Экологические проблемы связанные с изучением грунтовых вод

Несмотря на то, что воды, залегающие под землей, существенно лучше защищены от различных загрязнений, чем поверхностные воды, наблюдается их загрязнение. Официальные данные за 1999 год, приведенные госэпидемнадзором, свидетельствуют о наличии порядка 1800 очагов загрязнения вод, залегающих под землей. Около 78% таких очагов располагается на территории западной части Российской Федерации. На основании исследований, проведенных экспертами, установлено, что в 1999 расход вод с загрязнениями составил около 5−6% от их общего числа. К сожалению, эта цифра растет из года в год. Особенно остро эта проблема возникает при попадании загрязненной воды в системы питьевого водоснабжения.

Работы по очистке воды основаны на использовании разнообразных способов. Минимизировать содержание железа, можно используя один из доступных способов, основанных на аэрации воды и её обработке различными окислителями, например азоном, хлором или перманганатом. Довольно эффективным является использование фильтрации за счет включения специальных фильтрующих элементов.

Экология и санитарно-гигиенические особенности подземных вод Московской области.

В начале загрязняются водоносные слои, лежащие над уровнем водоупорных пород. В густонаселенной местности могут быть загрязнены и нижерасположенные водоносные слои вследствие интенсивной откачки. Загрязнение нижних слоев водами вышерасположенных горизонтов вызвано образованием «воронок». На территории Москвы и окружающей территории обнаружена такая воронка. В этом регионе можно выделить 5 основных уровней залегания подземных вод:

• 1. грунтовые воды;
• 2. межморенный полунапорный водоносный горизонт;
• 3. надъюрский напорный горизонт;
• 4. среднекарбоновый напорный горизонт;
• 5. нижнекарбоновый напорный горизонт.

Первый, второй и третий уровни расположены выше, чем верхний водоупорный горизонт, который на данной территории находится на глубине от 1−3 до 70 метров. Грунтовые воды не обладают сильным напором и залегают на резко изменяющейся глубине. Их мощность может изменяться в довольно широких пределах. Два водоносных слоя располагаются ниже грунтовых вод: надъюрский напорный и межморенный полунапорный водоносный горизонты. При этом они гидравлически связаны с грунтовыми водами.

Поступление воды во все три перечисленные горизонта обусловлено выпадением атмосферных осадков, а также за счет поверхностного слоя. Основная часть воды поступает в весеннее время. Появление грунтовых вод на поверхности наблюдается в долинах малых рек и ручьев. Просачивание вод межморенного полунапорного горизонта происходит сквозь новые и древние песчаные отложения в районах речных пойм. Поступление вод надъюрского водоносного горизонта происходит по восходящим источникам, которые находятся в руслах рек.

Нижнекарбоновый и среднекарбоновый водоносные горизонты находятся в доломитовых и известняковых отложениях каменноугольного периода, расположенного на глубине порядка около 100 метров. Для этих горизонтов свойственна существенная мощность, а также относительная гидравлическая обособленность, отличающие их от остальных водоносных горизонтов. Именно такие воды выступают в роли основного источника водоснабжения поселков и городов Московской области.

Химические особенности подземных вод.

• — высокая минерализаций (концентрация солей до 20 мг/л);
• — повышенная щелочность и жесткость, которые обусловлены значительной концентрацией гидрокарбонатов и солей магния и кальция;
• — в ряде случаев возможно повышенная концентрация марганца, железа и различных соединений фтора.

Указанные химические особенности подземных вод объясняются составом горных пород, типом питания, а также уровнем изоляции от сточных поверхностных вод и вод других горизонтов. Для Московской области характерны воды, относящиеся к гидрокарбонатно-кальциево-магниваемому типу с незначительной концентрацией хлоридов и сульфатов. Инфильтрация атмосферных осадков сквозь почву занимает основную позицию в формировании солевого состава этих вод. В результате воздействия загрязненного поверхностного стока в некоторых случаях отмечено увеличенная концентрация свинца, кадмия, мышьяка, алюминия, хрома, никеля, ванадия, а также кобальта. Превышение ПДК по некоторым из указанным параметров наблюдается в скважинах, расположенных неподалеку от пос. Щербинка, г. Волоколамска и других районов с крупными промышленными объектами. На территориях с развитой сельскохозяйственной деятельностью в грунтовых водах выявлены фосфорорганические пестициды и превышенная концентрация различных биогенных элементов, одним из примеров которых может служить аммонийный азот. Это наблюдается на территориях Можайского, Истринского районов и вблизи Звенигорода.

