Забор воды из подземных источников

Подземными называют все воды, находящиеся ниже поверхности земли. В России водоснабжение большинства городов основано на использовании подземных вод.

Широкое использование подземных вод можно объяснить тем, что при их заборе обычно не нужны сложные и дорогостоящие сооружения по очистке воды. Отказ от использования этих вод обычно объясняется или потребностью в больших количествах воды, чем могут дать ее подземные запасы, или чрезмерной, с точки зрения потребителя, их минерализацией.

Подземные воды находятся в пустотах внутри горных пород. Пустоты могут иметь форму пор (в песках, супесях, суглинках, глинах) или трещин и даже целых пещер и подземных тоннелей (в известняках, песчаниках и других твердых горных породах). Подземные воды, заполняя все поры того или иного грунта, образуют водоносные пласты. Условия движения подземных вод в пористых водоносных пластах и трещинах горных пород различны. Способы добывания из них также различны.

Водоносный пласт подстилается водоупорным пластом, называемым иногда водоупорным ложем или просто водоупором. Пласты породы, перекрывающие водоносный пласт, называются его кровлей.

Безнапорные подземные воды насыщают водоносный пласт не на всю его толщину, а имеют свободную поверхность, называемую зеркалом грунтовых вод. Уровень воды в колодцах, опущенных в такой пласт, устанавливается на той же отметке, на которой вода была встроена при вскрытии пласта. Давление над свободной поверхностью грунтовых вод равно атмосферному.

Мощность водоносного пласта определяется слоем грунта от водоупора до зеркала грунтовых вод.

Подземные воды, полностью насыщающие водоносный пласт, покрытый сверху водонепроницаемыми грунтами, и обладающие пьезометрическим напором, называются напорными. Они характеризуются подъемом уровня воды в колодцах выше отметки, на которой вода бывает встречена при устройстве колодца. Давление под кровлей напорного пласта больше атмосферного.

В местах выхода водоносных пластов на поверхность земли образуются родники, или ключи. Родники появляются также в тех местах, где вода из напорных водоносных пластов поднимается на поверхность земли по отдельным трещинам и пустотам водонепроницаемых пород, перекрывающих водоносный пласт.

В верхних припочвенных слоях иногда встречаются воды, обычно называемые “верховодкой”. Они характеризуются непостоянством и неопределенностью залегания. Водоупорный слой, подстилающий верховодку, в ряде случаев обнаружить и установить невозможно, так как при устройстве разведочного шурфа водоносный грунт переходит незаметно в сухой. Также неопределенно бывает распространение верховодки в горизонтальном направлении (в плане).

При решении вопроса об использовании подземной воды необходимо своевременно установить, залегает она в виде грунтового потока, то есть водоносного пласта, по порам которого непрерывно движется вода, или грунтового бассейна, то есть водоносного пласта, содержащего в своих пустотах некоторый запас неподвижной воды, пополняемой различными путями.

В грунтовом потоке свободная, или напорная поверхность подземных вод имеет некоторый уклон в направлении движения потока, а в грунтовом бассейне она горизонтальна.

При добывании подземных вод необходимо предварительно подсчитать их запасы, определить их качество и возможные изменения количества и качества во времени.

Запасы подземных вод можно разделить на динамические и статические. К динамическим запасам относится количество воды, протекающее в определенный период через какое-либо сечение водоносного пласта. К статическим запасам принадлежат все неподвижные накопления подземных вод в пустотах данного объема грунта, периодически пополняемые за счет инфильтрации, конденсации или некоторого непостоянного притока со стороны.

Определение запаса подземных вод требует предварительных гидрогеологических изысканий, которые должны установить все условия залегания подземных вод, питания водоносного пласта и движения воды в нем.

При решении задачи добывания подземных вод для целей водоснабжения необходимо определять эксплуатационные запасы, то есть то количество воды, которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчетного срока водопотребления.

