Некоторые особенности водоснабжения объектов мало-этажного строительства

Греховодов Н.С.

Некоторые особенности водоснабжения объектов малоэтажного строительства.

Откуда взять воду?

Ещё на стадии начала реализации проекта “строительство загородного дома” (коттеджа, дачного дома) одним из главных вопросов ставится вариант водоснабжения объекта. Если проектируемый дом предполагается строить в составе организованного общества, рассматриваются два основных варианта: подключение к системе централизованного водоснабжения, т.е. к водопроводу населённого пункта или организация автономной системы водоснабжения.

В первом случае предполагается, что каждый потребитель общества получит воду от предприятия жилищно-коммунального хозяйства, отвечающего в установленном порядке за подачу потребителям воды с качеством соответствующим требованиям для централизованных систем питьевого водоснабжения. Разумеется, потенциальный потребитель такой воды должен помнить, что к его крану вода может поступать из многокилометровой водопроводной сети зачастую по старым ржавым трубам, к тому же возможно насыщенной бактериальной флорой. На большинстве водопроводных станций ЖКХ с целью обеззараживания воду хлорируют, за время доставки воды к потребителю хлор успевает прореагировать с остаточной органикой, отчасти превратив её в очень вредные хлорорганические соединения, и  степень её отрицательного воздействия на организм человека уже зависит от их концентрации. В этом случае общество может потратиться на доочистку воды на входе в свою водопроводную сеть или каждый потребитель решает  эту проблему индивидуально.

Таким образом, при подключении к централизованному водоснабжению решается главный вопрос: вода есть! Остаётся получить технические условия, выполнить их и, разумеется, потратиться на монтаж сети.

В случае невозможности подключения к централизованной водопроводной сети выбирают возможный для данной местности вариант устройства автономного водозабора, либо из открытого водоёма (река, озеро, водохранилище), либо из подземного источника водоснабжения (грунтовые, межпластовые, артезианские, карстовые, подрусловые, шахтные и другие воды).

В данной статье будет рассмотрен вариант использования подземных вод в качестве основного источника водоснабжения. В отличие от поверхностных подземные воды лучше защищены от внешнего воздействия, обладают стабильностью состава и температуры, характеризуются небольшим количеством органических веществ и содержанием в них широкого круга микрокомпонентов и минеральных солей, необходимых человеческому организму. При использовании подземных вод в некоторых случаях не требуется её очистки или при монтаже грамотно спроектированной установки водоподготовки исключается их вторичное загрязнение из-за применения коагулянтов и флокулянтов, а в ряде случаев и методов обеззараживания (например, хлорсодержащими веществами). В то же время, существующее мнение, что подземные воды всегда безопасны и соответствуют требованиям санитарных норм и правил (СанПиН), увы, не соответствуют действительности. Во-первых, в силу природы их формирования воды в некоторых местностях и на разных глубинах залегания могут содержать химические и органические соединения превышающие предельно допустимые концентрации (ПДК), установленные в виде санитарно-гигиенических нормативов. В частности, в подземных водах Дальнего Востока, в особенности в поймах рек, в том числе из приамурской свиты в районе г. Хабаровска, наблюдаются значительные превышения нормативов по железу, марганцу, аммонию, аммиаку и сероводороду. Часто из скважины  большой глубины поступает вода с содержанием фтора многократно превышающим ПДК. Если недостаток фтора может вызвать у человека кариес, а вот его избыток – токсикозы. Напомню, что СанПиНом фтор отнесён по санитарно — токсилогическому признаку вредности к второму классу опасности. Во-вторых, загрязнение подземных вод в результате отрицательного воздействия хозяйственной деятельности людей. Водоносные горизонты, особенно неглубокие, загрязняются, как правило, при несоблюдении основных требований к санитарной охране подземных вод. Первые зоны санитарной охраны в населённых пунктах либо не выдерживаются в проектных размерах, либо содержатся ненадлежащим образом. А на территориях второй и третьей зон сооружаются объекты, которые там в принципе не должны быть: скотные дворы, свалки, наружные туалеты, хранилища нефтепродуктов, гаражи и прочее. Добавим к этому загрязнение почв пестицидами, удобрениями, выхлопами автомобилей и вредными отложениями всего горящего и дымящего в атмосферу. Отслужившие свой срок скважины не всегда тампонируются по правилам и остаются некими дренажными каналами, усугубляющими положение. Некоторые хозяева скважин годами их не промывают, не осуществляют мониторинг подземных вод.

