CC BY
21И ШШШййШ иошь^^ж шхщщ
Викт ор Васильевич Шепелев,
доктор геолого-минерало-гическихнаук, профессор, заместитель директора по научной работе Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН, гтвный редактор журнала.
Светлана Викт оровна Фёдорова,
инж енер лаборатории подземных вод Института мерзлотоведения им. П.И Мельникова СО РАН.
Вода - основной жизненно важный продукт, без которого невозможно существование человека. Требования к качеству питьевой воды, в связи с этим, предъявляются особенные. Прежде всего она должна быть безопасной в санитарном, эпидемиологическом и радиационном отношениях, иметь благоприятный цвет, вкус и запах, быть безвредной по химическому составу и минерализации.
Однако питьевая вода должна быть не только чистой и безвредной, но и полезной для человека, т.е. иметь оптимальный микроэлементный, минеральный, газовый и другой состав. Связано это с тем, что вода, которую мы пьем, определяет деятельность всех важнейших органов человеческого организма, его солевой и газовый обмен, свойства и во-зобновляемость крови, состояние кожной, мышечной и костной тканей, характер процессов окисления пищи, ее усвояемость и т.д. В этом огромном качественном воздействии питьевой воды на жизнедеятельность человеческого организма ведущую роль играет не только общий химический состав, но и микрокомпонентный, микробиологический и т.д. Доказано, что отсутствие в питьевой воде таких микроэлементов, как медь, кобальт, марганец и молибден, отрицательно сказывается на кроветворении и функционировании ферментных систем. Отсутствие в воде йода понижает деятельность щитовидной железы. Малое содержание фтора ухудшает общее состояние здоровья людей. Такой микрокомпонент, как бром, регу-
В. В. Шепелёв, С. В. Фёдорова
лирует деятельность высшей нервной системы. В целом, микрокомпоненты, содержащиеся в питьевой воде в нормируемом ГОСТом количестве, повышают интенсивность биоэнергетических процессов и защитные реакции организма, предупреждая развитие различных инфекционных и наследственных заболеваний, способствуя тем самым продлению жизни человека [1].
К сожалению, этой второй не менее важной стороне качества питьевой воды, т.е. ее полезности, не уделяется должного внимания. Во многих населенных пунктах Республики Саха (Якутия) в качестве основных источников водоснабжения используется вода поверхностных водоемов и водотоков, которая не только обеднена полезными микроэлементами (фтором, йодом, бромом, марганцем и т.д.), но и существенно загрязнена в результате техногенной деятельности человека.
По данным Комитета по санитарно-эпидемиологическому надзору при Правительстве РС(Я) централизованным водоснабжением в пересчете на все население республики обеспечены лишь 30% жителей. Однако и в этом случае, из-за несоблюдения зон санитарной охраны на действующих водозаборах, недостаточной санитарной надежности применяемых систем водоподготовки, изношенности водопроводных сетей и их высокой аварийности, качество питьевой воды очень низкое [2]. В сельских населенных пунктах Якутии питьевое водоснабжение осущест-
вляется в основном непосредственно из рек и озер без специальной водоподготовки и обеззараживания. Более 60% водоемов, используемых для питьевого водоснабжения, не отвечают гигиеническим нормативам по сани-тарно-химическим и микробиологическим показателям. Высокая степень микробного загрязнения воды является главной причиной повышенной заболеваемости населения республики кишечными инфекциями и другими болезнями, связанными с водным фактором.
Применяемая система обеззараживания воды хлором является не только устаревшей, но и опасной для здоровья людей. Хлорирование вызывает образование в воде галогеносодержащих соединений, которые обладают токсическими свойствами. Стремясь освободить водопроводную воду от соединений хлора, железа и придать ей соответствующие органолептические свойства, люди вынуждены применять различные бытовые фильтры. Однако подобная «водоподготовка» ведет к удалению из питьевой воды и полезных компонентов, т.е. к получению, по существу, дистиллированной воды. Употребление такой воды не менее опасно, поскольку вызывает вымывание из организма солей и минеральных веществ. Для предупреждения возникновения различных кишечных заболеваний санитарно-эпидемиологические и медицинские службы рекомендуют пить водопроводную воду только после ее обязательного кипячения. Однако известно, что систематическое употребление мягкой кипяченой воды ведет к поражению сердечной мышцы, сужению сосудов головного мозга, снижению массы костей и многим другим неблагоприятным последствиям для организма человека.
