Лекция №1. Санитарная
гидротехника как прикладная наука.
История развития.
План лекции:
1. История возникновения санитарной гидротехники.
2. Водопользование и водопотребление.
3.
Источники загрязнения водоемов.
Понятие санитарная
гидротехника
Санитарная гидротехника - отрасль науки и техники, охватывающая вопросы использования, охраны водных ресурсов и борьбы с вредным действием вод при помощи инженерных сооружений.
Инженерные сооружения, с помощью которых непосредственно осуществляются те или иные водохозяйственные мероприятия, называются гидротехническими.
1. История возникновения санитарной гидротехники.
Во все времена поселения людей и размещение промышленных объектов реализовались в непосредственной близости от пресных водоемов, используемых для питьевых, гигиенических, сельскохозяйственных и производственных целей. В процессе использования воды человеком она изменяла свои природные свойства и в ряде случаев становилась опасной в санитарном отношении. Впоследствии с развитием инженерного оборудования городов и промышленных объектов возникла необходимость в устройстве организованных способов отведения загрязненных отработавших потоков воды по специальным гидротехническим сооружениям. В настоящее время значение пресной воды как природного сырья постоянно возрастает. При использовании в быту и промышленности вода загрязняется веществами минерального и органического происхождения. Такую воду принято называть сточной водой. В зависимости от происхождения сточных вод они могут содержать токсичные вещества и возбудители различных инфекционных заболеваний. Водохозяйственные системы городов и промышленных предприятий оснащены современными комплексами самотечных и напорных трубопроводов и других специальных сооружений, реализующих отведение, очистку, обезвреживание и использование воды и образующихся осадков. Такие комплексы называются водоотводящей системой. Водоотводящие системы обеспечивают также отведение и очистку дождевых и талых вод. Строительство водоотводящих систем обусловливалось необходимостью обеспечения нормальных жилищно-бытовых условий населения городов и населенных мест и поддержания хорошего состояния окружающей природной среды.
О применении воды для удаления нечистот свидетельствуют археологические раскопки древних поселений Вавилонии, Ассирии, Финикии, Египта, Греции и Рима. Для отведения сточных вод в естественные
проточные водоемы или для
орошения сельскохозяйственных земель строились крупномасштабные гидротехнические
сооружения, выложенные кирпичом с
обмазочной гидроизоляцией, обеспечивающие пропуск больших водных потоков.
Литературные источники свидетельствуют о
существовании каналов для отведения дождевых и бытовых сточных вод в
Индии и Китае около 5-6 тыс. лет назад. За несколько тысячелетий до нашей эры, в ассирийском Саргонском
дворце был построен канал высотой
В России первые попытки законодательно ограничить загрязнение городских водоемов относятся ко времени Петра I (Указы 1718 и 1719 гг.). В первом из них содержалось запрещение жителям Петербурга бросать мусор в реки, каналы и протоки, во втором — запрещалось засорять воды Невы. К 1770 гг. относится первое из известных нам дел Медицинской коллегии, связанное с загрязнением воды открытого водоема. В 1764 г. в Сенат поступило донесение генерала Вильбона о чрезмерном загрязнении р. Упы, после чего Медицинская коллегия распорядилась командировать в Тулу "обретающегося в Москве при бабичьем деле доктора Эразмуса". В своем рапорте Эразмус описал чрезвычайное
загрязнение реки отходами кожевенных и салотопельных заводов, а также боен —
"нечистоты наполняют реку" и указал, что употребление такой воды жителями Тулы должновредно отзываться на их здоровье. По представлению Медицинской коллегии Сенат послал в Тулу указ об устранении загрязнения воды и очевидно дело этим закончилось. О реакции тульских властей на сенатский указ в документах сведений не имеется.
В историческом развитии спуск промышленных сточных вод в водоемы можно
подразделить на 3 фазы:
1) ничем не ограниченная возможность спуска сточных вод в общественные водоемы;
2) попытки разработки правительственными органами (в первую очередь -
Медицинским Департаментом МВД) и проведения в жизнь норм степени чистоты, которым должны удовлетворять всякого рода сточные воды до их выпуска в водоемы;
3) фаза индивидуального подхода к сложному вопросу очистки и спуска сточных вод.
