3606

Водні ресурси України

Книга

География, геология и геодезия

Водні ресурси – це природне багатство, яке вимагає збереження і охорони особливо в теперішній час коли суспільство змінює свої погляди, розширює можливості. У сільськогосподарському виробництві використувується 72,2% території країни, а 57,5%...

Украинкский

2013-02-09

8.51 MB

101 чел.

Водні ресурси – це природне багатство, яке вимагає збереження і охорони особливо в теперішній час коли суспільство змінює свої погляди, розширює можливості. У сільськогосподарському виробництві використовується 72,2% території країни, а 57,5% її розорано. Урожайність сільськогосподарських культур на полях України з їх переважно чорноземними ґрунтами в 1,5...2 рази нижче ніж середньоєвропейська. Старі технології у промисловості і сільському господарстві вимагають багато води і зумовлюють великий обсяг технологічних викидів. Середньорічний обсяг твердих технологічних викидів сягає 1,9...2,0 млрд.т, стічних вод 22 млрд.м3. До цього слід додати велику кількість мінеральних добрив, пестицидів, радіаційне забруднення.

Всі ці фактори безперечно вплинули на здоров’я людей: росте смертність в молодшому віці, дітей. Багато дітей народжується з різними відхиленнями в розвитку.

Річкові системи з давніх часів були центрами розміщення не тільки населених пунктів, а й різних виробництв; пізніше промислових об’єктів та промислово-господарських комплексів. На берегах Дніпра розвивався Придніпровський промисловий комплекс, на Сіверському Дінці – Донецько-Слов’янський і Лисичанський промислові комплекси, на притоках Дністра – Калузький та Долинський.

Так як водні ресурси є важливими факторами розвитку економіки, важливо вміти прогнозувати зміни, які можуть відбуватися у водному господарстві і під їх впливом у природно-господарських комплексах через 20...30 років. Це можливо при існуванні комплексної водогосподарської системи, формування якої спирається на ґрунтові наукові дослідження у сфері використання водних ресурсів з урахуванням змін, що трапляються в природному середовищі.

1. Водні ресурси України

1.1.Фізико-географічна характеристика

Україна займає південно-західну частину Східно-Європейської рівнини, Українські Карпати, Кримські гори. Загальна площа території 603 тис.км2. Для рівнинної і гірської частини характерна зональність ландшафтів. Північна частина (Полісся) розташована в зоні змішаних лісів, середня частина – в зоні лісостепу, а Південна – в степовій зоні. Північна межа лісостепу проходить в напрямку Луцьк-Рівне-Житомир-Київ-Ніжин-Глухів. Південна – Первомайськ-Кременчук-Зміїв.

Річки України належать до басейнів Чорного та Азовського морів і частково (2%)  - до басейну Балтійського моря.

Водозбори великих та багатьох середніх річок розташовані в кількох природних зонах і геоморфологічних областях, малі ж річки течуть здебільшого в межах однієї геоморфологічної області. Річкова мережа України – це річкові системи Дніпра, Вісли, Дунаю, Дністра, Південного Бугу, Сіверського Донця, та річок чорноморського та азовського узбережжя.

Рис. 1.1. Гідрологічне районування України.

Більша  кількість річок приходиться на басейн Дніпра – 27,7%, Дунаю – 26,3%, Дністра – 23,7%, Південного Бугу – 9,3%. Площі водозборів річок коливаються в широкому діапазоні: для великих річок вони можуть бути 100тис.км2, а для малих водостоків (довжиною 10-20км) площі коливаються від 20-30км2 до 100-200км2 і більше.

Басейн Вісли в межах України займає північний захід Волино-Подільської височини і західну частину Поліської низовини. Вододіли проходять по пасмах горбів. Середня висота водозбору 250-350м, похили – переважно 20-90м/км. Басейн Дунаю займає південні та південно-східні схили Східних Карпат, Закарпаття та південно-західну окраїну Причорноморської низовини.

В межах України протікає лише невелика частина нижньої течії річки – від м.Рені до гирла – довжиною 174км. Середні висоти водозборів басейну становлять 800...1200м, а середні похили – 200...400м/км.

Дністер має басейн у формі витягнутого і зігнутого посередині овалу довжиною біля 700км при середній ширині 120км. Висоти у гірській частині басейну досягають 1000...1800м.

Південний Буг розташований на Волино-Подільській і Придніпровській височині, нижня частина басейну – на Причорноморській низовині. Форма басейну – грушоподібна, у верхів’ї різко звужена; у середній і нижній частина басейн різко асиметричний. Середня висота водозбору у верхів’ях – 300...320м, в нижній частині – 5...20м. Річкова мережа має деревоподібний рисунок.

Басейн Дніпра займає найбільшу площу. Витік Дніпра знаходиться в Росії на схилах Валдайської височини.

Східна та південно-східна частина України – це басейни Сіверського Дінця і річок Приазов’я. На північному узбережжі і Азовського моря течуть малі та середні річки, що стікають із південних схилів Приазовської височини. Переважна більшість річок України тече з півночі на південь або у близькому до цього  напрямку.

З поверхневих водних джерел України виділяються озера, більшість яких знаходяться неподалік від морів. На Поліссі розташовані найглибші озера України – Світязь(58,4м) у басейні Західного Бугу, Солине(56,9м) у басейні Вижівки (притока Прип’яті). Найбільші за площею дзеркала є: з прісних озер – Ялпуг(149км2) із солоних – Сасик(210км2) та Молочне(170км2). Поширені на Україні штучні водойми – ставки і водосховища (1094 водосховища і 27579 ставків на 1990р.). Ставки і водосховища займають 11782км2 площі і утримують 58,2км3 води, що перевищую середній річний стік Дніпра і в цілому водні ресурси країни, які формуються на її території в середні за водністю роки.

Розподіл штучних водойм по території країни нерівномірний. Найбільшу площу вони займають у лісостеповій і степовій зонах. Понад 1га/км2 площі водного дзеркала ставків та водосховищ має Вінницька, Донецька, Одеська, Харківська, Хмельницька і Чернігівська області, найменше – 0,12...0,29га/км2 – Волинська, Закарпатська, Івано-Франківська області та Автономна Республіка Крим. У середньому на 1990р. на 1км2 площі припадають 2га водної поверхні штучних водойм.

Надійними джерелами водопостачання є підземні води. Ресурси підземних вод формуються внаслідок функціонування двох факторів: джерел живлення (головним чином атмосферних опадів) і наявності підземних колекторів, які акумулюють інфільтраційні води та води ювеніального походження.

Рис.1.2.  Гідрографічна сітка України.

В межах України виділяють декілька гідрологічних районів: зона тріщинних та пластово-порових вод Українського щита; Дніпровський артезіанський басейн; Донецько-Донський артезіанський басейн; Донецький субартезіанський басейн; Волино-Подільський артезіанський басейн, зона тріщинних та пластово-тріщинних вод Карпат; Передкарпатський, Закарпатський, Причорноморський, Рівнино-Кримський та Азово-Кубанський артезіанські басейни; зона тріщинно-карстових вод Гірського Криму. Тобто Україна розташована в межах 12-ти гідрогеологічних структур, які різняться між собою за умовами живлення підземної води, колекторними властивостями гірських порід, що їх складають. Це і зумовлює значну нерівномірність розподілу ресурсів підземних вод по території країни. Загальна кількість експлуатаційних запасів підземної води становить 57,2млн.м3/добу (21км3/рік), але вимогам діючого стандарту “Вода питна” відповідає лише 90,4%. Інша частина підземної води має відхилення від Держстандарту за показником мінералізації (понад 1г/л).Основна частина (понад 60%) ресурсів підземних вод зосереджена в північних областях України (Чернігівська, Київська, Полтавська, Харківська, Рівненська, Сумська, Львівська). Найменше забезпечені ресурсами підземних вод (362...758тис.м3/добу) Черкаська, Кіровоградська, Миколаївська, Івано-Франківська, Житомирська і Одеська області. Про розподіл ресурсів підземних вод в межах басейнів основних річок свідчить діаграма (рис.1.3), яка показує, що більша частина цих ресурсів (60%) належить до басейну Дніпра (35,3млн.м3/добу). По інших основних басейнах цей розподіл становить: Сіверський Донецький-12%; Дністер-9%, річки Приазов’я-5%, межиріччя Дністер – Південний Буг -1%.

Рис 1.3. Розподіл прогнозних ресурсів підземних вод

по басейнах найбільших річок.

Формування прогнозних ресурсів України в кількості 21км3/рік забезпечено за рахунок природних ресурсів підземної води – 10,4км3/рік; транзитних природних ресурсів підземних вод 0,93км3/рік; залучених при експлуатації ресурсів підземної води – 2,59км3/рік; природних запасів підземної води - 7км3/рік.

На території України розвіданість запасів підземної води складає від 90 до 14%. В найбільшому річковому басейні Дніпра підземні води розвідані лише на 20%, в басейні Дністра – 27%; Південного Буга – 30%.

 1.2. Кліматичні умови

Наслідком конденсації в атмосфері водяного пару є атмосферні опади. Водяний пар утворюється при випаровуванні з водних поверхонь. Складність процесів атмосферної циркуляції та зміна атмосферних явищ впливає на розподіл опадів по поверхні землі. На Україні опади випадають в основному з хмар, які зв’язані з атмосферними фронтами та циклонами. Взимку циклони надходять на Україну з Середньоземного моря та Атлантичного океану. Літом по всій території України відбувається трансформація повітряних мас.

Для рівнинної території України характерними є зменшення опадів з півночі та північного заходу на південь та південний схід. В районах Українських Карпат та Криму випадає найбільша кількість опадів. Для лісостепу кількість опадів за рік досягає 500...650мм, в Українських Карпатах – до 700мм, на північному сході, в басейні Десни – 600мм, а райони південного степу мають недостатню кількість опадів 500мм. Узбережжя Чорного та Азовського морів кількість опадів зменшується   40мм. Розподіл опадів по території України може змінюватись з року в рік, тому можливо виділити два характерних періоди: холодний (листопад-березень) коли поряд з твердими опадами може випадати і рідинний; теплий (квітень-жовтень) коли перевагу мають рідинні опади. В холодний період випадає 20...25%, в теплий – 75...80% річної суми опадів.

Частота випадання опадів характеризується кількістю днів з осадами різних градацій. На більшій території вона складає 140...165 днів, а в південній частині степу 100...140 днів, на узбережжі Чорного та Азовського морів – зменшується до 100 днів. В гірській частині Українських Карпат та Криму вона досягає 180 днів.

Дуже сильні зливові опади випадають літом (червень-липень). Інтенсивність зливових опадів – це найбільша кількість опадів,  яка випадає за добу. На значній території України ця цифра складає 140...170 мм, в південних районах 100...140 мм, в гірських районах – 200 мм і найбільше опадів випадає в Українських Карпатах (340 мм). Характеристика зливової діяльності наведена в таблиці 1.1.

Термічний та льодовий режим річок України складається під впливом термічних, морфометричних та антропогенних факторів. Головний фактор – термічний – тобто сумарна сонячна радіація – характеризується річним ходом температури води від початку весняного прогріву (дати стійкого переходу через 0,20 весною) і до початку льодових явищ восени (дати стійкого переходу через 0,20 восени). Середні багаторічні місячні значення температури води є розрахунковими характеристиками. Для ділянок річок з природнім термічним режимом дані приведені на рис.1.4 - 1.6. Нестійкий температурний режим території України, а також неоднакова ступінь впливу та різноманітність факторів, які порушують залежність між кліматом та льодоутворенням привели до великої різноманітності дат початку основних фаз льодового режиму та їх терміну дії і товщини льоду. Найбільш стійкий льодовий режим на ділянках з природнім льодовим режимом та  уповільненим ґрунтовим живленням на річках рівнин. Середні дати початку льодових явищ 10...15.11; 16...25.11; 26.11...5.12. Термін стійких льодових явищ дуже змінюється і досягає в нестійкі осіннє-зимові періоди максимального значення ( 50...90 днів), а в звичайні осінньо-зимові періоди – 10...25 днів. Льодостав на річках спостерігається до 20 днів. Льодовий покрив річок порушується під впливом двох факторів: тепла та механічного впливу води.

           Таблиця1.1.

Характеристика зливової діяльності

Райони

Найбільша сума опадів за добу, мм

Інтенсивність,

мм/хв.

Трива-

лість, хв.

Результати зливової діяльності

Гірські:

Українські Карпати

340

9,5

78

Значні розмиви поверхонь водозборів, формування селевих  паводків

Крим

223

6,7

160

Те ж

Височини:

Придніпровська

212

4,45

100

Дуже інтенсивні розмиви поверхні водозборів, виникнення ярів і грязьових потоків

Волино-Подільська

282

3,14

55

Те ж

Призовська

161

7,0

50

Значні розмиви поверхні водозборів, змивши культурного шару ґрунту

Низовини:

Полісько-При-Дніпровська

170

10,2

75

Затоплення понижених частин водозборів і безстічних ділянок

Причорноморська

190

3,70

130

Місцями – значні змиви висушеної поверхні ґрунту водозборів

Північний схід і крайній схід України

150

3,27

45

Інтенсивні розмиви поверхні водозборів, виникнення ярів

Середні терміни початку порушення льодової покрівлі приходиться на березень, причому на річках південно-західної частини - на початок березня, а на річках північно-східної частини – на другу його половину.

Рис.1.4. Дати переходу температури води через 0,2º С весною.

1 - середні; 2 - ранні;  3 - пізні;

Температура річок рівнинної території України приведена на рис.1.5 та рис.1.6. Повне очищення річок від льоду відбувається через 5...10 днів після порушення льодової покрівлі.

1.3. Гідрологічні і гідрографічні умови

Площі водозборів річок України коливаються в великих межах. Басейни малих водотоків довжиною 10...20км змінюються від 20...30 до 100...200км2, а деякі з них, з сильно розвинутою річковою мережею, мають площі басейнів більше 10000км2. Водозбори великих річок складають 100тис.км2 і більше. Найбільша кількість річкових басейнів (95,9%) мають площі, не більше 50км2. Басейни річок площею 50...500км2 складають 3,5%, з площею більше 500км2 – тільки 0,6%.

Густота річкової мережі коливається по території дуже в значних межах, що обумовлено багатьма природними факторами: клімат, висота місцевості над рівнем моря, характер рельєфу, геологічна будова, якості горних порід та почвогрунту, характер рослинності.

Рис 1.5. Температура води річок рівнинної території України.

1 – квітень; 2 – травень; 3 - червень; 4 - липень;

Рис.1.6. Температура води річок рівнинної території України.

1 – серпень; 2 – вересень; 3 - листопад;

Басейн р. Вісла в межах України налічує 3112 річки загальною довжиною 7363км. Басейн р. Дунай в межах України має лише невелику частину і основними річками по Україні є Тиса, Сірет, Прут. Дністер – друга за величиною після Дніпра річка України – має басейн площею 52690км2. Висоти у гірській частині басейну сягають 1000...1800м. Особливістю гідрографічної мережі басейну Дністра є відсутність значних приток – переважають малі річки завдовжки до 10км (16294 річки). Ще 449 річок мають довжину до 25км, 86 річок – 25...50км, 45 річок – 51...100км і 15 річок – 100...300км. Річкова мережа в басейні Дністра розвинута нерівномірно. Найгустіша (понад 1...1,5км/км2) у карпатській частині басейну, менша – на лівобережжі (0,5...0,7км/км2) і зовсім не розвинута в нижній степові частині (0,2км/км2). Басейн Південного Бугу має площу водозбору 65700км2. Середні висоти водозбору у верхів’ях – 300...320м, в нижній частині – 5...20м. Середня густота річкової мережі 0,35км/км2.

Басейн Дніпра має найбільшу площу 292700км2. Це – типова рівнинна річка і її басейн може бути поділений на такі частини: 1) правобережжя р. Прип’яті, де найбільші її притоки беруть початок на Волино-Подільській і Придніпровській височинах; 2) лівобережжя Дніпра, де річки стікають із Середньоруської височини та її відрогів і течуть по Придністровській низовині; 3) правобережжя Дніпра, де притоки беруть початок на Придніпровській височині.

Річкова мережа Дніпра найгустіша в межах Волино-Подільської височини (0,5км/км2 і більше), а найменша – у безстічних районах, де її густота близька до нуля або дорівнює нулю.

Сіверський Донець – найбільша правобережна притока Дону й одна з великих річок України. Площа басейну 250км2 і густота річкової сітки 0,21 км/км2.

Переважна більшість річок України тече з півночі на південь або у близькому до цього напрямку, окремі річки – з півдня на північ; напрямок течії малих річок залежить від місцевих умов і може бути різний.

В Україні понад 63тис. малих річок і водостоків. Їх загальна довжина – 135,8тис.км, з яких близько 60 тис.(95%) дуже малих (до 10км) їх загальна довжина – 112тис.км.

У межах басейнів головних річок і приморських територій водозбірні площі малих річок мають розміри: у басейнах Вісли, Дунаю, Дністра і Причорномор’я – 20,1...50км2; у басейнах Південного Бугу та Дністра – 50,1...100км2, у Приазов’ї – 100,1...200км2.

Густота річкової мережі змінюється по території Україні у широких межах. Значною густотою визначаються гірські райони – Карпати (1,49км/км2) та Кримські гори (0,61км/км2). В цілому гідрографічна мережа має густоту близьку до 0,39км/км2.

При розрахунках можливостей басейну річки необхідно знати гідрографічні характеристики даного басейну: площу водозбору (F, км2); довжину водозбору (L0, км) – відстань по прямій від витоки (точки витікання річки, або її притоки, на території площі водозбору) до гирла (точки витоки річки з території площі водозбору, яка розглядається на суміжну площу); середню ширину водозбору (В, км):

  ,      км                                                            (1.1)

довжину річки L, км:

 ,     км                                                     (1.2)

де Nвим – кількість розхилів вимірювача, що вкладається в межах ламаної лінії, яка співпадає з вододілом водотоки від точки втікання до точки витікання річки на площу водозбору, шт;

Свим – ціна поділки розхилу вимірювача, км.

Коефіцієнт звивистості річки, :

                                           (1.3)

Коефіцієнт витягнутості водозбору:

                                                                        (1.4)

Коефіцієнт густоти річкової мережі, D:

                                                                      (1.5)

де  - сума довжин річок в межах обраної ділянки басейну, км.

Ухил річки (в межах площі водозбору):

                                                  (1.6)

де zвит і zгирла – відповідно абсолютні позначки землі витоки і гирла (зняті з фізичної карти України).

Коефіцієнт лісистості (ліс.), озерності (оз.) і заболочуваності (бол.):

ліс.=;   оз.=;    бол=       (1.7)

де Fліс.;  Fоз.;  Fбол. – площа лісів, озер, боліт визначена по географічній карті України в межах басейну, якій розглядається.

Рівневий режим річок України теж є різноманітним. Зміна рівнів в річках на протязі року характеризується для більшості річок рівнинної частини високою повінню (весняною). Яка може відбуватися двома-трьома і більше піками. Початок весняної повені – перша-друга декада березня (або третя декада лютого). Закінчується повінь в першій половині травня. Термін повені може бути 1,5...2 місяці. Найвищі рівні води спостерігаються на прикінці березня – початку квітня.

Період літньо-осінньої межені спостерігається з травня по жовтень-листопад і може перериватись дощовими повенями. Термін дощової повені може бути від 3...5 днів до 1,5 місяця. Інтенсивність підняття рівнів води в повінь 5...20 і інколи 10...100 см/добу.

На малих річках можливе перемерзання на протязі декількох днів і до 2...3 місяців.

Норма річкового стоку – одна з найважливіших характеристик потенційних можливостей водного басейна. Водність річок України має ряд особливостей. В західному районі стік наближується до синфазного, а в басейні Дніпра та Десни – до синхронного. Розподіл середнього багаторічного річного стоку річок України приведено на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Середній багаторічний річний стік річок, л/с/км2.

Карта ізоліній річкового стоку створена на основі багаторічних спостережень на гідрометричній мережі і також даних водно-балансових станцій. Середній річний модуль поверхневого стоку (Мсер)  для річкового басейну визначається по матеріалам багаторічних спостережень на гідрометричній мережі, а також водно-балансових розрахунків (методом інтерполяцій між опорними пунктами для яких визначені табличні Мсер). В разі відсутності даних спостережень по картам для центра басейна рис. 1.8.

Рис.1.8. Коефіцієнти варіації річного стоку річок

Іа, Іб, ІІ, ІІІ, ІV, V – номери районних залежностей річного стоку від висоти місцевості.

,                            (1.8)

де М1, М2... Мп – середнє значення стоку між ізолініями, що перетинають водозбір, ;

                 1, 2... п – площі водозбору між ізолініями і вододілом, км2. Визначаються за допомогою планіметра або палетки.

Для малих площ водозбору у значення Мсер вноситься поправка (на особливості місцевих умов) у вигляді коефіцієнта.

Середня багаторічна витрата визначається за даними багаторічних спостережень методом інтерполяції між сусідніми опорними гідрографічними пунктами, або за формулою:

                                          (1.9)

де F – площа водостоку, км2.

Об’єм середнього багаторічного стоку (Wcep) км3 буде дорівнювати:

, км3                                               (1.10)

  Таблиця 1.2.

.Поправочні коефіцієнти до стоку малих водостоків України

Райони

Площі водозбору, км2

10

25

50

100

200

Міжріччя річок

Прут-Дністер, Дністер-Південний Буг

2,3

1,9

1,6

1,3

1,0

Степова зона півдня України

2,7

2,2

1,8

1,4

1,0

Коефіцієнт змінюваності стоку (Сv) встановлюють або за даними багаторічних спостережень (методом інтерполяції між опорними гідрографічними пунктами) або по карті ізоліній рис.1.8.

Коефіцієнт асиметрії стоку (Сз) приймають в залежності від кліматичних умов по даним спостережень або за допомогою розрахунку:

     -  для зони надлишкового зволоження при Мсер 4 л/с/км2  Сз=2Сv   (1.11) для зони змінного (Мсер=0,5...4 л/с/км2) чи недостатнього (Мсер 0,5 л/с/км2) зволоження                                    Сз=(1,5…1,8)Сv                                       (1.12)

     -  для засушливої зони                                  Сз=1,5Сv                                            (1.13)

Витрати (стік) річок для різних по водності років (Qcep) м3/с, Р% - забезпеченості визначають за формулою:

Qp=kp Qcep                                                                      (1.14)

де kp – модульні коефіцієнти для переходу від величини стоку середнього по водності року (Q50%=Qcep) до величини стоку певної – р% забезпеченості, їх значення встановлюють у відповідності з Сз і Сv по таблиці 1.3.

Витрати (стік) річки в різні місяці років різної забезпеченості, м3/с визначаються за формулою:

,   м3                                               (1.15)

де  - відносний розподіл стоку в п-й місяць року заданої забезпеченості Р% приймається по [30 табл.2.10].

По даним розрахунку для даного басейна складається гідрограф стоку річки (рис. 1.9).

Мінімальний стік (Qмін) м3/с спостерігається в період поверхневого стоку, коли річка переходить в основному на підживлення ґрунтовими водами. Розрахунки мінімальних витрат мають велике значення для судноплавства, водопостачання, зрошення і обводнення, енергетичного використання річок, а також призначення санітарних витрат.

Таблиця1.3.

Коефіцієнти kp для значень Сv

Р,%

Коефіцієнт kp для значень Сv  

0,1

0,3

0,5

0,7

0,9

1

1,1

1,2

Сз=1,5Сv

5

1,17

1,52

1,9

2,3

2,76

3,02

3,91

3,63

50

0,998

0,963

0,954

0,891

0,76

0,665

0,59

0,446

75

0,93

0,785

0,621

0,421

0,46

0,152

0,094

0,054

95

0,831

0,52

0,253

0,082

0,016

0,006

0,002

0,0006

Сз=2Сv

5

1,17

1,54

1,94

2,36

2,78

3,0

3,21

3,45

50

0,997

0,97

0,918

0,846

0,746

0,693

0,64

0,58

75

0,931

0,784

0,634

0,489

0,352

0,238

0,241

0,193

95

0,842

0,565

0,342

0,181

0,082

0,051

0,03

0

При проектуванні споруд на річках важливою характеристикою є середній багатолітній стік наносів річки та його річні значення. Річкові наноси діляться на завислі та переносні. Для рівнинних річок більшість наносів (90%) – це завислі, для гірських районів – більшість наносів є переносними. Стік завислих наносів по Україні змінюється в широких межах. Найменше його значення (модуль стоку завислих наносів) 5...10 т/рік з км2 характерне для річок Полісся і Придніпровської низини, найбільші (100...200т/рік з км2) – для гірських річок Карпат і Криму. Стік наносів річок які протікають в межах ерозійно розвинутих височин має середнє значення. Дані про наноси можна отримати з карт каламутності води рис1.10, які збудовані по даним спостережень на річках з площею водозбору більше 200 км2 або за формулами зв’язку стоку наносів з визначальними факторами.

На основі узагальнення даних спостережень за стоком наносів річок України для району переважного поширення флювіогляціальних відкладень (Полісся і Придніпровська частини). Середньорічний модуль стоку наносів визначають:

MR=1,12Mcep+0,166h – 4,19                                              (1.16)

де Mcep – середньорічний модуль стоку річки,  ;

    h – глибина річкової долини, м.

Для іншої рівнинної частини території України, що складена лесовидними суглинками модуль стоку наносів визначається за формулою:

MR=10,6Mcep+6,96ℓp+0,625h – 41,7                               (1.17)

де ℓp – повздовжній нахил річки, %.

Для південно-західних схилів Карпат:

MR=7,17Mcep+5,2p – 2,33fл – 0,44Н184,3                    (1.18)

де fл – коефіцієнт лісистості водозбору, %;

    Н – висотне розташування пункту спостережень, м [30 с.28].

Для північно-східних схилів Карпат:

MR=1,54 – 4,74Mcep                                                                                      (1.19)

В межах України найбільш інтенсивно експлуатуються підземні води, які залягають в алювіальних, алювіально-флювіогляційних четвертинних відкладеннях, в неогенових, памогенових та крейдових утвореннях. Крім того, в Дніпровському, Донецько-Донському артезіанських басейнах та в гірському Криму експлуатується водоносний горизонт юрських відкладень, у Донбасі – кам’яновугільних, на території гідрогеологічної області Українського щита – водоносний горизонт порід докембрія.