Для забора подземных вод, залегающих в различных породах и на разных глубинах, применяют следующие типы водозаборных устройств и сооружений: трубчатые и шахтные колодцы, горизонтальные водосборы, комбинированные водозаборы, лучевые водосборы, сооружения для каптажа родниковых вод. Тип водоприемного сооружения зависит от глубины залегания подземных вод, мощности и водообильности водоносного пласта, характера водовмещающей породы, наличия давления в пласте и т.п. Горизонтальные водозаборы применяют при небольшой глубине залегания водоносного пласта (до 5 - 8 м) и малой его мощности. Они представляют собой дренажные трубы или галереи, размещаемые в пределах водоносного пласта на подстилающем водоупоре перпендикулярно направлению грунтового потока. На водосборных линиях через каждые 25 - 50 м предусматривают смотровые колодцы. Трубчатые колодцы сооружают бурением в грунте вертикальных цилиндрических выработок – скважин, стенки которых в большинстве породнеобходимо укреплять обсадными трубами (стальными, асбестоцементными, полиэтиленовыми), образующими трубчатый колодец. Трубчатые колодцы применяют при глубоком залегании водоносных пластов и их значительной мощности. Отличительная особенность трубчатых колодцев - малый диаметр и большая длина цилиндрической части. Трубчатые колодцы могут быть использованы для получения подземных безнапорных и напорных вод. Для водоснабжения крупных объектов предусматривают несколько трубчатых колодцев, объединяемых в общую систему водосборных сооружений. Шахтные колодцы сооружают из бетона, железобетона, кирпича, бута и дерева для приема обычно безнапорных вод при относительно небольшой глубине их залегания (до 40 м). Обычно шахтные колодцы не доходят до водоупора (колодцы несовершенного типа) и получают воду через днище и отверстия в стенках. На дне и в отверстиях стен шахтных колодцев размещают фильтры для предотвращения попадания в них частиц породы. Лучевой водосбор является сооружением инфильтрационного типа,используемым для забора подрусловых и подземных вод из водоносных пластов небольшой мощности, лежащих на глубине до 20 м. Вода отбирается перфорированными трубчатыми дренами, расположенными в пределах водоносных пород и присоединяемыми радиально к сборному шахтному колодцу. Каптажные водосборные сооружения устраивают двух типов: для каптажа восходящих родников водоприемные сооружения представляют собой шахты или резервуары, размещаемые над местом наиболее интенсивного выхода подземных вод; для каптажа нисходящих родников сооружают приемные камеры, располагаемые в месте интенсивного выхода родниковой воды. В стенке камеры, обращенной к фронту поступления подземных вод, предусматривают водоприемные окна.

ЮЖНЫЙ ВОДОЗАБОР

Южный городской водозабор, одно из крупнейших подразделений Уфа- водоканал. Главная задача южного водозабора это качественное и бесперебойное подача воды в город. На сегодняшний день южный городской водозабор, максимальная его производительность 240000 м³/сутки, один из крупнейших водозаборов России альтернативы этому водозабору еще практически нет ни где сама природа создала уникальный водоисточник для города который представляет собой первый подъем, зонная схема, так называемая перегуловская излучина, слева на право течет река Уфа, это такой язык первый подъем, пробурено по периметру 120 скважин. На первом подъеме используются насосы марки ЭЦВ, средняя производительность скважины 150 м³/час, на сегодняшний день применяют насосы марки ВОГИЛ австрийская фирма, их уже установлено 8 штук и потихонечку будут менять все и переходить зарубежные насосы из 120 скважин на сегодняшний день все скважины находятся в рабочем состоянии. С 8 утра работало 60 скважин и 60 были в резерве есть скважины у которых жесткость выше других поэтому эти скважины находятся в резерве 31 декабря это самый важный день когда потребуется подать в город 280000 м³ – максимальная мощность водозабора. Установленная жесткость по городу от 7 до 10 мг/л. В паводковый период увеличивается эта цифра она согласовывается с органами роспотреб надзора до 10 мг/л. При 40 км подъема эта вода смягчается и получается то что нужно на сегодняшний день жесткость в мг/л учитывая обильные дожди которые были неделю назад уровень воды поднялся тем самым жесткость уменьшилась до нужных параметров. Август очень тяжелый месяц в том плане что уровень воды сильно падает и жесткость увеличивается из-за того что идет подбор кунгура.