В России период ничем не ограниченного спуска сточных вод в водоемы продолжался вплоть до последнего десятилетия XIX в. К 90-м годам XIX в. относятся первые попытки законодательно ограничить загрязнение открытых водных источников. Так, Сводом законов 1892 г. было запрещено портить воду в местах, где ее берут для питьевых нужд. Запрещалось также устройство фабрик и заводов, вредных чистоте воздуха и воды, выше городов и селений по течению рек.
Однако в данных законах не указывалось конкретно, какие именно производства и на каком основании должны признаваться вредными. Кроме того, надзор за исполнением этих статей закона был возложен на полицию и городские общественные учреждения и плохо организован.
К этому же периоду относится дело о загрязнении Волги нефтепродуктами, возникшее по инициативе рыбопромышленников. К началу XX в. относятся первые попытки изучения влияния загрязнения водных источников на здоровье человека. Однако и в зарубежных странах в данный период спуск сточных вод регламентировался указаниями самого общего характера, лишь в Англии законом от 1898 г. были сделаны первые попытки количественно определить нормы состава сточных вод.
В 1908 г. Медицинским советом Министерства внутренних дел под руководством Г.В. Хлопина была учреждена Комиссия для разработки норм спуска сточных вод в водоемы. В своей подготовительной работе Комиссия исходила из принципа установления санитарных требований к составу сточных вод, т.е. стандартизации физико-химических показателей стоков, спуск которых в водоем может быть допущен. Однако тогда же получила распространение и иная точка зрения, согласно которой при спуске сточных вод не следует устанавливать стандартных требований к степени их чистоты, что вопрос следует решать лишь в связи с местными условиями — массой воды в реке и быстротой течения. Таким образом, по вопросу о спуске сточных вод в водоемы столкнулись две точки зрения, различные по принципам теоретического обоснования и практического применения.
Комиссией в 1910 г. опубликованы "Санитарные требования, которым должны удовлетворять воды, спускаемые в общественные водоемы", включавшие 10 параграфов. Однако этот документ не получил силы закона и предлагался Министерством внутренних дел лишь в качестве рекомендаций для местных органов власти.
В период 1912-15 гг. Комитетом был проведен ряд углубленных исследований водоемов Московской, Владимирской и Тверской губерний, выживших значительное загрязнение рек и необходимость организации предварительного обезвреживания промышленных сточных вод. Одновременно специалистами Комитета разрабатывались методики исследования и способ очистки сточных вод. Нельзя не упомянуть и об экспериментальных работах отечественных ученых в области биологической очистки сточных вод. Пионерами внедрения данного способа являлись Англия и Германия. В России с 1905 г. функционировали две первые станции биологической очистки: Опытная станция но исследованию метода биологической очистки на полях орошения г. Москвы и станция в Царском Селе, на базе которой исследовательская работа велась учеными Института экспериментальной медицины.
Острота проблем, связанных с загрязнением водоемов сточными водами определялась с одной стороны бурным развитием промышленности в России начиная с 90-х гг. XIX в., с другой — неподготовленностью гигиенической науки и несовершенством санитарного законодательства. Существовавшие государственные законоположения об охране воды и почвы предписывали устранение вреда от загрязнений, не давая никаких конкретных указаний для практического выполнения этих требований.
Осуществление большинства проектов, которые рассматривала Комиссия о народном здравии, требовало привлечения значительных государственных средств. В определении по законопроекту «О санитарной охране воздуха, воды и почвы» было записано, что «применение принципа помощи государства, хотя бы и частичное, для успешного выполнения этой задачи более чем уместно». Это же указывали в своих работах и специалисты. Так, говоря о необходимости строительства канализации в Астрахани, Саратове, Сызрани, Самаре, Симбирске в связи с периодическими вспышками холеры, инженер-сантехник Ф.А. Данилов писал: «Несомненно, что для устройства канализации и обезвреживания сточных вод поволжских городов необходимы, если не во всей сумме, то во всяком случае в большей части, государственные средства».