2. Аналіз сучасного стану водних ресурсів та перспектив розвитку галузей народного господарства

Про кількість водних ресурсів судять за об’ємами води в різних частинах гідросфери. Із загальних запасів води на Землі на Світовий океан припадає 96,5%. Практичний інтерес для задоволення потреб людей  являють води річок. Їх одномоментний об’єм дуже малий, однак у кругообігу вологи він відтворюється протягом року в середньому приблизно 23 рази і в зв’язку з цим оцінюється у 47тис.км3 на рік, або при вираженні через модуль стоку – 10л/с з 1км2. Теоретично водні ресурси невичерпні, оскільки вони відновлюються в процесі кругообігу. Однак споживання води зростає такими темпами, що перед людством дедалі частіше виникає проблема чистої води. У наш час природні гідрологічні, гідрометеорологічні, гідрохімічні, гідрогеологічні, гідробіологічні та інші процеси, в яких бере участь вода, змінюються під впливом діяльності людини. Одними з основних видів антропогенного впливу на стан і режим водних ресурсів та водних об’єктів є характер землеробства на водозбірних площах, регулювання стоку, промислове, сільськогосподарське та комунальне водопостачання. Збільшується об’єми стічних вод і маса забруднюючих речовин у них.


Рис.1.9. Гідрограф стоку річки.


Рис.1.10. Середня багаторічна каламутність води (г/м3) річок з площею водозабору більш ніж 200 км2.

Надмірна зарегульованість водного режиму разом із згаданими вище факторами, урбанізацією, знелісненням тощо призводять до порушення водного циклу. Поряд з руйнуванням режиму стоку через інтенсивне використання підземних вод їх рівень в окремих місцях значно (до 100м) знизився, тобто змінився режим вод у підземній сфері.

Всі зміни пов’язані з водними ресурсами торкаються багатьох галузей народного господарства. Зменшити впливи можливо в тому випадку, коли розглядати всю водогосподарську систему разом (ВГК) як єдиний комплекс та створювати його на основі довгострокових прогнозів вимог різних галузей народного господарства до кількості та якості води, реальних природних умов і при цьому враховувати можливість їх змін.

2.1 Вимоги учасників водогосподарського комплексу до джерел водопостачання.

Водогосподарський комплекс – це сукупність заходів і споруд по раціональному використанню водних і зв’язаних з ними природних ресурсів, які дозволяють оптимально задовольнити потреби всіх водокористувачів. Водокористувачами можуть бути всі галузі народного господарства для яких прісна вода є необхідною сировиною.

Таблиця 2.1.

Об’єм води і активність водообміну різних частин гідросфери Земної кулі.

Частина гідросфери 

Об'єм води, тис.км3 

Частка від об'єму, % 

Тривалість умовного водообміну 

всіх вод 

прісних вод 

Світовий океан 

1338000 

96,5*

-

2500 років 

Підземні води 

23700 

1,72*

30,9*

1400-10000 років 

Льодовики 

26064 

1,74*

68,7

9700 років 

Озера 

176 

0,013

0,26

17 років 

Ґрунтова волога 

16,5 

1 0,001

0,05

1 рік 

Води атмосфери 

12,9 

0,001

0,037

8 діб 

Болота 

11,5 

0,0008

0,033

5 років 

Водосховища 

6,0 

0,0004

0,016

0,5 року 

Річки 

2,0 

0,0002

0,006

16 діб 

При виборі складу учасників ВГК враховуються три зв’язані між собою частини: природна, економічна і технічна. Природна частина обумовлює можливість функціонування і розвитку ВГК, визначає позитивні і негативні сторони його впливу на оточуюче середовище. Це – гідрологічні умови, які визначають запаси водних ресурсів; рельєф і геоморфологія, що визначають такі важливі показники, як можливість створення високих напорів, розміри затоплення і підтоплення прилеглої території, площі та способи зрошення, транспортне використання річок, заходи по боротьбі з фільтрацією та берегоукріплюючими роботами; клімат, який визначає необхідність проведення зрошення чи осушення для отримання високих врожаїв с/г культур, розвиток рибного господарства; ґрунтові умови, які обумовлюють склад агротехнічних і меліоративних мір. Економічна частина яка враховує бажання всіх галузей та окремих водокористувачів, дозволяє досягти максимального економічного ефекту та мінімальних збитків при недоотриманні води. Технічна частина визначає системи взаємозв’язаних технічних рішень, споруд і заходів, які забезпечують існування ВГК в конкретних місцевих умовах.

Кожен ВГК може розглядатись як система, яка об’єднує велику кількість підсистем. Разом з цим – це є галузь суспільного виробництва, водне господарство підпорядковане загальним законам його розвитку, але відрізняються від інших галузей матеріального виробництва соціально-економічною природою, продукцією, засобами та умовами виробництва. Воно виробляє свою продукцію шляхом транспортування, накопичення, очистки води.

По масштабам ВГК можуть бути міждержавні, державні, загальні, басейнові та ВГК частини басейну.

2.2. Кількісний аналіз джерел водопостачання

Кожен учасник ВГК має певні вимоги по кількості необхідної води з врахуванням нерівномірності використання її на протязі року, доби. Найбільшим водоспоживачем є промисловість (46%), сільське господарство (43%) та житлово-комунальне господарство (11%). В промисловості найбільш великими водоспоживачами є енергетика (60%-свіжої води і 53% зворотної), чорна металургія – (17% та 22%); хімічна та нафтохімічна – (6% і 10%); харчова промисловість 5% і 3%. Ці самі водоємкі галузі промисловості використовують разом біля 83% всієї води промисловості.

Для потреб сільського та рибного господарства забирається 15,8км3 води; на водопостачання сільських населених пунктів – 1,6км3, на зрошення та зволоження – 9,2км3, на заповнення рибних ставків та тимчасові нестандартні водозабори – 5,0млрд.м3. До 10% водопостачання в сільському господарстві складають втрати в каналах зрошувальних систем, на випаровування, фільтрацію, заповнення каналів перед початком поливного сезону.

В басейнах річок України розташовано понад 10тис. водозаборів. Забір води з р. Дніпро складає 23,1км3, або 63,4%. В басейні Дніпра використовується 20,3км3(64%) водних ресурсів маловодного року, в тому числі беззворотно 12,2км3 (74%), а скид стічної води складає 10,8км3(57%).

Розрахунковий водовідбір визначається для кожного учасника ВГК по добовому водоспоживанню:

-  для населення                                 ( 2.1)

де   -  норма водоспоживання на 1 людину, л/добу для населеного пункту;

    -  кількість жителів в даному населеному пунктів, людей;

    - коефіцієнт нерівномірності водоспоживання.

Для промислових підприємств значення витрат розраховується за формулою:

                                      (2.2)

де  - питома витрата для даного виду продукції підприємства;

     - кількість продукції, яка випускається.

В комунальному господарстві вода використовується як на питні потреби, так і для інших потреб населення, роботи підприємств побутового обслуговування (бані, пральні, столові, дитячі садки і т.п.), міського транспорту, будівельних організацій, поливу земних насаджень та на потреби служби пожежної безпеки. Загальна витрата комунального господарства, м3/добу, визначається по середньодобовій нормі споживання для різних категорій споживачів та коефіцієнту нерівномірності водоспоживання.

                                            (2.3)

де  - норма споживання даної категорії комунального підприємства;

- кількість даного водоспоживання;

- коефіцієнт нерівномірності роботи даного водоспоживача;

- термін годин роботи даного типу водоспоживача.

Учасником водогосподарського комплексу є сільське господарство, яке в значній мірі визначає перспективу використання водних ресурсів, так як має значно високі вимоги по кількості води порівняно з іншими водоспоживачами. Особливо великі втрати вимагає зрошення.

Зрошувальна площа ,га,  при зрошенні з водосховищ визначається як:

 ,                                                                                 (2.4)   

де  - об’єм води, який може бути забраний з джерела для зрошення, м3;

        - ККД зрошувальної системи;

    - середня зрошувальна норма, м3/га;

Якщо зрошення планується з річки, то розмір зрошувальної площі , га,  буде визначатись:

 ,                                                       (2.5)

де              ,                                   (2.6)

   

   - витрата, яка забирається на потреби інших господарств,м3/с;

  - необхідна мінімальна витрата річки з екологічних умов м3/с;

         -  ККД зрошувальної системи;

         -  гідромодуль л/сга;

Для кінцевого вирішення площі зрошення та необхідності регулювання стоку річки порівнюється гідрограф стоку річки з необхідною кількістю води, що використовується на зрошення.

Рибне господарство, як галузь народного господарства безпосередньо пов’язана з водними ресурсами. Водогосподарські водойми об’єднуються в рибопромислові басейни в залежності від кормової бази та специфіки гідрологічного режиму. Для рибного господарства важливим є підтримка певних рівнів води в ставках та каналах, що їх з’єднують. Відмітка рівнів води в каналах (чи трубопроводах) повинна бути вище відмітки горизонту води в ставках. Вимоги до ставів обумовлюються тими процесами, які відбуваються в них. Приблизна глибина води приймається від 0,15 до 1,5 м. Зимові пруди мають глибину до 2,5м. Оскільки рибне господарство працює влітку і взимку, то самопливна подача води забезпечується на протязі всіх періодів року. Для визначення відмітки горизонту води в водосховищі необхідно знати різницю відміток води в водосховищі і в літніх ставках (z1) та різницю води в водосховищі і в зимових ставках (z2).

                                              (2.7)

де  - відстань від дна лотка каналу, який подає воду у найвіддаленіший став;

        -   глибина води в каналі;

              -   падіння дна каналу;

         -   втрати напору в головному каналі.

                                            (2.8)

         -   перепад на кінці вод опадаючої системи;

      - глибина води в каналі біля зимових ставків.

Водний транспорт відноситься до водокористувачів, які використовують воду в самому руслі і вимоги полягають в забезпеченні швидкості течії, коливанню рівнів води у прибережних споруд, а також забезпеченню судноплавних глибин. Потреба в воді при шлюзуванні складається з витрати води на шлюзування, втрат на фільтрацію і випаровування. Витрата води визначається об’ємом та кількістю витрачених зливних призм за навігаційний період.

Об’єм зливної призми шлюзу:

                              (2.9)

Добовий об’єм на шлюзування, м3 :

,   м3                                       (2.10)

де ПП – повна кількість шлюзувань за добу;

    ПЗ – кількість зустрічних шлюзувань, може бути прийнята 0,5ПП. Тоді за навігаційний період об’єм використаної води , м3, становить:

,                                     (2.11)

де  - термін навігаційного періоду, діб;

     - термін повені, діб;

       - коефіцієнт нерівномірності шлюзувань.

При створенні водогосподарського комплексу виникає необхідність об’єднання різних категорій водоспоживачів та водокористувачів, кожен з яких вимагає певних умов існування і впливає на сток заданого басейну чи району. В будь-якому випадку використання водних ресурсів існує величина незворотного водоспоживання учасників басейну. Визначається ця величина за формулою:

                                                        (2.13)

де  - незворотне водоспоживання, ;

                   - водозабір свіжої води з водного джерела,   (корисне водоспоживання);

       -  загальна кількість стічних вод, що випускаються з водойми,

Водні ресурси України інтенсивно використовуються, що приводить до змін природних гідрологічних режимів водних джерел. Водоспоживання зростає. Об’єми забору води з поверхневих джерел дорівнюють приблизно 30,4, а з підземних джерел 5,8. Сумарний водозабір по відношенню до відновлювальних водних ресурсів місцевого та сумарного стоку України – відповідно 69,1 та 17,2%.

Підземні води мають важливу роль в водогосподарському балансі країни. Загальна кількість підземної води в водоспоживанні 17%, та 54% - це господарсько-питне водоспоживання. Вони забезпечують водою населення міст та селищ Луганської, Волинської, Закарпатської, Житомирської, Рівненської, Полтавської, Сумської, Тернопільської, Хмельницької, Чернівецької та Кіровоградської областей, де використання підземної води досягає 50...85%. На споживанні підземних джерел базується також сільське водопостачання.

Найбільш інтенсивно експлуатуються водоносні горизонти в алювіальних, алювіально-флювіогляціальних четвертинних відкладеннях, в неогенових, палеогенових та крейдяних утвореннях. Крім того, у Дніпропетровському, Донецько-Донському артезіанських басейнах та в Гірському Криму експлуатується водоносний горизонт юрських відкладень, в Донбасі – кам’яновугільних, на території гідрологічної області Українського щита – водоносний горизонт порід докембрія [9].

Витрата запасів підземних  джерел зростає в середньому на 300 тис

м3/добу щорічно. Загальний відбір підземної води досягає 28% прогнозних експлуатаційних ресурсів. З них в народному господарстві використовується лише 21% (резерв складає 72%).

Таблиця 2.2.

 Сучасне використання підземних вод

по адміністративних областях України

Область

(регіон)

Прогнозні

ресурси,

прийняті за

станом на

01.01.84р., тис. м3/добу

Затверджені

експлуата-

ційні

запаси,

тис.м3/добу

Відбір підземних вод, врахованих прогнозними

ресурсами

Не врахованих прогнозними

ресурсами

всього

на

01.01.92р.

у тому числі

всього

у тому числі

водозаборами

із затвердженими запасами

водозаборами

з незатвер-дженими запасами

шахтного

(рудникового, з кар'єрів) водовідливу

Дренажного

водовідли-ву на ділянках підтоп-лення та зрошення

шахтного

(рудник-ового, з кар'єрів) водовідливу

дренажного

водовідливу на ділянках підтоплення та зрошення

Автономна Республіка Крим 

1281 

1153 

758 

561 

197 

- 

- 

- 

- 

- 

Вінницька 

885 

131 

319 

30

288 

1 

- 

- 

- 

- 

Волинська 

2856 

340 

325 

155 

170 

- 

- 

- 

- 

- 

Дніпропетровська 

1025 

693 

221 

61 

160 

- 

- 

62 

53 

9 

Донецька 

1803 

1054 

506 

286 

220 

- 

- 

143 

143 

- 

Житомирська 

626 

206 

260 

37 

221 

2 

- 

- 

- 

- 

Закарпатська 

1082 

339 

230 

51 

179 

- 

- 

1 

1 

- 

Запорізька 

1283 

313 

391 

92 

294 

5 

- 

6 

6 

- 

Івано-Франківська 

754 

271 

205 

40 

165 

- 

- 

- 

- 

- 

Київська 

4186 

1938 

864 

549 

315 

- 

- 

- 

- 

_ 

Кіровоградська 

402 

219 

225 

62 

155 

8 

- 

- 

- 

_ 

Луганська 

2812 

1791 

1557 

1096 

461 

- 

- 

79 

79 

- 

Львівська 

3644 

1323 

1021 

627 

325 

69 

- 

_ 

_ 

_ 

Миколаївська 

442 

79 

237 

26 

211 

- 

- 

- 

_ 

_ 

Одеська 

737 

341 

414 

109 

305 

- 

_ 

_ 

_ 

_ 

Полтавська 

4046 

799 

427 

221 

206 

- 

_ 

57 

57 

_ 

Рівненська 

3602 

452 

327 

162 

159 

6 

_ 

_ 

_ 

_ 

Сумська 

3432 

578 

441 

236 

205 

- 

_ 

_ 

- 

_ 

Тернопільська 

2193 

263 

269 

108 

161 

- 

- 

- 

- 

_ 

Харківська 

3868 

1032 

502 

256 

246 

- 

- 

- 

- 

_ 

Херсонська 

4055 

923 

1132 

332 

560 

- 

240 

159 

- 

159 

Хмельницька 

1964 

436 

374 

181 

191 

2 

_ 

- 

- 

_ 

Черкаська 

1806 

291 

330 

50 

278 

2 

- 

- 

_ 

_ 

Чернівецька 

405 

171 

102 

38 

64 

- 

- 

- 

- 

_ 

Чернігівська 

8327 

515 

395 

158 

237 

- 

- 

- 

- 

_ 

Всього 

57246 

15651 

11832 

5524 

5973 

95 

240 

507 

339 

168 

Для добування підземної води споруджено більше 110 тис. Свердловин. Частина з них об’єднані груповими 449 водозаборами. Відбір ґрунтової води ведеться шахтними колодязями (1,9млн), які функціонують в основному в сільській місцевості. Експлуатується понад 2тис. джерел, які для водопостачання окремих районів (Гірський Крим) мають велике значення.

Велика необхідність в воді, тобто велике водоспоживання свідчить про зростання розвитку народного господарства. Але джерела не можуть бути знищені зростанням витрат води на водоспоживання. Існує багато напрямків зменшення водоспоживання за рахунок:

  •  введення нових систем зворотного водопостачання;
  •  заміна водяного охолодження технологічного обладнання повітряним та впровадження безстічних систем водопостачання;
  •  наукове обґрунтування та впровадження уточнених норм водоспоживання;
  •  вдосконалення технологічних схем водопостачання та водоподачі;
  •  впровадження економічних напрямків збереження запасів водних ресурсів;
  •  охорона водних ресурсів від виснаження.

2.3 Якісний аналіз джерел водопостачання.

По хімічному складу води поверхневих джерел України відрізняються різноманітністю, що обумовлено особливостями фізико-географічних умов формування річкового стоку. Зміна якості води відбувається навіть по сезонам року і контролюється мережею пунктів спостережень, яка входить в систему моніторингу.

Головною особливістю територіального розподілу показників сольового складу є чітка гідрохімічна зональність із північного заходу на південний схід. Ця зональність не залежить від напрямку течії річок і добре узгоджується з фізико-географічними зонами. Середня річна мінералізація річкової води у напрямку з північного заходу на південний схід зростає від 0,2...0,3 г/дм3 на Поліссі до 3 г/дм3 і більше в Приазов’ї. Концентрація сульфатного іона збільшується від зони мішаних лісів (20...35мг/дм3) і лісостепу (25...75мг/дм3) до степової зони (40...1500мг/дм3). Концентрація хлоридного іона в зоні мішаних лісів коливається в межах 9...26 мг/дм3, у лісостепу та степу – відповідно 20...35 і 145...400 мг/дм3. На більшості створів спостережень стан якості за сольовим складом добрий чи задовільний. Незначна кількість пунктів спостережень має стан якості води погіршений і поганий. Це, зокрема, регіони, які перебувають під впливом скиду шахтних та високо мінералізованих промислових стічних вод (праві притоки Сіверського Донця, річки Салгир, Тисмениця, Гнилоп’ять), та річки аридної зони (Приазов’я). За останні роки дуже змінилися межі рівнів мінералізації і сольового фону за рахунок збільшення концентрації хлоридів (засолення) та сульфатів (підкислення поверхневих вод). Останнє є наслідком порушення водного режиму ґрунтів у зоні водних меліорацій земель, а також прямого скиду стічних вод з територій житлово-комунальних комплексів.

Щодо окремих річок України, то вода Дніпра виділяється наявністю гідрокарбонатів () та іонів  до 60...80%-екв. Мінералізація води у Дніпрі (найменша) 127...162мг/л, загальна жорсткість 1,6...2,0мгекв/л. Літом кількість розчинних солей збільшується до 335...374мг/л, загальна жорсткість води складає 3,6мгекв/л. Крім цього для води Дніпра характерні підвищені концентрації органічних та біогенних речовин, особливо влітку.

Для річки Дністер теж характерним є підвищена наявність біогенних елементів. Мінералізація р. Дністер коливається від 183 до 799мг/л, загальна жорсткість 1,7...8мгекв/л. Іонів кальцію в воді до 30...61%-екв. Вода річки Дністер має збільшений вміст хлоридних іонів (21 – 46%-екв), що свідчить про інтенсивний процес засолення річки.

Вода річки Сіверський Донець має гідрокарбонатний характер на протязі року (40 – 41%-екв) при вмісті іонів Са2+ (28...43%-екв). Мінімальна мінералізація води 593мг/л і загальна жорсткість 8мгекв/л. В період межені хімічний склад води може змінюватися з гідрокарбонатного на сульфатно-хлоридний за рахунок зменшення іонів Са2+  і збільшення іонів Na++K+.

Південний Буг має мінералізацію води 327...411 і навіть 497...701мг/л при збільшеному вмісті іонів  і Са2+ (53...67%-екв). Загальна жорсткість змінюється на протязі року від 3,7...4,0 до 5,8..7,3мг×екв/л.

Хімічна характеристика води великих річок України наведена в таблиці (додаток 1).

2.4.Антропогенне забруднення природних вод України

Крім природних факторів на якісний стан водних джерел значно впливає техногенне навантаження, яке за останні 40 років, внаслідок інтенсифікації розвитку сільського господарства, промисловості  та енергетики, різко зросло і перевищило величину порогу, після досягнення якого втрачаються властивості до самоочищення водойм.

Обсяг промислового, господарсько-побутового та сільськогосподарського водоспоживання і водовідведення зрівнявся, а в деяких районах перевищив річковий стік. Сукупність всіх антропогенних факторів призвела до порушення водних, хімічних і біологічних процесів у ґрунтах, річках та водоймах.

Крім скиду недостатньо очищених та неочищених стічних вод на якість природних вод впливають атмосферні опади. Над Україною переважає західний перенос повітряних мас з Атлантики, які, проходячи над Західною Європою, насичуються викидами промисловості. Таким шляхом Україна одержує приблизно 30-35% техногенного забруднення річкових вод.

Інтенсивне водокористування в Україні досягло рівня, який перевищує екологічну ємність водоресурсного потенціалу країни. Загальний об’єм водозабору вже майже сягає об’єму річного стоку, що формується в межах України в розрахунковий маловодний рік. Відомо, що процеси самовідновлення водних екосистем можливі лише при 10% заборі води із джерела при перевищенні якого можливе глибоке порушення водних екосистем. В басейнах окремих річок (Лугань, Інгул, Кальміус, Салгір та інш.) вода використовується 4-10 разів, а скиди забруднених стічних вод перевищують їх природний скид.

Таким чином забезпечення водою населення України в повному обсязі ускладнюється ще  через незадовільну якість води водних об'єктів. Якість води більшості з них за станом хімічного і бактеріального забруднення класифікується як забруднена і брудна (IV - V клас якості). Найгостріший екологічний стан спостерігається в басейнах річок Дніпра, Сіверського Дінця, річках Приазов'я, окремих притоках Дністра, Західного Бугу, де якість води класифікується як дуже брудна (VI клас). Для екосистем більшості водних об'єктів України властиві елементи екологічного та метаболічного регресу. Основними забруднювачами є промисловість, господарський-комунальний сектор, сільське господарство, енергетика.

За обсягом повного водоспоживання і використання свіжої води найбільш великим користувачем є промисловість – 44% загального водоспоживання, сільського господарства – 34%, житлово-комунального господарства – 21%. Найбільший відсоток в промисловості належить енергетиці – 71% свіжої води та 66% оборотної, чорна металургія 13 та 19% відповідно, хімічна і нафто-хімічна – 4 і 7%. В таблиці 2.2 наведена структура промислового виробництва і водоємкість продукції в Україні.

Витрати свіжої води в Україні на одиницю виробленої продукції значно перевищують такі показники у розвинутих країнах Європи: Франції - в 2,5 рази, ФРН - в 4,3, Великобританії та Швеції - в 4,2 рази.

Сучасні міста теж слід віднести до одних із основних водокористувачів та одночасно забруднювачів природних водоймищ завдяки скиду відпрацьованих забруднених стоків і безповоротними витратами води.

Часто вони не можуть задовольнити потреби за рахунок місцевих водних ресурсів, що необхідно вирішувати за допомогою перерозподілу водних ресурсів між регіонами. Так наприклад для водозабезпечення міст Донбасу і Кривбасу, Харкова, Кіровограда, Умані, Чернівців, Сімферополя, Севастополя та інших побудовано вісім великих каналів (загальною довжиною 1190 км) і десять водоводів (1091 км) загальною пропускною спроможністю 22 км3/рік.

Таблиця 2.3.

Структура промислового виробництва і водоємкість продукції в  Україні

Галузь

Структура промислової продукції,%

Водоємкість продукції, м3/грн.

Дольова водомісткість

млн.,м3

% до загаль-

ного обсягу

Вся промисловість

100

8834

100

0,12

Електроенергетика

12,7

5910

67

0,64

Чорна металургія

21,9

1089

12

0,07

Кольорова металургія

1,5

63

0,7

0,06

Хімічна і нафтохімічна

7,6

408

4,6

0,07

Машинобудування

14,7

320

3,6

0,03

Лісова, целюлозно-паперова

2,1

66

0,7

0,04

Будівельних матеріалів

3,2

100

1,1

0,04

Легка

2,1

39

0,4

0,02

Харчова

16,1

377

4,3

0,03

Інші

18,1

462

5.6

0,03

Розраховано за даними: Статистичний щорічник України за 1995р. Київ.

За обсягом водних ресурсів, що залучаються до водопостачання  міські населені пункти поділяються: в 1219 містах і смт (90%) використовується до 5 млн. м3 води на рік, в 28 містах - 6-10 млн. м3, в 26 містах - 11-20  млн.м3, в 39 містах - 21-50 млн. м3, в 16 містах - 51-100 млн. м3, в 24 містах понад 100 млн. м3 на рік. В останню групу міст на Дніпропетровськ Енергодар і Українку припадає 28%, понад 300 млн.м3 використовується в містах Ладижин, Дніпродзержинськ, Кривий Ріг, Запоріжжя, Харків.

Розподіл водокористування згідно з класифікацією міських населених пунктів за чисельністю населення наведений у таблиці 2.3 з якої видно що найбільші обсяги води використовуються в малих та середніх містах (до 29% використаної води, в тому числі 47% у виробничому секторі).

Відпрацьовані стічні води від промислових підприємств у більшості випадків надходять разом із комунальними стічними водами на міські каналізаційні очисні споруди, які не розраховані на очищення промстоків. За даними Держкоммістобудування, на комунальні очисні споруди, що не розраховані на очищення промстоків за рік надходять понад нормативи 846 т заліза, 65 т міді, 43 т цинку, 27 т нікелю, 12 т хрому, 12 кг ртуті, 42 тис. т нітратів, 1,2 тис. т нафтопродуктів, 178 т жирів. Прикладом такої ситуації була аварія на очисних спорудах Дніпродзержинська 4.03.1996р.

               Таблиця2.4.