Таким образом, в связи с этим при проектировании водозаборов подземных вод с учётом их санитарной надёжности по возможности выбирают их в следующем порядке:

— межпластовые напорные воды;

— межпластовые безнапорные воды;

— подрусловые подземные воды;

— грунтовые, обычно называемые «верховодкой».

Особой группой подземных вод являются ключи и родники восходящие и нисходящие. Восходящие родники образуются при выходе напорных вод в местах нарушения целостности перекрывающих их водонепроницаемых пластов. Нисходящие источники образуются в местах выхода на поверхность водоносных пластов, лежащих на водонепроницаемых породах, это происходит на склонах горных возвышенностей и долин рек, оврагов и балок. При грамотном устройстве каптажных сооружений для приёма этих вод можно получить достаточно надёжный источник воды высокого качества.

Итак, из имеющихся источников водоснабжения предпочтительнее источники, которые обеспечивают возможность:

— использования пригодных для питьевого водоснабжения по качеству (с водоподготовкой или без неё);

— обеспечения необходимого дебита. При этом учитываются балансовые запасы подземных вод района водозабора;

— организации зон санитарной охраны и соблюдения соответствующего режима в пределах её поясов с учётом гидрогеологической характеристики используемого водоносного горизонта, санитарной характеристики местности в районе водозабора, существующих и потенциальных источников загрязнения почвы и водоносных горизонтов;

— получения лучших технико-экономических показателей.

При организации водозабора коллективного пользования, как правило достигаются лучшие технико-экономические показатели, в частности: возможность уменьшения капитальных вложений, удешевление эксплуатационных затрат, организации и поддержания режима санитарных зон, осуществления производственного контроля качества воды перед  подачей её в водопроводную сеть.

При организации водозабора на одну усадьбу существует технико-экономическая альтернатива: либо монтировать дорогую глубокую скважину для получения воды из защищённых горизонтов или мелкую не всегда обеспечивающую санитарную надёжность и необходимый дебит. При этом для получения необходимого качества воды потребуется дорогостоящая установка водоподготовки с приличными эксплуатационными затратами.

Водозаборная реальность

В настоящее время для водоснабжения отдельных малоэтажных объектов (дачи, коттеджи) по информации, полученной из объявлений, от знакомых зачастую привлекаются случайные люди или бригады, оснащённые элементарными установками для неглубокого бурения, не заключающие договоров и, соответственно, не отвечающие за результаты работ. В один день бурится скважина, монтируется стальная труба с вертикальными прорезями, опускается бытовой погружной насос. Вода откачивается до осветления, счастливый заказчик оплачивает работы. На следующий день обнаруживается, что вода в налитом сосуде стала бурой, на дне и стенках осадок, вкус железистый. Хуже того, скважина постоянно пескует. Мой опыт обследования подобных водозаборов показывает, что при этом не соблюдены основные правила их устройства. Щелевой фильтр выполнен отрезным диском и его размеры позволяют мелкому песку  проникать через фильтр (особенно в прибрежной зоне реки). При этом не выполнена гравийная обсыпка колонны. Так называемые «фауст-патроны», активно устанавливаемые в песчаных грунтах не обеспечивают необходимого фильтрового слоя и не защищают скважину от песка. Производительность насоса не соответствует дебиту скважины. Как правило в таких конструкциях не формируется отстойник, насос подвешен в зоне фильтра, устье скважины не защищено от поверхностного загрязнения ни одним из классических способов.

Часто хозяева усадьб или дач выполняют монтаж скважин без учета уже пробуренных соседями и тогда возможно наложение их депрессионных воронок, что может уменьшить расход воды из соседних скважин.

Безопасность воды – это главное!

