Охрана воды в природе сообщение. Очистка производственных сточных вод
Лично я не могу представить свою жизнь без воды. Вода широко используется в быту. Каждый мой день начинается с водных процедур. Чтобы приготовить еду, заварить чай, чтобы постирать белье или помыть полы – для всего этого нужна вода. Она применяется и в других отраслях. Без нее попросту невозможна жизнь на Земле. Осознаете всю важность этой привычной нам жидкости?
Загрязнение воды: чем оно вызвано
Жизнедеятельность людей развивается слишком активно. Бурный прогресс приводит к многочисленным экологическим проблемам, в том числе, связанным с водой. Решение этих проблем крайне важно для всего человечества.
Загрязнение воды происходит по многим причинам, которые даже не всегда связаны с человеческой деятельностью. Итак, источники загрязнения:
Охрана воды от загрязнения
Это, пожалуй, одна из важнейших задач человечества. В первую очередь, охрана воды от загрязнения направлена на минимизирование сбросов в реки и другие водоемы. В промышленности разрабатываются новые, более совершенные технологии по очистке стоков. Мое мнение такое: вообще нужно существенно повысить штрафы за сбросы, а вырученные на этом средства распределить на проектирование и сборку новых технологий.
Кроме того, важно и правильное воспитание нового поколения людей. С детства нужно прививать уважение к природе, учить бережному отношению к воде, не лить ее без надобности, а также не сливать в канализацию вредные вещества.
Зашита водных ресурсов от истощения и загрязнения вредными веществами предусматривает комплекс мер: 1) разработку соответствующих законодательных актов; 2) организацию мониторинга водных объектов; 3) охрану поверхностных и подземных вод, включая очистку промышленных и бытовых стоков; 4) подготовку воды, используемой для питьевых и хозяйственных целей; 5) государственный контроль за использованием и охраной водных ресурсов.
Федеральное законодательство и охрана водных объектов
Водное законодательство включает Водный кодекс Российской Федерации и принимаемые в соответствии с ним федеративные законы и иные нормативные правовые акты, а также законы и иные нормативные правовые акты субъектов РФ (республик, краев, областей).
Целью водного законодательства является регулирование отношений в области использования и охраны водных объектов. При этом использование водных объектов для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения является приоритетным. Для указанного вида водоснабжения необходимо использовать защищенные от засорения и загрязнения поверхностные и подземные водные объекты.
На всех водопользователей в законодательном порядке возлагается обязанность сокращать изъятия и потери воды, не допускать засорения, истощения и загрязнения водных объектов. Запрещен сброс сточных вод (СВ) в водные объекты, если последние отнесены к особо охраняемым, содержат природные лечебные ресурсы, находятся в местах массового отдыха населения или курортных зонах, а также в местах нереста и зимовки ценных видов рыб и т.п.
Главную роль в охране вод играет государственный учет поверхностных и подземных вод, который осуществляется в целях текущего и перспективного планирования рационального использования водных ресурсов, их восстановления и охраны. В его основе лежат данные государственного мониторинга и данные учета, которые предоставляются водопользователями. Своды систематизированных данных о водных объектах, водных ресурсах, режиме, качестве и использовании вод, а также о водопользователях включаются в водный кадастр.
Водный кодекс РФ запрещает вводить в эксплуатацию:
- любые объекты, которые не оборудованы очистными сооружениями и устройствами, предотвращающими засорение, истощение и загрязнение водных объектов;
- сбросные и водосборные сооружения, а также гидротехнические сооружения (ГТС) без рыбозащитных устройств;
- объекты промышленности, сельского хозяйства и другие комплексы, которые не имеют санитарно-защитных зон;
- оросительные, обводнительные и осушительные системы, водохранилища, плотины и каналы до завершения мероприятий, которые предотвращают их вредное воздействие на водные объекты.