Розподіл міського водокористування. %

Міста і смт, тис.чол

Частка міських поселень за:

Кіль-

кістю населення

Об’ємом водокористування

безпово

ротними витрата-ми

скидом

забруд-

нених

стоків

обсягом

оборот-

ного

водопо-

стачання

Потужніс-

тю очис-них спор-уд

разом

В тому числі

Госппобу-

товій

виробни-

чій

50

33

10

13

14

4

17

38

21

51-100

11

19

12

33

6

11

20

12

101-250

11

6

12

8

5

10

12

12

251-500

13

6

16

6

6

14

10

16

501-1000

11

9

16

8

6

24

14

15

1000

21

15

28

19

8

20

4

23

Разом

100

65

97

88

35

96

98

99

Залповий скид  стоків із перевищенням за азотом амонійним в 3 рази, за фосфатами в 1,5 рази, за нафтопродуктами в 17 разів призвів до інтенсивного піноутворення, підйому та виносу активного мулу з системи біологічного очищення, що виключило біологічне очищення міських стоків об’ємом 50 тис. м3 на добу. Для поновлення функціонування очисних споруд знадобилося чотири місяці. Таким чином комунальне господарство стає одним з найактивніших забруднювачів природних вод, скидаючи в них приблизно 370 тис. м3 неочищених та близько 650 тис. м3 недостатньо очищених стоків.

Крім того до основних забруднювачів слід за останній час віднести поверхневий стік із забруднених територій. Рівень забруднення якого значно перевищує господарсько-побутові стічні води особливо навесні ( табл.2.4).

За даними досліджень УкркомунНДІпрогрес на поверхневий стік припадає близько 78% завислих речовин, близько 20% органічних сполук та 68% нафтопродуктів від річної кількості забруднень, що містяться в усіх видах стічних вод з території міста. В умовах, коли понад 60% питної води забирається з поверхневих джерел, а технологічні схеми очисних споруд не відповідають сучасному стану забруднень поверхневого стоку, з одночасним вкрай застарілим та за амортизованим обладнанням станцій водопідготовки, проблема безпеки питного водопостачання набуває важливого значення.

Джерелами забруднення водних ресурсів є також фільтруючі накопичувачі, звалища промислових відходів. В Україні налічується близько 2741 фільтруючих  накопичувачів на яки щороку складається біля 53 тис. т відходів і скидається 2,5 км3 стічних вод. Найбільша їх частина розміщується на території Донецької, Дніпропетровської, Луганської, Полтавської та Сумської областей. Фільтруючі накопичувачі впивають не лише на стан поверхневих але й на стан підземних вод, якість яких внаслідок господарської діяльності також постійно погіршується. Найбільш незадовільний якісний стан підземних вод у Донбасі та Кривбасі. Значну небезпеку в експлуатаційних свердловинах Західної України становить наявність фенолів (до 5 - 10 гранично допустимих концентрацій - далі ГДК), а також підвищення мінералізації та зростання вмісту важких металів у підземних водах Криму.

Таблиця  2.5.

Порівняльні дані забруднення стічних вод міста

Показники

Зливові стоки, максимальні значення

Міські стоки, граничні значення

Завислі речовини, мг/л

2300

100-350

БСК5, мг/л

234

100-400

Нафтопродукти, мг/л

15

10-30

Проблема екологічного стану водних об'єктів є актуальною для всіх водних басейнів України. Що ж до Дніпра, водні ресурси якого становлять близько 80 відсотків водних ресурсів України і забезпечують водою 32 млн. населення та 2/3 господарського потенціалу країни, то це одне з найважливіших завдань економічного і соціального розвитку та природоохоронної політики держави.

Екологічне оздоровлення басейну Дніпра є одним з найважливіших пріоритетів державної політики у галузі охорони та відтворення водних ресурсів. 27 лютого 1997 року Верховною Радою України затверджена Національна програма екологічного оздоровлення басейну Дніпра та поліпшення якості питної води. Основною метою Національної програми є відновлення і забезпечення сталого функціонування Дніпровської екосистеми, якісного водопостачання, екологічно безпечних умов життєдіяльності населення і господарської діяльності та захисту водних ресурсів від забруднення та виснаження. Не в кращому, а подекуди і в гіршому стані перебувають басейни інших річок України (Сіверського Дінця, Дністра, Західного Бугу, Південного Бугу, басейни річок Приазовської та Причорноморської низовин). Тому мета та стратегічні напрями, визначені Національною програмою для Дніпра, є аналогічними і для інших водних басейнів України.

Системний аналіз сучасного екологічного стану басейнів річок України та організації управління охороною і використанням водних ресурсів дав змогу окреслити коло найбільш актуальних проблем, які потребують розв'язання, а саме: надмірне антропогенне навантаження на водні об'єкти внаслідок екстенсивного способу ведення водного господарства призвело до кризового зменшення самовідтворюючих можливостей річок та виснаження водноресурсного потенціалу; стала тенденція до значного забруднення водних об'єктів внаслідок неупорядкованого відведення стічних вод від населених пунктів, господарських об'єктів і сільськогосподарських угідь; широкомасштабне радіаційне забруднення басейнів багатьох річок внаслідок катастрофи на Чорнобильській АЕС; погіршення якості питної води внаслідок незадовільного екологічного стану джерел питного водопостачання; недосконалість економічного механізму водокористування і реалізації водоохоронних заходів; недостатня ефективність існуючої системи управління охороною та використанням водних ресурсів внаслідок недосконалості нормативно-правової бази і організаційної структури управління; відсутність автоматизованої постійно діючої системи моніторингу екологічного стану водних басейнів акваторії Чорного та Азовського морів, якості питної води і стічних вод у системах водопостачання і водовідведення населених пунктів і господарських об'єктів.

      2.5. Аналіз сучасного стану та основні напрямки Національної програми екологічного оздоровлення басейну Дніпра.

У басейні Дніпра сконцентровано основний обсяг виробництва з перевагою „брудних” галузей промисловості (металургійна, хімічна, вугільна), найбільші енергетичні об’єкти і масиви зрошуваних земель, а місцеві водні ресурси значно менші, ніж потреба в них. Внаслідок цього в більшості економічних районах склалася передкризова або кризова водогосподарська  гідроекологічна ситуація, при якій самовідновлююча здатність Дніпра і ін-ших річок басейну вже не забезпечує екологічну рівновагу. Дніпро являє со-бою третю на європейському континенті річку після Дунаю і Волги за пло-щею басейну (509 тис. км2) і четверту за довжиною (2200 км). У верхній течії Дніпро перетинає територію Росії і Білорусі, що відповідає 19 і 23 відсоткам площі його басейну. По Україні Дніпро тече у середній і нижній течії з площею басейну 291,4 тис. км2 (рис.2.1).Водні ресурси басейну Дніпра являють собою біля 80 відсотків усіх водних ресурсів України. Середній багаторічний об`єм стоку Дніпра у гирлі складає 53 км3 у рік. У маловодні роки стік Дніпра зменшується до 43,5 км3 , а в надто маловодні (95 відсотків забезпеченості) – до 30 км3. З середньорічних обсягів стоку Дніпра 32 відсотки формується на території Росії, біля 31 – на території Білорусії. Стік, що формується на території України, в середньому по водності року складає 19,7 км3, а в розрахунковий маловодний рік може зменшитися до 12 км3. Прогнозні ресурси підземних вод у басейні Дніпра в межах України складають 12,8 км3 , 4,7 км3 з яких гідравлічно не пов’язані з поверхневими  водами. Обсяг розвіданих запасів підземних вод на 1995 рік складає 2,6 км3 в рік. Нерівномірність розподілу знижує можливість їх використання до 1,2 км3.

Велике значення у системі водопостачання мають також водосховища та ставки на притоках Дніпра. У басейні Дніпра розташовані 15380 приток різного порядку, загальна довжина яких - 67156 км, збудовано 504 водо-сховища загальною площею водного дзеркала 767 км2 і об’ємом 2,2 км3, на малих річках - 12570 ставків сумарною площею 1086 км2  і об’ємом 1,54 км3.

Рис.2.1. Українська частина Дніпра

На Дніпрі створено каскад з шести водосховищ загальною площею 6950 км2 і повним об’ємом води, що акумулюється 43,8 км3. Будівництво водосховищ порушило екологічну рівновагу річки, корінним чином змінило умови водообміну. Він став повільнішим, порівняно з природними умовами, у 14-30 разів. Дніпро забезпечує водою водоспоживачів не тільки у межах свого басейну. Він є головним, а у деяких випадках і єдиним джерелом водопостачання крупних промислових центрів півдня і південного сходу України. Каналами Дніпро-Донбас, Північно-Кримським і Каховським щорічно перекидається 5-6 км3 стоку за межі басейну. В цілому Дніпро забезпечує водою 2/3 території України, а це – біля 30 млн. людей, 50 крупних міст і промислових центрів, біля 10 тис. підприємств, 2,2 тис. сільських і комунальних підприємств, 50 великих зрошувальних  систем і 4 атомних електростанції.

          Використання водних ресурсів  

За даною державною статистичною звітністю про використання вод у 1995 році у басейні Дніпра зібрано 14,6 км3 поверхневих і підземних вод . З них на господарсько-побутові потреби використано 2,2 км3, на виробничі -6,5 км3, на зрошування-2,7 км3, на сільськогосподарське водопостачання -0,6 км3. За даними Ради по вивченню виробничих сил України Національної академії наук, використання води питної якості на виробничі потреби складає біля 50 відсотків. Приблизно 90 відсотків з цих витрат можливо  задовольнити за рахунок повторного використання води в системах промислового і комунального водозабезпечення. Втрати води під час транспортування складають  10-20 відсотків, нераціональне використання і втрати її у жилому фонді – більше 20 відсотків, у промисловості 20-30 відсотків. У більшості випадків інструментальний облік використання води не ведеться. За оцінкою лабораторії раціонального використання водних ресурсів Київського державного технічного університету будівництва і архітектури, лише за рахунок раціонального використання води у басейні Дніпра можлива економія складе 8  км3 в рік. Промисловість є самою водоємкою галуззю господарства. ЇЇ доля у використанні води у басейні Дніпра у 1995 році склала 49 відсотків від об’єму всього водовикористання або 6 км3. Крім свіжої, у виробництві і зворотних системах водопостачання використовуються 28 км3 води. Друге місце по споживанню водних ресурсів займає сільське господарство, яке використовує 4,4 км3 води, або 35 відсотків від всього водопостачання. На відміну від промислового виробництва, де беззворотне  водоспоживання не перевищує 20 відсотків, у сільському господарстві воно становить 72,5 відсотки від всього беззворотнього водоспоживання у басейні Дніпра. Всього беззворотне  водоспоживання у басейні Дніпра у 1995 році склало 33,8 км3  води, в тому числі:

Таблиця 2.6.

Беззвороне водоспоживання галузей народного господарства

7,3 км3

Беззвороне водоспоживання за межами України

2,0 км3

Втрати з  ставків, водосховищ, каналів

4,1 км3

Втрати на фільтрацію з Каховського водосховища

1,2 км3

Санітарно-екологічний мінімум

(пропуски з Каховського водосховища у Дніпровський лиман)

19,2 км3

Об’єм стоку Дніпра у маловодний рік ( 95 % забезпеченості)

35 км3

        Скид забруднюючих речовин

За даними державної статистичної звітності про використання води у 1995 році, у водні об’єкти басейна потрапило 7,4 км3 стічних вод. З цієї кількості частка нормативно чистих вод складає 4,7 км3, нормативно очищених -0,6 км3, забруднених - 2,0 км3. Зі стічними водами тільки з точкових джерел у 1995 році у Дніпро скинуто 36 тис. т. органічних речовин, що легко окислюються, 613 т нафтопродуктів, 439 тис. т сульфатів, 527 тис. т хлоридів, 29 тис. т нітратів, 27 т міді, 38 т цинку, 10 т нікелю, 11 т хрому, 2 т фенолів і багато інших речовин. Найбільшим забруднювачем водних об’єктів басейну Дніпра є комунальне господарство, чорна та кольорова металургія, коксохімія, важке, енергетичне, транспортне машинобудування і сільське господарство. Так, тільки каналізаційні системи міст Дніпропетровська і Запоріжжя щорічно скидають у Дніпро 196 і 172 млн. м3 забруднених стічних вод відповідно. Найбільш великими промисловими об’єктами-забруднювачами є металургійний завод імені Дзержинського (м. Дніпродзержинськ), комбінат „Запоріжсталь” (м. Запоріжжя), металургійний завод імені Пет-ровського (м. Дніпропетровськ). Щорічно вони скидають у Дніпро 156, 104 і 98 м3 забруднених стоків відповідно.

Негативним фактором, що впливає на якість природних вод, є низька ефективність існуючих очисних споруд. Централізованими системами каналізації забезпечено 94 відсотка міст, 50 відсотків селищ міського типу, і біля 3 відсотків сільських населених пунктів. Дефіцит пропускної спроможності комунальних очисних споруд біологічної очистки у містах і селищах міського типу для попередження скиду забруднених стічних вод у басейн Дніпра складає більш ніж 442 тис. куб. м на добу. На 10 відсотках площі басейну діють системи осушення і зрошування  (53 великі зрошувані системи на площі 1,5 млн. га і значна  кількість ділянок „малого зрошування”). Дренажні води зрошуваних систем являють собою потужне джерело забруднення водних об’єктів отрутохімікатами і мінеральними солями. За даними Українського наукового центру охорони вод  (УкрНЦОВ), стік з сільськогосподарських угідь у балансі надходження, зокрема азоту і фосфору у водні об’єкти Дніпра складає 28 і 7,4 відсотки відповідно. У цілому, з території Дніпра за рік виноситься 19,1 тис. т азоту, 0,63 тис. т фосфору і 0,118 т пестицидів. Таким чином, сільське господарство є одним з основних джерел надходження біогенних елементів.

             Радіаційне забруднення

Виключною особливістю сучасного екологічного стану басейну Дніпра є те, що локальні ситуації, обумовлені безладним  та екологічно небезпечним водокористуванням на території басейну, загостренні Чорнобильською катастрофою. На території басейнів Прип’яті і Дніпра зосереджено біля 450 тис. кюрі цезію-137 і майже 70 тис. кюрі стронцію-90. Потенційне  надходження радіонуклідів із забруднених територій за рахунок поверхневого змиву за рік може  скласти 1-2 відсотка для стронцію-90 і 0,1-0,3- для цезію-137. Водосховища каскаду являються своєрідними накопичувачами радіоактивних речовин. Концентрація цезію-137 від Київського до Каховського водосховища знижується на два порядки, стронцію-90 - майже вдвічі. Від загальної кількості стронцію, що надходить у  Київське водосховище, 23 відсотка залишається в Київському, а 27 відсотків проникає в Кременчуцьке, 11- в Канівське водосховище. Накопичування  радіонуклідів та інших забруднюючих речовин переважно в донних відкладах  створює  передумови для тривалого їх перерозподілу через стік усіх водосховищ   Дніпровського каскаду.

             Якість води

Вказані фактори в сукупності привели до погіршення якості води. Аналіз багаторічних спостережень показав, що найбільш поширеними забруднюючими речовинами річок басейну Дніпра є нітрити, азот амонійний, біогенні та органічні речовини, важкі метали, нафтопродукти і феноли. Концентрація їх свідчить про порушення нормативів якості води, прийнятої для водойм рибогосподарського та культурно–побутового призначення. За рівнем хімічного і бактеріального забруднення вода багатьох річок басейну Дніпра класифікується як забруднена і брудна. Більшість протоків Дніпра забруднено переважно азотом амонійним і нітритним, нафтопродуктами, фенолами, з’єднаннями важких металів. Найвища забрудненість  з’єднаннями важких металів  спостерігалась на таких річках, як Горинь, Тетерев, Гнилоп’ять, Псьол, Самара, Рось, Інгулець. Максимальна концентрація з’єднань міді в деяких випадках  коливалась в межах 34-96 мг/л ГДК, цинку і марганцю- 10-91 мг/л ГДК. У воді Ірши, Ірпеня, Унави, Сейму підвищений вміст азоту амонійного, фенолів, нафтопродуктів. Збільшився вміст азоту амонійного і в Десні. Крім того, тут спостерігався високий рівень забруднення цинком - до 19 мг/л ГДК, марганцем - до 12 мг/л ГДК, нафтопродуктами – до 32 мг/л  ГДК. Вода в Сулі, Удаї, Пслі, Хоролі, Ворсклі, Мерлі, Орелі, Берестовій, Самарі, Вовчій забруднена легкоокислюючими  органічними речовинами, фенолами, з’єднаннями міді, марганцю. Київське  і  Канівське водосховища забруднені переважно азотом амонійним (його концентрація в окремі періоди досягала 14 мг/л ГДК), фенолами (до 14 мг/л ГДК), з’єднаннями міді (до 8 мг/л ГДК), цинку  (до 13 мг/л ГДК) і марганцю (до 10 мг/л ГДК). В порівнянні з попередніми роками, в цих водосховищах  дещо збільшився рівень забрудненості азотом амонійним, фенолами, легкоокислюваними  органічними речовинами. Рівень забрудненості води Кременчуцького і Дніпродзержинського водосховищ  складає: азотом нітритним – в межах 1-2 мг/л ГДК, СПАР – до 2 мг/л, з’єднаннями міді – 1-12 мг/л, цинку – 1-10 мг/л, марганцю – 1-17 мг/л ГДК.  Основними забрудненнями Дніпровського водосховища були  з’єднаннями міді  (до 11 мг/л ГДК), цинку (до 32 мг/л ГДК), марганцю (до 10 мг/л ГДК) і феноли (до 8 мг/л ГДК).  Забруднення  з’єднаннями цинку іноді  досягало 96 мг/л ГДК. Середньорічна концентрація забруднюючих речовин досягала в Каховському водосховищі:

феноли – 1-2 мг/л ГДК, з’єднання міді – 6-11 мг/л ГДК, цинку – 7-12 мг/л ГДК. Висока концентрація  з’єднань цинку (13-25 мг/л ГДК) спостерігалась поблизу Запоріжжя та Нікополя.

На всіх річках України проявляється дія важких металів, нафтопродуктів, СПАР, радіонуклідів. Найбільш інтенсивні процеси спостерігаються в басейнах Західного Бугу, Дністра (Дрогобич), Дунаю, Південного Бугу (Вінниця, Миколаїв), Інгула (скиди дренажних вод зрошувальних систем), Інгульця (район Кривого Рогу), Десни (середня і нижня течія), Сіверського Донця, річок Приазов’я (район розташування промислових центрів) та на всіх водосховищах Дніпровського каскаду.

Забруднення деякої частини річкових басейнів України специфічними речовинами токсичної та радіаційної дії можна віднести на рахунок впливу скидів шахтних вод (Львівсько-Волинський вугільний район, Донбас) стічних вод металургійної та хімічної промисловості, рудників (Кривий Ріг, Дніпропетровськ, Дніпродзержинськ, Запоріжжя), аварії на ЧАЕС та післяаварійних заходів.

Стан, який сьогодні спричинюють радіонукліди у водних системах, можна назвати проміжним. Найбільша їх кількість виявляється у пригирлових ділянках річок. За матеріалом радіаційно-екологічного моніторингу, природний фон річок за стронцієм-90 становить 10-13 та цезієм 137 – 10-3 КП/л і лише у гирлі Дніпра перевищує ці величини. Дуже чутливим щодо екологічних порушень є Полісся. Тут основні річкові системи (за винятком р. Случ) характеризуються погіршенням та поганим екологічним станом.

Дослідження концентрації основних іонів та біогенних речовин в річках басейна Дніпра свідчать, що антропогенний фактор істотно впливає на вміст азоту і фосфору, особливо в річках лісостепової та степової зон. Частина  антропогенної складової  в загальному вмісті мінерального азоту у воді змінюється від 0,4 (верхів’я Інгульця) до 92 відсотків (р. Вовча), а загального фосфору – від 0,02  (р. Ворскла) до 86 відсотків (р. Базавлук).Забруднення води в басейні  Дніпра призвело до порушення природних процесів самоочищення водних об’єктів і значно ускладнило проблему отримання якісної питної води на водопровідних станціях. Водопровідні  очисні споруди вже не можуть перешкоджати надходженню в питну воду значної кількості неорганічних і органічних забруднюючих речовин, сумісна дія яких на організм  людини, особливо в умовах радіаційного навантаження, загрожує  здоров’ю населення. Проблема загострюється тим, що існуючі технології  підготовки  питної води передбачають широке застосування хлору, зокрема для знешкоджування  продуктів розпаду фітопланктону, внаслідок чого у питній воді  утворюється велика кількість токсичних  канцерогенних хлорорганічних з’єднань, які володіють кумулятивною дією.

Якісний аналіз джерел водопостачання дає можливість визначити перелік джерел які можуть використовуватись для потреб учасників водогосподарського комплексу з точки зору якісного складу і вимог водоспоживачів і водокористувачів. Для аналізу всі дані про джерела заносять в таблицю і для кожного показника якості дають його ознаку за групою:

ЗС – загально-санітарні показники якості води;

ЗСЛ – речовини  загально санітарної лімітуючої ознаки небезпечності                     (ЛПШ);

ОР – речовини органолептичного ЛПШ;

СТ – речовини санітарно-токсікологічного ЛПШ;

ТК – Речовини токсикологічного ЛПШ;

РБ – речовини рибогосподарського ЛПШ.

Деякі показники якості можуть мати  дві різні ознаки в залежності від можливого призначення водойма. Дані заносять в таблицю 2.7.

Таблиця 2.7.

Якісний склад води природних джерел

Показники

Одиниці

виміру

Природні

джерела

Нормативи та ГДК забруднень, ознаки чи ЛПВ для різних водоспоживачів

Вимоги до якості промислових підприємств

1

2

3

4

Госп-питні, комунальні

Рибогосподарські

А

Б

В

Г

1. Каламутність

2. Температура

3. Колір

4. Запах

5. Присмак

6. БПКп 

7. ХПК

і т.п.

Мг/л

0C

Град

Бал

Бал

Мг/л

Мг/л

Відповідно  додатку 3

Відповідно  додатку 3

           

 Стан підземних вод

Внаслідок господарської діяльності триває інтенсивне забруднення підземних вод. Найбільші порушення у природному гідрогеохімічному стані спостерігаються у економічно розвинутих районах Дніпропетровської і Запорізької областях з високим рівнем розвитку промисловості, сільського господарства і високою густотою населення. Основними джерелами забруднення є накопичувачі промислових і побутових, рідких і твердих відходів, високомінералізовані  шахтні і рудничні води , мінеральні добрива і отрутохімікати,  накопичувачі відходів на тваринницьких комплексах і фермах. В межах басейну розміщено біля 1000 фільтруючих накопичувачів, з яких 80 відсотків сконцентровано на півдні басейна. Сумарний обсяг накопичених в них високомінералізованих вод досягає 1 км3.  З накопичувачів у підземні водоносні горизонти потрапляють розчини солей, нафтопродукти, ароматичні речовини і тому подібне. Необхідність розробки відповідних заходів по запобіганню  негативного впливу зумовлена  насиченістю басейна  Дніпра накопичувачами промислових відходів та стоків, ступінню їх  негативного впливу і небезпеки (до небезпечних належать 40, а до особливо небезпечних – 15 відсотків промислових накопичувачів), недосконалістю існуючої нормативної бази. В гірнодобуваючих  районах  Дніпропетровської, Запорізької, Донецької та Полтавської областей порушення природних гідрохімічних умов пов’язане  переважно з надходженням в підземні горизонти  високомінералізованих  дренажних, рудничних і шахтних вод. Так, загальна площа  забруднення підземних вод у районі  Кривбаса складає біля 300 км2, максимальна мінералізація їх сягає 12,3 г/л. Фільтрація шахтних вод з накопичувачів у Західному Донбасі  стала причиною підвищення рівня мінералізації підземних вод до 1,5 г/л. Таким чином, у басейні  Дніпра  сформувалися великі ділянки  забруднених підземних вод, зокрема у районах: Дніпропетровська – Дніпродзержинська – стічними водами об’єктів хімічної та металургійної промисловості; Новомосковська – Павлограда – шахтними водами та відходами тваринницьких  комплексів; Кривого Рогу – шахтними водами та стічними водами металургійних заводів;  Житомира – Рівного – стічними водами підприємств хімічної легкої промисловості, а також господарсько-побутовими стічними водами.

Підземні води за хімічним складом теж дуже різноманітні. Характеристика підземних вод наведена в таблиці (додаток 2).

Підземні води являють собою літогенну ланку кругообігу води в природі, тобто цей вид води є невід’ємною частиною загальної гідросфери нашої планети і визначається специфікою нагромадження та динаміки формування ресурсів.

За даними досліджень багатьох вітчизняних гідрохіміків, підземні води зони активного водообміну на території України мають досить чітку природну гідрохімічну зональність, яка полягає у зміні хімічного типу вод і збільшенні концентрації всіх іонів, за винятком гідрокарбонатного, з північного заходу на південний схід. У складчастих областях (Карпати, Гірський Крим) ця зональність дещо згладжена: води мають невисоку мінералізацію з перевагою іонів кальцію і гідрокарбонатів. У зоні мішаних лісів підземні води гідрокарбонатні кальцієві або гідрокарбонатні кальцієво-магнієві з мінералізацією, як правило до 1г/л; у лісостеповій – гідрокарбонатні кальцієві, гідрокарбонатні кальцієво-магнієві, гідрокарбонатні натрієво-кальцієві та гідрокарбонатні кальцієво-натрієві. В степовій зоні на півночі води відрізняються значним вмістом гідрокарбонатів, а в південній частині поширені слабо мінералізовані сульфатно-хлоридні та хлоридно-сульфатні води.

На відміну від поверхневих вод підземні води більш захищені від впливу наслідків господарської діяльності. Але по Україні грунтові води належать до незахищених. За даними паспортизації об’єктів сільгоспводопостачання, яка проводилась організаціями Держводгоспу України, ці води майже скрізь забруднені і за своїм складом не відповідають вимогам, що ставляться до питної води.

Найбільші площі захищених підземних вод спостерігаються в Полтавській (95,3%), Одеській (81,1%) та Чернігівській (77,4%) областях. У цілому в Україні площа захищених водоносних горизонтів становить 39,6%, незахищених – 36,2%, умовно захищених – 24,2%. Найбільші площі незахищених водоносних горизонтів існують в Закарпатській (91,2%), Івано-Франківській (82,2%), Донецькій (81,6%) і Луганській (68,8%) областях.

Внаслідок активної господарської діяльності, яка часто не враховує незахищеність водоносних горизонтів, в Україні спостерігаються суттєві зміни якісного складу підземних вод, що нерідко призводить до зменшення їх кондиційних запасів.

Учасники водогосподарського комплексу надають різні вимоги щодо якості води. Найбільш високі вимоги до якості води ставлять учасники, які потребують воду питної якості. Це населення, харчова промисловість, рибне господарство. Вода більш низької якості може використовуватися для інших галузей промисловості, зрошення. Не ставлять особливих вимог до якості води енергетика, судноплавство, лісосплав. Загальні вимоги до складу та якості води водного об’єкта наведено в таблицях (додатку 3).