Добытые подземные воды должны подаваться в систему водоснабжения с качеством соответствующим их назначению. Если для полива газонов и растений вода не требует дополнительной водоподготовки, то для удовлетворения  питьевых и бытовых потребностей человека, либо для производства продукции, потребляемой человеком, используется хозяйственно-питьевая вода по качеству в естественном состоянии или после подготовки отвечающая гигиеническим нормативам определёнными СанПиНом. Кстати, для водопоя домашних птиц и животных должна использоваться вода питьевого качества. Нормативный документ определяет, что питьевая вода должна быть безопасна в эпидемиологическом  и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства. Добываемые из подземных источников воды необходимо исследовать на соответствие нормативам  41 показатель качества, определить их безвредность. Остановимся на основных группах показателей характерных для нашего региона, и на основе которых можно определить её безопасность и необходимость доочистки и кондиционирования.

К органолептическим показателям относятся: запах, привкус, цветность, мутность. Они характеризуют наличие в воде суспензированных частиц песка, глины, ила. Цветность природных вод обычно обусловлена гумусовыми и дубильными веществами, но может быть вызвана присутствием соединений железа и марганца, а также загрязнением водоносного  горизонта. Запахи и привкусы придают воде сероводород, соли железа, сульфаты кальция (вяжущий) и магний (горький), хлорид натрия (солёный), продукты жизнедеятельности микроорганизмов, а также, возможно, продукты загрязняющие источник.

Показателями природного органического загрязнения источника, а возможно и антропогенного, являются: окисляемость воды, наличие азотосодержащих соединений, органического углерода и поверхностно-активных веществ (ПАВ) (как правило, это моющие средства). Окисляемость обуславливается присутствием в воде органических и некоторых неорганических  примесей, таких  как железо в двухвалентной форме, сульфаты, сероводород и другие. Повышают показатель и загрязнение источников хлорорганикой, пестицидами, гербицидами, нефтепродуктами, бензолами и др. Присутствие в воде органического и аммонийного азота и нитритов, как правило, свидетельствует о загрязнении водоисточника органическими отходами (выгребные ямы, свалки, коровники,  скотомогильники, сточные воды как бытовые, так и производственные).

К показателям характеризующим микрокомпонентный состав относятся прежде всего катионы металлов, а также фтор, мышьяк и бор. Бальнеологи утверждают, что поступление в организм микрокомпонентов, в том числе и с водой, в биотических дозах, то есть в дозах свойственных организму, обуславливает физиологическую полноценность воды. Например, мышьяк в мышьяковистых водах (и такие у нас в стране добываются) участвует в синтезе гемоглобина, а также в процессах окисления нуклеинового обмена. Вода очищенная до дистиллированной  не поддерживает жизненно важных процессов в организме человека и может разбалансировать его работу. В то же время, каждый компонент из списка находится в перечне вредных для организма веществ по санитарно-токсилогическим и органолептическим лимитирующим признакам вредности веществ с классом вредности от 3 до 1. Как везде и во всём: главное соблюсти дозу. А доза, точнее показатели безопасности, опять же определены СанПиНом. В тоже время стандарт определяет перечень показателей и веществ определяющих физиологическую полноценность воды, это: минерализация, жесткость, щелочность, кальций, магний, калий, бикарбонаты, фториды и иодиты.

Минерализация определяется общим количеством веществ (кроме газов), содержащихся в растворённом состоянии. Растворённые в воде широко распространенные в природе соли кальция и магния характеризуют её жесткость. Различают жёсткость карбонатную (временную), некарбонатную (постоянную) и общую. Карбонатная жесткость обусловлена присутствием растворимых в воде гидрокарбонатов кальция и магния, которые при кипячении переходят в нерастворимые карбонаты (осадок) и вода умягчается. Некарбонатная жёсткость характеризуется содержанием сульфатов кальция и магния, хлоридов, нитратов и других соединений. Таким образом, СанПиН рекомендует для поддержания важнейших функций организма употреблять воду оптимальную по содержанию биогенных элементов и в цифрах определяет нормативы её полноценности по макро- и микро- элементному составу. По минерализации установлен предел по «сухому остатку» в 1000 мг/л, для воды высшей категории 200-500 мг/л. По жесткости: до 7 мг-экв/л., а для воды высшей категории 1,5-7 мг-экв/л.