Таким образом, на протяжении дореволюционного периода в решении вопросов санитарной охраны окружающей среды сохранялось противоречие, заключавшееся в том, что несмотря на значительно возросшее в России к началу XX в. загрязнение открытых водоемов сточными водами отсутствовали законодательные предпосылки для привлечения к решению данной проблемы государственных субсидий. Этому способствовал и распространенный в различных слоях общества взгляд на окружающую среду, как на объект подчинения человеческой воле и средство для извлечения прибыли.
Низкая эффективность действовавшего санитарного законодательства объясняется преобладанием в области практики полицейско-запретительных мер, отсутствием регламентации в вопросах признания конкретных производств опасными для окружающей среды, а также тем, что владельцы предприятий игнорировали природоохранные мероприятия.
Во время Первой мировой войны и последующих революционных событий и гражданской войны в России явились причиной пренебрежения к вопросам охраны водоемов. Одним из первых актов санитарного законодательства в послереволюционный период явился декрет СНК РСФСР от 15.IX.1922 г. «О санитарных органах республики». В соответствии с декретом, санитарный надзор осуществлялся органами Наркомздрава, в составе которого выделялась санитарная организация со специализацией по отдельным видам санитарного надзора: жилищно- санитарному и пищевому.
В 1923 г. Наркомздравом издано «Положение о нормах чистоты сточных вод». Данное «Положение» в основных пунктах повторяло «Санитарные требования», разработанные комиссией Г.В. Хлопина, ибо новые наблюдения еще не были накоплены. Особым примечанием допускалась возможность отступления от общих норм, если местные санитарные органы смогут это мотивировать.
Среди научных учреждений, проводивших исследовательскую работу в области санитарной охраны окружающей среды, следует в первую очередь отметить деятельность Центрального комитета водоохранения (1919 г). Основными задачами Комитета было:
1. исследование водоемов в отношении влияния на них промышленных сточных вод;
2. проектирование норм требований, необходимых для охраны водоемов от загрязнений, с последующим утверждением Народным комиссариатом здравоохранения;
3. предложение промышленным предприятиям рациональных методов очистки, применяемых с наименьшими затратами.
Последняя, главнейшая задача Комитета, являлась одновременно и наиболее трудновыполнимой.
Комитетом была продолжена лабораторная разработка научных проблем, связанных с влиянием различных загрязнений на ограничение водопользования, самоочищением водоемов и поисками подходов к вопросу о спуске сточных вод. Однако в области практического воплощения научных идей возможности Комитета носили рекомендательный характер.
В связи с развитием промышленности и возрастанием числа запросов, касающихся охраны источников водоснабжения в 1926 г. была образована Санитарно-техническая комиссия. На нее возлагалось научное разрешение вопросов в области водоснабжения, удаления нечистот, благоустройства и планировки населенных мест, разработка общих санитарно-технических норм, методик санитарных обследований и анализов, рассмотрение инструкций и правил, выработка заключений по законопроектам, проектам строительства и реконструкции, разрешение иных спорных вопросов в области санитарной практики. К сожалению, заключения Комиссии носилипреимущественно рекомендательный характер и, поскольку очистка сточных вод ряда специфических производств не имела достаточного обоснования, нередко признавалось необходимым организовать на месте постановку опытов по разработке методов очистки стоков уже действующих предприятий. В наибольшей степени это относилось к впервые создаваемым в стране предприятиям химической промышленности.
Несмотря на то, что рекомендации Санитарно-технической комиссии далеко не всегда получали практическое осуществление (причиной чего был недостаток материальных средств и отсутствие понимания со стороны хозяйственных руководителей), ее деятельность объективно способствовала разработке новых методик исследования питьевых и сточных вод, мероприятий по охране грунтовых вод и воды открытых водоемов, новых методов очистки промышленных сточных вод.
