Bibliotecă NCBI. Un serviciu al Bibliotecii Naționale de Medicină, Institutele Naționale de Sănătate.

publică

Comitetul Național pentru Cercetare (SUA) Comitetul pentru apă potabilă sigură. Apă potabilă și sănătate: Volumul 4. Washington (DC): National Academies Press (SUA); 1982.

Apă potabilă și sănătate: volumul 4.

În principiu, un sistem de alimentare cu apă poate fi descris ca fiind format din trei componente de bază: sursa de alimentare, prelucrarea sau tratarea apei și distribuția apei către utilizatori. Apa de la sursă este transportată către stația de epurare prin conducte sau apeducte, fie prin presiune, fie prin fluxul cu canal deschis. După tratare, apa pătrunde direct în sistemul de distribuție sau este transportată către acesta prin conducte de alimentare.

Sursă

Pentru o aprovizionare cu apă publică, sursa de apă brută trebuie să furnizeze o cantitate suficientă pentru a satisface toate utilizările municipale, instituționale și industriale, precum și cererea de stingere a incendiilor. Poate fi utilizată fie apa de suprafață, fie apa freatică. Deși majoritatea sistemelor de apă sunt furnizate dintr-o singură sursă, există cazuri în care sunt utilizate atât sursele de apă de suprafață, cât și cele subterane.

Apa de suprafață este extrasă din râuri sau lacuri mari. Chiar și un pârâu mic poate fi potrivit dacă este confiscat de un baraj. Apa subterană este obținută în mod normal prin scufundarea puțurilor în zona saturată situată sub pânza freatică.

Calitatea și tratarea apei brute

Calitatea apelor de suprafață variază. În mod caracteristic, aceste ape conțin microorganisme, precum și particule anorganice și organice și solide dizolvate. De asemenea, pot avea o culoare, un gust și un miros nedorite. Apele de suprafață sunt supuse contaminării prin canalizare din orașe, deșeuri industriale, scurgeri agricole și deșeuri de la animale și păsări. Temperatura apelor de suprafață fluctuează cu variații climatice.

Deși apele subterane sunt, de asemenea, supuse contaminării ca urmare a activităților umane, ele sunt adesea limpezi, incolore și posedă concentrații mai mici de materie organică și microorganisme decât apa de suprafață, datorită filtrării naturale efectuate de percolarea apei prin sol, nisip, sau pietriș. În schimb, conținutul de minerale, inclusiv ioni de calciu și magneziu - principalii factori care contribuie la „duritatea apei” - poate fi mai mare în apele subterane decât în ​​apele de suprafață din apropiere. În general, conținutul mineral al apelor subterane reflectă caracteristicile minerale ale solului din zonă. În timp, calitatea apelor subterane este de obicei mai constantă decât cea a apelor de suprafață. Temperaturile apelor subterane sunt, de asemenea, mai constante, apropiindu-se în mod normal de temperatura medie anuală a regiunii în loc de fluctuațiile constante reflectate în temperaturile apelor de suprafață.

Pentru a fi acceptate pentru o alimentare cu apă publică, apa subterană poate necesita doar dezinfectare pentru a asigura o protecție adecvată a sănătății. Pe de altă parte, poate fi necesară îndepărtarea anumitor constituenți inacceptabili din apă și/sau reducerea altora la limite tolerabile, în funcție de tipul de contaminare, criteriile sau standardele aplicabile și/sau dorința utilizatorilor. Apele de suprafață necesită în mod normal un tratament mai extins decât apele subterane. Tratarea apei brute poate include coagularea, sedimentarea, filtrarea, înmuierea și îndepărtarea fierului în plus față de dezinfectare.

Corozivitatea apelor de suprafață și a apelor subterane variază foarte mult, în funcție de pH-ul, duritatea și alte caracteristici ale acestora. Unele ape pot conține, de asemenea, minerale dizolvate, care se depun în interiorul conductelor, ducând la formarea de solzi. Apele brute foarte corozive pot fi tratate pentru a reduce această proprietate împreună cu alte tipuri de tratamente necesare. Temperatura apei tratate este în general aceeași cu cea a apei brute. Modificări ușoare pot fi produse de temperatura aerului ambiant în timpul detenției în stația de tratare. Temperaturile ridicate ale apei accelerează acțiunea corozivă și scad vâscozitatea apei.

Distribuția apei

Acea porțiune a unui sistem public de apă care transportă apa de la stația de epurare către utilizatori se numește sistem de distribuție. Aspecte fizice precum proiectarea, construcția. și funcționarea unor astfel de sisteme poate avea un impact important asupra calității apei. Complexitatea și cerințele acestor sisteme le fac cel mai costisitor element unic din sistemul de alimentare cu apă.

