Вода и экология в Московской области

Подземные воды являются одним из наиболее перспективных источников питьевого водоснабжения. В Российской федерации из 3597 разведанных крупных месторождений подземных вод в настоящее время эксплуатируется только 46%. Причем для нужд питьевого водоснабжения из них используется меньше половины. Подземные воды характеризуются высокой стабильностью физико-химических и бактериологических показателей качества и поэтому в большинстве случаев не требуют применения таких дорогостоящих и сложных систем очистки и обеззараживания, как при эксплуатации поверхностных вод. В то же время высокая степень общей минерализации, повышенное содержание соединений железа, марганца, фтора, стронция и других веществ может осложнять работу систем водоснабжения, базирующихся на подземных источниках и негативно влиять на здоровье людей.

Подземные воды в значительно большей степени защищены от воздействия внешних факторов, по сравнению с поверхностными водами, однако загрязнение водоносных горизонтов все же происходит. По официальным данным госэпидемнадзора на 1999 в стране было зарегистрировано более 1800 очагов загрязнения подземных вод, из которых 78% расположено на территории европейской части России. По экспертным оценкам суммарный расход загрязненных подземных вод в 1999 г. составлял 5-6% от их общего количества, используемого для питьевого водоснабжения, и, к сожалению, с каждым годом эта цифра возрастает.

Источники загрязнения приурочены в основном к районам интенсивной хозяйственной деятельности. С крупных сельскохозяйственных массивов, навозохранилищ животноводческих комплексов и птицефабрик в подземные воды поступают органические и минеральные удобрения, пестициды, бактериальные и паразитарные загрязнения. В районах интенсивной промышленной деятельности, а также вблизи накопителей промышленных и бытовых отходов отмечено загрязнение подземных вод тяжелыми металлами, свинцом, ртутью, кадмием, фенолами и др.

В первую очередь загрязнению подвержены водоносные горизонты, расположенные над уровнем водоупорных горных пород. В густонаселенных районах загрязнения проникают и в более глубокие горизонты вследствие их интенсивной откачки. При этом образуются так называемые воронки депрессии, в которых происходит подпитка подземных вод из расположенных выше загрязненных горизонтов. Одна из таких воронок отмечена в Москве и прилегающих к ней территориях.

Подземные воды в Московской области имеют 5 уровней залегания:

• грунтовые воды
• межморенный полунапорный водоносный горизонт
• надъюрский напорный горизонт
• среднекарбоновый напорный горизонт
• нижнекарбоновый напорный горизонт

Первые три уровня находятся выше первого от поверхности земли водоупорного горизонта, глубина которого на территории Московской области весьма изменчива и колеблется от 1-3 до 70 м. Для грунтовых вод характерно отсутствие напора, резкие перепады глубины залегания и мощности водоносных горизонтов. Ниже горизонта грунтовых вод находится еще 2 водоносных горизонта, которые гидравлически связаны с грунтовыми водами, это межморенный полунапорный водоносный горизонт и надъюрский напорный горизонты.

Все три горизонта питаются преимущественно за счет атмосферных осадков и поверхностного стока. Пополнение запасов воды в них происходит преимущественно в весенний период. Выход на поверхность грунтовых вод происходит в долинах малых рек и ручьев, воды межморенного полунапорного горизонта просачиваются к поверхности через древние и современные песчаные отложения (аллювий) в речных поймах, воды надъюрского водоносного горизонта поступают на поверхность через крупные восходящие источники, расположенные в руслах рек.

Среднекарбоновый и нижнекарбоновый напорные водоносные горизонты залегают на глубине более 100 м в известняковых и доломитовых отложениях каменноугольного периода. Они характеризуются значительной мощностью - до 50-70 м и относительной гидравлической обособленностью от других водоносных горизонтов. Эти воды являются основным источником водоснабжения городов и поселков на территории Московской области.

В целом для подземных вод Московского региона характерна высокая степень минерализации, концентрация солей достигает 20 мг/л. Воды обладают повышенной щелочностью, обусловленной высоким содержанием гидрокарбонатов, а также жесткостью из-за обилия солей кальция и магния. В некоторых случаях отмечается превышение ПДК по содержанию железа и марганца, а также повышенная концентрация фтористых соединений.