Несмотря на все трудности и проблемы, продолжался рост числа санитарно-охранных зон открытых водоемов, существенно расширилось водопроводно-канализационное строительство. К концу первого десятилетия советской власти по сравнению с предреволюционными годами число канализованных городов в СССР возросло вдвое, с 16 до 31; число водопроводов увеличилось с 214 до 280. В некоторых неканализованных городах: Вологде, Орехово-Зуево, Козлове были оборудованы поля ассенизации.
К началу первой пятилетки в СССР были заложены принципы водно-санитарного законодательства. Практика санитарной работы постепенно переходит от чисто противоэпидемических мероприятий к охране воды, как задаче государственных органов.
В 1931 г. был создан Всесоюзный научно-исследовательский институт водоснабжения и санитарной техники находится в полярных ледниках и водоносных слоях под землей. Объем потребления пресной воды в мире достигает приблизительно 3900 млрд. м3/год. Около половины этого количества потребляется безвозвратно, а другая половина превращается в сточные воды.
2.
Водопользование
и водопотребление.
Водное хозяйство - отрасль народного хозяйства, занимающаяся изучением, учётом, планированием комплексного использования водных ресурсов, охраной поверхностных и подземных вод от загрязнения и истощения и транспортировкой их к месту назначения (потребления). Основная задача В. х. — обеспечение всех отраслей народного хозяйства водой в необходимом количестве и соответствующего качества. Непременной обязанностью В. х. является работа по охране вод от загрязнений промышленными и бытовыми стоками. На заводах и фабриках сооружаются и реконструируются очистные сооружения, а сдача в эксплуатацию новых предприятий допускается лишь при наличии устройств для очистки вод, сбрасываемых в реки и водоёмы.
По характеру использования водных ресурсов отрасли народного хозяйства делятся на водопотребителей, которые часто безвозвратно изымают воду из её источников (рек, водоёмов, водоносных пластов), — промышленность, сельское хозяйство, коммунальное хозяйство (для промышленного, бытового и с.-х. водоснабжения, орошения, обводнения), и водопользователей, которые обычно используют не самоё воду, а её энергию или водную среду, — гидроэнергетика, водный транспорт, рыбоводство и др.
В течение длительного периода человек использовал водные ресурсы и не испытывала недостаток воды. Однако, в связи с быстрым ростом населения Земли и его производственной деятельности, потребности человека в воде значительно возросли. Сегодня во многих местах земного шара ощущается нехватка пресной воды для жизненных нужд, нужд промышленности и сельского хозяйства. Это обусловлено, как нами отмечалось ранее, как количественным, так и качественным истощением водных ресурсов. Из года в год, количество воды, используемой одним жителем планеты, растет, причем основным источником водопользования и водопотребления являются реки. Динамика мирового водопотребления в XX веке свидетельствует о значительном росте объемов потребления воды, причем меняется тенденция водопотребления в сторону промышленного производства.
Главным водопотребителей остается сельское хозяйство, в котором наблюдаются самые необратимые потери воды - до 80%. Рост оросительных площадей и количества поливной воды обусловлено как ограничением площадей традиционных пахотных земель в условиях демографического взрыва, совершенством оросительных систем, так и особенностью сельскохозяйственных культур.
На образование
1 кг растительной массы различными растениями используется от 150-200 до
800-1000 дм3 пресной воды. На орошение 1 га засеянного поля расходуется до
12000-14000 м3 воды, в зависимости от вида сельскохозяйственной культуры. На
полив 1 га поля засаженного кукурузой за сезон расходуется до 3000 м3 воды,
капусты - 8000 м3, риса - 12000-18000 м3.
Вторым мощным водопотребителей является промышленность,
причем растет удельный вес этого потребителя в общем водопотреблении. Хотя
наиболее мощными водопотребителей в промышленности
являются электростанции (АЭС и ТЭС), они способствуют, главным образом,
тепловом загрязнению водоемов. Другие отрасли промышленности также могут быть
мощными водопотребителей. Так, на получение 1 тонны
Николу расходуется до 4000 м3 воды, 1 т синтетического волокна - 3000-5000 м3,
1 тонны стали - 200 м3, 1 тонны бумаги - 100 м3 т.д.