Проблему водоподготовки необходимо решать совместно с проблемой сохранения качества очищенной воды в процессе ее транспортирования до потребителя по наружным и внут-ридомовым водопроводным сетям. Изношенность коммуникаций, использование, в основном, стальных трубопроводов, которые обусловливают вторичное загрязнение воды, сводят на нет действия существующей водоподготовки. Вследствие коррозии трубопроводов и связанных с этим физико-химических и микробиологических процессов вода, поступающая к потребителю, приобретает высокую токсичность.
Одним из путей решения проблемы обеспечения населения высококачественной и полезной для организма человека питьевой водой является использование пресных подземных вод и прежде всего артезианских. Циркулируя в горных породах в течение сотен и тысяч лет, эти воды обогащаются широким спектром микроэлементов и минеральных веществ. Кроме того, они отличаются от поверхностных вод исключительной стерильностью и меньшей подверженностью различным техногенным загрязнениям и изменениям климата.
Однако пресные подземные воды имеют ограниченные запасы по сравнению с огромными ресурсами поверхностных вод. При интенсивной эксплуатации подземных водоносных горизонтов формируются глубокие
депрессионные воронки, что не только затрудняет и удорожает их эксплуатацию, но и может привести к ухудшению качества подземных вод. Это связано с тем, что в зонах влияния глубоких депрессий уровня усиливается вертикальная фильтрация подземных вод, что вызывает поступление в продуктивные водоносные горизонты различных загрязняющих веществ с поверхности, а также подтягивание некондиционных вод из нижезалегающих водоносных комплексов [3-6]. Следовательно, пресные подземные воды, обладающие большим преимуществом перед поверхностными водоисточниками, необходимо использовать в разумных пределах, предохраняя их от истощения и загрязнения.
Для рационального использования пресных подземных вод правомерно применение дуплексной системы водоснабжения, суть которой сводится к следующему. Известно, что при централизованном водоснабжении средняя потребность одного человека в воде определяется из расчета около 200 л в сутки. Из этого количества лишь 8 - 10 л воды, т.е. менее 5%, используется для удовлетворения физиологических потребностей человека (питье, приготовление пищи). Основной же объем воды, поставляемой населению службами коммунального водоснабжения, применяется для хозяйственно-бытовых нужд (ванна, душ, уборка помещений, стирка белья и т.д.). Использовать для этих целей ценнейшие пресные подземные воды, прошедшие к тому же определенную водоподготовку, безусловно, нерационально и расточительно. Дуплексная система предусматривает разделение воды, поставляемой населению, для питьевых целей и хозяйственно-бытовых нужд. Важность ее применения уже отмечалась в печати [7, 8].
Основными преимуществами внедрения подобной системы являются следующие:
- рациональное использование ресурсов пресных подземных вод и предотвращение их интенсивного истощения;
Рис. 1. Здание водозаборной скважины 1-Я, расположенной на т еррит ории микрорайона «Мерзлотка» г. Якут ска.
- сохранность качества воды при ее транспортировке от станций водоподготовки к потребителям, в связи с применением современных износостойких материалов в водопроводных сетях питьевого водоснабжения;
- существенное сокращение затрат на высококачественную подготовку воды для питьевых целей, в связи с разделением водоснабжения по целям использования;
- уменьшение заболеваемости и увеличение продолжительности жизни людей, в связи с употреблением для питьевых целей полезной для здоровья человека подземной воды;
- обеспечение безопасности населения в случаях возникновения чрезвычайных ситуаций и терактов.
Для обоснования эффективности внедрения дуплексной системы водоснабжения Институтом мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН предложено в рамках республиканской программы «Чистая вода» осуществить экспериментальную разработку подобной системы для микрорайона «Мерзлотка» г Якутска. Главной целью данного эксперимента является изучение возможности и эффективности применения дуплексной системы водоснабжения в климатических, мерзлотно-гидрогеологических и социально-экономических условиях республики для обеспечения населения высококачественной и полезной для здоровья питьевой водой. Предусматривается использование для этой цели пресных подмерзлотных вод Якутского артезианского бассейна после их соответствующей водоподготовки.
Предлагаемый эксплуатационный участок водозаборной скважины 1-Я Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН расположен на территории Центрально-Якутского месторождения подземных подмерзлотных вод. Водозаборная скважина 1-Я имеет максимально длительный период эксплуатации по сравнению с другими аналогичными водозаборами подземных вод, расположенными на территории г. Якутска (рис. 1). Скважина оборудована аппаратурой для систематических замеров ее фактического дебита и уровня подземных вод, а также греющим кабелем для предотвращения
замерзания воды. Имеется многолетний опыт режимных наблюдений за водоотбором, уровнем, температурой и качеством подземных вод.