Химический состав подземных вод обусловлен следующими факторами.

• типом питания
• составом горных пород
• степенью изоляции от поверхностного стока и других водоносных горизонтов

Грунтовые воды в Московской области относятся к гидрокарбонатно-кальциево-магниевому типу с небольшим содержанием сульфатов и хлоридов. В формировании их солевого состава основную роль играет инфильтрация атмосферных осадков через почву. С этим связана повышенная концентрация в них солей железа и марганца. Кроме того, под влиянием загрязненного поверхностного стока в отдельных случаях зарегистрировано повышенное содержание кадмия, алюминия, свинца, мышьяка, никеля, хрома, кобальта, ванадия.

Данные о превышении ПДК по одному или нескольким из этих показателей имеются для скважин в окрестностях г. Волоколамска, пос. Щербинка, г. Истры и др. крупных промышленных районов. В районах интенсивной сельскохозяйственной деятельности - в Можайском и Истринском районах, а также в окрестностях Звенигорода в грунтовых водах обнаружены фосфорорганические пестициды, а также повышенная концентрация биогенных элементов, в частности аммонийного азота.

Загрязнение грунтовых вод может быть связано не только с инфильтрацией тех или иных веществ через почвенные горизонты, но и с нарушением норм эксплуатации водозаборных сооружений и отсутствием строго охраняемых зон санитарной охраны. В частности этим обусловлено большинство случаев бактериального заражения подземных источников.

Воды межморенного полунапорного и надъюрского напорного горизонта по своим физико-химическим свойствам мало отличаются от грунтовых вод, так как в большинстве случаев связаны с ними гидравлически. Уровень их загрязненности уменьшается с глубиной. Наиболее глубоко залегающие воды среднекарбонового и нижнекарбонового напорного горизонта более минерализованы, чем грунтовые. Они практически повсеместно относятся к гидрокарбонатно-кальциево-магниевому типу с небольшой примесью сульфатов и хлоридов. Однако в некоторых местностях в солевом составе преобладают сульфаты.

Из-за наличия минералов целестина и стронцита в горных породах, образующих водоносные горизонты глубокого залегания, в подземных водах наблюдается повышенное содержание стронция (до 2-5 мг/л). Концентрация стронция в воде постепенно увеличивается с глубиной скважин. В водах среднего карбона часто наблюдается повышенное содержание фтористых соединений. В скважинах Можайского и Рузского районов концентрация фтора нередко превышает ПДК, равное 1,2 мг/л.

Подземные воды Московской области характеризуются повышенной жесткостью. Присутствие ионов кальция и магния обусловливает общую жесткость. Карбонатная жесткость зависит только от концентрации гидрокарбонатов и карбонатов этих элементов. Средняя общая жесткость воды в Московской области находится в пределах 4,2-5,7 мг-экв./л при нормативе 8,0 мг-экв./л. (нормальная общая жесткость воды, при которой у потребителя отсутствуют проблемы - 2,5-3,0 мг-экв./л).

Считается, что жесткость не представляет собой угрозы здоровью человека, в то же время существуют исследования, свидетельствующие о более высоком уровне заболеваний сердечно-сосудистой системы при постоянном употреблении воды с повышенной жесткостью. При кипячении жесткой воды растворимые гидрокарбонаты кальция и магния превращаются в нерастворимые карбонаты, чем обусловлено образование накипи. Этот процесс может весьма негативно сказываться при использовании жесткой воды в системах централизованного отопления и горячего водоснабжения.

Для умягчения в воду добавляют различные реагенты, действие которых основано на химическом связывании ионов кальция и магния в нерастворимые в воде вещества, которые выпадают в осадок. В качестве наиболее дешевого реагента применяется известь. Однако этот метод можно использовать только для вод с низкой щелочностью, так как в щелочной среде избыток гидрокарбоната натрия переходит в карбонат. Применяется также известково-содовый метод умягчения, который понижает как карбонатную, так и некарбонатную жесткость.