Важную роль в охране водных ресурсов играет лицензирование водопользования, а также сброса сточных и других вод. Порядок лицензирования водопользования регулируется ст. 48-53 и 83 Водного кодекса РФ, а также постановлением Правительства РФ «Об утверждении Правил предоставления в пользование водных объектов, находящихся в государственной собственности, установления и пересмотра лимитов водопользования, выдачи лицензии на водопользование и распространительной лицензии».
Нарушение требований по охране и рациональному использованию водных объектов влечет за собой ограничение, приостановление и даже запрещение эксплуатации хозяйственных и других объектов, которые оказывают негативное влияние на состояние водных объектов. Решение об этом принимается Правительством РФ или органами исполнительной власти ее субъектов. Предварительно дается представление специально уполномоченного государственного органа управления использованием и охраной водного фонда, специально уполномоченных государственных органов в области охраны ОПС, государственного органа санитарно-эпидемиологического надзора.
Мониторинг водных объектов
Государственный мониторинг водных объектов, являясь составной частью системы государственного мониторинга окружающей природной среды, включает мониторинг поверхностных водных объектов суши и морей, мониторинг подземных водных объектов, мониторинг водохозяйственных систем и сооружений.
Он предусматривает: 1) постоянные наблюдения за их состоянием качественными и количественными показателями как поверхностных, так и подземных вод; 2) сбор, хранение и обработку данных наблюдений; 3) создание и ведение банков данных; 4) оценку, составление прогнозов изменения состояния водных объектов и передачу соответствующей информации правительственным органам Федерации и ее субъектов.
Государственный мониторинг водных объектов осуществляет Министерство природных ресурсов (МПР), Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) и другие специально уполномоченные государственные органы в области охраны окружающей среды.
МПР РФ отвечает за развитие сети станций и постов наблюдения на водных объектах, разработку автоматизированных информационных систем (АИС) по ведению государственного мониторинга водных объектов, создание наблюдательной сети постов на водохозяйственных системах и сооружениях. Росгидромет ведет наблюдение за загрязнением поверхностных вод суши, охватывая при этом 154 водоема и 1172 водотока, на которых исследуются гидрохимические показатели.
Санитарно-эпидемиологическая служба России отвечает за санитарную охрану водоемов. Она располагает 2600 санитарно-эпидемиологическими учреждениями, 35 научно-исследовательскими учреждениями гигиенического и эпидемиологического профиля. Кроме того, имеется сеть санитарных лабораторий на предприятиях, занятых изучением состава сточных вод и качества воды водоемов.
В настоящее время большое внимание уделяется развертыванию сети автоматизированных станций, которые способны измерять и контролировать изменение десятков показателей качества воды, причем весьма быстро.
Схемы комплексного использования и охраны вод
В целях разработки комплексных мероприятий, имеющих целью удовлетворение перспективных потребностей в воде населения и народного хозяйства в сочетании с охраной вод, составляются генеральные, бассейновые и территориальные схемы.
Генеральные схемы комплексного использования и охраны вод определяют принципиальные направления развития водного хозяйства страны, что позволяет достаточно четко выявить технико-экономическую целесообразность и очередность проведения наиболее крупных водохозяйственных мероприятий. На их основе разрабатываются бассейновые схемы для бассейнов рек и других водных объектов. Территориальные схемы, разрабатываемые на основе генеральной и бассейновой схем, охватывают конкретные экономические районы страны и субъекты Российской Федерации.
Для координации деятельности различных водопользователей, направленной на восстановление и охрану водных объектов в пределах бассейна, Водный кодекс РФ требует составления так называемого бассейнового соглашения о восстановлении и охране водных объектов. Указанные соглашения заключаются между специально уполномоченным государственным органом управления использованием и охраной водного фонда и органами исполнительной власти субъектов Федерации, которые расположены в пределах бассейна водного объекта (например, озера Байкал).
Бассейновое соглашение основывается на водохозяйственных балансах, схемах комплексного использования и охраны водных ресурсов, государственных программах по использованию, восстановлению и охране водных ресурсов и в обязательном порядке учитывает предложения органов государственной власти субъектов РФ (краев, областей и т.д.).