В санитарном отношении участок водозаборной скважины находится в благоприятных условиях, по-сколь ку рас положен в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород мощностью более 300 м, которые надежно защищают подмерзлотные воды от поверхностного загрязнения. Сквозных таликов в районе скважины не зафиксировано, гидравлической связи с поверхностными водами, которые могли бы ухудшить качество подземных вод, нет. Учитывая это, зона санитарной охраны второго и третьего поясов не регламентируется. Первый пояс зоны санитарной охраны (строгого режима) включает территорию расположения водозабора и установлен в радиусе 30 м от скважины в целях защиты места водозабора и водозаборных сооружений от случайного или умышленного загрязнения и повреждения. Территория первого пояса зоны скважины ограждена и обеспечена охраной.
Подмерзлотная артезианская вода из скважины 1-Я пресная хлоридно-гидрокарбонатная натриевая, с минерализацией 0,9 г/л (ПДК для питьевых вод 1 г/л), со слабощелочной реакцией среды (8 - 9). Микро- и макроком-понентный ее состав характеризуется широким спектром элементов. Однако в воде наблюдается некоторое превышение предельно допустимых концентраций по содержанию натрия - 277 мг/л (ПДК 200 мг/л), фтора -3,7 мг/л (ПДК 1,5 мг/л) и лития - 0,18 мг/л (ПДК 0,03 мг/л). В процессе водоподготовки содержание этих элементов должно быть снижено до нормируемых требований.
Процесс водоподготовки будет основан на применении современных технологий, которые позволят не только обеспечить требуемое качество питьевой воды, но и наиболее полно сохранить ее полезные природные свойства (рис. 2). Технологической схемой предусматривается пятиступенчатая система подготовки питьевой воды:
1) фильтр грубой механической очистки обеспечит высокое качество фильтрации от механических приме-
подмес воды
дренаж
1 - водозаборная скеажина 1-Я
2 - всдосчетчик
3 - накопительная емкость
4 - насосная станция
5 - фильтр грубой механической очистки
6 - автоматическая ионообменная станция
7 - бак регенерации для ионообменной станции 6 - узел подмеса воды
S - установка обратного осмоса
10 - дозирующий комплекс для внесения антискаланта
11 - дозирующий комплекс для внесения реагентов
12 - ультрафиолетовый стерилизатор
Рис. 2. Принципиальная технологическая схема подгот овки воды, получаемой из скважины 1-Я.
нентный состав получаемой воды был полезен для организма человека, а по макрокомпонентным качествам соответствовал солевому составу привычной для жителей г. Якутска питьевой воды;
5) дополнительная обработка воды ультрафиолетовым стерилизатором с целью исключения возможности бактериологического загрязнения на различных ступенях водоподготовки. Это безреагентный метод обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами, которые обладают бактерицидными свойствами в отношении различных бактерий и вирусов, не изменяя при этом физических параметров и вкусовых качеств воды. Процесс стерилизации происходит без добавления в воду каких-либо вредных химикатов (рис. 5).
Система подачи питьевой воды потребителям будет организована как дополнение к уже существующим водопроводным сетям. Это сократит затраты на сооружение подобной системы, а использование современных износостойких материалов значительно повысит срок ее эксплуатации и будет способствовать сохранению высокого качества питьевых вод.
Дуплексная система может быть создана не только как дополнение к уже существующим централизованным системам водоснабжения, но и как локальный объект. Использование для питьевого водоснабжения регионально распространенных артезианских и других подземных вод позволит максимально приблизить источники водоснабжения к конкретным водопотребите-лям. Применение локальных систем подготовки и подачи воды потребителям, особенно в отдаленных населенных пунктах, не обеспеченных централизованным водоснабжением, является экономически целесообразным, рациональным и полезным для здоровья населения мероприятием.
сей таких как песок взвеси тем самым предотвратит в рамках эксперимента предусматривается обеспе-преждевременный выход из строя последующих эле- чение качественной подземной подмерзлотной питье-ментов очистки и блоков управления;
2) фильтр засыпного типа с загрузкой ионообменной катионитной смолой обеспечит высокое качество деионизации положительно заряженных ионов, в том числе и лития, содержание которого превышает установленные СанПиН 2.1.4.1074-01 нормы в 6 раз. Принцип его работы заключается в том, что вода со входа поступает внутрь фильтра, проходит через слой фильтрующей засыпки вступает в ионный обмен, при этом катионы натрия заменяют собой катионы других металлов, содержащихся в воде (рис. 3);
3) установка обратноосмотичес-кого модуля позволит снизить содержание натрия и фтора до нормируемых предельно допустимых концентраций (рис. 4);
4) дозирующий комплекс, предназначенный для внесения раствора веществ, необходимых для обогащения воды биогенными элементами, тэкими как кальций, магний, йод и т.д.,
количество которых будет выбираться * \/„т
Рис. 4. Установка обратноосмотического модуля.
