Методические материалы для 2 курса

если они плохо заделаны. Поэтому верхняя часть скважины должна закрепляться двумя колоннами обсадных труб, зазор между которыми заливают цементным раствором.

Загрязнения также могут поступать через устье скважины. Для того чтобы предупредить это, верхнюю колонну обсадных труб в месте вхождения всасывающей трубы насоса или других водоподъемных устройств нужно полностью герметизировать. Зазор между обсадными трубами и стенками скважины (затрубное пространство) заливают под давлением цементным раствором.

111

Рисунок. Схема буровой скважины.

Поверхностные воды

Поверхностные воды стекают по естественным уклонам к более пониженным местам, образуя проточные и непроточные водоемы: ручьи, реки, проточные и непроточные озера. Открытые водоемы питаются не только атмосферными, но частично и подземными водами.

Открытые водоемы подвержены загрязнению извне, поэтому с эпидемиологической точки зрения все открытые водоемы в большей или меньшей степени потенциально опасны. Особенно сильно загрязняется вода в участках водоема, лежащих у населенных пунктов и в местах спуска сточных вод.

Органолептические свойства и химический состав воды открытых водоемов зависят от ряда условий. Высокая цветность воды бывает в тех случаях, когда реки или впадающие в них притоки протекают в болотистых местах. Если русло реки состоит из глинистых пород, то вымывание их при большой скорости течения воды придает ей мутность.

В водоемах со стоячей водой или с незначительным течением часто наблюдается цветение воды, т. е. массовое развитие планктона или зеленых водорослей. Вода окрашивается в зеленоватый или бурый цвет и вследствие массового отмирания водорослей приобретает неприятный запах и привкус.

Имеются данные о том, что при цветении в воде образуются вещества,

небезразличные для человеческого организма. Тот или иной, хотя бы незначительный, привкус или запах имеется в воде почти каждого открытого водоема вследствие разложения органических веществ в воде и в донных отложениях, а также из-за вымывания актиномицетов и продуктов их жизнедеятельности из почвы.

Поверхностные воды слабо минерализованы, мягкие, но в непроточных озерах и водохранилищах концентрация солей может быть значительно увеличена вследствие испарения воды, особенно в условиях жаркого климата. Для

112

открытых водоемов характерно непостоянство качества воды, которое может изменяться в зависимости от сезона и даже погоды, например после выпадения осадков.

Самоочищение водоемов. Несмотря на почти непрерывное поступление разнообразных загрязнений в открытые водоемы в большинстве из них прогрессирующего ухудшения качества воды не наблюдается. Это происходит потому, что многообразные физико-химические и биологические процессы ведут к «самоочищению» водоема от взвешенных частиц, органических веществ, микроорганизмов и других видов загрязнений.

При поступлении сточных вод в водоем происходит их разбавление. Затем взвешенные минеральные и органические частицы, яйца гельминтов и микроорганизмы частично осаждаются, вода осветляется и становится прозрачной.

Попавшие в воду растворенные органические вещества минерализуются за счет жизнедеятельности населяющих водоем микроорганизмов наподобие того, как это происходит в почве. Процессы биохимического окисления заканчиваются нитрификацией с образованием конечных продуктов – нитратов, карбонатов,

сульфатов и т. д. Для биохимического окисления органических веществ необходимо наличие в воде растворенного кислорода, запасы которого по мере расхода восстанавливаются за счет диффузии из атмосферы. В чистых водоемах насыщение воды кислородом превышает 50%. Ледяной покров,

затрудняющий реаэрацию воды, отрицательно сказывается на самоочищении.

Впроцессе самоочищения происходит отмирание сапрофитов и патогенных микроорганизмов. Они погибают вследствие обеднения воды питательными веществами, бактерицидного действия солнечных лучей, бактериофагов и антибиотиков, выделяемых сапрофитами, и от других факторов.

Врезультате самоочищения загрязненная вода становится прозрачной,

неприятный запах исчезает, органические вещества минерализуются, часть

патогенных микробов погибает, и вода приобретает те качества, которые она

113

имела до загрязнения. Скорость самоочищения зависит от мощности водоема и степени его загрязненности.