      Основні напрямки екологічного оздоровлення басейну Дніпра:

       - обмеження  шкідливого впливу найбільш небезпечних  забруднювачів водних джерел басейну Дніпра, припинення скиду забруднених комунальних стічних вод, забезпечення очистки стічних вод у відповідності з проектними параметрами очисних споруд;

       - зниження водоспоживання на основі  раціонального водокористування з врахуванням  структурної  перебудови господарства, технологічної модернізації і  реконструкцією промислового і аграрного виробництв, комунального господарства;

       - завершення створення водоохоронних зон та прибережних смуг усіх водоймищ басейну;

       - поліпшення системи управління водокористуванням, охороною вод і відтворенням водних ресурсів у відповідності з напрямками екологічного оздоровлення басейну Дніпра та покращення якості питної води;

       - впровадження басейнового принципу управління водокористуванням, охороною вод і відтворенням водних ресурсів;

       - вдосконалення системи екологічного моніторингу басейну Дніпра шляхом  розвитку відомчих мереж та служб, створення на базі  Мінекобезпеки центру узагальнення баз даних про екологічний стан басейну Дніпра;

       - розробка та прийняття сумісно з Російською Федерацією і Республікою Білорусь міждержавної згоди про використання та охорону вод в басейні Дніпра, забезпечення плідної міжнародної співпраці;

Другий етап (до 2010 року) – завершення реалізації широкомасштабних заходів по повному припиненню скиду забруднюючих речовин в рамках встановлених  нормативів.

Приоритетні задачі і комплекс заходів по основних напрямках дій, очікувані результати їх виконання

1. Охорона поверхневих і підземних вод від забруднення

Основні цілі:    - зниження вмісту у водних об’єктах басейну  Дніпра біогенних речовин, нафтопродуктів, пестицидів, іонів важких металів, радіонуклідів та інших  шкідливих речовин;

  - припинення  засмічення водних  об’єктів;

  - вдосконалення  нормативно-правової і  еколого-економічної бази з метою покращення  якісного стану водних об’єктів;

  - вдосконалення  системи обліку, моніторингу і контролю  забруднення  поверхневих і підземних вод, розробка і введення в дію системи ідентифікації та інструментального контролю усіх  стаціонарних джерел забруднення поверхневих вод зі  створенням  відповідної  інформаційної бази даних.

2. Приоритетні заходи та шляхи їх реалізації:

а) Впорядкування існуючого водовідведення на об’єктах  житло – комунального господарства.

Довгострокові цілі:

   - повне припинення скиду у водні об’єкти  неочищених і недостатньо очищених стічних вод  комунального господарства;

   - забезпечення відповідності  рівня  очистки стічних вод встановленим нормативам і стандартам.

Проміжні цілі:

   - припинення скиду забруднених стічних вод в місцях, де їх об’єми істотним чином  впливають на  екологічний і  санітарно-гігієнічний стан водойм;

   - забезпечення  відповідності рівня очистки стічних вод проектним параметрам очисних споруд.

В основу  формування Програми покладені такі задачі:

   - ліквідація  диспропорцій між потужностями водопроводів і потужностями каналізації з метою підвищення ефективності роботи очисних  споруд;

   - завершення будівництва об’єктів  високої степені  будівельної готовності  та введення їх в дію;

    - пріоритетний напрямок  державних  капіталовкладень на здійснення заходів по припиненню надходження у  водні об’єкти  басейну неочищених стічних вод;

    - вирішення проблеми зменшення об’ємів  осадів, які  утворюються на очисних спорудах  каналізації за рахунок більш широкого впровадження технології їх механічного  зневоднення;

    - заміна аварійних каналізаційних мереж та відпрацьованого обладнання очисних станцій.

З метою підвищення рівня експлуатації очисних споруд передбачається:

    - підтримка на державному рівні розробки і впровадження сучасних технологій очистки стічних вод;

    - запобігання надходження на комунальні очисні споруди неочищених та недостатньо очищених промислових  стічних вод, створення умов для ефективного контролю їх надходження;

    - розробка  та впровадження діючих заходів по  посиленню контролю забруднення поверхневих і підземних вод комунальними підприємствами.

б) Впорядкування існуючого водовідведення на сільськогосподарських угіддях:

    - повне припинення скиду у водні об’єкти неочищених стоків від підприємств інтенсивного тваринництва;

    - забезпечення максимально можливого регулювання  поверхневого стоку з сільгоспугідь.

в) Впорядкування існуючого водовідведення на урбанізованих територіях:

    - повне припинення скиду у водні об’єкти неочищених поверхневих стічних вод на територіях міст і селищ міського типу;

    - перебудова системи водовідведення, оснащення мережі дощової каналізації спорудами вловлювання сміття в зливових водах;

    - посилення контролю зі сторони природоохоронних органів за станом поверхні забудованих територій міст і своєчасним прибиранням сміття;

    - створення вчасно реконструкції і забудови міст нових мереж дощової каналізації і направлення їх на  очисні споруди; розробка і введення в дію системи оцінки діючих очисних споруд та врахування міських зливових стоків з створенням  відповідної  інформаційної бази даних.

       Запобігання забрудненню підземних вод

Запобігання забрудненню підземних вод в найбільш екологічно несприятливих районах.

    - розробка  та введення в дію системи ідентифікації та вдосконалення контролю усіх існуючих і вірогідних джерел забруднення підземних вод з створенням відповідної інформаційної бази даних;

    - створення системи управління  якістю підземних вод;

    - дослідження та оцінка  техногенного  навантаження на підземні води, їх захищеності, якісного стану;

    - організація системи моніторингу.

Безпечне використання водних ресурсів

Стратегічна мета – забезпечення в процесі використання водних ресурсів пріоритету природоохоронних функцій над господарськими, раціональне використання поверхневих і підземних вод, широке впровадження водозберігаючих технологій в усіх галузях народного господарства.

       Основні цілі:

    - скорочення обсягів водоспоживання з впровадженням сучасних водозберігаючих технологій;

     - зниження витрат води і скиду забруднених стічних вод за рахунок вдосконалення  технологічних процесів в металургійній, коксохімічній, гірнодобувній та інших галузях промисловості;

    - скорочення використання свіжої води промисловістю за рахунок мінералізованих підземних і шахтних вод;

    - використання в промисловості зворотної і повторно-послідовно використовуючої води на рівні 90-92 відсотків від загального обсягу води, що використовується промисловими підприємствами.

       Пріоритетні заходи та шляхи їх реалізації:

а) Екосистемне регулювання потреб водоспоживання.

З метою забезпечення екосистемного регулювання охорони водних джерел та водоспоживання передбачається:

    - розробка басейнової системи використання та охорони вод, водогосподарських балансів;

    - розробка і впровадження більш раціональних нормативів водокористування в населених пунктах, на господарських об’єктах, сільськогосподарських угіддях;

    - проведення інвентаризації заборів води об’єктами господарської  діяльності;    

    - вдосконалення системи обліку і контролю використання водних ресурсів;

    - стимулювання забезпечення водою виробничих потреб за рахунок доочищених стічних вод населених пунктів, мінералізованих підземних і шахтних вод, повторного використання промислових стічних вод після відповідної підготовки і тому подібне;

    - стимулювання розробки та впровадження ефективних технологічних схем знесолення високомінералізованих стічних вод.

Б) Впровадження мало- і безводних технологій, повторного використання стічних вод, закритих (безстічних) систем виробничого водопостачання  

Здійснення  заходів передбачає:

    - підтримку на державному рівні (за рахунок надання державних кредитів, стимулювання залучення власних засобів і тому подібне) будівництва і реконструкції споруджень виробничого водопостачання підприємств гірнодобуваючої і хімічної галузей промисловості в комплексі заходів по їх структурній перебудові;

    - будівництво і реконструкцію споруд виробничого водопостачання об’єктів господарювання;   

    - впровадження водозберігаючих технологій в сільському господарстві (крапельне та інші види зрошення);

    - впровадження екологічного аудиту з метою оцінки впливу виробничих технологій на водні об’єкти і розробки способів їх вдосконалення.

3. Розрахунок впливу антропогенної діяльності

учасників ВГК на стан річкового басейну

3.1 Характеристика об’єктів водовипуску

При використанні водних ресурсів існує необхідність скиду використаної води. Скид забруднюючих речовин приводить до якісного виснаження водних ресурсів. Основними джерелами забруднення водойм є стічні води комунального господарства, промислові, поверхневий стік з території міст, промислових підприємств і сільськогосподарських угідь. На стан водних ресурсів негативно впливають тваринницькі комплекси і підприємства по переробці продуктів тваринництва. Інтенсифікація сільського виробництва супроводжується швидким зростанням темпів використання мінеральних добрив та хімічних заходів захисту рослин від бур’яну, хвороб, тощо. Внаслідок цього в оточуюче середовище надходить багато хімічних домішок, в тому числі пестицидів та гербицидів, деякі з них є дуже стійкими до впливу зовнішніх факторів і на протязі довгого часу зберігають свої якості.

Особливо негативне те, що забрудненні добривами води з полів неможливо пропустити крізь очисні споруди, а великі площі сільськогосподарських угідь є основними річковими водозборами, з яких вода надходить у водні об’єкти, формуючи їх стік. Таким чином видно що сільське господарство є важливим джерелом забруднення біогенними речовинами, наявність яких інтенсифікує процеси розвитку фітопланктона, стимулює зростання водних мікроорганізмів, викликає заростання водойм, приводить до порушення процесів самоочищення водойм.

Комунальні стічні води міст та населених пунктів дають також велику кількість забруднень. В складі комунальних стоків крім фекальних вод є значна кількість небезпечних з’єднань від використання хімії в побуті та на підприємствах легкої промисловості. В ці води входять мікроорганізми, включно хвороботворні мікроби і віруси, яйця гельмінтів, що робить їх особливо небезпечними для здоров’я  людей і тварин. Особливість комунальних стічних вод у нерівномірності їх надходження, що ускладнює роботу міської системи водовідведення.

Населені пункти додатково забруднюють водні об’єкти поверхневим стоком при наявності дощів або таянні снігу із зливом забруднень з покриття вулиць, площ, територій промислових підприємств. Ці води можуть мати різні види нафтопродуктів та інших небезпечних специфічних забруднень.

Значне забруднення надходить з промислових підприємств. Особливо забрудненні води нафтопереробної, хімічної, металургійної, горно добувної промисловості.

Надмірне забруднення водних ресурсів призвело до прогресуючої евтрофікації та деградації річок і водоймищ України. Особливо відчутне погіршення якості в дніпровських водосховищах, які є головним джерелом водопостачання населення, промисловості та сільського господарства України.

Основна причина цього – надходження до водних об’єктів значної кількості фосфору та інших біогенних речовин як з водою приток, так і внаслідок зливу з території міст та сільськогосподарських угідь за наявності високих температур та температурної специфікації водосховищ у літній період.

Підвищений вміст органічних речовин спостерігається також у воді таких річок України, як Південний Буг, Сіверський Донець, Західний Буг, Дністер тощо. Концентрація цих речовин у річках та водоймах у багатьох випадках перевищує допустимі рівні у 1,5...2 рази.

У воді Дніпровських водосховищ, більшості їх приток, а також річок Південний та Західний Буг, Сіверський Донець, Казенний Торець та деяких інших регулярно виявляють підвищення допустимих рівнів амонію сольового, фенолів, нафтопродуктів, синтетичних поверхнево-активних речовин, металів.

Особливо складна ситуація із забрудненням води склалася в басейнах Сіверського донця, Інгульця, Інгулу та більшості малих річок. Внаслідок надмірного антропогенного навантаження Сіверський Донець та його притоки забрудненні фенолами, хлоридами, амонієм та солями важких металів. Скид стічних вод міста Кіровограда зумовив забруднення річки Інгул органічними, біогенними та іншими речовинами, що небезпечно для водоспоживачів цього джерела (населених міст, сел Кіровоградської, Миколаївської областей, зрошення сільськогосподарських угідь).    

Таким чином при аналізі можливостей водного джерела необхідно мати аналіз якості і кількості стічної води, яка буде скидатись в це джерело, всіх можливих учасників.

Аналіз об’єктів водовописку виконують в слідуючій послідовності:

  1.  Розглядають найближчі до міста (чи найбільшого водоспоживача ВГК) поверхневі джерела, їх гідрологічні характеристики, якість води;
  2.  порівнюють витрату стічної води із середньомісячною витратою розрахункової забезпеченості кожного об’єкта водовипуску;
  3.  враховують категорії водокористувачів в розрахунковому створі, який визначають для водойми:
  •  господарчо-питного (ГП) – на відстані не менше 1км вище по течії існуючого або перспективного пункта водокористування;
  •  культурно-спортивного (КС) – на відстані не менше 1км від верхньої межі населеного пункту;
  •  рибогосподарського (Р) – на відстані не більше 0,5км нижче випуску стічних вод, а для нерестових ділянок – в самому створі випуску;
  1.  порівнюють якість води в кожному з об’єктів водовипуску і приблизно прогнозують його зміни внаслідок скиду стічної води;
  2.  визначають ті об’єкти водовипуску, для яких необхідно виконувати розрахунки при виборі оптимального варіанту скиду стічної води.

Класифікація водокористувань. Для водокористувань встановлюються наступні ознаки класифікації: цілі водокористування; об’єкти водокористування; технічні умови водокористування; умови надання водних об’єктів у користування; характер використання води; спосіб використання водних об’єктів; вплив водокористувань на водні об’єкти.

За цілями водокористування поділяються на господарсько–питні, комунальні потреби населення, на лікувальні, курортні та оздоровчі цілі, потреби сільського господарства, зрошення і обводнення, промислові  потреби, потреби теплоенергетики, територіальний  перерозподіл стоку поверхневих вод і поповнення запасів підземних вод, потреби  гідроенергетики, потреби водного транспорту і лісосплаву, потреби  рибного  господарства,  скид  стічних вод, інші потреби, багатоцільове водокористування.

За об’єктами водокористування води підрозділяються на поверхневі, підземні, внутрішні  територіальні, морські.

За технічними умовами водокористування – на  загальне і спеціальне.

За умовами надання водних об’єктів у водокористування – на сумісне і уособлене.

За характером використання воду розглядають, як речовину з визначеними властивостями, як масу і енергетичний потенціал і як середовище перебування.

Джерела забруднення водойм. Джерелами забруднення визнаються об’єкти, з яких здійснюється скид чи інше надходження у водні об’єкти шкідливих речовин, які погіршують якість поверхневих вод, що обмежують їх використання, а також негативно впливають на стан дна і берегових  водних об’єктів.

Охорона водних об’єктів від забруднення здійснюється посередництвом регулювання діяльності як стаціонарних, так і інших джерел забруднення.

Забруднення поверхневих і підземних вод можна розподілити на такі типи:

    механічне – підвищення вмісту механічних домішок, властиве в основному поверхневим видам забруднень;

    хімічне – наявність у воді органічних і неорганічних речовин токсичної і нетоксичної дії;

    бактеріальне і біологічне - наявність у воді різноманітних патогенних мікроорганізмів, грибів і дрібних водоростей;

    радіоактивне - наявність радіоактивних речовин у поверхневих чи підземних водах;

    теплове – випуск у водойми підігрітих вод теплових і атомних ЕС.

Основними джерелами забруднення і засмічення водойм є нечостатньо очищені стічні води промислових і комунальних підприємств, крупних тваринницьких комплексів, відходи виробництва при розробці рудних копалин; води шахт, рудників, обробці і сплаві лісоматеріалів; скиди водного і залізничного транспорту; відходи первинної обробки льону,пестициди і т.д.

Стічні води – це води, використані на побутові, виробничі чи інші потреби і забруднені різними домішками, що змінили їх первісний хімічний склад і фізичні властивості, а також води, що стікають з території населених пунктів і промислових підприємств в результаті випадіння атмосферних опадів чи поливки вулиць.

Забруднюючі речовини, потрапляючи  в природні водойми, призводять до якісних змін води, які в основному проявляються в зміні фізичних властивостей води, зокрема, поява неприємних запахів, присмаків  і т.д.; в зміні хімічного складу води, зокрема, поява в ній шкідливих речовин, в присутності плаваючих речовин на поверхні води і відкладанні їх на дні водойм.

В залежності від походження виду і складу стічні води поділяють на три основні категорії: побутові (від туалетних кімнат, душових, кухонь, лазень, пралень, столових, лікарень; вони надходять від жилих і суспільних будівель, а також від побутових приміщень і промислових підприємств); виробничі (води, використані в технологічних процесах, що не відповідають більше вимогам, які пред’являються до їх якості; до цієї категорії вод відносять води, що відкачують на поверхню землі при добуванні корисних копалин); атмосферні (дощові і талі; разом з атмосферними відводяться води від поливу вулиць, від фонтанів і дренажів).

В практиці використовується також поняття міські стічні води, які являють собою суміш побутових і виробничих стічних вод. Побутові, виробничі і атмосферні стічні води відводяться як сумісно, так і роздільно. Найбільш широке розповсюдження отримали загальносплавні і роздільні системи водовідведення. При загально сплавній системі всі три категорії стічних вод відводяться по одній загальній мережі труб і каналів за межі міської території на очисні споруди. Роздільні системи складаються з декількох мереж труб і каналів: по одній з них відводяться дощові і незабруднені виробничі стічні води, а по другій чи по декільком мережах - побутові і забруднені виробничі стічні води.

Стічні води являють собою складні гетерогенні суміші, що містять домішки органічного і мінерального походження, які знаходяться у нерозчиненому, колоїдному і розчиненому стані. Ступінь забруднення стічних вод оцінюється концентрацією, тобто масою домішок в одиницю об’єму мг/л чи г/м3. Склад стічних вод регулярно аналізується. Проводяться санітарно–хімічні аналізи по визначенню: величини ХПК (загальна концентрація органічних речовин); БПК (концентрація органічних з’єднань, що окислюються біологічним шляхом); концентрація зважених речовин; активної реакції середовища; інтенсивності забарвлювання; степені мінералізації; концентрації біогенних елементів (азоту, фосфору, калію) та ін. Найбільш складні за складом стічні води промислових підприємств. На формування виробничих стічних вод впливає вид сировини, яка перероблюється, технологічний процес виробництва, реагенти, що застосовуються, проміжні вироби і продукти, склад вихідної води, місцеві умови та ін. Для розробки раціональної схеми водовідведення і оцінки можливості повторного використання стічних вод вивчається склад і режим водовідведення не лише загального стоку промислового підприємства, але також стічних вод від окремих цехів і апаратів. Окрім визначення основних санітарно–хімічних показників у виробничих стічних водах визначаються концентрації специфічних компонентів, вміст яких визначається технологічним регламентом виробництва і номенклатурою застосовуючих речовин. Оскільки виробничі стічні води являють собою найбільшу небезпеку для водойм, ми розглянемо їх більш докладно.

Виробничі стічні води діляться на дві основні категорії: забруднені і незабруднені (умовно чисті). Забруднені виробничі стічні води підрозділяються на три групи:

  1.  Забруднені переважно мінеральними домішками (підприємства металургійної, машинобудівної, рудо- та вугільнодобуваючої промисловості; заводи по виробництву кислот, будівельних виробів і матеріалів, мінеральних добрив та ін.) в яких містяться кислоти, луги, іони важких металів та ін. Це з’єднання миш’яку, свинцю, кадмію, ртуті, хрому, міді, фтору. Важкі метали поглинаються фітопланктоном, а далі передаються по харчовій ланці більш високоорганізованим організмам. Токсичний ефект деяких найбільш поширених забруднювачів гідросфери представлений на рисунку 3.1.

Рис. 3.1Степінь токсичності деяких речовин: 0-відсутній; 1- дуже слабкий; 2-слабкий; 3- сильний; 4- дуже сильний.

Стічні води цієї групи в основному змінюють фізичні властивості води. Крім перерахованих в таблиці речовин, до небезпечних забруднюючих речовин водного середовища можна віднести неорганічні кислоти і основи, що обумовлюють широкий діапазон pH промислових стоків (1,0-11,0) і здатних змінювати pH водного середовища до значень 5,0 або вище 8,0, тоді як риба в прісній і морській воді може існувати лише в інтервалі pH 5,0-8,5.

     2. Забруднені переважно органічними домішками (підприємства м’ясної, рибної, молочної, харчової, целюлозно–паперової, мікробіологічної, хімічної промисловості; заводи по виробництву каучуку, пластмас та ін.). Так стоки целюлозно–паперової промисловості згубно впливають на населення водойм. Окислення деревної маси супроводжується поглинанням значної кількості кисню, що призводить до загибелі ікри, мальків та дорослих риб. Волокна та інші нерозчинні речовини засмічують воду і погіршують її фізико – хімічні властивості.

       3. Забруднені мінеральними і органічними домішками (підприємства нафтодобувної, нафтоперероблюючої, текстильної, легкої, фармацевтичної промисловості; заводи по виробництву цукру, консервів, продуктів органічного синтезу та ін.). В стоках містяться різні нафтопродукти, аміак, альдегіди, смоли, феноли та інші шкідливі речовини. Шкідлива дія стічних вод цієї групи полягає головним чином в окислювальних процесах, внаслідок яких зменшується вміст у воді кисню, збільшується біохімічна потреба в ньому, погіршуються органолептичні показники води. Нафта і нафтопродукти на сучасному етапі являються основними забруднювачами внутрішніх водойм, вод і морів, Світового океану (рис.3.2). Потрапляючи у водойми, вони створюють різні форми забруднення: плаваючу на воді нафтову плівку, розчинені чи емульговані у воді нафтопродукти, осілі на дно важкі фракції і т.д. Це затрудняє процеси фотосинтезу у воді через припинення доступу сонячних променів, а також викликає загибель рослин і тварин.

Рис.3.2. Забруднення поверхні океану нафтою.

При цьому змінюється запах, смак, забарвлення, поверхневий натяг, в’язкість води, зменшується кількість кисню, з’являються шкідливі органічні речовини, вода набуває токсичних властивостей і представляє загрозу не лише для людини. 12 г нафти роблять непридатною для споживання тонну води. Кожна тонна нафти створює нафтову плівку на площі до 12 км2. Відновлення уражених екосистем займає 10-15 років. Інформація про склад деяких органічних речовин в промислових стічних водах представлена на рисунку 3.3.

Рис.3.3. Органічні забруднення, що містяться в промислових стічних водах

Крім вищевказаних 3 груп забруднених виробничих стічних вод має місце скид нагрітих вод у водойму, що являється причиною так званих теплових забруднень. Температура води, що використовується на теплових електростанціях для охолодження пари, підвищується на 3-10º С, а іноді до 20º С. Щільність і в’язкість нагрітої води відрізняються від властивостей більш холодної води приймаючого басейну, тому вони перемішуються поступово. Тепла вода охолоджується або навколо місця зливу, або в змішаному потоці, що тече вниз за течією річки. Потужні електростанції помітно нагрівають води в ріках і бухтах, на яких вони розміщені. Для електростанції потужністю 1000 МВт потрібне озеро площею 810 га, глибиною біля 8,7 м.

Влітку, коли потреба в електричній енергії для кондиціонування повітря дуже велика і її виробка зростає, ці води часто перегріваються. Поняття “теплове забруднення” відноситься саме до таких випадків, оскільки надлишкове тепло зменшує розчинність кисню у воді, прискорює темпи хімічних реакцій і, відповідно, впливає на життя  тварин і рослин у водориймальних басейнах. Існують яскраві приклади того, як в результаті підвищення температури води гинули риби, виникали перешкоди на шляху їх міграцій, швидкими темпами розмножувалися водорості та інші нижчі бур’янисті рослини, відбувалися несвоєчасні сезонні зміни водного середовища. Характерні для холодної води водорості замінюються більш теплолюбними і, на кінець, при високих температурах повністю ними витісняються, при цьому виникають благотворні умови для масового розвитку у водосховищах синьо – зелених водоростей – так званого “цвітіння води”. Усі перераховані вище наслідки теплового забруднення водойм наносять величезну шкоду природним екосистемам і призводять до пагубної зміни середовища існування людини. Пошкодження, які виникли в результаті теплового забруднення, можна розділити на: економічні (втрати внаслідок зниження продуктивності водойм, витрати на  ліквідацію наслідків від забруднення); соціальні (естетичне пошкодження від деградації ландшафтів); екологічні (незворотні руйнування унікальних екосистем, зникнення видів, генетичне пошкодження). Кількість виробничих стічних вод визначається в залежності від продуктивності підприємства по укрупненим нормам водоспоживання і водовідведення для різних галузей промисловості. Норма водоспоживання – це доцільна кількість води, необхідної для виробничого процесу, встановлена на основі науково обґрунтованого розрахунку чи передового досвіду. В укрупнену норму водоспоживання входять всі витрати води на підприємстві. Норми витрати виробничих стічних вод застосовують при проектуванні і реконструкції діючих систем водовідведення промислових підприємств, які знову будуються. Укрупнені норми дозволяють дати оцінку раціональності використання  води на будь–якому діючому підприємстві.

Склад промислових стічних вод коливається в значних межах, що викликає необхідність детального обгрунтувания вибору надійного і ефективного методу очистки в кожному конкретному випадку. В таблиці 3.1 приведені пріоритетні забруднювачі водних екосистем по галузям промисловості.

Таблиця 3.1.

Пріоритетні забруднювачі водних екосистем по галузям промисловості.

Галузь промисловості

Переважаючий вид забруднень

Нафтогазодобування, нафтопереробка

Нафтопродукти, СПАР, феноли,

Целюлозно-паперовий комплекс, лісова промисловість

Сульфати, органічні речовини, лігніни, смоляні і жирні речовини, азот

Машинобудування, металообробка, металургія

Важкі метали, завислі речовини, фториди, ціаніди, амонійний

Хімична промисловість

Феноли, нафтопродукти, СПАР, ароматичні вуглеводні, неорганіка

Гірничодобуваюча, вугільна

Флотореагенти, неорганіка, феноли,

Легка, текстильна, харчова

СПАР, нафтопродукти, органічні барвники, інші органічні речовини

3.2. Санітарні умови спуску стічних вод.