В 1996 г. Правительство России приняло постановление «О порядке разработки и утверждения нормативов предельно допустимых вредных воздействий на водные объекты», согласно которому нормативы ПДВ на водные объекты должны разрабатываться и утверждаться по бассейну водного объекта или его участку в целях поддержания поверхностных и подземных вод в надлежащем состоянии.
Охрана поверхностных вод
К поверхностным относятся воды, постоянно или временно находящиеся на земной поверхности. Это воды рек, временных водотоков, озер, водохранилищ, прудов, водоемов, болот, ледников и снежного покрова.
Меры по их охране предусмотрены в Правилах охраны поверхностных вод, утвержденных Госкомприроды СССР от 21.02.91. Особое внимание в них уделено охране водных объектов при сбросе в них сточных вод.
Поверхностные воды охраняются от засорения, истощения и загрязнения. Для предупреждения засорения осуществляют мероприятия, которые исключают попадание в них мусора, твердых отходов и других предметов, отрицательно воздействующих на качество вод и условия обитания гидробионтов. Строгий контроль за минимально допустимым стоком вод, ограничение их нерационального потребления способствуют защите поверхностных вод от истощения.
Весьма важной и притом сложной проблемой является защита поверхностных вод от загрязнения. С этой целью предусматривается ряд мероприятий, в частности: мониторинг водных объектов; созда-
ние водоохранных зон; развитие безотходных и безводных технологий, а также систем оборотного (замкнутого) водоснабжения; очистка сточных вод (промышленных, коммунально-бытовых и других); очистка и обеззараживание поверхностных и подземных вод, используемых для питьевого водоснабжения и других целей.
Организация водоохранных зон
Для поддержания водных объектов в состоянии, которое соответствует экологическим требованиям, исключает загрязнение, засорение и истощение поверхностных вод и сохраняет среду обитания животных и растений, организуют водоохранные зоны. Ими являются территории, примыкающие к акватории рек, водохранилищ и других поверхностных водных объектов; на них устанавливается специальный режим использования и охраны природных ресурсов, а также осуществления иной деятельности. В пределах указанных зон устанавливаются прибрежные защитные полосы, где не разрешается распахивать землю, рубить лес, размещать фермы, и т.п.
Согласно Водному кодексу РФ на правительство страны возложена обязанность установления размеров и границ водоохранных зон и их прибрежных защитных полос. Так, минимальная ширина указанных зон для озер от среднемноголетнего уреза в летний период и для водохранилищ от уреза воды при нормальном подпорном уровне при акватории до 2 км 2 составляет 300 м, более 2 км 2 - 500 м.
Аналогичный показатель для рек определяется длиной реки: от истока до 10 км - 15 м; от 11 до 50 км - 100 м; от 51 до 100 км - 200 м; от 201 до 300 км - 400 м; свыше 500 км - 500 м.
Большое значение в деле охраны поверхностных вод от засорения и загрязнения имеют водоохранные лесные насаждения вокруг естественных и искусственных водоемов и водотоков. Они предназначены для защиты их от разрушительных действий ветров и поступающей в них с водосбора воды, а также для уменьшения потерь воды на испарение. Лесные насаждения улучшают водный режим водоемов, санитарно-гигиенические условия побережья и его ландшафтно-декоративное оформление, качество воды в водоемах, уменьшают их заиление, сокращают потери земельных угодий из-за переработки берегов волнами (абразии). Водоохранные лесные насаждения, размещаемые вокруг питьевых водохранилищ, должны удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям, которые предъявляются к питьевым водохранилищам. В их состав входят до 50% хвойных пород, которые размещают в крайних 2-3 рядах со стороны водохранилища для защиты его зеркала от опадающих листьев.
Помимо водоохранных зон в целях обеспечения охраны под могут устанавливаться также округа санитарной охраны. Они устанавливаются в целях охраны водных объектов, используемых для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, а также содержащих природные лечебные ресурсы.
