения, которые при попадании в организм человека могут вызывать онкологические заболевания.
Также существуют специальные способы улучшения качества воды [7]:
- умягчение (устранение катионов жесткости);
- обессоливание (снижение общей минерализации);
- обезжелезивание (снижение концентрации железа);
- дегазация (удаление растворенных в воде газов);
- обезвреживание (удаление ядовитых веществ);
- дезактивация (очистка от радиоактивных загрязнений).
Способы и степень очистки воды, как правило, состав и конструкция очистных сооружений в каждом конкретном случае зависят от состава природной воды и требований, предъявляемых к ее качеству.
В Севастополе землепользователи и землевладельцы в пределах собственного участка имеют право использовать для бытовых нужд распространенные полезные ископаемые, в том числе и подземную воду в объеме не более 100 м3 в сутки. Глубина пробуренной скважины или колодца при этом не должна превышать 30 метров. Законодательно утверждена процедура добычи воды. Если предполагается бурить артезианскую скважину, обязательно потребуется лицензия. Если колодец построен для частных нужд на даче и расположен на глубине первого от поверхности земли водоносного слоя (на песке), разрешение на него получать не нужно [8].
С учетом специфики загрязненности подземных вод Севастопольского региона, без предварительной очистки такую воду использовать в питьевых целях нельзя. Для водоподготовки требуется применять как минимум следующие способы улучшения качества воды: осветление, обеззараживание, умягчение, обессоливание, обезжелезивание, дегазация. Загрязнение подземной гидросферы токсичными и радиоактивными веществами в Севастополе маловероятно.
Комплексная система очистки скважинной воды для частного дома может выглядеть следующим образом:
• фильтр грубой очистки, установленный на входе в систему;
• аэрационная колонна, оборудованная компрессором;
• фильтр-обезжелезиватель;
• установка, очищающая жидкость от различных родов солей;
• умягчитель воды;
• фильтр тонкой очистки;
• УФ-стерилизатор.
Если качество воды заведомо удовлетворительное, система может включать 4 основных элемента:
• фильтр грубой очистки
• установка аэрации жидкости;
• фильтр-обезжелезиватель;
• УФ-стерилизатор.
Анализ мирового рынка показал, что сегодня разработаны и выпускаются различные специализированные фильтры и системы водоочистки для улучшения качества воды, очистки ее от тяжелых металлов, железа, аммонийного азота, для устранения неприятных привкусов, запахов и т.д.
Модификация фильтров разнообразна: ионообменные, механические, электромагнитные, половолоконные, озоновые, ультрафиолетовые, угольные системы, полифосфатные, дисковые, обратноосмотические установки, фильтры грубой очистки, фильтры тонкой очистки, фильтры, заправляемые сорбентами различного типа (рисунок 3).
Рис. 3. Примеры фильтров разных моделей: а) фильтр грубой очистки; б) ионообменный фильтр; в) половолоконный мембранный фильтр тонкой
очистки воды
Прежде чем устанавливать фильтрационное оборудование, следует сделать химический анализ воды из подземного источника. Он позволит понять, от каких примесей надо избавиться и в каком количестве.
Водоочистная установка или фильтр должны удовлетворять рекомендуемым требованиям:
а) требования к физико-химическим свойствам фильтрующих материалов с учетом заранее заданных свойств;
б) отечественная сырьевая база;
в) экономичность и отсутствие вторичных эффектов;
г) требования к конструкции фильтров:
- непрерывные и высокопроизводительные;
- пригодные для полной автоматизации;
- прочные и долговечные (срок службы не менее 30 лет);
д) требования к технологии очистки в целом:
- экологически чистая, непрерывная, безотходная;
- полностью автоматизированная, энергосберегающая.
Для достижения наилучшего эффекта стоит позаботиться о многоступенчатой очистке. Последовательно проходя через фильтры разного типа, вода очищается от механических примесей, вредных веществ и бактерий. Последующее обогащение полезными элементами позволит добиться качества, соответствующего нормативным требованиям.
