Водоснабжение

Общие сведения о водоснабжении населенных пунктов

Источники водоснабжения

Источники, используемые для водоснабжения городов и населенных пунктов, подразделяют на две основные группы: поверхностные и подземные. В процессе круговорота воды в природе эти два вида вод непосредственно переходят из одной группы в другую, пополняя или истощая одну из групп.

К поверхностным источникам водоснабжения относят реки, озера, водохранилища, моря. К подземным – артезианские воды, родники, ключи.

Характерными особенностями качества речной воды являются ее относительно большая мутность (особенно в период паводков), высокое содержание органических веществ, бактерий, часто значительная цветность воды. Речная вода обладает обычно относительно малым солесодержанием и небольшой жесткостью.

Вода озер и водохранилищ отличается весьма малым содержанием взвешенных веществ, значительной цветностью, большой окисляемостью, наличием планктона в летнее время. Степень минерализации озерной воды весьма различна.

Качество воды поверхностных источников в большей степени зависит от интенсивности выпадения атмосферных осадков, таяния снегов, а также от загрязнения поверхностными стоками.

Подземные воды, как правило, не содержат или содержат незначительное количество взвешенных веществ и обычно бесцветны, обладают высокими санитарными качествами, но часто сильно минерализованы, имеют повышенную жесткость, значительное содержание железа и т.п.

Сравнивая основные показатели качества воды природных источников с основными требованиями к качеству воды главных групп потребителей, можно сделать вывод, что для водоснабжения населенных мест наиболее подходящим источником водоснабжения являются подземные (особенно артезианские и родниковые) воды, если они не сильно минерализованы.

Практика показывает, что водоснабжение большинства малых и значительной части средних по размерам населенных мест основано на использовании подземных источников. Для водоснабжения большинства крупных городов приходится полностью или в значительной степени пользоваться водами поверхностных источников.

Промышленные предприятия в отдельных случаях могут использовать воду поверхностных источников без всякой ее очистки.

В настоящее время водоснабжение некоторых крупных промышленных предприятий основано на использовании морской воды. Морская вода, содержащая, как известно, большое количество минеральных солей, обладает относительно невысокой жесткостью, ее применяют в производственном водоснабжении для охлаждения.

Качество природной воды характеризуется ее физическими и химическими свойствами и бактериальным загрязнением. К физическим свойствам относят температуру воды, мутность (или прозрачность), цветность, вкус и запах. Химические свойства обусловливаются содержанием в ней различных химических веществ.

Физические свойства природной воды

Температура воды в различных источниках неодинакова. В открытых водоемах она зависит главным образом от температуры воздуха и колеблется в очень широких пределах по временам года и глубине расположения струи в потоке. Вода подземных источников, особенно артезианских, имеет довольно постоянную температуру (обычно +5...12 °С) в течение всего года.

Взвешенные вещества в воде поверхностных источников содержатся всегда. Песчаные и глинистые частицы попадают в источник вследствие эрозий берегов и русла рек. Содержание взвешенных веществ (в мг/л) в воде открытых источников колеблется в очень широких пределах.

Содержание взвешенных веществ характеризует прозрачность воды. Она выражается в сантиметрах и представляет собой максимальную толщину слоя налитой в цилиндр воды, через который можно еще прочитать текст, отпечатанный стандартным типографским шрифтом, или рассмотреть крест, нарисованный черными линиями толщиной 1 мм с четырьмя точками между ними. Поэтому различают прозрачность "по шрифту" и "по кресту".

Цветностью называют окраску, которую может иметь природная вода и которая объясняется наличием гуминовых веществ или фульвокислот. Цветность выражается в градусах платиново-кобальтовой шкалы.

Вода в природных источниках может иметь различный вкус: быть горьковатой, соленой, кислой, сладковатой. Остальные виды вкусовых ощущений (например, металлический) называют привкусами.

Запах воды может быть естественного и искусственного происхождения. Естественные запахи (болотный, глинистый, сероводородный, травянистый и др.) обусловливаются живыми и отмершими организмами, продуктами размыва русел. Запахи искусственного происхождения (фенольный, нефтяной, хлорфенольный, хлорный и др.) появляются в результате сброса в водоем сточных вод и обработки воды реагентами.

Запах и вкус оценивают по порогу разбавления или но пятибалльной системе: очень слабый (определяемый только опытным лаборантом); слабый (обнаруживаемый потребителем, если обратить на это его внимание); заметный; отчетливый; очень сильный.

Химический состав природной воды

Для оценки воды с точки зрения ее использования имеют значения следующие показатели: плотный остаток, окисляемость, активная реакция, содержание железа, магния, хлоридов, сульфатов, фтора и др.

Плотный остаток (в мг/л) характеризует общее содержание в воде органических и неорганических веществ (кроме газов). Он определяется как остаток от выпаривания известного объема нефильтрованной пробы воды и высушенной при 105...110 °С до постоянной массы.

Жесткость (в мг • экв/л) – важный химический показатель, определяющий область пригодности воды для водоснабжения. Жесткость воды обусловлена содержанием в ней растворенных солей кальция и магния.

Различают карбонатную и некарбонатную жесткость. Карбонатной называют жесткость, обусловленную наличием двууглекислых (бикарбонатных) и углекислых (карбонатных) солей кальция и магния. Некарбонатной называют жесткость, обусловленную содержанием некарбонатных солей кальция и магния – сульфатов, хлоридов, силикатов и нитратов. Сумму карбонатной и некарбонатной жесткости называют общей.