В то же время, для обеспечения хозбытовых нужд, особенно связанных с подогревом или кипячением воды, идеальной является умягченная вода. При стирке уменьшается расход моющих средств, при кипячении исключается накипь на стенках сосудов. Конечно, технически возможно выполнить водоподготовку под оба варианта воды, но это экономически нецелесообразно. Полагаю, что истина, то есть оптимальное значение жёсткости, может быть определено следующей логикой. Для исключения отложений на поверхностях нагрева теплообменного или теплоиспользующего оборудования, работающих при температуре до 115 С, энергетики определили максимальную жёсткость воды равную 1,2 мг-экв/л. С учётом того, что бытовые потребители работают в менее напряжённых условиях значение жёсткости для хозяйственно-питьевых нужд можно поддерживать в диапазоне 0,8-2,0 мг-экв/л.

Безопасность питьевой воды  в эпидемиологическом  отношении определяется её соответствием нормативам по микробиологическим показателям: термотолерантные колиформные бактерии, общие колиформные бактерии, общее микробное число и  колифаги.

Если всё по порядку

Нормативными документами определён порядок разработки, монтажа и ввода в эксплуатацию водозабора из подземных вод для системы водоснабжения малоэтажных застроек, посёлков. Укрупнено это выглядит так:

— на основании статистических данных  и опыта забора подземных вод в районе определяется возможность добычи подземных вод в данной местности с необходимым дебитом, определяется предварительный химический состав воды по основным показателям характерным для подземных вод района. Производится санитарная оценка места размещения водозаборных сооружений, составляется прогноз санитарного состояния источника;

— оформляется проект водозабора, зон санитарной охраны и санитарно-эпидемиологическое заключение на них;

— в процессе бурения скважины уточняются структура грунтов, уровни водоносных горизонтов. По окончании бурения  скважины оборудуются обсадными трубами с песчаными затрубными фильтрами, обеспечивается защита устья скважины;

— скважина промывается, определяется её дебит, берутся анализы подземной воды для исследования по показателям определяющим содержание вредных химических веществ, микробиологические показатели, показатели определяющие её радиационную безопасность, а также органолептические свойства воды (запах, привкус, цветность и мутность);

— выбирается уровень подвески водоподъемного насоса в скважине, его основные технические характеристики: производительность и высота подъёма воды;

— производится монтаж насоса, оголовка и трубной обвязки. Оформляется паспорт скважины;

— оформляется лицензия на пользование недрами для добычи подземных вод. разрабатывается программа мониторинга подземных вод.

А подрядчик кто?

Для обеспечения качества работ и надёжности водоснабжения объекта заказчик может предъявить к потенциальным подрядчикам ряд требований. Некоторые из них. Подрядчик должен иметь профессиональную подготовку, технические возможности и опыт выполнения работ в водоснабжении и водоочистке. В частности, опыт проектирования технологических процессов обеспечения качества воды, проектирования и монтажа систем водоснабжения и подбора оборудования, материалов и химреагентов для комплектации установки водоподготовки. Желательно, чтобы предприятие имело свою лабораторию водно-химического режима. Необходимость оформления с подрядчиком письменного договора очевидна. Во-первых, при этом автоматически определяется ответственность сторон, во-вторых, прописывается порядок приёмки качества работ (в том числе качества воды), в-третьих, устанавливаются гарантийные обязательства. Основательность заказчика при выборе подрядчика также может избавить его от  многих хлопот возникающих в процессе эксплуатации, например, по  поставкам химреагентов, замены быстроизнашивающихся деталей (как правило, заграничных), непредвиденных ремонтов, прочисток, перепрограммирования режимов автоматических промывок и регенераций.

Задачу надо ставить корректно!

Ещё на стадии проектирования и строительства здания необходимо предусмотреть следующее:

— отапливаемое помещение размерами не менее 2*3 м  в плане и высотой 2,5 м для монтажа оборудования установки водоподготовки и ёмкостей. Расположение помещения должно удовлетворять требованиям удобства подвода водопровода от скважины, прокладки самотечной дренажной трубы для отвода промывных вод, а также иметь небольшие расстояния до мест водозабора. Помещение должно быть вентилируемым;

— канализационный сток для сброса промывных вод производительностью 4 куб. метра /час;

— электропитание 220 В с нулевым защитным проводником для подключения общей нагрузки до 1,5 кВт.