Расширение масштабов использования подземных вод в ближайшем будущем основывается на исключительно удачном сочетании экологического и экономического факторов. Как правило, питьевая вода из систем водоснабжения с подземными источниками имеет себестоимость в 3-4 раза ниже, чем с поверхностными, что в условиях современной экономической ситуации снижает финансовое бремя на водопроводные предприятия [1].
Отсюда следует очевидная необходимость интенсифицировать освоение разведанных запасов подземных вод, расширять работы по выявлению новых месторождений, а также выполнять
ВЫВОДЫ
работы по систематизации запасов подземных вод по их характеру (глубина и условия залегания) по региону в целом и по отдельным территориальным районам в пределах региона, обобщению и систематизации данных о качественном составе подземных вод региона, которые предполагается использовать в качестве источников питьевого водоснабжения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Белоян Б.М., Разработка систем и технологий водоснабжения урбанизированных территорий из подземных месторождений: дис. д-р. техн. наук / Б.М. Белоян. - Москва, 2005. - 195 с.
2. Государственный доклад «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Республике Крым и городе федерального значения Севастополе в 2021 году» -[Электронный источник] / ЬНрз://goo.su/ATOIXKa (дата обращения 05.08.2022). - Текст: электронный.
3. Сигора, Г.А. Проблема исследования экологического состояния родников Севастопольского региона / Г.А. Сигора, Т.Ю. Хоменко, Т.В. Ляшко, Л.А. Ничкова // Экономика строительства и природопользования. - 2019. - № 1(70). - С. 115-123.
4. Сигора, Г.А. Критерии ранжирования качества родниковых вод Севастопольского региона / Г.А. Сигора, Т.Ю. Хоменко, Т.В. Ляшко, Ж.А. Шевцова, Л.А. Ничкова // Экономика строительства и природопользования. - 2019. - № 4 (73). - С. 16-23.
5. Сигора, Г.А. Проблемы обеспечения экологически безопасного состояния в рекреационных зонах г. Севастополя / Г.А. Сигора, Т.Ю. Хоменко, Л.А. Ничкова // Экономика строительства и природопользования. - 2020. - № 2(75). - С. 125-132.
6. Сигора, Г.А. Разработка методического обеспечения экологического мониторинга подземных вод Севастопольской области / Г.А. Сигора, Т.Ю. Хоменко, Л.А. Ничкова // Системы контроля окружающей среды. - 2020. - № 2 (40). - С. 5-12.
7. Миклашевский, Н.В. Чистая вода. Системы очистки и бытовые фильтры. / Н.В. Миклашевский, С.В. Королькова - СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, «Издательская группа «Арлит». - 2000. - 240 с.
8. Закон РФ от 21.02.1992 N 2395-1 (ред. от 28.06.2022) «О недрах». - [Электронный источник] / http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_343/fc4edc98d4d4ac2c3c1c6f423e6i98d9bfdf73 86 / (дата обращения 05.08.2022). - Текст: электронный.
EVALUATION OF THE SPRING WATERS OF THE SEVASTOPOL REGION AS AN ALTERNATIVE SOURCE OF DRINKING WATER
Khomenko T.Yu., Sigora G.A.
'Sevastopol State University, Sevastopol, Russian Federation
Annotation: The article discusses the relevance of the problem of finding alternative sources of water supply in the city of Sevastopol. The results of studies of the chemical composition of spring waters in the Sevastopol region are presented and a system-technical scheme of the study and a model for hydrogeochemical assessment of groundwater quality are presented. Methods of purification of natural waters are considered and an integrated system of water treatment of well water is proposed, taking into account the specifics of pollution. An analysis of the world market of various types of specialized filters used to improve the quality and bring purified water to drinking water has been carried out. The requirements for filtering installations and water purification systems have been selected.
Key words: water supply, Sevastopol region, underground sources, drinking water, quality, pollutants, filters, water treatment plants.