Наиболее эффективным способом умягчения воды является метод ионного обмена. Его принцип заключается в свойстве некоторых веществ при контакте с водой замещать содержащиеся в растворе ионы нежелательных элементов безопасными ионами натрия, водорода и др. Обычно в технологии очистки воды используются фильтры, загруженные специальными полимерными ионообменными материалами. Эффективность их работы определяется ионообменной емкостью загрузки, которая в свою очередь зависит от режима эксплуатации и, в частности от скорости фильтрации.

Одной из наиболее актуальных проблем использования подземных вод Московской области в целях питьевого водоснабжения является повышенная концентрация железа и марганца. ПДК для этих элементов в соответствии с принятыми в 2001 г. санитарными правилами и нормами (СанПиН 2.1.4.1074-01) составляет 0,3 и 0,1 мг/л соответственно. Несмотря на отсутствие выраженного токсического эффекта, эти элементы важны в санитарно-гигиеническом отношении, так как их концентрация определяет интенсивность развития специфических микроорганизмов - железобактерий, колонии которых поселяются на внутренних поверхностях труб и металлоконструкциях. В процессе жизнедеятельности эти организмы выделяют окисляющие железо ферменты, что в десятки раз повышает скорость коррозионных процессов. При этом в воду выделяются нерастворимые продукты окисления, что повышает мутность воды и придает ей окраску.

Для очистки воды от избыточного железа применяются различные способы. Наиболее доступным среди них является аэрация воды и обработка ее окислителями - хлором, перманганатом, озоном и др. Эффективно также применение фильтрации через ионообменные фильтрующие элементы.

В некоторых районах Московской области в подземных водах отмечено повышенное содержание фтора. Этот элемент необходим для человеческого организма, где он играет важную роль в формировании эмали зубов. В то же время повышенная концентрация фтора приводит к поражению костной ткани, известному под названием флюороз.

Для удаления избыточной концентрации фтора используют фильтрацию через сорбенты - оксиды и гидроксиды алюминия и магния, фосфат кальция, основные соли алюминия.

Повышенное содержание сероводорода придает воде резкий неприятный запах. Кроме того, данное вещество оказывает токсическое воздействие на организм человека. Отечественные нормативные документы предусматривают предельный уровень содержания сероводорода - 0,003 мг/л.

Избыток сероводорода может быть как природным свойством подземных вод, так и результатом действия бактерий, восстанавливающих сульфаты (сульфатредуцирующей микрофлоры). Эти микроорганизмы обычно поселяются на внутренней поверхности труб и металлоконструкций под слоем ржаво-коричневых отложений, образованных железобактериями, где создаются анаэробные зоны. Образующаяся в процессе их жизнедеятельности кислота разрушает металлические водоводы с образованием сквозных отверстий (так называемая питтинговая коррозия).

Скорость такой коррозии на порядки выше, чем электрохимической. Концентрация клеток сульфатредуцирующих бактерий в области питтинговых отверстий на внутренних поверхностях водоводов достигает 106 - 109 клеток в 1 мл осадка. Известны случаи, когда вызываемая серобактериями биохимическая коррозия сокращала срок службы водопроводных сооружений до 8 лет вместо проектных - 50.

В Московской области с проблемой биохимической коррозии сталкивались водопроводы гг. Жуковский, Чехов, Лыткарино, Пущино и др. Для очистки воды от соединений серы эффективно используется аэрация.

Участившиеся в последнее время случаи загрязнения подземных вод делают актуальной проблему очистки от органических загрязнений и в частности от пестицидов. Большинство этих соединений обладает высокой токсичностью и их присутствие в питьевой воде крайне нежелательно. Для очистки воды от органики ее обрабатывают различными окислителями - хлором, перманганатом, озоном. Высокий эффект дает сорбция на фильтрах, загруженных активированным углем. Наиболее дешевым способом удаления органики является аэрация.

См. также ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СТАТУСА ВОДОИСТОЧНИКА...