Щелочность (в мг • экв/л) обусловливается присутствием в воде бикарбонатов, карбонатов, гидратов и солей других слабых кислот. Различают щелочность бикарбонатную, карбонатную, гидратную, гуматную, силикатную и т.д. Щелочность природной воды обычно равна ее карбонатной жесткости.

Окисляемость указывает на содержание в воде растворенных органических и некоторых легко окисляющихся неорганических веществ. Она измеряется в миллиграммах на литр содержания молекул кислорода.

Активная реакция воды выражает степень щелочности или кислотности воды и характеризуется концентрацией в воде водородных ионов. Концентрацию водородных ионов обозначают через pH (потенциал водорода) и условно выражают логарифмом се величины с обратным знаком. Иначе говоря, для нейтральной реакции pH = 7, для кислой – pH < 7, для щелочной – pH > 7.

Железо (в мг/л) содержится в воде в виде двухвалентного (закисного) или комплексных соединений трехвалентного (окисного) железа.

Марганец (в мг/л) в подземных водах чаще всего сопутствует железу в виде бикарбоната закиси марганца.

Хлориды и сульфаты (в мг/л) встречаются почти во всех природных водах чаще всего в виде кальциевых, магниевых и натриевых солей.

Под и фтор (в мг/л) чаще присутствуют в природных водах в ионной форме. Они имеют исключительно важное гигиеническое значение для здоровья людей.

Бактериальное загрязнение воды зависит от количества вносимых в источник загрязнений со сточными и стекающими дождевыми и талыми водами, купающимися людьми и т.д. Бактериальная загрязненность воды характеризуется числом бактерий, содержащихся в 1 мл воды, – это определение называется коли-индексом.

Для оценки качества в санитарно-эпидемиологическом отношении определяют содержание в воде индикаторных бактерий, называемых кишечной палочкой. Сама по себе она безвредна, но наличие ее в воде свидетельствует о загрязнении воды выделениями людей и животных и, следовательно, возможности попадания среди других и патогенных бактерий. Коли-титром называют наименьшее количество воды, в котором обнаруживается кишечная палочка. В открытых водоемах содержатся также разнообразные мелкие растительные и животные организмы, находящиеся во взвешенном состоянии (планктон) или прикрепленные ко дну водоема (бентос). Растительный планктон называют фитопланктоном, животный – зоопланктоном; бентос – соответственно фитобентосом и зообентосом.

Требования, предъявляемые к качеству воды потребителями разных категорий

Требования, предъявляемые к качеству хозяйственно-питьевой воды, диктуются заботой об охране здоровья трудящихся и регламентируются техническим регламентом "О питьевой воде и питьевом водоснабжении", принятым в 2006 г., который базируется на ГОСТ 2874–82 "Вода питьевая" и Санитарных правилах и нормах охраны поверхностных вод от загрязнения (СанПиН 4630–88). К таким требованиям относят: запах и привкус при температуре 20 °С – не более 2 баллов; цветность по платино-кобальтовой шкале – не более 20; прозрачность "по шрифту" – не менее 30 см ("по кресту" – не менее 300 см), мутность – не более 2,6 ЕМФ (единица мутности по Формазину); общая жесткость воды должна быть не более 7 мг • экв/л.

В поде допускается содержание (в мг/л) не более: свинца – 0,01; мышьяка – 0,01; фтора – 1,5; меди – 1; цинка – 5.

Общее число бактерий при посеве 1 мл неразбавленной воды, определяемое числом колоний после 24-часового выращивания при 37 °С, – не более 100, а число кишечных палочек в 1 л воды – не более трех (коли-титр не менее 300); содержание железа и марганца (при наличии сооружений для обезжелезивания воды) не должно превышать 0,3 мг/л; активная реакция pH при осветлении и умягчении воды – не менее 6,5 и не более 9,5; при хлорировании воды должны отсутствовать хлорфенольные запахи.

Если вода в естественном состоянии не удовлетворяет некоторым из этих требований, но является безвредной и пригодной для хозяйственно-питьевого водоснабжения, то ее можно использовать без устройства соответствующих сооружений для обработки. Пригодность воды в этом случае устанавливается органами Государственного санитарного надзора.

Оптимальная температура хозяйственно-питьевой воды 7...10 °С, предельно допустимая – 35 °С.

Согласно ГОСТ 17.1.3.03-77 (СТ СЭВ 1924-79) для питьевого водоснабжения должен быть выбран такой источник, в воде которого сухой остаток не превышает 1000 мг/л, причем содержание в воде сульфатов должно быть не более 500 мг/л и хлоридов – не более 350 мг/л. При отсутствии такого источника необходимо опреснение воды. В исключительных случаях с разрешения органов Государственного санитарного надзора допускается использовать воду с бо́льшим сухим остатком.

Требования, предъявляемые к качеству производственной воды, зависят от вида производства и его технологии.

Наиболее часто вода на заводах расходуется для охлаждения агрегатов черной и цветной металлургии, оборудования кузнечных, механических, литейных и других цехов, компрессоров и конденсаторов паровых турбин электростанции. Большое количество воды расходуется на химических, нефтеперерабатывающих и других заводах для охлаждения продуктов в теплообменных аппаратах.

Основные требования, предъявляемые к качеству охлаждающей воды, заключаются в том, что вода должна иметь небольшую карбонатную жесткость и содержать как можно меньше взвешенных веществ.

Строгие требования предъявляются к качеству питательной воды для котельных установок. Жесткость питательной воды для водотрубных котлов с давлением 16...30 МПа не должна превышать 0,02 мг • экв/л, а для котлов с давлением 30...100 МПа – 0,01 мг • экв/л. В питательной воде недопустимо наличие взвешенных веществ.