Ценным показателем степени загрязненности воды органическими веществами и интенсивности процессов самоочищения является биохимическое потребление кислорода (сокращенно – БПК) – БПК – это количество кислорода, необходимое для полного биохимического окисления. веществ,

содержащихся в 1 л воды, при температуре 200С. Чем значительнее загрязнена вода, тем больше ее БПК. Так как определение БПК длительно – до 20 суток, то в санитарной практике часто ограничиваются определением БПК5, т.е.

биохимического потребления кислорода 1 л воды в течение 5 суток. Для природных вод БПК5 составляет примерно 70% от полного БПК.

Способность водоема самоочищаться имеет пределы. При сильном загрязнении органическими веществами возникает недостаток растворенного кислорода,

отчего развивается анаэробная микрофлора. В результате гнилостных процессов вода и воздух над ней загрязняются зловонными газами, и водоем выбывает из строя не только как источник водоснабжения, но и как оздоровительный и хозяйственный объект. Снижение содержания кислорода в воде до 1,5-2 мг/л вызывает замор рыб, достигающий катастрофического характера при снижении до 1 мг/л. У небольших и особенно непроточных водоемов способность к самоочищению невелика.

При необходимости использовать открытый водоем для водоснабжения следует, во-первых, отдать предпочтение крупным и проточным незарегулированным водоемам, во-вторых, охранять водоем от загрязнения бытовыми и промышленными сточными водами и, в-третьих, надежно обеззараживать воду. Часто, кроме обеззараживания, приходится еще очищать воду от взвешенных веществ и цветности.

В последнее время открытые водоемы все чаще используются как источники водоснабжения для водопроводов. До 85% воды, подаваемой городскими водопроводами, забирается из открытых водоемов. Это объясняется развитием и усовершенствованием техники очистки и обеззараживания воды, а также тем,

114

что огромное водопотребление современных крупных городов не может быть обеспечено подземными водами. В местностях, где протекают лишь небольшие реки, дебит воды в них может оказаться недостаточным для водоснабжения крупных городов. Для того чтобы разрешить вопрос водоснабжения, в

подобных условиях искусственно повышают полноводность реки путем устройства плотин и водохранилищ, в которых собираются большие запасы воды во время паводка. При устройстве искусственных водохранилищ необходимо проводить ряд специальных мероприятий, чтобы обеспечить хорошее качество воды и предупредить ее цветение. Эти мероприятия состоят в подготовке чаши будущего водохранилища, в частности освобождении ее территории от растительности, углублении берегов, устройстве вокруг водохранилищ не менее стометровой защитной зоны зеленых насаждений,

запрещении вспахивания берегов и выпаса на них скота и т.д.

При выборе источников водоснабжения в первую очередь ориентируются на напорные, межпластовые – артезианские воды. При невозможности их использования изыскивают другие в следующем порядке: а) межпластовые безнапорные воды, в том числе родниковые; б) грунтовые воды; в) открытые водоемы.

Источники загрязнения, санитарное состояние и охрана водоемов

Для снабжения питьевой водой используются как подземные, так и поверхностные источники. Безусловно, вода подземных, особенно межпластовых, источников чище, чем поверхностных. Подземные источники более стабильны, надежны и безопасны по микробиологическим,

органолептическим и токсикологическим показателям. Однако количество подземных вод ограниченно. Их непомерное откачивание может привести к тяжелым гидрогеологическим и экологическим последствиям. В связи с этим во многих странах мира широко используются поверхностные воды. Так, в нашей стране из поверхностных источников осуществляется водоснабжение 38%

115

городов, а в США более чем для половины населения источниками водоснабжения служат поверхностные водоемы. К сожалению, при современном росте городов, развитии промышленности, сельского хозяйства и транспорта одновременно увеличивается количество отходов, загрязняющих окружающую среду, в том числе и водоемы. Наиболее сильно при этом страдают поверхностные источники. При неправильном отношении к целостности грунта и водоупорных земных пород без учета геологического строения земной коры возможно загрязнение и подземных источников. Первой задачей охраны водоемов является выяснение причин и источников их загрязнения.