Скважина это пробуренная дыра, туда опускают водоподъемник, глубинный насос ЭЦВ. Сам насос с двигателем находится на глубине 30 метров, а минимальная глубина залегания 20 метров. По системе водоводов а их 8 с первого подъема приходят на второй подъем, после этого вода проходит хлорирование. Вся вода уходит в контейнеры. На втором подъеме находится 4 резервуара, 2 резервуара емкостью по 500 м³, один резервуар 5000 м³, и один 6000 м³. Весь резервуарный парк находится на третьем подъеме и общая площадь резервуарного парка составляет 60000 м³. Перед тем как ложиться спать все резервуары должны быть заполнены на случай пожаров. В зависимости от потребления воды города резервуары наполняются водой, отключаются и включаются насосы, за всем этим следит диспетчер по контрольным ночкам согласовывается с главным диспетчером Уфа водоканал, какое давление установить что убавить что прибавить. Кроме того на втором подъеме находится лаборатория перед каждым пуском скважины После капитального ремонта, отбираются пробы воды, делаются анализы и только после этого пускают скважину в работу. После ремонта агрегатов после промывки резервуаров совместно с органами рос потреб надзора отбираются 3 результата анализа и по результатам решаем пустить ли тот или иной объект в работу. Лаборатория там аттестована, определяют около 30 ингредиентов: мутность, жесткость, цветность, нитраты, нитриты, сульфаты и т.д. Центральная лаборатория Уфа-водоканала занимает 3-е место по России после С.Питербурга и Москвы. Они оснащена уникальными приборами на сегодняшний день, очень серьезные хронометры, за 15 минут могут разложить воду почти по 100 показателям.

Есть машинные залы. На 2-ом подъеме расположены 3 машинных зала. В них находятся агрегаты типа «Д» по новому и по старому «14-Д6». Производительность каждого агрегата составляет 1600 м³/час. Они подают воду на 3-ой подъем. Конечная точка в городе это Городской совет(Горсовет), это самая высокая точка в городе. Там встречаются два потока – южная и северная. На 3-ем подъеме установлены агрегаты 18 НДС – 3000 м³/час, еще есть уникальный агрегат ЮСД-гидромуфта (бельгийская) 24НДС – 7500 м³/час. В основном ночью она работает одна.

С южного водозабора уходят 6 магистральных водоводов. Диаметры: 1 – 500 мм, 2 водовода – 600 мм, 3-4 – 800 мм и 5-6 – 1000 мм. далее занимается южная водосеть.

 