Водойми забруднюються в основному в результаті спуску в них стічних вод від промислових підприємств і населених пунктів. В результаті скиду стічних вод змінюються фізичні властивості води (підвищується температура, зменшується прозорість, з’являються забарвлення, присмаки, запахи); на поверхні водойми з’являються плаваючі речовини, а на дні утворюється осад; змінюється хімічний склад води (збільшується вміст органічних і неорганічних речовин, з’являються токсичні речовини, зменшується вміст кисню, змінюється активна реакція середовища та ін.); змінюється якісний і кількісний бактеріальний склад, з’являються хвороботворні бактерії. Забруднені водойми стають непридатними для питного, а часто і для технічного водопостачання; втрачають рибогосподарське значення і т. д. Загальні умови випуску стічних вод будь–якої категорії в поверхневі водойми визначаються народногосподарською їх значимістю і характером водокористування. Після випуску стічних вод допускається деяке погіршення якості води у водоймах, але це не повинно помітно відображатися на його житті і на можливості подальшого використання водойми в якості джерела водопостачання, для культурних і спортивних заходів, рибогосподарських цілей.

Спостереження за виконанням умов спуску виробничих стічних вод у водойми здійснюється санітарно–епідеміологічними станціями і басейновими управліннями.

Умови скиу стічних вод у водні об’єкти регламентуються “Правилами охорони поверхневих вод від забруднення зворотними водами”, Постанова КМ України № 465 від 25 березня 1999 року.

В правилах встановлено такі нормативи гранично допустимого вмісту забруднюючих речовин в очищених стічних водах після споруд біологічної очистки:

- БСК5 – не більше 15 мг/л;

- ХСК – не більше 80 мг/л;

- завислі речовини не більше 15 мг/л;

- для інших забруднюючих речовин встановлюється органами Мінекобезпеки в дозволі на спец водокористуваня.

Водойми і водостоки (водні об’єкти) вважаються забрудненими, якщо показники складу і властивостей води в них змінились під прямим чи непрямим впливом виробничої діяльності і побутового використання населенням і стали частково або повністю непридатними для одного з видів водокористування. Придатність складу і властивостей поверхневих вод, що використовуються для господарсько-питного водопостачання і культурно–побутових потреб населення, а також рибогосподарських цілей, визначається їх відповідністю потребам і нормативам одночасно. Якщо водний об’єкт чи його ділянку використовують для різноманітних потреб народного господарства, при визначені умов скиду стічних вод слід використовувати більш жорсткі нормативи якості поверхневих вод.

Склад і властивості води, водних об’єктів повинні контролюватися в створі, розміщеному на водостоках на 1 км вище ближчих за течією пунктів водокористування, а на непроточних водоймах і водосховищах – на 1 км по обидві сторони від пункту водокористування.

Склад і властивості води у водоймах чи водотоці в пунктах питного і культурно–побутового водокористування за всіма показниками повинні відповідати нормативам.

Забороняється скидати у водні об’єкти: а) стічні води, які містять речовини чи продукти трансформації речовин у воді, для яких не встановлені ГДК, а також речовини, для яких відсутні методи аналітичного контролю;

б) стічні води, які можуть бути усунені шляхом організації безстічного виробництва, раціональної технології, максимального використання в системах зворотного і повторного водопостачання після відповідної очистки і знезараження в промисловості, міському господарстві і для зрошення в сільському господарстві; в) неочищені чи недостатньо очищені виробничі, господарсько–побутові стічні води і поверхневий стік з територій промислових майданчиків і населених пунктів.

Забороняється скидати у водні об’єкти стічні води, які містять збудники інфекційних захворювань. Стічні води, небезпечні в епідемічному відношенні, можуть скидатися у водні об’єкти тільки після відповідної очистки і знезараження.

Забороняється допускати у водні об’єкти витоки від нафто- і продуктопроводів, нафтопромислів, а також скид сміття, неочищених стічних, підсланевих, баластних вод і витікання інших речовин з плавучих засобів водного транспорту.

Забороняється на водних об’єктах, які використовуються переважно для водопостачання населення, молевий сплав лісу, а також сплав деревини, в пучках і кошелях без судової тяги.

Не допускається скид стічних вод у водні об’єкти, які використовуються для водо– і грязелікування, а також у водні об’єкти, що знаходяться в межах округів санітарної охорони курортів.

Місце випуску стічних вод повинно бути розміщене нижче за течією річки від границі населеного пункту і всіх місць водокористування населення з врахуванням можливості зворотної течії при нагінних вітрах. Місце випуску стічних вод в непроточні і малопроточні водойми (озера, водосховища та ін.) повинно визначатися з врахуванням санітарних, метеорологічних і гідрологічних умов з метою виключення негативного впливу випуску стічних вод на водокористування населення.

Скид стічних вод у водні об’єкти в межі населеного пункту через існуючі випуски допускається лише у виключних випадках при відповідному техніко–економічному обґрунтуванні і за згодою з органами державного санітарного контролю.

Забороняється прийняття в експлуатацію об’єктів з недоробками, відступами від утвердженого проекту, що не забезпечує дотримання нормативної якості води, а також без апробації, випробовування  і перевірки роботи всього встановленого обладнання і механізмів.

Водоохоронні зони. Згідно водного кодексу України, для підтримання водних об’єктів в стані, що відповідає екологічним потребам, для  запобігання забруднення, засмічення і виснаження поверхневих вод, а також збереження середовища мешкання об’єктів тваринного і рослинного світу встановлюються водоохоронні зони. В межах водоохоронних зон встановлюються прибережні захисні смуги, де забороняється орати землю, рубити і корчувати ліс, розміщати тваринницькі ферми і табори, а також вести іншу діяльність.

Державний контроль за дотриманням режиму використання і охоронни прибережних ресурсів та іншої господарської діяльності громадян і юридичних осіб у водоохоронній зоні здійснюється органами і виконавчою владою суб’єктівУкраїни.

Охорона водойм. Водне законодавство України регулює відносини в області використання і охорони водних об’єктів з метою забезпечення прав громадян на чисту воду і благоприємне водне середовище; підтримання оптимальних умов водокористування; якості поверхневих і підземних вод у відповідності з санітарними і екологічними потребами; захисту водних об’єктів від забруднення, засмічення і виснаження; зберігання біологічного різноманіття водних екосистем.

Згідно Водного кодексу України, використання водних об’єктів для питного і господарсько–побутового водопостачання є пріоритетним. Для цих водопостачань повинні використовуватися захищені від забруднення і засмічення поверхневі і підземні водні об’єкти.

Забороняється скид стічних і дренажних вод у водні об’єкти:

  - які містять природні лікувальні ресурси;

  - які особливо охороняються;

  - які знаходяться в місцях  нересту і зимівлі цінних видів риб, що особливо охороняються, в місцях мешкання цінних і занесених до Червоної книги видів тварин і рослин.

Нормативи якості води водойм господарсько–питного і культурно–побутового водокористування встановлюють якість води для водойм за двома видами водокористування: до першого виду відносяться ділянки водойм, що використовуються в якості джерела для централізованого чи нецентралізованого господарсько–питного водопостачання, а також для водопостачання підприємств харчової промисловості; до другого виду – ділянки водойм, які використовуються для купання, спорту і відпочинку населення, а також які знаходяться в межі населених пунктів.

Віднесення водойм до того чи іншого виду водокористування проводиться органами Державного санітарного нагляду з врахуванням перспектив використання водойм.

Приведені в правилах нормативи якості води водойм відносяться до створів, розміщених на проточних водоймах на 1 км вище ближчого за течією пункту водокористування, а на непроточних водоймах і водосховищах на 1 км по обидві сторони від пункту водокористування.

Велика увага приділяється питанням попередження і усуненню забруднень прибережних районів морів. Нормативи якості морської води, які повинні бути забезпечені при спуску стічних вод, відносяться до району водокористування у відведених межах і до створів на відстані 300 м в сторони від цих меж. При використанні прибережних районів морів в якості приймача виробничих стічних вод вміст шкідливих речовин в морі не повинен перевищувати ГДК, встановлені за санітарно–токсикологічним, загально санітарним і органолептичним лімітуючим  показникам шкідливості. При цьому вимоги до спуску стічних вод диференційовані стосовно до характеру водокористування. Море розглядається не як джерело водопостачання, а як лікувальний оздоровчій, культурно–побутовий фактор.

Забруднюючі речовини, що потрапляють в річки, озера, водосховища і моря, вносять значні зміни у встановлений режим і порушують рівноважний стан водних екологічних систем. В результаті процесів обернення забруднюючих водойми речовин, що протікають під  дією природних факторів, у водних  джерелах відбувається повне чи часткове відтворення їх первісних властивостей. При цьому можуть утворюватися вторинні продукти розпаду забруднень, що негативно впливають на якість води. В зв’язку з  тим, що в стічних водах промислових підприємств можуть міститися специфічні забруднення, їх спуск в міську водовідвідну мережу обмежений рядом вимог. Виробничі стічні води, які випускаються у водовідвідну мережу, не повинні: порушувати роботу мереж і споруд; виявляти руйнуючу дію на матеріал труб і елементи очисних споруд; містити більше  500 мг/л зважених і спливаючих речовин; містити речовини, здатні засмічувати мережі чи відкладатися на  стінках труб; містити горючі домішки і розчинені газоподібні речовини, здатні утворювати вибухонебезпечні суміші; містити шкідливі речовини, які перешкоджають біологічній очистці стічних вод чи скиду у водойму; мати температуру вище 40º С. Виробничі стічні води, що не задовольняють цим вимогам, повинні передчасно очищуватися і лише після цього скидатися в міську водовідвідну мережу. 

3.3. Змішування стічних вод із водою водойм.

Після випуску стічних вод в водойми вони поступово змішуються з водами річки, по мірі віддалення від випуску. Крім того, на ступінь змішення впливає співвідношення витрат річкової та стічної води, швидкість течії річки, її глибина, звивистість, тип випуску та інші фактори.

Для визначення ролі річкової води, яка приймає участь в змішенні її із стічними водами, вводять коефіцієнт змішення, який визначається за формулою Фролова та Родзиллера

                                                        (3.1)

де  - коефіцієнт, який враховує вплив гідравлічних факторів

                                                              (3.2)

де  - коефіцієнт звивистості ріки визначається як відношення довжини річки (L) до довжини по прямій виміряній на плані;

- коефіцієнт, який залежить від місця випуску стічних вод:

для берегового випуску =1; для руслового випуску =1,5;

Д – коефіцієнт турбулентної дифузії для рівнинних річок:

;                                                        (3.3)

             де - середня швидкість в річці, ;

           - середня глибина водостоку, м;

          М – функція швидкістної множини

   ,                                                     (3.4)

 - швидкісна множина (коефіцієнт Шезі), яка визначається по формулі Павловського:

  =                                                                          ( 3.5)

де п – коефіцієнт шороховатості русла річки; (при чистому, прямому, незасміченому земляному руслі п=0,025; з деякими нерівностями русла і дна n=0,04; частково засмічене русло, звивисте, з покритим рослинністю дном n=0,05; русло звивисте, замулене, є кущі, дерева п=0,07; русло з летящими доверху краплями води, горного типу п=0,08; горноводоскидний тип русла п=0,1; річка болотного типу п=0,133; глуха пойма п=0,2),

R – гідравлічний радіус для рівнинних річок,  ;

у – коефіцієнт,який розраховується за формулами:

при R1.0                     у=1,5;                                                             (3.6)

при R>1.0                       у=1,3;                                                             (3.7)

       - відстань по фарватеру від місця випуску стічної води до розрахункового створу, м;

 Q – розрахункова витрата води в річці 95% забезпеченості зменшена на величину Qв, , якщо річка – джерело водопостачання і об’єкт водовипуску.

Якщо шлях змішення складається з окремих ділянок з дуже різними значеннями V та Н, то:

             (3.8)

де відповідно довжина, швидкість та глибина на загальній ділянці довжиною  кратність розбавлення стічних вод річковою водою в максимально забрудненому струмені розрахункового створу характеризується коефіцієнтом розбавлення:

                                                                (3.9)

В деяких формулах по визначенню допустимого значення забруднень стічної води при скиді в водойми зустрічається множник:  

                                                                                               (3.10)

Для визначення необхідного ступеня очистки стічних вод враховують процеси самоочищення в природних водоймах, які пов,язані з розбавленням стічних вод водою водойми, фізико-хімічними процесами, життєдіяльністю рослинного і тваринного світу водойми. Процеси розповсюдження інертних домішок в воді проточної водойми описуються рівнянням турбулентної дифузії:

                 (3.11)

де Vx, Vy, Vz -проекції швидкості течії на відповідні вісі;

С - концентрація речовини;

Дх, Ду, Дz - складові коефіцієнту турбулентної дифузії в напряму відповідних осей.

Основною метою розв'язку цього рівняння є визначення коефіцієнту змішування γ, який показує, яка частка води ріки змішується із стічними водами.

Числовий метод розв'язку дозволяє отримати розповсюдження пасивних домішок в плані потоку і визначити, коли струмінь стічних вод досягне протилежного берега, або створ, де концентрації забруднень вирівнюються. Застосування цього методу дозволяє отримати також об'ємне розповсюдження забруднень в непроточній (або слабо проточній) водоймі.

Для розв'язку двовимірної задачі ділянку водотоку розділяють вздовж осі „X" поперечними лініями, які знаходяться одна від одної на відстані ∆Х, а вздовж осі „У" поздовжніми лініями на відстані ∆У одна від одної (рис 3.4).

Cк,екстр

Ск+1,екстр

Ск,1

Ск+1,1

Ск,2

Ск,m-1

Cк,m

Ск+1,m

Cк,m+1

Рис. 3.4 Схема числового методу визначення розповсюдженя пасивних домішок в плані водотоку

Таким чином, ділянка водотоку, яка розглядається, виявляється розділеною в плані на рівні прямокутники площею ∆Х • ∆У, які нумеруються вздовж осей х,у відповідно через k,m. Розрахунок здійснюється від початкового створу, в якому відома концентрація речовини, вниз за течією. Концентрація в наступних створах (к + 1) зв'язана з концентрацією в попередніх (к) слідуючою залежністю.

      (3.12)                                

Розміри сторін кліток приймаються:

          (3.13)                      

де Д - коефіцієнт дифузії визначає мий за формулою (3.8) d3  -  кількість  розрахункових  кліток  в  початковому  створі,  заповнених забруднюючою речовиною, яка вибирається таким чином, щоб d3 > 1 при скиді у берега і d3 > 2 при скиді в руслі.

Граничні умови враховують непроникність речовини через стінки, які обмежують потік. Ці умови реалізуються введенням екстраполяційних значень   концентрацій   Секстр.>   які  записуються  за  границями   стінок,  які обмежують    потік.    Екстраполяційне    значення    розраховується    згідно співвідношення

                                (3.14)

При розрахунку розбавлення екстраполяційне значення використовується таким же чином як дійсне значення С відповідно для кліток, які примикають до границь потоку. Розрахунок використовується за формулою.

      (3,15)                          

Наведений метод розрахунку може використовуватися в будь якому положенні випуску в руслі, а також для розрахунку розповсюдження домішок в звивистих руслах, в яких утворюються поперечна циркуляція і має місце кінематична неоднорідність, яка викликана зміною глибини. Врахування вищенаведених факторів здійснюється введенням корегуючих множників до коефіцієнту турбулентної дифузії, які наведені в. Методичних вказівках по застосуванню Правил охорони поверхневих вод від забруднення стічними водами .

На рис. 3.5 наведено приклад розрахунку розповсюдження завислих речовин в прямолінійному руслі.

0

0

0

1,875

1,875

2,8

2,8

0

0

0

1,875

1,875

2,8

2,8

0

0

3,75

1,875

3,75

2,8

3,75

0

7,5

3,75

5,625

3,75

4,69

3,75

15

7,5

7,5

5,625

5,625

4,69

4,69

15

7,5

7,5

5,625

5,625

4,69

4,69

      

          

Рис.3.5 Приклад розрахунку розповсюдження завислих речовин в прямолінійному руслі

    

 Розрахунок необхідного ступеня очистки стічної води

       Ступінь очистки стічних вод, що скидаються у водойму визначається за кількістю завислих речовин, допустимою величиною БСК, кількістю розчиненого у водоймі кисню, зміні активної реакції, температурі води водойми, допустимою концентрацією шкідливих речовин.

Зв'язок між санітарними вимогами до умов випуску стічних вод у водойму (відповідність складу і властивостей води у водоймі, що використовується для водокористування, встановленим нормативам) і необхідним ступенем очистки стічних вод перед скиданням їх у водойму в загальному вигляді виражається нерівністю:

     (3.16)           

де Сех - концентрація забруднень стічних вод після очищення; q - витрата стічних вод, що скидається у водойму, м3/с; Сг - концентрація забруднень у воді водойми вище випуску, мг/л; CN - граничнодопустима концентрація забруднень у воді водойми, мг/л.

З нерівності (3.14) визначається концентрація шкідливих речовин, яка повинна бути отримана в результаті очистки і знезараження стічних вод:

                     (3.17)                             

Ступінь необхідної очистки визначається за формулою:

                                    (3.18)                      

Допустима концентрація завислих речовин в стічних водах, що скидаються, у відповідності до Правил може бути визначена за формулою:

                       (3.19)                   

де РГДК — допустиме Правилами збільшення вмісту завислих речовин у воді водойми    після    скидання    стічних    вод    (в    залежності    від    категорії водокористування), г/м3; Сг - вміст завислих речовин у водоймі до скидання стічних вод, г/м".

Допустима величина БСК стічних вод, що підлягають скиданню у водойму, Lex розраховується на основі балансу біохімічної потреби у кисні суміші річкової води і стічних вод в розрахунковому створі за формулою:

          (3.20)        

де Lr - БСКПОВН річкової води до місця випуску стічних вод, мг/л; LN -гранично допустима БСК суміші річкової і стічних вод в розрахунковому створі, мг/л; к1ік2- константи швидкості біохімічної потреби кисню стічної і річкової води відповідно; t - час переміщення води від місця випуску стічних вод до розрахункового пункту в добах.

Допустима мінімальна величина БСК стічних вод, що скидаються у водойму находиться виходячи із вимог Правил про збереження у водоймі мінімальної кількості розчиненого кисню після скидання стічних вод (6 мг/л для рибогосподарських і 4 мг/л для усіх інших водойм).

Допустиме навантаження стічних вод на водний об'єкт за вмістом в ньому розчиненого кисню визначається для зимових (після встановлення льодоставу) і літніх умов за наступними формулами:

для зимових умов:

       (3.21)

   для літніх умов:

     (3.22)

де Cor — концентрація розчиненого кисню у воді річки до скидання стічних вод; Con - мінімально допустима концентрація розчиненого кисню, що залежить  від  виду  водокористування;   к2 - коефіцієнт реаерації;   СОш - концентрація розчиненого кисню у стічних водах; Со - гранична розчинність кисню повітря у воді при даній температурі;

          (3.23)                       

тут m - кратність розбавлення за формулою (3.9)

Необхідн ступінь очистки за БСК визначається за формулою (3.18).

За   вмістом   кислоти   або   лугів   гранична   концентрація   шкідливих речовин в стічних водах визначається в мг-екв/л за наступними формулами:

                   (3.24)

                      (3.25)

де [НСОз] - бікарбонатна лужність води, мг-екв/л; СО2 - концентрація розчиненої вуглекислоти, мт/щрК- від'ємний логарифм константи І ступені дисоціації вугільної кислоти, що залежить від температури; pHN -нормативне значення рН.

Температура стічних вод,  при якій дотримуються  санітарні умови відносно температури води у створі пункту водокористування:

                                                                  (3.26)

де Тг — максимальна температура води водойми до випуску стічних вод у літній час, °С; TN — допустиме (не більше ніж на 3° С) підвищення температури води водойми.

Для   визначення   необхідного   ступеня   очистки   стічних   вод   від токсичних речовин, для яких встановлені ГДК, застосовується формула (3.18).  

3.4 Самоочищення водоймищ

Самоочищення води водоймищ - це сукупність взаємопов’язаних гідродинамічних, фізико–хімічних, мікробіологічних і гідробіологічних процесів, що ведуть до відновлення першочергового стану вхідного об’єкту. Кожне водоймище – це складна система, де живуть бактерії, вища водна рослинність, різні безхребетні тварини. Сукупна їх діяльність забезпечує самоочищення водойм. Одна з природоохоронних задач підтримувати здатність самоочищення водойм від забруднень.

Фактори самоочищення водойм можна умовно поділити на три групи: фізичні, хімічні і біологічні.

Серед фізичних факторів першочергове значення має розбавлення, розчинення і перемішування забруднень, що надходять. Добре перемішування і зниження концентрацій зважених частинок забезпечується швидкою течією рік. Сприяє самоочищенню водойм осідання на дно нерозчинних осадів, а також відстоювання забруднених вод. В зонах з помірним кліматом  ріка самоочищається через 200-300 км від місця забруднення.

Знезараження води проходить під впливом ультрафіолетового випромінювання Сонця. Ефект знезараження досягається прямим згубним впливом ультрафіолетових променів на білкові колоїди і ферменти протоплазми мікробних клітин, а також спорові організми і віруси.

Із хімічних факторів самоочищення водойм варто відмітити окислення органічних і неорганічних речовин. Часто дають оцінку самоочищення водойми по відношенню до легко окислюваної органічної речовини або по загальному вмісту органічних речовин.

Санітарний режим водойми характеризується перш за все кількістю розчиненого  в ній кисню. Його повинно бути не менше 4 мг на 1 л води в будь–який період року для водойм першого або другого виду. До першого виду відносяться водойми, що використовуються для питного водопостачання підприємств, до другого – що використовуються для купання, спортивних заходів, а також, що знаходяться в межах населеного пункту.

До біологічних факторів самоочищення водойми відносяться водорості, плісняві і дріжджові грибки. Однак фітопланктон не завжди позитивно впливає на процеси самоочищення: в окремих випадках масовий розвиток синьо–зелених водоростей в штучних водоймах можна розглядати, як процес самозабруднення.

Самоочищенню водойм від бактерій і вірусів можуть сприяти і представники тваринного світу. Так, устриця і деякі інші амеби адсорбують кишкові і інші віруси. Кожен молюск відфільтровує за добу більше 30 л води.

Чистоту водойм не можна уявити без охорони їх рослинності. Тільки на основі глибоких знань екології кожної водойми, ефективного контролю за розвитком населяючих його різних живих організмів можна досягти позитивних результатів, забезпечити прозорість і високу біологічну продуктивність рік, озер і водосховищ.

Несприятливо на процеси самоочищення водойм впливають і інші фактори. Хімічне забруднення водойм  промисловими водами, біогенними елементами (азотом, фосфором і ін.) гальмує природні окислювальні процеси, вбиває мікроорганізми. Теж відноситься і до випуску термальних стічних вод тепловими електростанціями.

Багатостадійний процес, інколи розтягується на тривалий час – самоочищення від нафти. В природних умовах комплекс фізичних процесів самоочищення води від нафти складається із ряду складників: випаровування; осідання комочків, особливо перевантажених наносами і пилом; злипання комочків, зважених в товщі води; спливання комочків, що утворюють плівку з включеннями води і повітря; зниження концентрацій зваженої і розчиненої нафти (густина, в’язкість, коефіцієнт теплового розширення); наявність в воді колоїдів, зважених частинок, планктону і т.д.; температура повітря і їх сонячного освітлення.

      Показники деградації водойми

До показників деградації водойми, в загальному випадку, можуть бути віднесені:

- прикмета евтрофікації: масове розмноження синьо–зелених водоростей, підвищений вміст азоту і фосфору в різних формах. Евтрофікація або евтрофікування - процес збагачення водойм поживними речовинами, особливо азотом або фосфором, головним чином біогенного походження. В результаті відбувається поступове заростання озера і перетворення його в болото, заповнене мулом і рослинними залишками, що розкладаються, яке в кінці-кінців повністю висихає. В природних умовах цей процес займає десятки тисяч років, однак в результаті антропогенного забруднення протікає дуже швидко. Евтрофікація збільшується, коли ріст рослин в водоймі стимулюється азотом і фосфором, що міститься в насичених добривами „стоках” з сільськогосподарських угідь, в чистящих і миючих речовинах і інших відходах. Води озера, що приймають ці стоки, представляють собою  родюче середовище, в якому відбувається бурний ріст водних рослин, що захоплюють простір, в якому звичайно мешкають риби. Водорості і інші рослини, відмираючи, падають на дно і розкладаються аеробними бактеріями, використовуючи для цього кисень, що приводить до замору риби. Озеро заповнюється плаваючими  і прикріпленими водоростями до інших водних рослин, а також дрібними тваринами, що ними харчуються. Синьо-зелені водорості, або ціанобактерії, роблять воду схожою на гороховий суп з дурним запахом і рибним смаком, а також покривають каміння слизистою плівкою.

  •  руйнування берегової лінії як наслідок природних або антропогенних процесів;
  •  скупчення або надмірне розростання (більше чим на 20% від загальної площі водойми) водною рослинністю макрофітів;
  •  зміна видового стада риб в напрямку збільшення долі бур’янних видів;
  •  поява більшої кількості донних червів;
  •  поява риб з патологіями і ін.

Таким чином, оцінка по показникам деградації водойми включає різноманітні методи досліджень і підрахунку (з збиранням або відловом гідробіонтів), гідрохімічні виміри вмісту в воді сполук азоту і фосфору в формах нітратів, нітритів, амонійних органічних і неорганічних сполук, орто– і поліфосфатів і ін.

При оцінці деградації водойми необхідно проводити співставлення даних, отриманих протягом ряду років з виявом тенденцій в вимірах оцінюваних параметрів.

   Інтегральна і комплексна оцінка якості води

Кожен із показників якості води окремо, хоча і несе інформацію про якість води, все ж  не може слугувати мірою якості води, тобто не дозволяє судити про значення інших показників, хоча інколи непрямо буває пов’язаний з деякими з них. Наприклад, збільшене, порівняно з нормою, значення БПК5 непрямо свідчить про підвищений вміст у воді легкоокилювальних органічних речовин; збільшене значення електропровідності – про підвищений солевміст і ін. Разом з тим, результатом оцінки якості води повинні бути  деякі інтегральні показники, які б охоплювали основні показники якості води (або ті із них, по яким зафіксований незадовільний стан). В найпростішому випадку, при наявності результатів по декількох оцінювальних показниках, може бути розрахована сума зведених концентрацій компонентів, тобто відношення їхніх фактичних концентрацій до ГДК по правилу сумування. Критерієм якості води при використанні правила сумування є виконання нерівності:

                            ΣСі  ⁄ ГДК і    ≤  1                                                    (3.27)

де Сфі – і ГДКі  - фактична концентрація в воді і ГДК і-го компонента.

Варто відмітити, що сума зведених концентрацій відповідно ГОСТ- 2874 може розраховуватися тільки для хімічних речовин з однаковими лімітуючими ознаками шкідливості – органолептичні і санітарно–токсикологічні.