Выше мы выяснили, что каждый источник водоснабжения, вода, получаемая из него, а также её потенциальный потребитель имеют свои специфические особенности по способу добычи, по химсоставу и режиму водопотребления, поэтому для проектирования системы водоснабжения требуется подбор исходных данных. К ним относятся данные по режиму водопотребления: максимальное суточное водопотребление и пиковый расход (литров в минуту). Если у заказчика нет этих данных,  то для их расчета потребуется информация по точкам водопотребления (умывальники, мойки, душевые сетки, джакузи, санузлы, бассейн, полив территории и др.), а также по количеству проживающих. Далее, даются данные по помещению для монтажа установки водоподготовки и ёмкостей, возможности отвода промывочных и дренажных вод на объекте (канализация, септик, выгребная яма, рельеф и др.) и электропитанию. Описывается водозабор, если он уже существует (скважина, колодец, ключ и.т.д.), его технические характеристики. Заказчик определяет степень  автоматизации работы системы: автоматическое включение – отключение насоса скважины, автоматическое или ручное управление регенерацией фильтров, их промывкой и т.д. И, наконец, главной исходной информацией для проектирования технологии и  установки водоочистки является химический анализ добываемой воды. Если владелец  водозабора оформляет санэпидзаключение  на воду и лицензию на недропользование, то он исследует воду по полному перечню показателей качества на соответствие нормативам СанПиН 2.1.4.1074-01. В период эксплуатации водозабора производится постоянный мониторинг подземных вод с регулярным отбором проб по перечню согласованным с местным органом министерства природных ресурсов или по их стандартному перечню, данному в Методических рекомендациях этого ведомства.

Для определения параметров качества исходной  воды не соответствующих ПДК и, соответственно, разработки технологии  и построения установки водоподготовки достаточно следующего перечня показателей:

Мутность, мг/л	Жесткость общая мг-экв/л	Аммоний NH4+, мг/л
Цветность, град.	Железо общее, Fe, мг/л	Нитраты NO3-, мг/л
Запах (вид запаха), баллов	Марганец, мг/л	Нитриты NO2-, мг/л
Взвешенные вещества, мг/л	Натрий Na + калий К, мг/л	Хлориды Cl, мг/k
рН (водородный показатель)	Кальций Са, мг/л	Сульфаты SO4 2-, мг/л
Общее солесодержание, мг/л	Магний Mg, мг/л	Фтор F, мг/л
Окисляемость перманганатная, мгО2/л	Кремний Si, мг/л	Бикарбонаты HCO3 -, мг/л
Щелочность общая , мг-экв/л	Медь Cu, мг/л

Водоподготовка: это серьезно

Исходя из моего опыта, могу констатировать, что большая часть потенциальных заказчиков технологий получения воды питьевого качества, или как они говорят «чистой воды» представляют установку водоподготовки как некую бочку, в которую по одной трубе втекает «грязная вода», а по другой вытекает «чистая». На самом деле установка представляет комплекс оборудования различного назначения и принципа действия, причём в зависимости от химсостава исходной воды в каждом отдельном случае имеющая свои качественные и количественные особенности.

Рассмотрим основные проблемы и способы их решения стоящие перед разработчиками водоподготовительных установок.

Первой задачей в очистке воды является удаление механических загрязнений (мелкий песок, глинистые, иловые взвеси и т.д.) извлекаемых насосами из водоисточника. Они могут быть удалены методами отстаивания и фильтрации через сетки, прокачкой через насыпные фильтры и крупнопористые мембраны. На практике, как правило, это реализуется с помощью фильтров-грязевиков с размером пор ячеек от 100 до 600 мкм установленных на входе установки, и фильтрами тонкой очистки, комплектуемыми сменными фильтрующими элементами с размерами пор от 0,5 до 50 мкм, устанавливаемыми на выходе установки или перед точками водоразбора.

Для пользователей подземных вод нашего региона главной проблемой является присутствие в воде  растворённого железа и марганца. Вода взятая из скважины первоначально прозрачна, но после контакта с воздухом приобретает желтовато-бурую окраску. Основным способом очистки воды от этих широко распространённых в природе элементов является окисление, посредством которого осуществляется  перевод растворённых двухвалентных элементов в нерастворённые трёхвалентные. В зависимости от их концентрации в природной воде, от вида соединения или состояния (бикарбонат двухвалентного железа, бактериальное железо, органическое железо, коллоидная структура), величины водородного показателя, окисляемости или присутствия в воде сероводорода, применяют различные методы окисления: кислородом воздуха, хлором и его соединениями, озоном, перманганатом калия или пероксидом водорода. В некоторых случаях для обеспечения эффективной очистки требуется коррекция водородного показателя. Отложившиеся на зернистой загрузке  фильтров хлопья вымываются обратной промывкой.

