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 возобновляемость 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, регулирует 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 осуществляется в основном непосредственно из рек и озер без специальной водоподготовки и обеззараживания. Более 60% водоемов, используемых для питьевого водоснабжения, не отвечают гигиеническим нормативам по санитарно-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 внутридомовым 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;
– 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, поскольку расположен 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 макрокомпонентный 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 примесей, таких как песок, взвеси, тем самым предотвратит преждевременный выход из строя последующих элементов 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 обратноосмотического 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, такими как кальций, магний, йод и т.д., количество которых будет выбираться таким образом, чтобы микрокомпонентный 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 водопотребителям. 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.
В рамках эксперимента предусматривается обеспечение качественной подземной подмерзлотной питьевой водой населения микрорайона «Мерзлотка» г. Якутска (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).
Литература
1. Шепелёв В.В. Родниковые воды Якутии. – Якутск: Якутское кн. изд-во, 1987.– 127 с.
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 чистой 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 Са- ха (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. – Якутск, 2000. – С. 19–22.
8. Шепелёв В.В., Фёдорова С.В. О рациональном использовании пресных подземных вод для питьевого водоснабжения // Материалы V Международной научно-практической конференции «Проблемы природопользования, устойчивого развития и техногенной безопасности регионов. – Днепропетровск, 2009. – С. 59–62.
Первая страница
(c) 2001