При наявності результатів аналізів по достатній кількості показників можна визначити класи якості води, які являються інтегральною характеристикою забрудненості поверхових вод. Класи якості визначаються по індексу забрудненості води (ІЗВ), який розраховується як сума зведених і ГДК фактичних значень 6 основних показників якості води.

 Класи якості води і відповідні їм показники стану водойми приведені в таблиці 3.2.

Таблиця.3.2.

Класи якості води і відповідні їм показники стану водойми.

ККВ

Стан води

Азот амонійний, мг/л

Азот

нітратний,

мг/л

Фосфати,

мг/л

Кисень

(% від насичення)

БПК,

мг/л

Соli-

індекс

(колоній на мл)

1-2

чиста

<0.4

<0.3

<0.05

90-100

0-3

менше

50

3

Помір-

но забруднена

0,4-0,8

0,3-0,5

0,05-0,07

80-90

3-5

50-100

4

Забруднена

0,8-1,5

0,5-1,0

0,07-0,1

50-80

5-7

100-1000

5-6

брудна

1,5-5,0

1,0-8,0

0,1-0,3

5-50

7-10

1000-20000

Примітка.

БПК – біохімічна потреба кисню. Цей показник якості показує на сумарний вміст в воді органічних речовин, які можуть бути окислені в процесі життєдіяльності мікроорганізмів. БПК5 визначають вимірюванням кількості кисню (мг/л), використаного на біохімічне окислення цих речовин за 5 діб. В брудній воді органічних речовин можу бути більше, ніж в чистій, відповідно, більше кисню необхідно на їх окислення. Тому, чим більша забрудненість води і водойми, тим вище значення БПК.

Coli–індекс (колі-індекс) - найбільш поширений показник бактеріального забруднення води, показує наявність в ній кишкових паличок. В нашому випадку вимірюється кількістю колоній бактерій в 1мл досліджуваної води. Деякі види кишкової палички викликають серйозні інфекції, тому чим вищий колі-індекс, тим більш забрудненою є вода і менш придатною для використання людиною.

Таблиця 3.3.

Характеристика інтегральної оцінки якості води.

ІЗВ

Клас якості води

Оцінка якості (характеристика) води

Менше і рівно 0,2

I

Дуже чисті

Більше 0,2-1

II

Чисті

Більше 1-2

III

Помірно забруднені

Більше 2-4

IV

Забруднені

Більше 4-6

V

Брудні

Більше 6-10

VI

Дуже брудні

Більше 10

VII

Надзвичайно брудні

 

Значення ІЗВ розраховують для кожного пункту відбору (створу). Далі по таблиці 3.3, в залежності від значення ІЗВ, визначають клас якості води.

В число 6 основних, так називаємих „лімітуючих” показників, при розрахунку ІЗВ входять, в обов’язковому порядку, концентрації розчиненого кисню і значення БПК5, а також значення ще 4 показників, які є для даної водойми (води) несприятливими, або які мають найбільші зведені концентрації (відношення Сі/ГДКі). Такими показниками, по досвіду гідрохімічного моніторингу водойм, нерідко бувають нітрати, нітрити, амонійний азот (в формі органічних і неорганічних сполук), важкі метали (мідь, марганець, кадмій і ін.), феноли, пестициди, нафтопродукти, СПАР. Для розрахунку ІЗВ показники вибирають незалежно від лімітуючої ознаки шкідливості (як правило, такі речовини володіють відносно більшою токсичністю). Очевидно, не всі із перерахованих показників якості води можуть бути визначені в навчальних закладах.  Задачі інтегральної оцінки ускладнюються ще тією обставиною, що для отримання даних при розрахунку ІЗВ  необхідно проводити аналіз по широкому колу показників,  з виділенням із їх числа тих, по яким спостерігаються найбільші зведені концентрації. При неможливості проведення гідрохімічного обстеження водойми  по всім показникам, що нас цікавлять доцільно визначити, які ж речовини можуть бути забруднювачами води. Це роблять на основі аналізу доступних результатів гідрохімічних дослідів минулих літ, а також відомостей і пропозицій про ймовірні джерела забруднення води. При неможливості виконання аналізів по даному компоненту польовими методами (СПАР, пестициди, феноли і ін.), варто провести відбір проб і їх консервацію з дотриманням необхідних умов, після чого доставити проби в необхідний термін для аналізу в лабораторію. Таким чином, задачі інтегральної оцінки якості води практично співпадають з задачами гідрохімічного моніторингу, тобто для кінцевого висновку про клас якості води необхідні результати аналізів по цілому ряду показників протягом тривалого періоду. До недоліків наведеного способу інтегральної оцінки якості води, не дивлячись на її широке поширення на практиці, можна віднести наступне.

По–перше, врахування ізольованої дії окремих хімічних речовин або їх груп недостатні для оцінки фактичної екологічної ситуації в водоймі або чистоти питної води.

По–друге, багато забруднюючих речовин, що не увійшли в групу з 6-ти лімітуючих показників, випадають із уваги дослідників. В їх числі можуть бути і ті показники, по яким є перевищення ГДК, в також і ті, по яким ГДК не перевищене.

По–третє, в результаті взаємодії багатьох хімічних компонентів в воді, навіть при їх малих концентраціях, можуть утворюватись сполуки, значно більш токсичні, ніж вихідні. Крім того, спільна наявність в воді декількох токсичних речовин, приведе до збільшення їх токсичності (явище синергизма).

По–четверте, (і це може бути самим суттєвим недоліком приведеного методу інтегральної оцінки якості води), визначення ІЗВ передбачає контроль тільки по гідрохімічним показникам, при цьому із поля зору дослідників вислизають мікробіологічні показники, які мають часто визначальне значення при оцінці придатності води для потреб харчового і  побутового використання.

Вказані недоліки інтегральної оцінки якості води зводяться до мінімуму при включенні в «арсенал» методів моніторингу, гідробіологічних методів, наприклад, метод біоіндекації по Вудвісу, методів біотестування. Разом з тим, як вже відзначалось, інтегральна оцінка якості води методом розрахунку ІЗВ практично скрізь використовується як спеціалістами, так і тими, що навчаються, а її результати, як правило, добре узгоджуються з результатами гідробіологічних спостережень. Цікавим є підхід до інтегральної оцінки якості води, розроблений в США. В 1970р. національний Санітарний Фонд цієї країни, розробив стандартний загальноприйнятий показник якості води (ПЯВ), який отримав широке поширення в Америці і деяких інших країнах [33]. При розробці ПЯВ використовувались експертні оцінки на основі великого досвіду оцінки якості води при її використанні для цілей побутового і промислового водопостачання, відпочинку на воді (плавання і водних розваг, риболовлі), охорони водних тварин і риб, сільськогосподарського використання (водопою, зрошення), комерційного використання (судноплавства, гідроенергетики, теплоенергетики) і ін. ПЯВ є безрозмірною величиною, яка може приймати значення від 0 до 100 в залежності від значення ПЯВ можливі наступні оцінки якості води: 100-90 – відмінні; 90-70 – добрі; 70-50 – задовільні; 50-25 – погані; 25-0 – дуже погані. Встановлено, що мінімальне значення ПЯВ, при якому задовольняється більшість державних стандартів якості води, складає 50-58. однак вода в водоймі може мати значення ПЯВ більше вказаного, і в той же час не відповідати стандартам по  яким–небудь показникам.  

Таблиця 3.4.

Вагові коефіцієнти показників при розрахунку ПЯВ по даним Національного Санітарного Фонду США.

Найменування показника

Значення вагового коефіцієнта

Розчинений кисень

0,17

Кількість кишкових паличок

0,16

Водневий показник

0,11

Біохімічна потреба кисню (БПК5)

0,11

Температура (t, теплове забруднення)

0,1

Загальний фосфор

0,1

Нітрати

0,1

Каламутність

0,08

Сухий залишок

0,07

Сума

1

 

ПЯВ розраховується за результатами визначення 9 найважливіших характеристик води – окремих показників, причому кожен із них має особистий ваговий коефіцієнт, що характеризує пріоритетність даного показника в оцінці якості води. Окремі показники якості води, що використовуються при розрахунку ПЯВ, і їх вагові коефіцієнти наведені в таблиці 3.4.

Як слідує із приведених в таблиці 3.4 даних, найбільш впливовими показниками є розчинений кисень і кількість кишкових паличок, що взагалі зрозуміло, якщо згадати важливу екологічну роль розчиненого в воді кисню і небезпеку для людини, обумовлену контактом з  забрудненої фекаліями водою. Крім вагових коефіцієнтів, що мають постійне значення, для кожного окремого показника розроблені вагові криві, що характеризують рівень якості води (Q) по кожному показнику в залежності від його фактичного значення, що визначається при аналізі. Маючи результати аналізів по окремим показникам, по ваговим кривим визначають числові значення оцінки для кожного з них. Останні множаться на відповідний ваговий коефіцієнт,  і отримують оцінку якості води  по кожному із показників. Сумуючи оцінки по всіх визначених показниках, отримують значення загального ПЯВ.

Загальний ПЯВ в значній мірі долає недоліки інтегральної оцінки якості води з розрахунком ПЯВ, тобто містить групу конкретних пріоритетних показників, в число яких входить показник мікробного забруднення.

3.5.Особливості оперативного прогнозування змін хімічного складу річкових вод в умовах техногенного впливу

Для оцінки якості води на  перспективу з умовою впливу антропогенного навантаження на водойми застосовуються різноманітні моделі прогнозування. Існують три стаді: ретроспективний аналіз, оцінка сучасного стану і прогноз.  Складаючи прогноз слід встановити об’єкт прогнозування, виявити його зв’язки з іншими об’єктами для визначення умов, у яких він функціонує, виявити можливі зміни його характеристик (факторів впливу на формування якості  річкової води за незначні проміжки часу).

До переліку речовин за якими складається прогноз рівня забрудненості води, слід включити:

-  речовини, які в контрольному створі річки нижче випуску стічних вод частіше перевищують ГДК;

- речовини, які в умовах трансформації у водне джерело, що обумовлюють суттєве його забруднення на певній ділянці;

-  розчинені у воді кисень та БСК.

При визначенні речовин, що забруднюють ділянку річки, слід використовувати результати систематичних спостережень за розподілом забруднених речовин по довжині річки.

Для оперативного прогнозування рівня забрудненості водного об’єкту стічними водами необхідно мати:

-   карти річкової мережі;

-  перелік і точне знаходження на карті створів гідрологічних постів; створів, де проводяться систематичні гідрохімічні спостереження викидів стічних вод; ділянок на яких водоспоживання залежить від якості води;

- дані про середні швидкості переміщення водних потоків між пунктами гідрологічних спостережень.

При цьому можливо використовувати три способи  моделювання:

       1. Використання рівнянь балансу речовин. Для прогнозів можливих несприятливих змін хімічного складу води водного джерела із заданою завчасністю: у випадку введення нових потужностей випусків неочищених або недостатньо очищених стічних вод; при аварійному скиді стічних вод, що відбувся.

Прогнози вмісту забруднюючих речовин у річковій воді максимально забрудненого потоку в заданому створі виконуються шляхом реалізації алгоритму оперативного прогнозування. Необхідна інформація для складання оперативних прогнозів за рівняннями балансів отримується наступним чином.

За витрату річки береться мінімальна витрата за даними місячних гідрологічних  прогнозів. Фонові концентрації забруднюючих речовин вибираються за даними статистичних спостережень, при наявності результатів систематичних спостережень, за фонову можливо брати концентрацію речовин 50%-вої забезпеченості.

Параметри, які характеризують ступінь перемішування річкових і стічних вод, визначають розрахунковим шляхом за осередненими гідрометричними даними, які повинні відповідати витраті води.

Коефіцієнти, що враховують не консервативність речовин, діапазон концентрацій в якому вони застосовуються – розрахунковим шляхом за результатами лабораторного або натурного моделювання.

При аварійному скиду стічних вод слід  зібрати  наступну інформацію:

- час початку і період аварійного скиду;

- характер випуску стічних вод;

- витрату або загальний об’єм скинутих стічних вод;

- перелік та концентрації забруднюючих речовин;

- основні гідрометеорологічні дані в період виникнення аварійної

ситуації на водному об’єкті:

1- витрати води водостоків вище місця аварійного скиду стічних вод;

2- витрати води водостоків у створах гідрологічних постів, де можливе

переміщення суміші скидів;

3- середні швидкості течії води в створі вище місця аварії.

4- середня ширина і глибина річкового потоку в створах постів.

2. Використання методів статистики. Обробка вихідної гідрохімічної інформації методом математичної статистики дозволяє прогнозувати вміст забруднюючих речовин в річковій воді із застосуванням можливої погрішності розрахунку.

3. Комбінований спосіб обробки гідрохімічної інформації. В його основі лежить використання рівнянь балансу речовин, окремі параметри яких визначають за результатами систематичних спостережень із застосуванням математичної статистики. Застосовується для оперативного прогнозування забрудненості річкової води у будь якому створі річки.

3.6.Раціональне використання підземних вод в умовах антропогенного впливу

Загальна характеристика підземних вод, які залягають неглибоко

Підземними називають всі води, що знаходяться нижче поверхні землі [5]. Відмінні особливості підземних вод: постійність температури (5-120С); відсутність завислих речовин і колірності; висока санітарна надійність; значна мінералізація, а інколи підвищений вміст заліза, фтору, солей жорсткості, метану та сірководню. Вони утворюються в результаті проникнення в глиб землі атмосферних опадів і поверхневих вод, а також внаслідок конденсації водяної пари з атмосфери [19].

Підземні води за гідравлічними умовами поділяють на напірні та безнапірні, а за умовами залягання – на артезіанські і ґрунтові. За ступінню мінералізації підземні води поділяють на прісні (до 1г/л), солонуваті (до 25г/л), солоні (до 50г/л), розсоли (більше 50г/л).

Запаси підземних вод поділяють на природні і експлуатаційні. Природні запаси акумулюються в порах і тріщинах водоносних порід. Вони сумуються із статичних запасів і динамічних запасів, що постійно Поповнюються в природних умовах.

Під експлуатаційними запасами підземних вод розуміють їх витрату, що може бути отримана з родовища за допомогою раціональних енергозберігаючих технологій водозабірних споруд при заданому режимі експлуатації і при якості води, що задовольняє потреби цільового призначення, на протязі розрахункового терміну водоспоживання.

Експлуатаційні запаси підземних вод підраховують в родовищі за результатами детальних вишукових гідрогеологічних робіт в сукупності з експлуатаційною характеристикою підземних вод і додатковими пошуковими роботами.

У відповідності з Класифікацією експлуатаційних запасів [4] підземні води, що затверджуються для проектування та експлуатації, відносяться до категорій А, В і С. Крім того, за ступінню вивченості виділяють попередньо оцінені експлуатаційні запаси за категорією С2, які не можуть входити в експлуатаційні запаси; проте вони є основою для подальших досліджень і уточнення запасів по більш високим категоріям.

За економічною ефективністю використання експлуатаційні запаси підземних вод поділяють на дві групи: балансові і позабалансові. Перші доцільно використовувати при існуючій технології або технології, що освоюється для вилучення підземних вод водозаборами; освоєння других в теперішній час технічно неможливо, економічно недоцільно чи ненадійно. Позабалансові експлуатаційні запаси підземних вод необхідно підраховувати для їх реалізації в перспективі.

Достовірність визначення експлуатаційних запасів підземних вод від достатньої за категорією А до дещо менш достовірного С1 слід враховувати при проектуванні і освоєнні запасів при різних гідрогеологічних умовах, а також при аналізі економічних факторів та надійності кількісного визначення витрат.

Вплив антропогенного фактора на якість підземних вод

Розширення масштабів використання підземних вод для господарсько-питного водопостачання є реальною необхідністю в умовах антропогенного впливу, що підсилюється, на поверхневі водні джерела. Висока якість прісних підземних вод визначається їх кращою захищеністю від забруднень антропогенними факторами. Однак в умовах зростаючого техногенного навантаження  на навколишнє середовище і підземні води піддаються забрудненню. Техногенні елементи знаходяться вже не тільки в верхніх, слабко захищених, водоносних горизонтах, але і в глибоких артезіанських резервуарах. Забруднення підземних вод тягне за собою низку екологічних і соціальних наслідків. Потребує серйозної уваги розповсюдження забруднюючих компонентів з підземних вод по харчовим ланцюгам. В цьому випадку токсичні елементи потрапляють в організм людини  не тільки з питною водою, але й через рослинну і тваринну їжу. Проблема якості підземних вод в даний час перетворилась в одну із найактуальніших проблем людства. Міжнародні норми якості питної води розробляються Всесвітньою організацією охорони здоров’я (ВООЗ). ВООЗ прийняті рекомендовані величини вмісту компонентів, які забезпечують якість води, естетично прийнятне і не являє собою значної небезпеки для здоров’я споживача. Дані величини являються основою при розробці національних стандартів, які за умови вірного застосування мають забезпечити безпеку питного водопостачання. В усіх країнах розробляються стандарти якості води, які є найбільш близькими до рекомендованих величин. В таблиці 3.5 приведені показники якості води за ГОСТ 2874-82, Керівництва за якістю питної води ВООЗ (1994 р.) та СНиП. Якщо якість води не відповідає нормам ГОСТу, їх класифікація може бути проведена за принципом складності технології, необхідної для очистки і видалення компонентів, вміст яких перевищує ГДК. В першому наближенні тут можна виділити три категорії якості: середнє, задовільне і незадовільне. До вод середньої якості відносяться ті, які потребують просту очистку аерацією (від сірководню, радону чи легко окислюваного заліза). До вод задовільної якості відносяться ті, які потребують просту реагентну очистку для знезараження (наприклад, з підвищеним вмістом колі-титра). До вод незадовільної якості відносяться ті, яким необхідна комплексна, складена біо-фізична очистка, з використанням реагенттів.

       Таблиця 3.5.

Показники якості води.

Вміст компонентів і показники властивостей

ГОСТ 2874-82

СНиП, 1988

Посібник ВООЗ, 1994

Мікробіологічні показники

Кількість мікроорганізмів в 1 см3 води

100

-

-

Кількість кишкових паличок в 1000 мл

3

-

-

Кількість кишкових паличок в 100 мл

-

-

0

Органолептичні показники

рН

6,0-9,0

-

6,5-8,5

Загальна жорсткість, мг-екв/л

7,0

-

-

Колірність, град

20

-

15

Сухий залишок, мг/л

1000

-

-

Загальна мінералізація, мг/л

-

-

1000

Сульфати, мг/л

500

-

250

Хлориди, мг/л

350

-

250

Натрій, мг/л

-

-

200

Залишкові полі фосфати, мг/л

3,5

-

-

Залізо, мг/л

0,3

0,3

0,3

Мідь, мг/л

1,0

1,0

1,0

Цинк, мг/л

5,0

5,0

3,0

Марганець, мг/л

0,1

0,1

0,1

Токсикологічні показники

Алюміній, мг/л

0,5

0,5

0,2

Молібден, мг/л

0,25

0,25

0,07

Миш’як, мг/л

0,05

0,05

0,01

Нітрати, мг/л

45

45

50

Поліакриламід, мг/л

2,0

-

-

Свинець, мг/л

0,03

0,03

0,01

Селен, мг/л

0,001

0,01

0,01

Стронцій, мг/л

7,0

7,0

-

Фтор, мг/л

0,7-1,5

1,5

1,5

Хром (VI), мг/л

-

0,05

0,05

Хром (ІІІ), мг/л

-

0,5

-

Кадмій, мг/л

-

0,001

0,003

Ртуть, мг/л

-

0,0005

0,003

Органічні компоненти

Альдрин і дильдрин, мкг/л

-

2,0

0,03

Бензол, мкг/л

-

500

10

Бенз(а)пирен, мкг/л

-

0,005

0,7

Чотирьох хлористий вуглець, мкг/л

-

3,0

2,0

Хлордан, мкг/л

-

-

0,2

Хлорбензоли, мкг/л

20

20

Хлороформ, мкг/л

-

60

200

Хлорфеноли, мкг/л

-

1,0

0,1

ДДТ, мкг/л

-

100

2,0

1,2-дихлоретан, мкг/л

-

20

30

1,2-дихлоретилен, мкг/л

-

0,6

0,3

Гептахлор, мкг/л

-

50

0,03

Гексахлорбензол, мкг/л

-

50

0,1

Гама-ГХЦГ, мкг/л

-

4,0

3,0

Метоксихлор, мкг/л

-

100

20

Пентахлорфенол, мкг/л

-

10

9,0

Тетрахлоретилен, мкг/л

-

-

10

Трихлоретилен, мкг/л

-

60

70

Під антропогенним забрудненням підземних вод розуміють погіршення якості води (хімічних, фізичних, біологічних властивостей), викликане господарською діяльністю людини. Поняття ”забруднення” відноситься перш за все до підземних вод питного призначення. Забруднення підземних вод може виявлятись в підвищенні вмісту природних компонентів, а також в появі специфічних речовин штучного походження – неорганічних (ціаніди, роданіди,), органічних (нафтопродукти, пестициди, феноли, синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР) та ін.). Зазвичай виділяють дві стадії забруднення: початкову стадію, коли вміст компонентів вище фонового, проте нижче ГДК, і власне забруднення, коли концентрації окремих компонентів перевищують ГДК. За видами забруднень виділяють хімічне, біологічне, радіоактивне і теплове забруднення, за масштабом – локальне і регіональне.

Потрапляти забруднення в водоносний горизонт можуть практично з усіх сторін: зверху, збоку, знизу і безпосередньо в пласт в результаті закачки. Вплив забруднюючих речовин на рівновагу в системі вода – порода – газ – жива речовина. З точки зору впливу забруднюючих речовин на гідрохімічні властивості підземних вод, виділяють інертні забруднюючі речовини та активні забруднюючі речовини. Інертні не змінюють Eh-pH стан підземних вод, слабо приймають участь в процесах комплексоутворення і т.д. (NO3-, Cl-, деякі органічні речовини.). Активні забруднюючі речовини змінюють гідрогеохімічну обстановку і, як наслідок, порушують рівновагу в в системі вода – порода – газ – жива речовина (Н+, Fe2+, H2S і т.д.).

Загальний ступінь закомплексованості хімічних елементів, особливо елементів-комплексоутворювачів в забруднених підземних водах, вище, оскільки ці води містять більш високі концентрації аніонів, з якими можливе комплексоутворення цих елементів. Встановлені наступні ряди за ступінню здатності до комплексоутворення в підземних водах: для катіонів – Fe3+ > Al3+ > Pb2+ > Cu2+ >Zn2+ > Fe2+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ > Na2+; для аніонів – органічні речовини > OH2- > CO32- > SO42- > F- > HCO3- > NO3- > Cl-. Біологічне забруднення підземних вод. Даний вид забруднення викликаний різноманітними мікроорганізмами – водоростями, бактеріями, вірусами. Найбільш небезпечне забруднення хвороботворними організмами, що потрапляють в підземні води в основному з фекальними і господарсько-побутовими водами. Час виживання хвороботворних мікробів в підземних водах може сягати 400 діб. Біологічне забруднення підземних вод може інтенсифікуватись тепловим забрудненням. 

Захищеність підземних вод. Можливість забруднення підземних вод з поверхні землі в значній степені визначається захищеністю водоносних горизонтів. Під захищеністю водоносного горизонту від забруднення розуміється його перекритість відкладеннями, що перешкоджають проникненню забруднюючих речовин з поверхні землі чи з водоносного горизонту, що залягає вище [9]. Захищеність залежить від багатьох факторів, які можна розбити на дві групи: природні і техногенні. До основних природних факторів відносяться:  глибина до рівня підземних вод, наявність в розрізі та потужність слабопроникних порід, літологія і сорбційна здатність порід, відношення рівнів водоносних горизонтів, що досліджується і, що вище залягає. До техногенних факторів перш за все слід віднести умови надходження забруднюючих речовин на поверхню землі і, відповідно, характер їх проникнення в підземні води, хімічний склад забруднюючих речовин і, як наслідок їх міграційну здатність, сорбційність, хімічну стійкість, час розпаду, характер взаємодії з породами і підземними водами.

Якісна оцінка може бути проведена у вигляді визначення суми умовних балів або на основі оцінки часу, за який поверхневі води, що фільтруються з поверхні, досягнуть водоносного горизонту (особливості вологопереносу в зоні аерації і процеси взаємодії забруднення з породами і підземними водами при цьому не враховуються). Бальна оцінка захищеності ґрунтових вод детально розроблена В.Г.Гольдбергом [8,9]. Сума балів, що залежить від умов залягання ґрунтових вод, потужностей слабопроникних відкладень і їх літологічного складу, визначає ступінь захищеності ґрунтових вод. За літологією і фільтраційними властивостями слабопроникних відкладень виділяють три групи: а – супісі, легкі суглинки (коефіцієнт фільтрації k=0,1-0,01 м/добу), с – важкі суглинки та глини (k<0,001 м/добу), b – проміжна зона між а і с – суміш порід груп а і с (k=0,01-0,001 м/добу). Нижче приведені дані для визначення балів в залежності від глибини рівня ґрунтових вод Н.

Н, м

Бали

<10

1

10-20

2

20-30

3

30-40

4

>40

5

В таблиця 3.6 подані бали захищеності водоносного горизонту в залежності від потужності m і літології слабопроникних відкладень.

       Таблиця 3.6.

Бали захищеності водоносного горизонту.

m0, м

Літологічні групи

Бали

m0, м

Літологічні групи

Бали

<2

a

1

12-14

A

7

b

1

B

10

c

2

C

14

2-4

a

2

14-16

A

8

b

2

B

12

c

3

C

18

4-6

a

3

16-18

A

9

b

4

B

13

c

6

C

18

6-8

a

4

18-20

A

10

b

6

B

15

c

8

C

20

8-10

a

5

>20

A

12

b

7

B

18

c

10

C

25

10-12

a

6

b

9

c

12

Для розрахунку суми балів необхідно додати бали, отримані за потужність зони аерації, і бали за потужність слабо проникних порід, що знаходяться в розрізі. Наприклад, якщо ґрунтові води залягають на глибині 14м (2 бали) і наявний шар супісі 3м (2 бали), і шар глини 6м (6 балів), то сума балів складе 10. За сумою балів виділяють шість категорій захищеності ґрунтових вод. Категорії захищеності ґрунтових вод, за В.М.Гольдбергом, приведені нижче.

Категорія

Сума

балів

I

<5

II

5-10

III

10-15

IV

15-20

V

20-25

VI

>25

Найменшою значущістю характеризуються умови, що відповідають категорії І, найбільшою – категорії VI.