таким образом, чтобы микрокомпо-
Рис. 3. Конструктивная схема фильтра ионного обмена.
1 - корпус; 2 - управляющий клапан; 3 - Ыа-кат ионитная загрузка; 4 - бак регенерации; 5 - регенерирующий мат ериал на основе ЫаС1.
вой водой населения микрорайона «Мерзлотка» г. Якут-
Рис. 5. Ультрафиолет овый ст ерилизат ор воды.
ска (1400 человек). Предварительно рассчитанный объем капитальных затрат, необходимых для реализации данного эксперимента, составит 9 057 648 руб.
При успешном проведении опытно-производственного эксперимента будут разработаны рекомендации по применению дуплексной системы водоснабжения для обеспечения населения высококачественной питьевой водой. Широкая последующая реализация в республике этой системы позволит:
- удовлетворить потребности населения в чистой питьевой воде в необходимом количестве, требуемого качества и по доступной цене;
- рационально использовать ресурсы пресных подземных вод, предотвратить их истощение, что, в целом, соответствует ресурсосберегающей стратегии развития страны;
- повысить техническую и санитарную надежность водопроводов;
- сократить затраты на высококачественную подготовку воды для питьевых целей;
- обеспечить безопасность питьевой воды в случаях возникновения чрезвычайных ситуаций и терактов;
- улучшить санитарно-гигиенические показатели питьевой воды и на этой основе снизить риск заболеваний населения, связанных с водным фактором;
- повысить качество питьевой воды, используемой на объектах социальной инфраструктуры, включая школы, детские сады и больницы;
- устранить дефицит водоснабжения в сельских населенных пунктах;
- повысить информированность населения о значимости качества потребляемой воды, вовлечь людей в процесс эффективности использования высококачественной питьевой воды и ее ресурсосбережения.
По нашему мнению, соответствовать требованиям нового времени может только качественно новый водный сектор - ресурсосберегающий, экономически эффективный, динамично развивающийся, быстро реагирующий на инновационные идеи и использование новых технологий. Предлагаемая дуплексная система
водоснабжения в полной мере отвечает требованиям сегодняшнего дня. Реализация этой идеи позволит поднять на новый уровень функционирование водного сектора, гарантированно обеспечить население Якутии чистой, а главное полезной для здоровья питьевой водой и по доступной цене. Предполагается, что общий социально-экономический эффект от использования дуплексной системы водоснабжения будет достигнут за счет снижения заболеваемости, повышения продолжительности жизни людей и улучшения социально-экологической обстановки в республике.
Подобный эксперимент покажет особенности применения дуплексной системы водоснабжения, на основе чего могут быть приняты решения о масштабном внедрении данной системы как на территории г. Якутска, так и в других населенных пунктах Республики Саха (Якутия).
Лит ерат ура
1. Шепелёв В.В. Родниковые воды Якутии. -Якут ск: Якут ское кн. изд-во, 1987.-127с.
2. Прокопьева М.В. О гигиенических проблемах хозяйственно-питьевого водоснабжения в Республике Саха (Якутия) // Наука и техника в Якутии. - 2003. -№ 1.- С. 35-38.
3. Алексеев С.В., Болдовской Н.В., Букаты М.Б. и др. Современное состояние гидрогеологии Сибири и Дальнего Востока, проблемы XXI века в направлениях исследований // Материалы Всероссийского совещания по подземным водам Востока Сибири. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2003. - С. 3-12.
4. Воронов А.Н. Гидрогеология - наука о подземной гидросфере (алмаз чист ой воды в ожерелье геологических наук) // Будущее гидрогеологии: современные тенденции и перспективы. - С-Петербург: СПбГУ, 2007. - С. 3-8.
5. Шепелёв В.В., Скутин В.И. Состояние и перспективы использования подземных вод в Республике Саха (Якутия) // Наука и образование. - 1997. - № 1. -С. 92-99.
6. Шешеня Н.Л. Проблемы водоснабжения городов Сибири и Дальнего Востока // Подземная гидросфера: Материалы Всероссийского совещания по подземным водам Сибири и Дальнего Востока. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. - С. 305-308.
7. Криворотов Н.М. Чистая вода - не розовая мечта // Актуальные вопросы обеспечения населения Республики Саха (Якутия)доброкачественной питьевой водой. - Якут ск, 2000. - С. 19-22.
8. Шепелёв В.В, Фёдорова С.В. О рациональном использовании пресных подземных вод для питьевого водоснабжения // Материалы V Международной научно-практ ической конференции «Проблемы природопользования, устойчивого развития и техногенной безопасности регионов. - Днепропетровск, 2009. -С. 59-62.