В качестве причины загрязнения подземных вод может выступать как инфильтрация различных веществ через горизонты почвы, так и нарушение эксплуатационных норм водозаборных сооружений и недостаточным контролем зон санитарной охраны. Подавляющее количество случаев заражения грунтовых вод различными бактериями возникает именно вследствие последних причин.

Воды таких горизонтов как межморенный полунапорный и надъюрский напорный по своему химическому составу незначительно разнятся с грунтовыми водами. Это обусловлено тем, что между ними имеется гидравлическая связь. Степень загрязнения таких горизонтов снижается с увеличением глубины. Воды нижнекарбонового и среднекарбонового напорных горизонтов, расположенные на наибольшей глубине, обладают большим уровнем минерализации по сравнению с грунтовыми. Независимо от расположения их относят к гидрокарбонатно-кальциево-магниевому типу с незначительной примесью сульфатов и хлоридов. Но в некоторых областях возможно преобладание сульфатов в солевом составе воды.

Присутствие в горных породах таких минералов как целестин и стронцит служит причиной повышенной концентрации стронция (от 2 до 5 мг/л). Степень его содержания увеличивается с возрастанием глубины скважины. Повышение содержания соединений фтора характерно для вод среднего карбона. Результаты анализа скважин Рузского и Можайского районов свидетельствуют о наличии превышения ПДК по содержанию фтора (1,2 мг/л).

Санитарно-гигиенические особенности грунтовых вод, а также методики их очистки Для грунтовых вод Московской области характерна увеличенная степень жесткости. Это объясняется содержанием ионов магния и кальция. Что касается карбонатной жесткости, то она находится в прямой зависимости от концентрации карбонатов и гидрокарбонатов таких элементов. Среднее значение жесткости для вод указанной территории составляет порядка 4,2−5,7 мг-экв./л, нормативное значение 8 мг-экв./л. Нормальным значением жесткости воды, при котором не возникает никаких серьезных проблем, является 2,5−3 мг-экв./л.

Для снижения жесткости широкое применение получили методики, основанные на ионном обмене. Сущность таких способов состоит в способности определенных веществ замещать ионы негативных элементов на безопасные ионы (водорода, натрия и т. д.) в процессе взаимодействия с водой. Чаще всего для очистки воды применяются специализированные фильтры, состоящие из полимерных ионообменных материалов. Высокая эффективность их функционирования зависит от ионообменной емкости элементов фильтра. Она определяется режимом эксплуатации, а также скоростью фильтрации.

Важной проблемой, возникающей в процессе использования грунтовых вод Московской области для водоснабжения, является увеличенная концентрация марганца и железа. Нормативное содержание этих элементов составляет 0,1 и 0,3 мг/л. Они не вызывают значительного токсического эффекта, но очень важны в отношении санитарно-гигиенических норм. Концентрация железа и марганца играет важнейшую роль при развитии различных железобактерий. Эти микроорганизмы размещены как на металлоконструкциях, так и на поверхностях труб. Они являются источниками ферментов, которые окисляют железо. При этом возрастает скорость протекания коррозионных реакций и в воду попадают нерастворимые элементы окисления. Вода становится мутной и меняет свою окраску.

Чтобы очистить воду от повышенного содержания железа было разработано множество разнообразных способов. Наибольшее использование получили методы, основанные на аэрации воды и обработке воды окислителями (озон, хлор, перманганат). Также эффективным является применение методик с использованием ионообменных фильтров.

На определенных территориях Московской области грунтовые воды имеют увеличенную концентрацию фтора, который является важным элементов для организма человека и занимает важнейшее место в процессе формирования эмали зубов. Однако повышенная концентрация фтора вызывает повреждение костных тканей (флюроз).

С целью снижения повышенного содержания фтора применяют фильтрацию сквозь сорбенты, в качестве которых используются оксиды и гидрооксиды магния и алюминия, основные соли алюминия, а также фосфаты кальция. Наблюдающаяся тенденция увеличения количества случаев загрязнения грунтовых вод подтверждает актуальность проблемы очистки воды от различного рода загрязнений, особенно от пестицидов. Загрязнения такого рода характеризуются высокой степенью токсичности, которая оказывает негативное воздействие на организм человека. В связи этим попадание таких элементов в питьевую воду нежелательно. В таких случаях для очистки используется обработка воды такими окислителями как озон, перманганат или хлор. Также высокоэффективным является сорбция на фильтрах, которые содержат активированный уголь. Аэрация является наиболее экономичным методов очистки от органических соединений.