4.СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ЗАБОРА ВОДЫ ИЗ ПОВЕРХНОСТНЫХ ИСТОЧНИКОВ Классификация способов и сооружений для забора воды из поверхностных источников. Водозаборные сооружения из поверхностных источников должныобеспечивать: - получение расчетного расхода воды из водоисточника и подачу егопотребителю; - предохранять систему водоснабжения от проникания в нее сора,наносов, планктона, рыбы, льда и от биологических обрастаний. Соблюдение всех этих требований учитывают при выборе типа иоборудования водозабора и места его расположения. Все многообразие применяемых на практике сооружений для забора воды из поверхностных источников можно классифицировать по следующим признакам: 1. Назначению - хозяйственно-питьевые, технические, ирригационные и пр.; - месту расположения водоприемника - береговые, русловые, приплотинные и пр.; 2. Типу водоема: - речные, озерные, водохранилищные и морские; -требуемой категории надежности подачи воды - три категории в соответствии с указаниями СНиПа; 3. Производительности: - малые (до 1 м /с), средние (1-6 м3/с), большие (свыше 6 м3/с); 4. Конструктивным и технологическим особенностям: - совмещенные, раздельные, ковшевые, приплотинные и т.п.; 5. Длительности периода эксплуатации: - постоянные и временные; 6. Степени стационарности: - стационарные и нестационарные (плавучие, фуникулерные). По степени трудности забора воды природные условия поверхностныхисточников водоснабжения, согласно СНиП, подразделяют на четыре группы. При этом учитываются мутность воды, неустойчивость берегов и дна, русловые и ледовые режимы, лесосплав, засоренность водоисточника, наличие водорослей, дрейсены, балянуса, мидий и пр. В зависимости от сложности природных условий, типа водоприемника и доступности водоприемных отверстий для обслуживания водозаборы по степени надежности забора воды подразделяют на три категории: I - водозабор, допускающий снижение получения воды в течение 3 сутокна 30 % расчетного расхода. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускается на 10 мин. II - водозабор, допускающий снижение получения расчетного расхода воды на 30 % в течение 10 суток. Перерыв в подаче воды или ее снижение ниже указанного предела допускается не более чем на 6 ч. III - водозабор, допускающий снижение получения воды в течение до 15суток на 30 % расчетного расхода. Перерыв в подаче воды или ее снижение ниже указанного предела допускается не более чем на 24 ч. Береговые незатопленные водоприемники с водоприемными отверстиями, всегда доступными для обслуживания, с механизированной очисткой их сороудерживающих решеток относят к водоприемникам I степени надежности забора воды в средних природных условиях. Русловые затопленные водоприемники всех типов, удаленные от берега и недоступные в периоды половодья, шторма, ледохода, шуго-хода и т. п., относят к водоприемникам II степени надежности забора воды в средних природных условиях. Фуникулер и плавучие водоприемники всех видов для средних условий работы относят к водоприемникам III степени надежности забора воды. Выбор схемы и места расположения водозабора. Выбор схемы и места расположения водозабора обосновывается прогнозами качества воды в источнике, переформирования побережья и русла, гидротехнического режима. При амплитуде колебания уровней воды в источнике более 6 м и приглубинах у берега, достаточных для нормального забора воды, следуетприменять береговые совмещенные водозаборы (рис. 1а). Для водозаборов средней производительности при малой высоте всасывания насосов возможно совмещение берегового колодца и насосной станции. Для водозаборов небольшой производительности, при достаточных глубинах у берега для нормального забора воды можно принимать водоприемники раздельного типа. При амплитуде колебания уровней воды в источнике до 6 м и при глубинах у берега, недостаточных для забора воды, водозаборы малой производительности рекомендуется принимать руслового типа, при этом насосная станция может быть конструктивно объединена с береговым колодцем или расположена отдельно.

СЕВЕРНЫЙ ВОДОЗАБОР

В кратчайшие сроки, всего за 5 месяцев, на Северном ковшовом водопроводе – самом молодом и современном из существующих в Уфе ввели в эксплуатацию крупнейшую станцию обеззараживания воды в Башкирии. Запустили шесть высокопроизводительных УФ-установок на амальгамных лампах, проложили технологические трубопроводы, смонтировали площадки обслуживания, построили новую трансформаторную подстанцию. С 20 октября 2003 года станция обеззараживания воды Северного ковшового водозабора обеспечивает треть населения города Уфы чистой и качественной водой, а это 240 000 м3/сут. Показатели по бактериальному загрязнению находятся в норме и подтверждены тремя независимыми экспертными организациями, так что много барьерная схема защиты населения города полностью оправдала ожидания ее создателей. Все это стало возможным благодаря совместным усилиям руководства МУП «Уфаводоканала», ГНЦ РФ «НИИ Водгео», НПО «ЛИТ» и администрации города Уфы.

 

 

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

Механическая очистка

Механическую очистку сточных вод применяют преимущественно как предварительную. Механическая очистка обеспечивает удаление взвешенных веществ из бытовых сточных вод на 60-65%, а из некоторых производственных сточных вод на 90-95%. Задачи механической очистки заключаются в подготовке воды к физико-химической и биологической очисткам. Механическая очистка сточных вод является в известной степени самым дешевым методом их очистки, а поэтому всегда целесообразна наиболее глубокая очистка сточных вод механическими методами. В настоящее время к очистке предъявляют большие требования. Это приводит к созданию высокоэффективных методов физико-химической очистки, интенсификации процессов биологической очистки, разработке технологических схем с сочетанием механических, физико-химических и биологических способов очистки и повторным использованием очищенных вод в технологических процессах. Механическую очистку проводят для выделения из сточной воды находящихся в ней нерастворенных грубодисперсных примесей путем процеживания, отстаивания и фильтрования. Для задержания крупных загрязнений и частично взвешенных веществ применяют процеживание воды через различные решетки и сита. Для выделения из сточной воды взвешенных веществ, имеющих большую или меньшую плотность по отношению к плотности воды, используют отстаивание. При этом тяжелые частицы оседают, а легкие всплывают.