Debitul sistemelor de distribuție a apei poate fi controlat fie prin gravitație, fie prin presiune (pompare). Adesea, sistemele publice de alimentare cu apă folosesc o combinație a ambelor. În sistemele gravitaționale, apa este confiscată în locații strategice suficient de ridicate pentru a crea presiunea de lucru necesară pentru a muta apa la punctele de cerere. Atunci când depozitarea sau depozitarea ridicată nu este practică, presiunea de lucru necesară este asigurată de pompe din sistem. În aceste sisteme de presiune, pompele sunt situate în mod normal la stația de epurare și poate în cadrul sistemului de distribuție. În sisteme combinate, facilitățile de stocare a apei sunt adesea prevăzute împreună cu dispozitive pentru pompare. Acest tip de sistem asigură stocarea apei în perioadele cu cea mai mică cerere, asigurând în același timp că este disponibilă o cantitate suficientă pentru a satisface cererea maximă. De obicei, apa este pompată direct în sistemul de distribuție. Cantitatea de apă care depășește cererea se alimentează automat într-un depozit sau rezervor. Un sistem poate fi, de asemenea, proiectat astfel încât pompele să alimenteze direct instalația de stocare a apei; la rândul său, apa ar putea curge în sistemul de distribuție prin gravitație.

Aspectul detaliat al unui sistem de distribuție și caracteristicile sale de flux depind de zona care urmează să fie deservită și de topografia sa, planul străzii, locația sursei de aprovizionare și alte variabile. Indiferent de tipul de sistem, există de obicei cel puțin o linie principală de alimentare sau conductă principală de transport care transportă o cantitate mare de apă finită de la stația de tratare și/sau instalația de pompare la o locație specifică din sistem. Dacă sistemul de distribuție este mare, pot exista mai multe transmisii principale, fiecare deservind o anumită zonă geografică din cadrul sistemului general. Acest flux este apoi distribuit local utilizatorilor printr-o serie de conducte sau rețele progresiv mai mici. Clădirile deservite sunt conectate la rețea prin conducte mici numite linii de serviciu sau conexiuni.

Această rețea de diferite dimensiuni de țevi de interconectare este concepută în mod normal ca o rețea cu o serie de bucle pentru a evita fundăturile. Rezultatul este un sistem de circulație capabil să furnizeze apă către toate punctele din sistem, susținând service chiar dacă o secțiune trebuie îndepărtată pentru întreținere și reparații sau dacă o porțiune a sistemului trebuie scoasă din funcțiune din cauza contaminării. Pentru a realiza acest lucru, toate sistemele de distribuție ar trebui să aibă un număr suficient, tipuri și dimensiuni de supape, astfel încât să poată fi izolate diferite secțiuni.

Rețelele sunt de obicei realizate din fontă, fontă ductilă, oțel, beton armat, plastic sau azbest-ciment. Tipul de țeavă utilizat este dictat de considerente de cost, de condițiile locale și de dimensiunea țevii necesare. Materialul de conducte pentru liniile de serviciu, adică conexiunile de uz casnic, poate fi fier forjat galvanizat, plumb, oțel galvanizat, cupru, plastic, fontă sau fontă ductilă. Dintre acestea, cuprul pare a fi cel mai utilizat. Plumbul, cuprul, zincul, aluminiul și aliaje precum alama, bronzul și oțelul inoxidabil pot fi utilizate, de asemenea, pe lângă metalele feroase din pompe, țevi mici, supape și alte accesorii. Căptușelile pot fi utilizate pentru a preveni coroziunea și/sau pentru a reduce rugozitatea țevilor. De exemplu, țevile și armăturile din fier și oțel sunt adesea căptușite cu mortar de ciment și/sau cu material bituminos. Conductele din plastic pot fi utilizate și în sistemele de distribuție a apei, în special în conexiunile de uz casnic. Materialul termoplastic utilizat în țeava de plastic include clorură de polivinil (PVC), polietilenă (PE), acrilonitril-butadien-stiren (ABS), plastic polibutilen (PB) și plastic armat cu fibră de sticlă (FRP).

Conductele utilizate în sistemul de distribuție sunt fabricate în diferite lungimi, în funcție de material și dimensiune, și trebuie să fie îmbinate. Mai multe tipuri de îmbinări sunt utilizate cu țevile dintr-un anumit material. Îmbinările pentru țevile din fontă sau din fontă ductilă pot fi fie clopot și clopot, mecanice, cu flanșă, filetate sau împingătoare (garnitură de cauciuc). Cu multe îmbinări, cum ar fi clopotul și clopotul, este necesar să umpleți spațiul creat în îmbinarea celor două capete ale țevii. Cu o țeavă din fontă, de exemplu, spațiul poate fi împachetat sau împământat cu cânepă sau iută, iar apoi plumbul turnat în articulație pentru a completa sigiliul. Astfel, materialele utilizate pentru îmbinări includ plumb și înlocuitori de plumb, compuși de sulf, amestecuri de mortar de ciment și cauciuc împreună cu azbest, cânepă, iută și alte substanțe aplicate ca ambalaj. Secțiunile țevii de oțel pot fi îmbinate prin sudare, garnituri de etanșare din cauciuc, filetare sau cuplare mecanică. Secțiunile țevilor de azbest-ciment sunt de obicei cuplate cu o îmbinare împingătoare și un inel de cauciuc. Rețeaua de plastic are, de obicei, îmbinări împingătoare sau rulabile, în timp ce îmbinările evazate, de compresie, de prindere sau solvent sunt utilizate cu liniile de serviciu.