Ступінь захищеності підземних вод можна визначати безпосередньо за часом фільтрації забруднених вод від поверхні землі до водоносного горизонту. Приблизна оцінка часу, за який стічні води, що фільтруються з поверхні сягають рівня ґрунтових вод, для умов однорідного розрізу зони аерації і постійного рівня у сховищі може бути виконана за відомою формулою Цункера:

t=(nH/k)[m/H-ln(1+m/H)] ,                                         (3.28)

де   Н – висота стовпа стічних вод у сховищі;

 k і m – відповідно, коефіцієнт фільтрації та потужність зони аерації;  n – нестача насичення пород зони аерації.

При наявності в основі сховища рідких відходів захисного екрану із слабопроникних порід, час досягнення рівня ґрунтових вод стічними водами, що фільтруються з поверхні, складається з часу фільтрації через захисний екран (t1), який визначається за приведеною вище формулою, і часу фільтрації через власне зону аерації (t2). Час t2 можна визначити за формулою запропонованою Верігіним:

t2=(n2H/k2){m2/H[1-(m1/H)(k2/k1-1)]ln[1+m2/(H+m1)]},   (3.29)

       де    k1 і m1 – коефіцієнт фільтрації і потужність захисного екрану;

n2, m2, k2 – активна пористість, потужність і коефіцієнт фільтрації зони аерації;

Н – висота стовпа стічних вод в сховищі.

При фільтрації з поверхні землі стічних вод, що скидаються з постійною витратою Q на площу F, може бути два випадки. Якщо q<k (q=Q/F, k – коефіцієнт фільтрації зони аерації), то стічні води, що потрапляють на поверхню землі, повністю підуть на фільтрацію, не утворюючи на поверхні стовпа води.

Промислове забруднення підземних вод. Серед промислових відходів основне  значення в забрудненні підземних вод мають промстоки. Забруднення відбувається в процесі фільтрації стічних вод з накопичувачів, хвосто- і шламосховищ або в результаті їх підземного поховання [10]. В стічних водах знаходяться як компоненти загального хімічного складу вод, так і мікрокомпоненти, гази, органічні речовини.

Часто джерелом промислового забруднення підземних вод є атмосферні опади, насичені газодимовими викидами і продуктами випаровування з поверхні полів фільтрації та накопичувачів стічних вод і відходів. Концентрація в атмосферних опадах промислових районів As, Se, Sb, Cr, V, Cu, Zn, Pb, Cd, Hg та низки інших компонентів може в десятки і сотні разів перевищувати їх фонове значення. Потрапляючи в ґрунт, більшість з них сорбуються в зоні аерації і спочатку не фіксується в значних кількостях в підземних водах. Однак сорбційна ємність порід не безмежна, і в умовах її наповнення або зміни Eh-pH умов в зоні аерації може виникнути повсюдне забруднення ґрунтових вод з наступним перетіканням забруднюючих речовин в більш глибокі горизонти.

З метою попередження забруднення підземних вод навколо діючих водозаборів, встановлюється зона санітарної охорони. Розміри і конфігурація зони санітарної охорони  в плані визначаються гідрогеологічними умовами і характером самого водозабору. Формули для розрахунку часу руху води до водозабору в інших граничних умовах приведені в роботі [9].

Перший пояс ЗСО встановлюється для запобігання випадкового або зумисного забруднення води джерела в місці розташування водозабору та водопровідних споруд. Другий і третій пояса ЗСО передбачаються для запобігання негативного впливу навколишнього середовища на джерело водопостачання в результаті господарської діяльності населення. Межі першого поясу ЗСО джерела водопостачання, як правило, співпадають з огорожею території водозабору.

Для підземного джерела водопостачання відстань від водозабору до огорожі приймається: для надійно захищених горизонтів – не менше 30м; для недостатньо захищених горизонтів – не менше 50м.

Для одиночних водозаборів, розміщених на території об’єкта, який виключає можливість забруднення території, ці відстані за погодженням з місцевими СЕС можуть бути зменшені вдвоє.

Для поверхневого джерела водопостачання з врахуванням природних умов межі приймаються:

              а) для проточних водоток: вверх за течією – не менше 200 м від водозабор, вниз – не менше 100 м; по прилеглому до водозабору берегу – не менше 100 м від лінії зрізу води при літньо-осінній межені;

б) в напрямку протилежного берега: при ширині водотоки більше 100 м – смуга акваторії шириною не менше 100 м; при ширині водотоки менше 100 м – уся акваторія і протилежний берег шириною 50 м від лінії зрізу води при літньо-осінній межені;

в) для непроточних водойм: уся акваторія – не менше 100 м від водозабору у всіх напрямках; по прилеглому до водозабору берегу не менше 100 м від лінії зрізу води при літньо-осінній межені.

Межі другого і третього поясів ЗСО підземного джерела водопостачання визначаються розрахунком, залежно від часу руху води з мікробними (другий пояс) або хімічними (третій пояс) забрудненнями.

Тривалість руху мікробних забруднень з підземним потоком до водозабору в залежності від природних умов приймається по табл 3.7

                                       Таблиця 3.7

Гідрогеологічні умови

Кліматичні райони

І і ІІ

ІІІ і ІV

Грунтові води:

при наявності гідравлічного зв’язку з відкритою водоймою

400

400

те ж, при відсутності гідравлічного зв’язку

400

200

Напірні і безнапірні міжпластові води:

при наявності безпосереднього гідравлічного зв’язку з відкритою водоймою

200

200

те ж, при відсутності гідравлічного зв’язку

200

100

Тривалість руху хімічного забруднення Tx підземним потоком приймається не менше 25 років.

Відстань до межі області захвату при відсутності побутового потоку визначається по формулі:

                                                        (3.30)

де  Q – продуктивність водозабору, м3/доб; Тм.х – розрахунковий час просування мікробних або хімічних забруднень до водозабору (свердловини); т  - потужність водоносного пласта, м; п – активна пористість порід водоносного пласту. Приклад ситуаційного плану підземного водозабору з межами поясів зони санітарної охорони показаний на рис. 3.6.

Межі другого поясу ЗСО  поверхневого джерела водопостачання встановлюються:

 для водотоку:

 вверх по течії – виходячи з часу пробігання води по основному водотоку і його протоках від межі поясу до водозабору при середньомісячній витраті 95 %-й забезпеченості не менше п’яти діб для І і ІІ кліматичних районів і трьох діб для ІІІ і ІV кліматичних районів; вниз по течії – не менше 250 м; бокові межі – від урізу води при літньо – осінній межені не менше 500 м при рівнинному рельєфі і до вершини першого схилу при скелястому, але, як правило, не більше 750 м при пологому схилі і 1000 м при крутому.

Рис. 3.6. Межі поясів зони санітарної охорони

 

   

Зміна гідрогеохімічних умов на урбанізованих територіях. На урбанізованих територіях крім промислового значну роль відіграє забруднення підземних вод комунальними стоками. Крім хімічного тут часто присутнє радіоактивне, бактеріальне, газове і теплове забруднення. Для крупних міст характерно як значне пониження рівнів водоносних горизонтів, що використовуються для централізованого водопостачання, так і підвищення рівня ґрунтових вод за рахунок витоків з водопровідної мережі і зменшення таких витратних статей водного балансу, як випаровування і транспірація. Все це сприяє підсиленню міграції забруднених стічних вод в водоносні горизонти, що залягають нижче. Окремим фактором впливу на підземні води в районі населених пунктів являється їх експлуатація з метою господарсько-питного водопостачання. В процесі відкачки води із свердловин можуть виникати ті ж негативні техногенні процеси, що і при осушенні гірських виробок. Відміна полягає в тому, при експлуатації підземних вод особлива увага має надаватись прогнозу їх якості. Стан підземних вод в районі водозабірної споруди визначається багатьма факторами: типом водозабору, граничними умовами, водоносного горизонту, характером природного руху підземних вод, фільтраційною неоднорідністю порід (плавною і пошаровою). Для водозаборів, що експлуатують напірні водоносні горизонти, особливе значення має конструкція бурових свердловин. Це зв’язано з тим, що при наявності витриманого верхнього водопідпору найбільш вразливим місцем для потрапляння у водонапірний пласт забруднення є затрубний простір водозабірних свердловин. У випадку неякісної цементації обсадних труб виникають штучні гідрогеологічні вікна, якими забрудненні ґрунтові  води можуть безперешкодно потрапляти в водоносний горизонт, що експлуатується [8,9].

4. Розрахунок водогосподарського балансу водопостачання та водовідведення міста та промислових підприємств

4.1 Розрахунок балансу водних ресурсів

Водний баланс річкового басейну чи іншої території за будь-який інтервал часу залежить від кліматичних і метеорологічних факторів, характеру поверхні басейну та його геологічної будови. Велике значення мають рельєф, грунти, гідрографічні особливості. Геологічна будова басейну зумовлює особливості підземної його частини – умови формування підтемних вод та їхню динаміку. Певною мірою водний баланс територій залежить і від антропогенної діяльності.

Водний баланс за багаторіччя оцінювали за даними про прибуткову і витратну складові у вигляді рівняння:

Р=У+Е                                                             (4.1)

а також розгорнутого рівняння водного балансу поверхневої зони басейну:

Р=Уповповн                                                (4.2 )

де Р – опади;

   У – сумарний річковий стік (поверхневий і підземний);

   Упов – поверхнева частка річкового стоку;

   Е – сумарне випаровування;

   Еповн – випаровування з поверхні грунту і рослинності;

   і – інфільтрація в грунти басейну.

Оцінка середніх багаторічних опадів, які випадають в межах адміністративних територій, економічних районів і річкових басейнів, здійснюється за даними метеостанцій та постів, що розташовані рівномірно на території і по яких є багаторічні репрезентативні ряди спостережень. До уваги беруться дані станцій з періодом спостережень не менш як 20 років.

Норма атмосферних опадів у кожному пункті за весь період спостережень обчислюється за формулою:

                                                               (4.3)

де  - норма опадів за [30] за m років;

     - середня величина опадів за наступні роки;

     - кількість років спостережень;

Норма опадів:

                                                                   (4.4)

де    - середні річні суми опадів на і-й станції чи посту;

 - число станцій чи постів спостережень.

По річковому басейну значення кількості опадів визначається за формулою:

                                                              (4.5)

де   f – площа річкового басейну;

    F – площа України або економічного району в цілому.

Складові водного балансу – випаровування та інфільтрація, - як правило, оцінюють непрямими, опосередкованими способами. Сумарне випаровування (Е) з поверхні річкового басейна області, економічного району обчислюється як залишковий член за відношенням:

Е=Р – У                                                             (4.6)

Інфільтрація води (і) у грунти басейну визначається за різницею між опадами (Р), поверхневим стоком (Упов) і поверхневим випаровуванням (Епов):

і=Р – Упов – Епов                                                           (4.7)

Поверхневе випаровування з поверхні грунту і рослинного покриву визначається за методикою Державного гідрологічного інституту. Дані водного балансу по річковим басейнам України та її регіонам наведені в таблицях 10,12. Поверхнева складова середнього багаторічного стоку (Упов) визначається за формулою:

Упов=У – Упідз                                                                  (4.8)

де У – місцевий стік басейну чи економічного району;

   Упідз – підземний стік приймається за даними ДГІ і УкрНДІ Держкомгідрометру.

Розрахунок балансу водних ресурсів в межах річкового басейну чи економічного району виконується в табличній формі (таблиця 4.1).

Сумарний річний об’єм стоку (або незворотних витрат) за рік визначається за формулою:

                                                (4.9)

де , , ...  - місячні об’єми стоку, км3.

Місячний об’єм стоку визначається як:

                                                                   (4.10)

де  - середньомісячна витрата р-забезпеченості за і-ий місяці року, м3/с;

   t – тривалість і-го місяця в сек.;

Баланс абсолютний визначається формулою:

Ба=П – В                                                                        (4.11)

де П – прибуткова частина, км3;

 В – витратна частина, км3.

Баланс відносний:

 ,                                                                    (4.12)

Отриманий баланс може бути позитивним, від’ємним або дорівнювати 0. На кожному розрахунковому рівні необхідно детально проаналізувати числові величини водного балансу.

У випадку від’ємного водного балансу необхідно передбачати заходи поповнення дефіциту і перекидання стоку необхідної кількості з сусідніх басейнів; зарегулювання стоку (багаторічне, сезонне) і застосування не обхідних агромеліоративних заходів; скорочення незворотного споживання шляхом зміни технологічних процесів (застосування маловодних технологій, повторне послідовне та зворотнє водопостачання, встановлення лімітів на водоспоживання, економічні санкції), або обмеження розвитку в даному басейні окремих водоємких галузей народного господарства.

При аналізі водного балансу на різних розрахункових рівнях можуть спостерігатися наступні випадки:

  1.  Баланс позитивний для всіх років розрахункової за безпеченості. Однак у окремі пори року спостерігається дефіцит водних ресурсів. (Достатньо створити водоймище сезонного регулювання).
  2.  Баланс позитивний тільки для років 5, 50, 75% за безпеченості, а в гострозасушливий рік (95%) спостерігається дефіцит води (необхідно проектувати водоймище багаторічного регулювання або у поєднанні з агро меліоративними заходами).
  3.  Баланс позитивний тільки для років 5, 50% за безпеченості. Для маловодних років 75 та 95% - від’ємний. (Необхідне багаторічне регулювання стоку у поєднанні з перекиданням стоку з сусідніх річкових басейнів).
  4.  Баланс негативний для всіх років. (Названі вище заходи не зможуть перекрити гострі дефіцити у воді. Необхідно передбачити обмеження розвитку окремих галузей народного господарства, зміни структури водоспоживання, збільшувати об’єми води на розбавлення стоків).

    4.2. Визначення коефіцієнта ефективності використання води

Балансові розрахунки також виконуються при проектуванні систем водопостачання та водовідведення. Вони дозволяють графічно уявити якісні та кількісні зв’язки між окремими водоспоживачами та спорудами водопровідно-каналізаційного господарства. Складають балансову схему з декелькох варіантів для вибору найбільш раціонального та економічно вигідного. Балансова схема може включати в себе умовні зображення об’єктів:

1 – водоспоживачі – місто, промислове підприємство;

2 – водопровідно-каналізаційні споруди – водозабір (ВДЗ), міські очисні споруди водопроводу (МВОС), локальні водопровідні очисні споруди (ЛВОС), міські каналізаційні очисні споруди (МКОС), станція доочистки стічних вод (СДСВ), локальні каналізаційні очисні споруди (ЛКОС);

3 – джерела водопостачання (ДВ) та об’єкти водовипуску (ОВ).

Стрілками в заданому масштабі показують витрати води:  - яка надходить на всі об’єкти,  - яка відходить від об’єктів.

Для перевірки вірності побудови будь-якої схеми баланс витрат води виконується для кожного об’єкта:

 ,                                                     (4.13)

Якщо на підприємстві є зворотня  система водопостачання, то відсоток використаної зворотної води визначається за розрахунком:

                                        (4.14)

де  - витрата, яка використовується в зворотній системі, м3/с;

 - витрата свіжої води, яка надходить в систему, м3/с.

Формулу можна використовувати і для оцінки використання зворотної води на всьому об’єкті водопостачання (місто, підприємство і т.п.). Беззворотні витрати та втрати води в відсотках для кожного підприємства і для всього об’єкта буде дорівнювати:

,                        (4.15)

де  - витрата стічної води, яка скидається у водойм, м3/с;

 - витрата води, яка використовується послідовно, м3/с.

Ефективність використання води, яка забирається з джерела, на кожному підприємстві, а також на всьому об’єкті водопостачання, оцінюється коефіцієнтом використання:

,                                               (4.16)

Критерії ефективності використання води дозволяють кількісно оцінити кожен варіант балансової схеми при необхідності вибору найбільш оптимального.

На умовних зображеннях об’єктів показують продуктивність в м3/с. На стрілочках руху потоків записують витрати і показники якості води. Показники якості води після об’єднання потоків з витратами Q1, Q2, … Qi і відповідними показниками якості n1, n2n3 визначають з виразу:

,                           (4.17)

Обов’язково nсуміші визначають для стічної води, яка надходить на міські каналізаційні очисні споруди.

На основі розглянутих варіантів балансових схем роблять висновки про вибір найбільш раціональної схеми, можливих витрат та якості води на різних ділянках від водозабору до водоскиду. Кінцевий вибір може бути лише тоді коли проаналізовані умови скиду стічних вод у задане джерело.

Кінцевий висновок можна зробити лише при порівнянні об’ємів води, яка використовується і скидається кожним підприємством даного річкового басейну.

Таким чином проведений аналіз дозволяє знайти найбільш раціональний варіант розміщення промислових підприємств, скоротити забір свіжої води з джерела і зменшити об’єми стічної води, яка забруднює джерело.

4.3. Схеми водопостачання і водовідведення промислових підприємств

Для запобігання забруднення навколишнього середовища, а також для досягнення економічного та екологічного ефекту система водопостачання промислових підприємств повинна бути, як правило, з оборотом води для всього підприємства або у виді замкнутих циклів для окремих цехів; при цьому необхідно передбачати, очищення відпрацьованої води. Послідовна або прямоточна система подачі води на виробничі нестатки зі скиданням очищених стічних вод у водойму допускається тільки при неможливості або недоцільності застосування системи оборотного водопостачання.При прямоточному водозабеспеченні  (рис. 4.1а) уся вода, що забирається з водойми Q, після участі в технологічному процесі (у виді відпрацьованої) повертається у водойму, за винятком тієї кількості води, що безповоротно витрачається у виробництві Q. Кількість стічних вод, що відводяться у водойму, Q складає:

,                                              (4.18)

Стічні води в залежності від виду забруднень і інших умов перед скиданням у водойму повинні проходити через очисні споруди. У цьому випадку кількість стічних вод, що скидаються у водойму, зменшується, оскільки частина води відводиться зі шламом.

Рис. 4.1. Схеми водозабезпечення промислових підприємств

1- вода чиста свіжа, не нагріта; 2- стічна вода, нагріта ; 3- теж саме, забруднена  і брудна; 4- теж саме, очищена; ПП, ПП-1 і ПП-2- промислові підприємства; ОС- очисні споруди ; Q- вода яка подається на промислові потреби; Q Q і Q – вода, яка безповоротно використовується підприємствами ; Q – вода, яка видаляється зі шлаками; Q- вода, яка скидається в водойму  

При схемі водопостачання з послідовним використанням води (рис. 4.1б), що може бути двох-триразовим, кількість стічних вод, що скидаються, зменшується відповідно до втрат на усіх виробництвах і на очисних спорудженнях, тобто:

,                               (4.19)

Якщо в системі оборотного водопостачання промислового підприємства вода є теплоносієм і в процесі використання лише нагрівається, то перед повторним застосуванням її попередньо прохолоджують у ставку, бризкальному басейні, градирні (рис.4.2а, 4.3); якщо вода служить середовищем, що поглинає і транспортує механічні і розчинені домішки, і в процесі використання забруднюється ними, то перед повторним застосуванням стічна вода проходить обробку на очисних спорудженнях (рис. 4.2б); при комплексному використанні стічні води перед повторним застосуванням піддаються очищенню й охолодженню (рис. 4.2в).

Рис. 4.2. Схеми оборотного водопостачання промислових підприємств

а- з охолодженням стічних вод; б- з очисткою стічних вод; в- з очисткою і охолодженням стічних вод; 1-  вода свіжа, чиста, не нагріта; 2- стічна вода, нагріта; 3- теж саме, не нагріта і брудна; 4- теж саме, очищена; 5- стічна вода, забруднена; 6- оборотна вода ; ОУ- охолоджуючі установки; Q- вода, яка подається на виробничі потреби;  Q- оборотна вода; Q- вода, яка втрачається на випаровування  і вихід з охолоджуючих установок.   

При таких системах оборотного водопостачання для компенсації безповоротних утрат води у виробництві, на охолоджувальних установках (випаровування з поверхні, віднесення вітром, розбризкування), на очисних спорудженнях, а також утрат води, що скидається в каналізацію, здійснюється підживлення з водойм і інших джерел водопостачання. Кількість  підживлюваної  води визначається по формулі:

 ,                                     (4.20)

Підживлення систем оборотного водопостачання може здійснюватися постійно і періодично. Загальна кількість води, що додається, складає 5 - 10 % загальної кількості води, що циркулює в системі.

Ефективність використання води на промислових підприємствах оцінюється трьома показниками.

  1.  Технічна досконалість системи водопостачання оцінюється кількістю використаної оборотної води Роб, %:

                                               (4.21)

де Qоб, Qвик і Q — кількість води, використовуваної відповідно в обороті, що забирається на джерела і, що надходить у систему водопостачання із сировиною.

  1.  Раціональність використання води, що забирається з джерела, оцінюється коефіцієнтом використання Квик :

                                                           (4.22)  

3.Втрати води, %, визначаються по формулі:

                                   (4.23)

       де    Qпосл — кількість води, використовуваної у виробництві послідовно.

Для систем водопостачання промислових підприємств рекомендується складати баланс води, що включає втрати на скидання і необхідне підживлення витрат води у систему.

Надходження води в систему здійснюється не тільки з джерел водопостачання і після повторного її використання, але також з вихідною сировиною і напівфабрикатами, з допоміжними речовинами (паливо, реагенти і т. п.), з атмосферними опадами (дощ, сніг що станув), у виді шахтного або рудничного водовідливу, а також підземної (дренажної), інфільтраційної води й ін.

Загальний дефіцит води в системах водозабезпечення складається з витрат на безповоротне споживання (віднесення з продуктом і відходами), мийку, полив проїздів і насаджень, випаровування в охолоджувачах оборотної води, віднесення з повітрям у виді крапель з охолоджувачів оборотної води (рис 4.3), природне випаровування з водної поверхні, транспірацію рослинністю у водоймах, фільтрацію із системи в ґрунт, скидання оборотної води у водойми при погіршенні її якості (продувка), скидання стічних вод у водойму.

Рис. 4.3. Схема оборотного водопостачання підприємства з використанням градирень.

Безповоротне споживання і утрати води у виробництві складаються з кількостей віднесеної з продуктом і з відходами води, обумовлених технологічним розрахунком.

Для дотримання водного балансу в системі водопостачання усі види втрат компенсують еквівалентною кількістю води, що додається. Для розрахунку систем водопостачання і водовідведення необхідно складати графіки припливу стічних вод, а також графічні схеми водного балансу по кожним споживачі води на території промислового підприємства. У цих балансових схемах вказується кількість води, поданої кожному споживачеві (апаратові, цехові, корпусові), що скидається кожним споживачем, що втрачається безповоротно у виробництві, на охолоджувальних установках, очисних спорудженнях і т.д. У схемах, крім того, вказується: напрямок руху води; види водопровідних і водовідвідних комунікацій або категорії води, що транспортується по комунікаціях; розташування споживачів води, споруджень по її охолодженню, очищенню і т.д. Такі схеми складаються або в абсолютних кількостях циркулюючих вод за одиницю часу (м3/добу, м3/год), або в питомих витратах води на одиницю продукції або споживаної сировини (м3/т). На рис. 4.4, як приклад, приведена балансова схема водоспоживання і водовідведення промислового підприємства.

При виборі системи і схеми каналізації промислових підприємств необхідно враховувати:

1)вимоги до якості води, використовуваної в різних технологічних процесах, і їхня кількість;

2)кількість, склад і властивості стічних вод окремих виробничих цехів і підприємства в цілому, а також режими водовідведення;

3)можливість скорочення кількості забруднених промислових стічних вод підприємства шляхом раціоналізації технологічних процесів;

4)можливість повторного використання виробничих стічних вод у системі оборотного водопостачання або для технологічних нестатків іншого виробництва, де припустимо застосовувати воду більш низької якості;

5)доцільність витягу і використання коштовних речовин, що утримуються в стічних водах;

6)можливість поділу виробничих стічних вод для повторного використання незабруднених у виробництві й обробки забруднених стічних вод;

7)можливість і доцільність спільного каналізування декількох близько розташованих промислових підприємств, а також можливість комплексного рішення каналізування промислового підприємства і населеного пункту;

8)можливість використання в технологічному процесі очищених побутових стічних вод;

9)можливість і доцільність використання виробничих стічних вод для зрошення сільськогосподарських і технічних культур;

10)доцільність локального очищення стічних вод окремих виробництв і цехів;

11)здатність водойми до самоочищення, умови спуску промислових стічних вод у неї і необхідний ступінь очищення цих вод за лімітуючими показниками;

12)доцільність застосування кожного методу очищення.

При варіантному проектуванні систем каналізації промислового підприємства на підставі техніко-економічних показників приймається оптимальний варіант.

Каналізування промислових підприємств, як правило, здійснюється по повній роздільній системі.

Виробничі стічні води в залежності від виду забруднюючих речовин і їхньої концентрації, а також від кількості стічних вод і місць їхнього утворення приділяються декількома самостійними потоками: мало забрудненні, що містять один або кілька видів забруднень; утримуючі токсичні й отруйні речовини; кислі; лужні; сильно мінералізовані; утримуючі олії і жири, волокно, ПАР і т.д. Незабруднені стічні води, як правило, поєднують в окремий потік.

Побутові стічні води, що утворяться на промисловому підприємстві, приділяються й очищаються окремо, якщо виробничі стічні води по своєму складі не потребують біологічного очищення. Спільне відведення побутових і виробничих стічних вод доцільно, якщо останні забруднені органічними речовинами, деструкція яких можлива біологічним шляхом; при цьому концентрація токсичних домішок не повинна перевищувати гранично припустиму.

Рис.4.4. Балансова схема водоспоживання і водовідведення заводу з виробництва медичних препаратів (витрати води зазначені в м3/год):

1-господарсько виробничий водопровід; II ,III –промислові водоводи з температурою води відповідно 12 і 220С; IV - трубопровід зворотної води t=350С; V-побутова каналізація; VI, VII – каналізація промислових забруднених і не забруднених стічних вод; 1- артезіанська свердловина; 2,7,13 – камери засувок; 3, 8 – резервуари; 4 , 9- насосні станції II підйому; 5- водонапірна башня; 6 – артезіанські свердловини промислового водопроводу; 10 – градирня; 11 – насосна станція зворотньої води; 12 – резервуар охолодженої води; 14 –резервуар теплої води; 15 – виробничі корпуси.

Дощові води, що стікають з незабруднених територій промислового підприємства, приділяються окремою системою каналізації або поєднуються з незабрудненими виробничими стічними водами і спускаються у водойму без очищення. Дощові води, що стікають із площадок для складування сировини, рідкого і твердого палива, олій, барвників і т.п., приділяються разом із забрудненими виробничими стічними водами і підлягають спільному очищенню перед випуском у водойму.

