Гигиенические требования к устройству и эксплуатации головных сооружений водопровода из подземных источников водоснабжения. Водозабор подземных вод

Водозабор подземных вод состоит из водоприемных сооружений, водоподъемных устройств в пределах отдельных водозаборов или центральной насосной станции I подъема и трубопроводов, которые соединяют водоприемные сооружения с насосной станцией, водоводами или резервуаром чистой воды (сборным резервуаром).

Водозабор из межпластовых подземных источников осуществляют посредством артезианских, или буровых скважин. Любая скважина нарушает изоляцию между водовмещающим горизонтом и поверхностью земли и создает потенциальные условия для проникновения загрязнений в межпластовый источник. Из-за неправильного устройства скважины может возникнуть гидравлическая связь между эксплуатируемым водоносным слоем и расположенными выше водовмещающими горизонтами (грунтовыми водами, верховодкой), вода которых может быть эпидемически опасной и хуже по органолептичес-ким свойствам. Поэтому конструкция скважины имеет большое значение для сохранения качества межпластовой воды, предотвращения загрязнения водоносного слоя, обеспечения санитарной надежности водозабора.

Для оборудования артезианской скважины в толще земли до межпластового горизонта бурят цилиндрическую вертикальную шахту диаметром от 50 до 600 мм, глубиной от 50-100 до 1500 м и более. Для защиты от обвалов и изоляции от водоносных горизонтов, расположенных выше, стенки шахты закрепляют колонной металлических труб (как правило, стальных) длиной от 4-6 до 8-13 м, которые называются обсадными. Стыки между трубами герметизируют.

В зависимости от характера почвы при ударном способе бурения трубами одного диаметра можно углубиться на 30-50 м, при роторном - на 400-500 м. При большей глубине залегания водоносного горизонта достичь его колонной труб одного диаметра невозможно вследствие трения между стенками труб и породой, что создает сопротивление дальнейшему бурению. Поэтому, продвигаясь вглубь, переходят на трубы меньшего диаметра. Их вначале опускают в средину уже установленных обсадных труб, а потом продолжают бурить. По завершении бурения лишние части обсадных труб вырезают и удаляют. Колонна приобретает телескопический вид. Для предупреждения загрязнения пространство, которое образуется между трубами (межтрубное пространство), заливают цементным раствором. Первую колонну обсадных труб, называемую кондуктором, используют для защиты устьевой части скважины от размыва и обрушения. Для предупреждения загрязнения пространство, которое образуется между кондуктором и грунтовыми стенками шахты (затрубное пространство), цементируют под давлением с выдавливанием цементного раствора от "башмака " обсадной трубы до поверхности земли. Вследствие этого вокруг кондуктора создается "цементный стакан ".

Иногда для повышения надежности скважины вторую колонну обсадных труб не вырезают, а пространство между ней и кондуктором заполняют цементным раствором на всю высоту.

Колонна обсадных труб достигает верхнего уровня водоносного горизонта. Далее в эту колонну опускают колонну труб меньшего диаметра, которой проходят весь водоносный горизонт и которую вдавливают (фрезеруют) в нижний водоупорный слой. По внутренней колонне труб посредством штанг опускают фильтр, через который в скважину будет поступать вода. Фильтр представляет собой трубу с перфорированной частью, которую для защиты скважины от проникновения частиц водовмещающей породы оборачивают металлической сеткой. Фильтр располагают так, чтобы его перфорированная часть находилась в толще водоносного горизонта. Нижний, глухой, конец фильтра вдавливают в водонепроницаемый слой. После установки фильтра внутреннюю колонну труб удаляют, пространство между фильтром и обсадной трубой герметизируют.

В скважине выделяют три основные части: водоприемную - фильтр, водопроводящую - ствол и верхнюю - устье. С целью предупреждения замерзания и для защиты от атмосферных осадков устье скважины оборудуют специальной подземной шахтой или наземным павильоном. Верхнюю колонну обсадных труб (кондуктор) выводят не менее чем на 0,5 м над поверхностью земли или дном шахты, а вокруг делают асфальтовую или бетонную отмостку с наклоном от скважины. Чтобы загрязнения не проникали через устье скважины, его герметично соединяют с оголовком с помощью фланцев с резиновыми прокладками. Также необходимо обеспечить герметичность в месте вхождения всасывающей трубы насоса или другого водоподъемного сооружения. Оголовок должен быть доступен для осмотра и иметь кран для отбора проб воды из артезианской скважины, то есть непосредственно из подземного источника. При размещении скважины в шахте последняя должна быть защищена от попадания в нее грунтовых вод путем гидроизоляции бетонированием или цементированием дна и стенок, а также от атмосферных осадков за счет герметичных сдвоенных крышек на люках.

Если источником являются межпластовые напорные (артезианские) воды, то иногда давления в водоносном горизонте достаточно для подъема воды на поверхность земли. Но чаще всего вода не достигает поверхности и находится в скважине на определенном уровне, называемом статическим. Отсюда воду откачивают насосами. При откачивании воды в водовмещающей породе вокруг скважины образуется зона пониженного давления, то есть зона депрессии. Давление снижается, так как вода, продвигаясь в водоносном горизонте, испытывает сопротивление со стороны породы водоносного горизонта, и часть напора тратится на преодоление этого сопротивления. Чем быстрее откачивают воду, тем быстрее снижается давление. При этом наиболее низким является давление в зоне, расположенной ближе к скважине. Вследствие откачивания уровень воды в скважине снижается относительно статического до тех пор, пока скорость откачивания не уравновесится с поступлением воды через фильтр, расположенный в водоносном горизонте. Наконец при постоянной скорости откачивания вода в скважине устанавливается на так называемом динамическом уровне. Чем быстрее откачивают воду, тем ниже относительно статического уровень динамический и больше площадь воронки депрессии.

После завершения бурения скважины для промывания ее от частичек ила и грязи проводят строительное откачивание продолжительностью от нескольких суток до месяца и более. При необходимости можно провести дезинфекцию. Сначала дезинфицируют надводную часть скважины, а потом - подводную. Для обеззараживания надводной части в скважине на несколько метров ниже статического уровня устанавливают пневматическую пробку. Часть сква¬жины выше пробки заполняют раствором хлора (или хлорной извести) с концентрацией активного хлора 50-100 мг/л. Через 3-6 ч пробку вынимают и с помощью специального смесителя вводят раствор хлора в подводную часть скважины с таким расчетом, чтобы концентрация активного хлора после перемешивания с водой была не ниже 50 мг/л. Через 3-6 ч контакта воду из скважины откачивают, после чего отбирают пробу воды для контроля эффективности обеззараживания по микробиологическим показателям.

На водопроводе, кроме рабочих скважин, продуктивность которых должна обеспечивать суточное водопотребление в населенном пункте, в обязательном порядке необходимо предусмотреть и резервные. Минимальное количество скважин на водопроводе - 2, одна из которых рабочая, вторая - резервная. Если рабочих скважин от 2 до 10, то необходимо предусмотреть 2 резервные скважины. Если же рабочих скважин более 11, то резервных должно быть 20%.