Природные воды загрязняют в первую очередь бытовые хозяйственно-

фекальные сточные воды. Они образуются в результате гигиенических процедур и хозяйственной деятельности человека, в них 60% всех загрязнений составляют органические вещества. Кроме того, хозяйственно-фекальные сточные воды содержат огромное количество (до нескольких миллионов в 1 мл)

как непатогенных, так и патогенных микроорганизмов и жизнеспособных яиц гельминтов. В эпидемиологическом отношении весьма опасны сточные воды инфекционных больниц, которые часто не подвергаются специальной обработке перед сбросом в общую канализацию. Естественно, что хозяйственно-фекальные воды перед спуском в водоем должны проходить полную биологическую очистку, в основе которой лежат процессы аэробного биохимического окисления и обеззараживания. Одновременно в бытовых сточных водах, особенно в последние годы, содержится большое количество поверхностно-активных веществ, прежде всего синтетических моющих средств,

которые не устраняет механическая и биологическая очистка. Они очень стойкие и долго не распадаются в природных водоемах.

Сброс неочищенных хозяйственно-фекальных сточных вод во всех странах мира создает напряженную эпидемиологическую ситуацию. Среди причин этого явления следует отметить, с одной стороны, быстрый рост городов и развитие промышленности, а с другой – пренебрежение вопросами очистки

116

сточных вод и охраны водоемов. В некоторых странах третьего мира санитарные требования к сточным водам очень низки или вовсе отсутствуют.

Вторым источником загрязнения водоемов являются промышленные стоки.

Они оказывают выраженное негативное влияние на состояние природных вод и играют ведущую роль в ухудшении состояния водоемов. Это подтверждается множеством примеров мировой санитарной практики.

Промышленные сточные воды формируются в результате использования золы для технологических целей, поэтому их состав полностью определяется конкретным производственным процессом. Существует более 140 видов технологических процессов, каждый из которых определяет специфический состав сточных вод. В промышленных стоках присутствуют самые разнообразные токсичные вещества – фенолы, цианиды, соединения мышьяка,

меди, свинца, ртути, кадмия, полициклические углеводороды, пестициды,

технические масла, а также радионуклиды, создающие угрозу отравления водных организмов, людей и домашних животных. Наиболее стабильные радионуклиды и химические вещества, например пестициды, соединения тяжелых металлов, могут распространяться по биологическим цепочкам (вода – моллюски – рыбы – человек; вода – растения – животные – человек),

кумулировать и достигать высоких концентраций в продуктах питания.

Опасность промышленных сточных вод усугубляется также тем, что, помимо токсического действия, присутствующие в них вещества могут давать отдаленные эффекты – канцерогенные, мутагенные, аллергенные,

гонадотоксические и эмбриотропные.

В сточных водах мясокомбинатов, кожевенных заводов, сахарных и других

предприятий пищевой промышленности содержится много органических веществ животного и растительного происхождения и микроорганизмов.

Высокую опасность в этом отношении представляют сточные воды предприятий микробиологической промышленности и инфекционных больниц.

В загрязненных водоемах возможны интенсивное развитие фитопланктона,

ухудшение органолептических свойств воды, снижение содержания кислорода,

117

окисительной способности и, как следствие, нарушение естественных биоценозов и загнивание воды.

С точки зрения избыточного развития фитопланктона неблагоприятно поступление в водоемы так называемых термальных вод электростанций, в

том числе атомных. Поступление таких стоков способствует бурному развитию микроорганизмов, цветению и загниванию воды водоемов даже в тех климатических районах, где обычно этих явлений не наблюдается.

Еще одним важным источником загрязнения природных вод служит

воздушная среда, особенно в промышленно развитых странах и крупных городах. Так, кислотные дожди представляют угрозу для водоемов 22 штатов США, расположенных восточнее реки Миссисипи. Отмечаются случаи и

кислотного снега, таяние которого еще больше нарушает экологию водоемов,

так как он меньше поглощается почвой.

Загрязнение водоемов в результате осадков стало международной проблемой в связи с тем, что токсичные и радиоактивные вещества распространяются в верхних слоях атмосферы со скоростью более 100 км/ч и за короткое время преодолевают тысячи километров. Есть наблюдения, что после испытания в атмосфере ядерной бомбы Китайской Народной Республикой в октябре 1980 г.

радионуклиды в реках ФРГ были обнаружены уже в декабре того же года, а

максимум загрязнения водоемов пришелся на 1981 г. Известны случаи, когда радиоактивные осадки выпадали в Крыму и Ленинграде после испытания ядерного оружия в Неваде и Сахаре.