Растет потребление воды населением. Если в средние века городской житель ежедневно тратил на себя до 25 дм3 воды, то сегодняшний горожанин тратит около 150 дм3 воды. В крупных городах водопотребление значительно больше.
Рост водопотребления населения характерно не только для городского населения, но и для сельского. Рядовой крестьянин только на собственные нужды потребляет до 50 дм3/добу пресной воды, но с учетом активного полива огородов в весенние и летние периоды эта величина значительно возрастает. Следовательно, мировое водопотребление растет из года в год, поэтому одним из важнейших аспектов современного водопотребления является возможность изменения характера водообеспечения в результате целенаправленного воздействия на структуру глобального водооборота. Уже сегодня хозяйственная деятельность человека привела к активизации процесса глобального круговорота воды вследствие роста площади выпаривания и необратимых потерь воды за счет химического связывания т.д.
При организации мероприятий по охране природных вод в первое очередь следует различать два основных аспекта использования воды: водопользования и водопотребления, которые по-разному влияют на экологическое состояние природных водоемов. При водопользовании вода из водного источника не изымается, то есть это использование воды как среды обитания, например, рыбное хозяйство, рекреация и т.д., как транспортной магистрали, например, судоходство, и как источники энергии для гидроэлектростанций. При водопользовании возможно лишь качественное истощение водных ресурсов, которое обусловлено загрязнением водоемов.
При
водопотреблении вода из водного источника изымается и используется для
промышленных, агрокультурных, коммунально-бытовых и других потребностей. При
водопотреблении возможно как качественное, так и количественное истощение
водных ресурсов и необратимые потери воды. Этому аспекту использования воды
уделяется значительно больше внимания, по сравнению с водопользованием, хотя
это не всегда оправдано.
По ДСТУ 3041-94, водопользование - это использование водных объектов и систем
водоснабжения для удовлетворения потребностей населения и народного хозяйства,
а водопотребления - это потребление воды из водного объекта или системы
водоснабжения.
Объектами водопользования и водопотребления является, преимущественно, поверхностные и подземные пресные воды, территориальные морские воды.
3.
Источники
загрязнения водоемов.
Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоемах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоемов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения.
Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:
. механическое - повышение содержания механических примесей,
свойственное, в основном, поверхностным видам загрязнений;
. химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ
токсического и нетоксического действия;
. бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных
патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;
. радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;
. тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных
электростанций.
Основными источниками загрязнения и засорения водоемов являются недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников, обработке и сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта; отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д. Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые, в основном, проявляются в изменении физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, привкусов и т.д.; в изменении химического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов. Производственные сточные воды загрязнены, в основном, отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав их разнообразен и зависит от отрасли промышленности, ее технологических процессов; их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды.
Вопросы для самоконтроля:
1. История возникновения санитарной гидротехники.
2. Водопользование и водопотребление.
3.
Источники
загрязнения водоемов.
Список литературы
а)
основная
Мамонтова Р.П.Санитарная гидротехника.
Москва: Моркнига, 2012. - 496 с.
Демидова А.Г. Основы санитарной гидротехники:
Учебное пособие для студентов вузов.-Калининград:
КТИРПХ, -1988, 76 с.
б)
дополнительная
Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка
сточных вод/ учебник для вузов: М.:-Издательство
Ассоциации строительных вузов, 2006.- 704 с.
Калицун В.И. Основы водоснабжения и канализации.
Учебное пособие для техникумов. Изд. 2-е перераб. и дополн. Москва: Стройиздат, 1977.
Николадзе Г.И. Водоснабжение. Учебное пособие
для техникумов. Изд. 3-е перер. и доп.- М.:Стройиздат.- 1989.- 596 с.