Сооружения, в которых при отстаивании сточных вод выпадают тяжелые частицы, называются песколовками. Сооружения, в которых при отстаивании загрязненных промышленных вод всплывают более легкие частицы, называются в зависимости от всплывающих веществ жироловками, маслоуловителями, нефтеловушками и др. Фильтрование применяют для задержания более мелких частиц. В фильтрах для этих целей используют фильтровальные материалы в виде тканей (сеток), слоя зернистого материала или химических материалов, имеющих определенную пористость. При прохождении сточных вод через фильтрующий материал на его поверхности или в поровом пространстве задерживается выделенная из сточной воды взвесь. Механическую очистку как самостоятельный метод применяют тогда, когда осветленная вода после этого способа очистки может быть использована в технологических процессах производства или спущена в водоемы без нарушения их экологического состояния. Во всех других случаях механическая очистка служит первой ступенью очистки сточных вод.

Физико-химическая очистка

Физико-химическая очистка заключается в том, что в очищаемую вводу вводят какое-либо вещество-реагент (коагулянт или флокулянт). Вступая в химическую реакцию с находящимися в воде примесями, это вещество способствует более полному выделению нерастворимых примесей, коллоидов и части растворимых соединений. При этом уменьшается концентрация вредных веществ в сточных водах, растворимые соединения переходят в нерастворимые или растворимые, но безвредные, изменяется реакция сточных вод (происходит их нейтрализация), обеспечивается окрашенная вода. Физико-химическая очистка дает возможность резко интенсифицировать механическую очистку сточных вод. В зависимости от необходимой степени очистки сточных вод физико-химическая очистка может быть окончательной или второй ступенью очистки перед биологической.

Биологическая очистка

Биологическая очистка основана на жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуют окислению или восстановлению органических веществ, находящихся в сточных водах в виде тонких суспензий, коллоидов, в растворе и являются для микроорганизмов источником питания, в результате чего и происходит очистка сточных вод от загрязнения. Очистные сооружения биологической очистки можно разделить на два основных типа: - сооружения, в которых очистка происходит в условиях, близких к естественным; - сооружения, в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях. К первому типу относятся сооружения, в которых происходит фильтрование очищаемых сточных вод через почву (поля орошения и поля фильтрации) и сооружения, представляющие собой водоемы (биологические пруды) с проточной водой. В таких сооружениях дыхание микроорганизмов кислородом происходит за счет непосредственного поглощения его из воздуха. В сооружениях второго типа микроорганизмы дышат кислородом главным образом за счет диффундирования его через поверхность воды (реаэрация) или за счет механической аэрации.

В искусственных условиях биологическую очистку применяют в аэротенках, биофильтрах и аэрофильтрах. В этих условиях процесс очистки происходит более интенсивно, так как создаются лучшие условия для развития активной жизнедеятельности микроорганизмов.

При повышенных требованиях к очистке биологически очищенную воду очищают дополнительно. Наиболее широкое распространение в качестве сооружений для дополнительной очистки получили песчаные фильтры, главным образом двух- и многослойные, а также контактные осветлители (микрофильтры применяют реже).

Снижение концентрации трудноокисляемых веществ возможно методом сорбции, например активированным углем и химическим окислением или путем озонирования. Концентрацию солей можно снижать методами обессоливания.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Существование человечества без пресной воды невозможно. Поэтому в последние годы вопрос о чистоте воды и воздуха ставится на многих всемирных форумах. Эта проблема возникла в связи с огромными масштабами промышленного, сельскохозяйственного и коммунального использования вод. В настоящее время во многих районах земного шара ощущается острый водный голод. Использование пресной воды в таких огромных масштабах приводит к изменению физико-химического состава воды. Для уменьшения вредного влияния промышленного и сельскохозяйственного использования воды на экологию земного шара необходима более глубокая очистка сточных вод.