Другим методом борьбы с железом и марганцем являются ионно-обменные фильтры. Ранее применявшийся метод для умягчения воды с появлением синтетических смол, особенно в комбинациях различных смол, стал активно применяться и для очистки воды от железа.

Одним из современных направлений нехимической очистки подземных вод является биологический способ, который основывается на использовании микроорганизмов, например, железобактерий. Они переводят двухвалентное железо в трёхвалентное. Сами по себе эти бактерии не представляют опасности для организма человека, однако продукты их жизнедеятельности токсичны и требуется дополнительная ступень  фильтрации.

Применяющиеся в водоочистке мембранные технологии предназначены для глубокой очистки воды, то есть с их помощью воду можно обессолить, избавить от бактерий, простейших вирусов («холодная стерилизация»). Кроме того, ультрафильтрационные мембраны пригодны для задержания уже окислённого трёхвалентного железа, ультрафильтрационные  и нанофильтрационные  способны  удалять коллоидное и бактериальное железо, а обратно – осмотические мембраны удаляют даже растворённое органическое и неорганическое железо. При их применении требуется достаточно тщательная подготовка воды, в частности – удаление взвесей, органики и сероводорода.

В некоторых районах, причём на разных глубинах, в добываемой воде обнаруживаются сероводород, аммоний, метан. Вывод их из воды достаточно трудоёмок. Аэрирование и выветривание в безнапорном аэраторе приводит к увеличению громоздкости оборудования, при окислении не все окислители могут эффективно работать одновременно  с сероводородом и железом.

Для удаления органических  загрязнений и для так называемой «полировки» воды (т. е улучшения её вкуса) применяются фильтры на активированных углях.

Для умягчения жёсткой воды  применяют один из методов: реагентные умягчители, нанофильтрация. На практике чаще применяют натрий-катионитовые фильтры.

С целью обеспечения эпидемиологической безопасности воду перед подачей на точки водоразбора обеззараживают. Наиболее распространённым методом обеззараживания остаётся метод хлорирования. В частности, на небольших станциях водоподготовки часто применяют гипохлорид натрия, производимый там же на установках диафрагменного электролиза поваренной соли. Эффективным методом обеззараживания является озонирование воды, но в условиях коттеджей он экономически нецелесообразен, к тому же вызывает коррозию стальных труб. В последние годы наибольшее распространение получил метод обеззараживания воды ультрафиолетовыми лучами, они уничтожают не только вегетативные, но и споровые формы бактерий, не изменяют органолептических свойств воды. Основным недостатком метода является полное отсутствие последействия, поэтому при наличии накопительных ёмкостей в системе водоснабжения здания УФ- обеззараживатель ставится после них ближе к потребителю.

И, наконец, пьём чистую воду

После монтажа оборудования производится наладка установки водоподготовки. Согласовываются гидродинамические режимы ступеней очистки и потребителей, определяются режимы промывок и регенерации фильтров в часах работы или кубометрах воды, берутся необходимые химанализы, составляется инструкция по эксплуатации. Заказчику передаются паспорта на оборудование, сертификаты соответствия и санитарно-эпидемиологические заключения на устройства водоочистные и материалы (смолы, зернистые загрузки и т.д.), оформляется акт ввода установки (или системы водоснабжения) в эксплуатацию.  Далее заказчик эксплуатирует и осуществляет её техническое обслуживание самостоятельно или заключает договор с подрядчиком или иной специализированной организацией на сервисное обслуживание, в том числе поставку расходных материалов. Не менее четырёх раз в год необходимо сдавать воду на исследование по основным параметрам.

В качестве послесловия

Если читатель не найдёт в материале чётких и конкретных рекомендаций, то он по крайней мере может найти в нём вопросы, которые следует задавать тем, кто соблазняет его (читателя) быстрыми и лёгкими решениями довольно сложных научно-технических проблем.