Capacitatea de încărcare a rețelei și a țevilor mai mici este o funcție de dimensiunea și lungimea lor, presiunea și rezistența la curgere, adică frecare internă, îndoiri sau rotații în țeavă, articulații, supape de control și alte dispozitive. Suprafața internă a țevii, indiferent de materialul din care este fabricată, oferă rezistență la curgerea apei. De exemplu, țevile noi din oțel și fontă fără căptușeală sau din fontă ductilă au o rezistență aproximativ egală, în timp ce cea asociată cu fonta căptușită cu ciment sau din fontă ductilă, azbest-ciment și țevile din plastic este ceva mai mică. Incrustarea cauzată de tuberculatie, rugină și depozitele sedimentare ale diferitelor săruri, cum ar fi precipitatele de fier și mangan, vor crește, de asemenea, rezistența la curgerea apei.

Se consideră că tubercularea rezultă din acțiunea corozivă a apei asupra țevilor metalice. Tuberculii formați prin acumularea de produse de coroziune seamănă adesea cu balanele. Microorganismele, prin reacțiile lor biochimice, sunt implicate și în coroziune și în formarea tuberculilor. Bacteriile care reduc sulfatul pot fi implicate în acest din urmă proces. Creșterea altor microorganisme, inclusiv a bacteriilor de fier, determină acumularea de nămoluri biologice, care contribuie, de asemenea, la rezistența la frecare. Într-un sistem de distribuție, aceste evenimente pot duce la o deteriorare a calității apei livrate utilizatorilor.

Este dincolo de sfera acestui raport să revizuiască practicile de inginerie stabilite, deoarece se referă la proiectarea, construcția și funcționarea corectă a sistemelor de distribuție. Cu toate acestea, ar trebui să se recunoască faptul că evenimentele aleatorii sau accidentale, cum ar fi spargerea conductelor sau situațiile care duc la conexiuni transversale sau sifonare înapoi, pot afecta grav calitatea chimică sau bacteriologică a apei din sistemele de distribuție și, astfel, apa livrată către utilizatori. Tabelul II-1 enumeră mai multe incidente recente de acest tip și consecințele acestora.

TABELUL II-1

Unele incidente recente cauzate de probleme hidraulice în cadrul sistemelor de distribuție și efectele rezultate.

Abordarea studiului

Deși calitatea apei dintr-o sursă publică de apă poate fi acceptabilă imediat după tratare, aceasta se poate deteriora înainte de a ajunge la utilizatori. Acest lucru poate rezulta fie din transformări chimice, fie biologice.

Aprovizionarea cu apă publică este dezinfectată pentru a inactiva agenții infecțioși, pentru a proteja utilizatorii împotriva unei eventuale recontaminări și pentru a controla creșterile microbiene ulterioare care ar putea modifica calitatea apei. Din aceste motive, este o practică normală să adăugați clor la o sursă de apă pentru a furniza o concentrație reziduală care va persista până când apa ajunge la utilizator. Cu toate acestea, cantități mici de clor sau pierderea de clor rezidual într-un sistem de distribuție pot duce la creșteri microbiene și/sau la dezvoltarea creșterii mucusului, care la rândul său poate afecta turbiditatea apei sau poate provoca probleme de gust și miros. De exemplu, epuizarea oxigenului dizolvat care rezultă din activitatea microbiană poate favoriza producția de hidrogen sulfurat de către bacteriile care reduc sulfatul. Mai mult, producția microbiană sau eliberarea de produse metabolice, de exemplu, endotoxine sau produse extracelulare de alge, poate afecta în mod direct sănătatea utilizatorilor. Există dovezi că coroziunea rețelelor din oțel fără căptușeală, fontă și fontă ductilă poate fi influențată semnificativ de activitatea microbiană. Astfel, este posibil ca microorganismele să modifice calitatea apei din sistemele de distribuție înainte ca aceasta să ajungă la utilizatori.

Coroziunea metalelor nu numai că poate modifica proprietățile de suprafață ale țevilor, ci produce și produse solubile de coroziune, care la rândul lor pot afecta calitatea apei. Există, de asemenea, posibilitatea ca anumiți constituenți din fontă, azbest-ciment, beton, plastic și alte materiale pentru țevi să fie levigate în apă. Formarea scării și a depunerilor pe peretele conductelor în perioadele de curgere cu viteză mică poate duce la eliberarea sau resuspendarea materialelor asociate atunci când viteza apei este crescută.