Загрязнение крупных рек и других водоисточников, а также прибрежных вод морей и океанов в значительной мере определяется судоходством. В водоемы поступают хозяйственно-фекальные сточные воды, как правило, неочищенные,

с судов, не оборудованных биотуалетами, а также горюче-смазочные материалы. Исследования показывают, что угрожающим становится загрязнение Балтийского, Черного и Средиземного морей. Опасение вызывает высокий уровень загрязнения в результате судоходства прибрежных вод таких

118

всемирно известных курортов, как Паланга, Сочи и др. Еще больше загрязняются воды в акватории портовых городов.

Высокую опасность в отношении загрязнения воды водоемов, равно как и других сред биосферы, создают аварийные ситуации на предприятиях

промышленности, энергетики и на водном транспорте, когда практически одномоментно в водоемы поступает огромное количество химических или радиоактивных веществ. В последние десятилетия были многочисленные аварии на танкерах с выбросом в моря и океаны десятков и даже сотен тысяч тонн горюче-смазочных материалов и нефти-сырца, которые надолго нарушают флору и фауну водных объектов, значительно ухудшают условия жизни населения, особенно в курортных зонах, и, конечно, наносят значительный экономический ущерб. Примером аварийного загрязнения водоемов является также поступление радиоактивных веществ в реку Припять, а затем в Днепр и в Черное море после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г.

Большое количество взвешенных органических веществ, минеральных примесей и горюче-смазочных материалов поступает в водоемы с ливневыми стоками и особенно с водами ливневой канализации в крупных городах в

весенний паводковый период. Воды ливневой канализации, как правило, не подвергаются биологической очистке и обеззараживанию.

Сточные воды сельскохозяйственного производства можно разделить на два основных вида. К первому относятся стоки с полей, содержащие химические вещества в виде минеральных удобрений и ядохимикатов, а также органические соединения, микроорганизмы и гельминты, источником которых являются продукты гниения навоза. Указанные компоненты могут не только смываться в открытые водоемы при обильных осадках, но и проникать в грунтовые воды при их запахивании в почву. Второй вид загрязнений сельскохозяйственного происхождения – жидкие отходы животноводства и птицеводства. В них много органических веществ и микроорганизмов, в том числе условно-патогенных и патогенных. В странах с развитым животноводством общее количество сточных вод довольно велико.

119

Нередко источниками загрязнения поверхностных водоемов и подземных грунтовых вод становятся свалки бытового и промышленного мусора,

особенно несанкционированные, которые появляются стихийно и располагаются без чета особенностей подстилающей земной поверхности.

Рыхлость грунта и высокое стояние грунтовых вод способствуют загрязнению первого водоносного горизонта.

Еще одним возможным путем загрязнения подземных источников является

сброс сточных вод в глубокие подземные горизонты через поглощающие

колодцы и скважины. Некоторые исследователи из Агентства охраны окружающей среды США (P.D. Hill, 1983) считают этот метод утилизации промышленных отходов надежным и перспективным. Однако отечественные ученые считают этот метод вынужденным, не решающим принципиальных задач обезвреживания токсичных отходов, угрожающим безопасности природы и здоровью населения. Недостаточная изученность данного способа чревато необратимым загрязнением высококачественных вод обширных водоносных горизонтов.

Таким образом, в современных условиях идет массированное загрязнение как поверхностных, так и подземных вод от различных источников. В нашей стране наибольшее количество сточных вод (около 56% всех стоков) образуется в угольной промышленности. Значительный вклад вносят жилищно-

коммунальное хозяйство (12%), химическая, газовая и нефтехимическая промышленность (8%). В сельском хозяйстве около 29% сточных вод сбрасывается в водоемы без очистки, в жилищно-коммунальном секторе – 16%,

в химической, газовой и нефтехимической промышленности – 15%, в угольной промышленности этот показатель достигает 12%.

Ученые всего мира считают состояние многих пресных водоемов и морей критическим с точки зрения возможности хозяйственно-питьевого использования и экологии. В значительной степени это относится к крупным рекам Западной Европы, Северной Америки, Азии. Типичным примером опасного загрязнения химическими веществами является крупнейшая водная

120