Доцільність поділу або об'єднання окремих потоків стічних вод при проектуванні систем каналізації промислового підприємства є одним з найбільш актуальних питань, від правильного рішення якого залежать кошторисна вартість будівництва і витрати на експлуатацію очисних споруджень, надійність охорони водойм від забруднення і рентабельність основного виробництва.

Для деяких підприємств при техніко-економічному обґрунтуванні може бути запроектована загальносплавна каналізація (наприклад, при розташуванні підприємства в місті і наявності міської загальносплавної каналізації, рис. 4.5а). На підприємствах, де виробничі стічні води по своєму складу близькі до побутового (наприклад, підприємства харчової промисловості), відвід стічних вод можна здійснювати по двох мережах: виробничо-побутовий і дощовий. У дощову мережу можуть скидатися і незабруднені виробничі стічні води (рис. 4.5б).

 Рис. 4.5. Схеми каналізації промислових підприємств:

а – загальної системи; б –роздільної системи з дощовою і виробничо-побутовою; в- теж саме і локальними очисними спорудами; г – роздільною системи з дощовою, побутовою і виробничими мережею, локальними очисними спорудами і  частковим водообігом; д – теж саме,і повним кругообігом промислових стічних вод; е- роздільної системи безстічної каналізації; 1- дощові води; 2- побутові стічні води; 3- виробничі стічні води; 4- очисні споруди; 5- випуск у водойму; 6- сукупність побутових і забруднених  виробничих стічних вод; 7- сукупність незабруднених промислових стічних вод; 8- сукупність дощових вод; 9- локальні очисні споруди; 10- споруди по охолодженню незабруднених стічних вод; 11,12- сукупність оборотного водопостачання відповідно після  локальної очистки  забруднених і незабруднених стічних вод(після охолодження) промислових стічних вод; 13,14- сукупність оборотного водопостачання після очистки відповідно забруднених промислових і побутових стічних вод.

У більшості випадків виробничі стічні води очищати разом з побутовими не можна. Так, стічні води фабрик ПОШ містять значні концентрації вовняного жиру і волокна; стічні води гальванічних цехів — хром і ціаніди; стічні води виробництва кислот мають рН<2-3 і т.д. У цьому випадку варто влаштовувати локальні прицехові очисні споруди: жировловлювачі, масловловлювачі, бензовловлювачі, нафтовловлювачі, смоловідстійники, волокновловлювачі, нейтралізатори, установки по знешкодженню стічних вод від хрому і ціанідів і т.д. (рис. 4.5в). Після локального очищення стічні води можуть поєднуватися й очищатися спільно.

Поділ виробничих стічних вод може бути продиктований санітарними причинами, пожежо- і вибухонебезпечністю, можливістю заростання та руйнування каналізаційних трубопроводів і т.д. Наприклад, об'єднання кислих стічних вод із сульфідними приводить до виділення сірчистого газу; зі стічними водами, що містять ціаніди, — до утворення отрутної синильної кислоти (у виді газу); з віскозними — до утворення сірковуглецю. Якщо об'єднати стічні води, що містять сірчану кислоту, зі стічними водами, що містять вапно, то утвориться сульфат кальцію, що випадає в осад, що приводить до заростання труб.

Недоцільно також об'єднання стічних вод, що містять значну кількість механічних домішок мінерального походження, а також нафта й олія, з побутовими стічними водами. Таке об'єднання ускладнює технологію очищення, перешкоджає можливості повторного використання виробничих стічних вод і витягові з них коштовних домішок. Тому на більшості промислових підприємств (металургійної, хімічної, нафтопереробної, целлюлозно-паперової,  харчової промисловості) каналізація проектується за повною  роздільною системою (рис.4.5г) з будівництвом вообничої, побутової та дощової мереж.

У випадку розташування промислового підприємства або групи промислових підприємств у межах  міської забудови або в безпосередній близькості від житлового масиву, що має централізовану каналізацію, необхідно в першу чергу розглядати питання про спільне відведення й очищення виробничих і міських стічних вод. При неможливості спільного очищення варто попередньо обробляти виробничі стічні води або на очисних спорудах, розташованих на території підприємства, або на загальних очисних спорудах. Спільне очищення цих стічних вод, як правило, економічно доцільні, а із санітарної точки зору більш надійне.

При значному віддаленні об'єктів каналізування один від одного питання про доцільність спільного або роздільного очищення стічних вод цих об'єктів вирішується шляхом техніко-економічного порівняння варіантів централізованої і децентралізованої схем каналізації.

На рис. 4.6 приведений приклад очисних споруд централізованої схеми каналізації міста і групи промислових підприємств.

Рис. 4.6.  Принципова  схема очисних споруд групи промислових підприємств міста:

I- будівля решіток і насосної станції; II – пісковловлювачі; III,VI,VIII – відповідно первинний, вторинний і потрійний відстійники;  IV – змішувачі; V,VII – аеротенки відповідно I і II ступенів; IX- хлораторна;  X- розсіючий випуск; XI- усереднювачі. Потоки: 1- міські стічні води; 2-стічні води заводу синтетичного каучуку; 3- теж саме, нафтопереробного комбінату; 4-теж саме, заводу пластмас і ізоляційних матеріалів; 5- стічні підприємств і міста; 6- стічні води заводу синтетичного каучуку і міста; 7-очищенні стічні води; 8- хлорна вода; 9- очищенні і знезаражені стічні води.

На об'єднані очисні споруди надходить 415 тис. м3/добу міських і 150 тис. м3/добу висококонцентрованих стічних вод від нафтопереробного комбінату, заводів синтетичного каучуку, пластмас і ізоляційних матеріалів. Спільне повне біологічне очищення виробничих і міських стічних вод у двоступінчастих аеротенках-змішувачах дозволила знизити вартість будівництва і зменшити річні експлуатаційні витрати.

На рис. 4.7 приведено комплексні технологічні схеми водопостачання та водовідведення хімічного комбінату і міста.

При розробці схеми, приведеної на рис. 4.7б, було запроектовано п'ять різних каналізаційних мереж з метою поділу і відведення стічних вод, що можуть бути використані у виробничому водообороті (стічні води з органічними забрудненнями, мало і  сильно мінералізовані, незабруднені, дощові, побутові). У кожному виробництві були розроблені самостійні (локальні і кущові) водооборотні системи з пристроєм необхідних установок. Передбачено установки по опрісненню сильно мінералізованих стічних вод, одержанню товарної продукції при утилізації відходів, глибокому очищенню біологічно очищених стічних вод, а також загалькомбінатні спорудження по спільному біологічному очищенню стічних вод комбінату і міста. Кратність повторного використання води в промисловому водообороті складає 150. Шляхом впровадження цієї комплексної схеми споживання хімічним комбінатом свіжої води зменшилося в 33 рази, а його сумарний стік на біологічні очисні спорудження скоротився майже в 17 разів.

 Рис. 4.7. Схеми балансу споживання води і використання стічних   вод  (витрати дані в м3/добу):

а - при скиді стічних вод в водойму; б- при доочистці і використанні стічних вод в системі промислового водопостачання; I- місто; II - хімічний комбінат; III – споруди біологічної очистки; IV- буферний ставок; V – споруди доочистки. Потоки: 1- питна вода; 2- свіжа вода; 3,4 – відповідно міські і забруднені промислові стічні води; 5 – втрати води у виробництві; 6 – незабруднені промислові стічні води і дощові стоки; 7 – оброблені стічні води; 8 –концентровані стічні води.

Усі стічні води, що утворяться на території промислового підприємства, транспортуються по системі труб і каналів. Вибір системи транспортування і схеми каналізування залежить від кількості, складу і властивостей стічних вод, а також від місцевих умов.

Найбільше поширення одержала закрита каналізаційна мережа. Стічні води, небезпечні в санітарному відношенні, а також утримуючі вибухо- і пожежонебезпечні домішки, транспортуються тільки по закритій мережі трубопроводів.

Підприємства частіше каналізуються ,за централізованою схемою, однак при визначених умовах можливе застосування і децентралізованої схеми.

4.4. Вимоги до якості води використовуваної повторно в промисловості

Вимоги до якості використовуваної для виробничих потреб води в кожному конкретному випадку залежать від її призначення і технологічного устаткування. Вода, може відігравати роль сировини, розчинника, що поглинає або транспортує середовища, теплоносія й ін. За вимогами до якості технічну воду можна класифікувати як:

1.Вода, до якості якої не пред'являються технологічні вимоги.

2.Вода, очищена до якості вод відкритих джерел, які використовуються    звичайно для технічного водопостачання   без   додаткової обробки.

3.Вода,  очищена до якості питних стандартів.

4. Вода після глибокої очистки.

За даними американських спеціалістів, стічні води після біологічного очищення характеризуються наступними середніми показниками вмісту, мг/л:  магнію –5-10; кальцію 10-20; оксиду кремнію-10-20; фосфатів – 15-20; нітратів азоту –1-20; азоту амонійного-2-20; хлоридів-25-125; сульфатів-10-40; розчинних органічних речовин -10-50; загальний вміст розчинних речовин – 150-500. З цих даних слідує, що існуючими методами глубокої очистки стічних вод і водопідготовки можна досягнути потрібної якості води.

Так, для підживлення охолоджених систем оборотного водопостачання замість вод відкритих джерел можна використовувати біологічно очищені стічні води з глибоким очищенням їх на фільтрах із зернистим завантаженням, іноді з застосуванням коагулянтів.

Припустима концентрація суспензії в охолоджуючій воді, що циркулює в оборотних системах водопостачання, у першу чергу залежить від прийнятої швидкості руху води в теплообмінних апаратах (рис. 4.8). Якщо концентрація суспензії перевищує допустиму межу, то оборотну і підживлюючу воду піддають очищенню від завислих речовин. Слід мати на увазі, що завислі речовини, які накопичуються в оборотній воді теплообмінних систем, є центрами кристалізації солей жорсткості й одночасно є цементуючою основою для відкладень карбонату кальцію на стінках теплообмінних поверхонь і трубопроводів.

Оборотна вода теплообмінних систем водопостачання так само, як і вода, використовувана в послідовно включених системах прямоточного водопостачання, повинна зберігати термостабільність, тобто її нагрів не повинний приводити до виділення на теплообмінних поверхнях відкладень карбонатів кальцію і магнію. Оскільки концентрація карбонатів у воді визначається умовою рівноваги

то кристалізація солей жорсткості на поверхнях теплообміну відбувається в результаті зниження розчинності CO2 при нагріванні і зникненні частини CO2 на градирнях у процесі охолодження води (зменшення парціального тиску вуглекислоти).

У більшості оборотних систем теплообмінного водопостачання карбонатна жорсткість води повинна знаходитися в межах 2-7 мг·екв/л і, як правило, складати 2,8-3,0 мг·екв/л. Для оцінки термостабільності оборотної води застосовують шестибальну шкалу (табл. 4.2).

Рис. 4.8. Залежність допустимої концентрації суспензії в охолоджуючій воді від швидкості руху води в теплообмінних апаратах.

Вода не повинна викликати корозії вуглецевої сталі й інших металів, використовуваних у теплообмінній апаратурі і комунікаціях. Для оцінки корозійної стійкості металів застосовують десятибальну шкалу (табл. 4.3). У табл. 4.4 приведені дані, що характеризують корозійну активність оборотної охолоджуючої води стосовно вуглецевої сталі.

Нагріта в теплообмінних апаратах оборотна вода прохолоджується в градирнях, бризкальних басейнах чи інших пристроях і циркуляційних насосах знову подається в цикл (рис. 4.3).

Таблиця 4.2.

Шестибальна шкала  термостабільності  води.

Група термостабільності

Швидкість карбонатних відкладень

Бал термост.

мм/міс

I – ідеально термостабільна

0

0

1

II – термостабільна

<0,3

0,3-1,5

<0,1

0,1-0,5

2

3

III – обмежено термостабільна

1,5-3

3-15

0,5-1

1-5

4

5

IV - нетермостабільна

>15

>5

6

При цьому вона багаторазово і послідовно піддається різним фізико-хімічним впливам - змінює температуру, аерується, випаровується, у деяких випадках забруднюється. У результаті оборотна вода частково губиться унаслідок випаровування і краплинного віднесення в атмосферу. Випаровування частини води викликає поступове підвищення її мінералізації. Часто при цьому порушується стабільність: вода стає корозійно-активною або здатною до відкладення мінеральних солей, поступово в ній накопичуються пил і продукти корозії.

Таблиця 4.3.

Десятибальна шкала корозійної стійкості металів у воді

Група стійкості металу у воді

Швидкість корозії,

Проникність корозії, мм/рік

Бал корозійної стійкості

I - ідеально стійкі

<0,0009

<0,001

1

II - дуже стійкі

0,0009-0,0045

0,0045-0,009

0,001-0,005

0,005-0,01

2

3

III – стійкі

0,009-0,045

0,045-0,09

0,01-0,05

0,05-0,1

4

5

IV – відносно стійкі

0,09-0,45

0,45-0,9

0,1-0,5

0,5-1

6

7

V – малостійкі

0,9-4,5

4,5-9,1

1-5

5-10

8

9

VI – нестійкі

>9,1

>10

10

Таблиця 4.4.

Дані для орієнтованої оцінки агресивності (корозійності) оборотної охолоджуючої води по відношенню до вуглецевої сталі

Найменування показників

Одини

ця вимі-

ру

Показники для слабоагрессивной води (корозійна стійкість металу

5-6 балів)

Умови збільшен-ня агресив-ності

Сумарна концентрація    і

мг/л

≤100

>100

Загальний концентрація розчинених солей (сухий залишок)

"

≤500

>500

Карбонатна жорсткість води

мг·екв/л

>2,5

<2,5

рН

-

6-9

<6 чи >9

Концентрація розчиненого кисню

мг О2

4-6

>6

У звичайних системах оборотного водопостачання, де циркулююча вода не забруднюється технологічними продуктами, підвищення мінералізації запобігається продувкою (скиданням частини оборотної води) і поповненням системи підживлюючою водою.

На хімічних підприємствах продувка ускладнюється тим, що в систему оборотного водопостачання попадають різні продукти вироблення підприємства. Унаслідок цього води, що скидаються при продувці оборотних систем водопостачання хімічних підприємств, виявляються істотно забрудненими, через що навіть після очисних споруд їхнє скидання жорстко обмежується. Варто мати на увазі, що корозійна стійкість теплообмінної апаратури і комунікацій надійно забезпечується лише при дотриманні оптимального вузького інтервалу рН і при невисоких концентраціях солей у воді. Тому на хімічних підприємствах для таких систем рекомендується застосовувати коректування рН оборотної води шляхом підкислення або часткового Н-катионування, а також здійснювати заходи, що знижують інтенсивність росту солевмісту [22].

В залежності від якості вихідної води і вимог, пропонованих до якості споживаної води, частина загальної витрати оборотної води може піддаватися обробці (зм'якшенню, знесоленню, видаленню суспензій і т.п.) з наступним поверненням її в систему. У безстічних (замкнутих) системах водопостачання підприємств замість свіжої води використовують доочищену до норм якості технічної води суміш промислових і побутових стічних вод, що попередньо пройшли біологічне очищення, або промислові стоки після досить глибокого локального фізико-хімічного очищення.

4.5. Методи очищення води і стічних вод, використовуваних для підживлення замкнутих оборотних систем теплообмінного водопостачання.

Формування сольового складу води в оборотних системах водопостачання і стабілізація іонного складу оборотної води

При експлуатації циркуляційних систем водопостачання промислових підприємств дуже важливо знати динаміку зміни у воді концентрації окремих іонів і загального солевмісту. Підвищення концентрації солей може викликати процеси корозії теплообмінних систем і комунікацій. Зміна концентрації іонів у циркуляційній воді залежить від умов експлуатації системи, тобто від величини продувки і методу обробки підживлюючої води, а також від якості води у водоймі-охолоджувачі. Концентрацію іонів у циркуляційній воді в г/м3 до кінця річного циклу визначають по формулі [22]:

                                                                                                                          (4.24)

де  W0 - обсяг води у водоймі-охолоджувачі, млн. м3; С0 – концентрація солей чи іонів у водоймі-охолоджувачі на початку річного циклу, г/м3; А - кількість шуканих іонів (наприклад, хлоридів, сульфатів, кальцію, магнію, заліза), що вводяться у водойму-охолоджувач протягом року за рахунок обробки всього циркуляційного потоку чи його частини реагентами (хлорування, підкислення, коагулювання і т.д.); Wст - річний обсяг води, що надходить у водойму за рахунок стоку, млн. м3; Сст, Ссв - середня концентрація солей чи іонів у водах, що надходять у водойму з площі водозбору, а також у водах, що скидаються у водойму-охолоджувач, г/м3; Wсв - річний обсяг стічних вод, що надходять у циркуляційну систему, млн. м3; Сп-концентрація  шуканого іона через п розрахункових циклів, г/м3; Wе.и, Wд.и, Wф, Wпр, Wс.н – річний обсяг води, що втрачається з водойми-охолоджувача відповідно за рахунок природного, додаткового випаровування, фільтраційних витоків, продувки, а також води, що втрачається на власні нестатки водоочистних установок і виведеної з циркуляційної системи, млн. м3; Woc - річний обсяг води, що надходить у водойму-охолоджувач за рахунок атмосферних опадів, млн. м3.

У ряді випадків у результаті влучення в оборотну систему продуктів вироблення хімічних виробництв з'являється необхідність у коректуванні рН циркуляційної води. Найбільш простим способом регулювання рН циркуляційної води є підкислення чи підлужування води, що, однак, веде до збільшення загального солевмісту. Іншим способом зміни рН циркуляційної води є часткове Н-катионування чи Он-анионування і наступне змішання фільтрату з основною витратою води.

Вибір способу зниження рН циркуляційної води залежить від припустимої концентрації в ній сульфат-іонів. При можливості продувки циркуляційної системи застосовують порівняно дешевий метод - підкислення води сірчаною кислотою, при обмеженні продувки - часткове Н-катіонування чи комбінацію його з підкисленням, при повній відсутності продувки - тільки часткове Н-катіонування. Необхідна кількість води, що піддається Н-катіонуванню для зниження рН, визначають по формулі:

                  (4.25)

де  α - кількість Н-катіонованної води в частках від загальної витрати циркуляційної води;

    Щн - лужність води у водоймі-охолоджувачі, мг·екв/л;

     рк - негативний логарифм константи першої ступіні дисоціації вугільної кислоти, значення якого залежать від температури води:

t, ° З 0       10       20       25       30       40       50       60       70       80

рК       6,58    6,48   6,39    6,37    6,34    6,31     6,3     6,29    6,3      6,31

    

   рНс - шукана величина рН загальної витрати циркуляційної води після змішання з Н-катионованної водою; СОН2 - концентрація вільної вуглекислоти у воді водойми-охолоджувача, мг/л (при відсутності значень цього показника в аналізах їх можна одержати по номограмі, приведеної на мал. 3); СОК2 = 44Щн - концентрація вільної вуглекислоти в Н-катионованній воді, що виділяється в результаті розпаду бікарбонатів у процесі Н-катионування, мг/л; К - кислотність Н-катіонованної води, мг·екв/л, що залежить від концентрації аніонів сильних кислот і обумовлена з вираження:

                                  (4.26)

         

де [SO42-], [С1-], [NO3-] - концентрації зазначених аніонів. Формула (4.26) справедлива в широкому діапазоні значень рН циркуляційної води (рН>5). Величину а рекомендується підраховувати для середніх значень рН і лужності води за весняно-літній період (квітень - вересень); при цьому варто перевіряти умови роботи іонообмінних фільтрів при максимальних значеннях рН і лужності води у водоймі-охолоджувачі.

Рис.4.9.Залежність концентрації вільної вуглекислоти від рН і лужності води.

В результаті витягу з води катіонів при Н-катионуванні настає розкладання аніонів бікарбонату з виділенням вільної вуглекислоти, у результаті чого поступово знижується солевміст у циркуляційній воді. Зміна концентрації якого-небудь іона протягом заданого проміжку часу визначають по формулі:

              (4.26)

де Сп - концентрація шуканого іона в циркуляційній воді через п розрахункових циклів, г/м3; С0 - концентрація цього іона в початковий період, г/м3; Сср - середня за розглянутий період концентрація шуканого іона в підживлюючою воді, г/м3; α - Wк/W0  - відношення обсягу Н-катіонованної води до обсягу води у водоймі-охолоджувачі; ζ - коефіцієнт витягу іона, що видаляється, на іонітових фільтрах (величина його залежить від умов експлуатації Н-катіонитових фільтрів і може прийматися в межах 0,7-0,8);

γ = Wу/W0 -  відношення кількості втрат води за розрахунковий період до обсягу води у водоймі-охолоджувачі (Wу = Wе.и + Wд.и + Wф + Wпр + Wс.н);

β = Wп/W0 - відношення обсягів води підживлюючою і у водоймі-охолоджувачі.

Приклад. Підрахувати зміну концентрації іонів сульфату для умов, коли продувка системи неможлива, тобто Wпр = 0. Підкислення здійснюється частковим Н-катіонуванням. У цьому випадку іони сульфату вводяться в систему тільки в результаті коагулювання суспензії.

Дано річні обсяги води, млн. м3: Wст = 0,5, Wе.и = 5, Wд.і = 2, Wф = 2,5, Wс.н  = 4, Woc = 2, Wсв = 0, W0 = 15. Концентрації, г/м3: С0 = 179, Сст = 160, Сп =30. Кількість води, що піддається коагулюванню сірчанокислим алюмінієм, Q = 30 млн. м3/рік. Доза сірчанокислого алюмінію b = 15 г/м3. Концентрація сульфат-іона в сірчанокислому алюмінії - 0,84.

Кількість шуканого сульфат-іона, що вводиться у водойму-охолоджувач протягом року за рахунок обробки всього циркуляційного потоку чи його частини сірчанокислим алюмінієм, А = 0,84; Qb = 0,84·30·15=378 т/рік.

Тоді по формулі (4.24):

Результати подальших розрахунків:

Рік    I        II        III        IV        V        VI         VII         VIII         IX         X

Ск, г/м3  158   145      137      131      128      126        124  123         123      123

Протягом останніх трьох років спостерігається стабілізація іонної концентрації сульфатів, тому подальші підрахунки можна припинити.

В окремих системах оборотного водопостачання в основу розрахунку величини продувки може бути покладена теоретична рівність коефіцієнта розпарювання ky, обчисленого по збільшенню в оборотній воді загального солевмісту, хлоридів, лужності, жорсткості, а також співвідношення величин добавки і віднесення води з продувкою і розбризкуванням усередині системи.

Коефіцієнт розпарювання:

                                                  (4.26)

де , Р2, P3 - відповідно втрати води на у градирнях, на віднесення вітром і продувна   витрата, % загальної продуктивності системи; k - коефіцієнт, що враховує частку тепловіддачі випаровуванням до загальної теплопередачі (по СНиП 2.0402-84); Δt - перепад температур у процесі охолодження на градирнях, °С.

Рівність  (kх, kщ, kж - коефіцієнти розпарювання по хлоридах, лугу, жорсткості) зберігається за умови виключення кристалізації солей тимчасової жорсткості в системі оборотного водопостачання. Зазначений випадок можливий при декарбонізації добавки води, тобто при повному або частковому її зм'якшенні.

При відсутності виділення солей жорсткості в оборотній системі водопостачання загальний солевміст визначається за коефіцієнтом розпарювання:

                                                                 (4.27)

         де  Сд - загальний солевміст підживлюючою води, мг/л. Приріст концентрації хлоридів в оборотній системі.

                                                        (4.28)

         де  Хоб і Хд - концентрація хлоридів у додатковій і оборотній воді, мг/л.

Вода що використовується для підживлення при замкнутому оборотному водопостачанні, власне кажучи, являє собою суміш свіжої (звичайно проясненої і зм'якшений) води і стабілізаційної витрати. Тому іонний склад її визначається складом і об'ємним співвідношенням обох компонентів суміші:

                                             (4.29)

         де Сум- солевміст зм'якшеної свіжий підживлюючою води, мг/л; Си -  солевміст води стабілізаційної витрати, мг/л, після іонообмінного коректування мінерального складу й освітленняі .

Для попередніх розрахунків величину Р3 приймають рівної 0,2-0,5% і потім уточнюють по формулі

                                          (4.30)

де ΔС - приріст концентрації солей, мг/л.

Якщо оборотна вода стабільна і не забруднюється солями, що попадають з технологічних розчинів через різні нещільності в теплообмінній апаратурі, то загальний солевміст у ній знаходять, з огляду на коефіцієнт розпарювання.

Критерієм задовільної якості оборотної води є відповідність загального солевмісту й окремих іонів гранично припустимим концентраціям, перевищення яких приведе до інтенсивної корозії або до інкрустації теплообмінних поверхонь трубопроводів і арматури. Гранично припустима концентрація Сасо3 визначається його розчинністю при температурі оборотної води. Концентрація іонів Са2+, компенсованих іонами НСО-3, а також концентрація цих іонів безпосередньо не нормується. Гранично допустимі концентрації їх в оборотній воді залежать від теплового режиму системи і застосовуваних матеріалів. Тому визначають їх у кожнім конкретному випадку по попередніх корозійних іспитах у розчинах, що моделюють оборотну воду, або на підставі експлуатаційних даних аналогічних діючих промислових систем оборотного водопостачання.

Прогноз сольового складу і концентрації солей оборотної води має важливе значення при оцінці корозійної дії її на метал теплообмінної апаратури і комунікацій, а також при оцінці можливості відкладення солей жорсткості на теплообмінних поверхнях. Методи оцінки і нормування якості охолодженої води визначають максимально допустимі концентрації солей не більш 3000 мг/л, хлор-іонів - не більш 400 мг/л. Дослідження показують, що при підвищенні концентраціяу хлоридів і сульфатів оборотну воду необхідно обробляти інгібіторами.

Приклад. Визначити кількість води, що направляється на катіонування, і концентрацію СаСО3 у суміші катіонованної і пом'якшеної води.

Кількість води, що знаходиться в обороті, складає 42500 м3/ч. Температурний перепад води в системі оборотного водопостачання - 5°С. Концентрація солей у системі оборотного водопостачання - 5° С. Концентрація солей у джерелі водопостачання - 200 мг/л. Розрахункова концентрація солей у системі оборотного водопостачання прийнята 3000 мг/л.

Концентрація розчиненого Сасо3 у пом'якшеній чи підживлюючій воді - 5,6 мг/л, 0,28 мг·екв/л. Втрати на віднесення вітром і розбризкування в градирнях - 0,5%. чи 212 м3/год. Коефіцієнт