Очистка бытовых сточных вод
При очистке сточных вод (СВ) производится разрушение или извлечение из них вредных веществ.
Комплексом инженерно-технических сооружений и санитарных мероприятий, которые обеспечивают сбор и удаление за пределы населенных мест и предприятий загрязненных СВ, их очистку, обезвреживание и обеззараживание (уничтожение опасных микроорганизмов), является канализация.
Согласно Ю.В. Новикову (1998 г.), мощность очистных сооружений канализации в стране превышает 58 млн м 3 в сутки, а протяженность канализационных сетей в населенных пунктах достигла 114 тыс. км. Через системы канализации городами и иными населенными пунктами сбрасывается 21,9 млрд м 3 сточных вод в год; из них только 76% проходит через очистные сооружения. В поверхностные водные объекты (а это главные источники питьевого водоснабжения) ежегодно через коммунальные системы канализации поступает 13,3 млрд м 3 СВ, из которых 92% сбрасывается загрязненными и лишь 8% стоков очищается на очистных сооружениях до установленных нормативов. Согласно официальным данным, 60% эксплуатируемых канализационных очистных сооружений перегружены, около 38% эксплуатируются 25-30 лет и требуют срочной реконструкции. Добавим к этому, что 52 города и 845 поселков городского типа вообще не имеют централизованных систем канализации.
В целях экономического стимулирования природоохранных мероприятий Правительство РФ в 1996 г. приняло постановление «О взимании платы за сброс сточных вод и загрязняющих веществ в системы канализации населенных пунктов», согласно которому определен порядок и размеры платежей за сброс СВ и загрязняющих веществ в системы канализации населенных пунктов с предприятий и организаций, отводящих свои СВ в указанные системы. При этом плата распределяется в соотношении: в федеральный бюджет - 40%, в бюджет субъектов Федерации - 60%, Полученные средства должны направляться на восстановление и охрану водных объектов.
Очистка бытовых СВ может осуществляться механическими и биологическими методами. При механической очистке СВ разделяют на жидкую и твердую части. Жидкая далее подвергается биологической очистке, которая может быть естественной и искусственной. Естественная биологическая очистка СВ осуществляется на земледельческих полях орошения и фильтрации, а также в биологических прудах. Искусственная биологическая очистка проводится на специальных сооружениях (биофильтрах, аэротенках). Образующийся при этом ил обрабатывают на иловых площадках или в специальных устройствах - метатенках.
Производственные СВ предварительно проходят локальные очистные сооружения, где освобождаются от взвешенных частиц или специфических токсичных компонентов с использованием механических, химических или физико-химических методов очистки.
На практике применяется несколько видов систем орошения: сплошной залив, залив по бороздам и полосам, дождевание, подпочвенное орошение. Последний способ наиболее удовлетворяет санитарно-техническим, эпидемиологическим, агроэкономическим, водохозяйственным и, что немаловажно, эстетическим требованиям. При использовании очистных сооружений с полями орошения и при круглогодичном приеме СВ с сезонным регулированием их подачи, полив осуществляется только в вегетационный период, а в остальное время СВ поступают в пруды-накопители.
Биологические пруды предназначены для глубокой очистки бытовых и производственных СВ, предварительно прошедших очистку на ЛОС. Различают пруды с естественной и искусственной аэрацией (с помощью механических аэраторов), их глубина обычно в пределах 1-3 м. В окислительных процессах большую роль играет водная растительность, которая способствует снижению концентрации биогенных элементов и регулирует кислородный режим водоема.
Сооружения искусственной биологической очистки. В основе биологической очистки лежит, как известно, процесс биологического окисления органических соединений, содержащихся в СВ. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), который включает множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов - водорослей, грибов и тл., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоз, симбиоз и антагонизм).
Биофильтры находят широкое применение при суточных расходах бытовых и производственных СВ до 20-30 тыс. м 3 /сут.
Биофильтр представляет собой резервуар, который заполняется загрузочным материалом (гравий, керамзит, шлак). Сточная вода полается выше поверхности загрузочного материала; равномерно над ней распределяется через загрузочный материал, на поверхности которого образуется биологическая пленка (биоценоз), аналогичный активному илу в аэротенке.
При эксплуатации сооружений биологической очистки следует тщательно соблюдать технологический регламент их работы, не допускать перегрузок и особенно залповых поступлений токсичных компонентов, значительных отклонений от активной реакции среды, так как эти нарушения могут губительно сказаться на жизнедеятельности микроорганизмов и вывести биологические окислители из строя.
Обеззараживание СВ, прошедших стадию биологической очистки, а также не прошедших таковую, проводят газообразным хлором, хлорной известью, а также гипохлоритом натрия. В последние годы интенсивно внедряются методы обеззараживания СВ при помощи озона и УФ-лучей, а также электроимпульсного разряда.
Место выпуска сточных вод населенного пункта должно быть расположено ниже его границы по течению водотока. Сброс сточных, сбросных и дренажных вод в черте населенного пункта допускается в исключительных случаях на основании разрешений, выдаваемых органами по охране ОПС и согласованных с органами государственного санитарного надзора.
Охрана подземных вод
Поверхностная гидросфера неразрывно связана с атмосферой, подземной гидросферой, литосферой и другими компонентами ОПС. Поэтому, учитывая взаимосвязь всех ее экосистем, нельзя обеспечить чистоту поверхностных водоемов и водотоков без соответствующей защиты подземных вод. Последняя заключается в предотвращении истощения запасов подземных вод и предохранении их от загрязнения.
Согласно ст. 1 Водного кодекса РФ подземные воды -- это воды, в том числе минеральные, находящиеся в подземных водных объектах. При этом подземные воды и вмещающие их горные породы признаны единым водным объектом.
В целях борьбы с истощением запасов пресных подземных вод, являющихся стратегическим резервом для питьевого водоснабжения будущих поколений, предусматриваются следующие мероприятия: 1) рационально е размещение водозаборов по площади; 2) регулирование режима водоотбора подземных вод; 3) уточнение величины эксплуатационных запасов (чтобы не допустить их истощения); 4) для самоизливающихся артезианских скважин установление кранового режима эксплуатации.
Иногда для профилактики истощения подземных вод применяют искусственное пополнение их посредством перевода части поверхностного стока в подземный.
Борьба с загрязнением подземных вод включает профилактические и специальные мероприятия. Профилактические меры являются основными, поскольку требуют наименьших затрат. Специальные мероприятия направлены в первую очередь на изоляцию источников загрязнения от остальной части водоносного горизонта (противофильтрационные стенки, завесы), перехват загрязненных подземных вод с помощью дренажа или откачки их из специальных скважин.
Важнейшей профилактической мерой предупреждения загрязнения подземных вод в районах водозаборов служит устройство вокруг них зон санитарной защиты.
Зоны санитарной защиты (ЗСЗ) состоят из трех поясов. Первый пояс включает территорию на расстоянии 30-50 м непосредственно от места водозабора (скважины). Это зона строгого режима, в ней запрещено присутствие посторонних лиц и проведение работ, не связанных с эксплуатацией водозабора. Второй пояс ЗСЗ служит для зашиты водоносного горизонта от бактериальных загрязнений, а третий - от химических загрязнений. Здесь запрещается размещение любых объектов, которые могут вызвать то или иное загрязнение, например животноводческих комплексов. Не допускается рубка леса, использование ядохимикатов и др.
Минприроды России в 1998 г. утвердило Методические указания по разработке нормативов предельно допустимых вредных воздействий (ПДВВ) на подземные водные объекты и предельно допустимых сбросов вредных веществ в подземные водные объекты. Нормативы ПДВВ представляют собой совокупность количественных и качественных показателей (характеристик) процессов и сооружений, которые могут оказывать вредное воздействие на подземные воды. В случае соблюдения этих нормативов вредное воздействие не превышает допустимых пределов.
Нормативы ПДВВ определяются для каждого проектируемого, строящегося или действующего объекта хозяйственной деятельности применительно к конкретному подземному водному объекту, на который может оказывать воздействие указанная деятельность.
Охрана малых рек
В России свыше 2,5 млн малых (длиной до 100 км) рек. Они формируют почти половину суммарного объема речного стока, в их бассейнах проживает до 44% всего городского населения и почти 90% сельского (Ю.В. Новиков, 1998).
Малые реки, будучи своеобразным компонентом географической среды, выполняют функции регулятора водного режима определенных ландшафтов, поскольку в значительной степени поддерживают равновесие и осуществляют перераспределение влаги. Добавим к этому, что они определяют гидрологическую и гидрохимическую специфику средних и крупных рек.
Поскольку сток малых рек формируется в тесной связи с ландшафтом бассейна, они отличаются высоким уровнем уязвимости, причем не только при чрезмерном использовании водных ресурсов, но и при освоении водосбора. Особенно большой вред малым рекам наносит интенсивная хозяйственная деятельность. Из-за этого они быстро зарастают и заболачиваются, деградируют и, в конце концов, исчезают.
Охрана вод малых рек тесно связана с охраной от загрязнения той территории, с которой река собирает свои воды. Специалисты подсчитали, что за год в малые реки Владимирской области поступает более 4000 т органики, 6000 т взвешенных веществ, десятки тонн нефтепродуктов, а с полей смывается паводками и дождями более 2000 т аммонийного азота и 600 т нитратов.
Поскольку у малых рек способность к самоочищению существенно ниже, нежели у больших, важно создавать на их берегах водоохранные зоны и строго поддерживать их режим. В указанную зону (шириной от 100 до 500 м) входят пойма, надпойменные террасы, бровки и крутые склоны берегов, овраги и балки. Вдоль берегов рекомендуется устройство, полосы леса или луга шириной от 15 до 100 м. Запрещается распашка склонов по берегу, выпас скота, строительство животноводческих ферм, обработка прилегающих к рекам полей ядохимикатами. Овраги, примыкающие к водоохранной зоне, должны быть укреплены, родники, которые питают малую реку, - расчищены.
Повышению способности малых рек к переработке биохимически окисляемых примесей, которые поступают со стоками и сбросами загрязненных вод, способствует искусственная аэрация. Это достигается посредством установки плотины с переливом, благодаря чему падающая даже с небольшой высоты вода хорошо насыщается кислородом.
Очистка производственных сточных вод
Методы очистки производственных сточных вод подразделяются на механические, химические, физико-химические и биологические.
Для механической очистки применяют следующие сооружения: решетки, на которых задерживаются грубые примеси размером больше 5 мм; сита, задерживающие примеси СВ размером до 5 мм; песколовки, служащие для задержания минеральных загрязнений СВ, преимущественно песка; жироловки, маслоловушки, нефтеловушки, смололовушки для улавливания из СВ соответствующих загрязнений, более легких, чем вода; отстойники для осаждения взвешенных веществ с удельным весом больше единицы.
Принцип действия песколовки основан на том, что под влиянием сил тяжести частицы, удельный вес которых больше, чем удельный вес воды, по мере движения их вместе с водой в резервуаре оседают на дно. В соответствии с закономерностями гидравлики потока песчинки уносятся вместе с водой только при определенной скорости течения. При снижении этой скорости крупицы песка оседают на дно резервуара, а вода течет дальше.
Песколовки бывают горизонтальные, в которых вода движется в горизонтальном направлении, вертикальные, в которых вода движется вертикально вверх и круглые с винтовым (поступательно-вращательным) движением воды.
В последних песколовках происходят процессы, аналогичные явлениям, наблюдаемым в чайной чашке. При перемешивании налитого в чашку чая чаинки собираются в центре чашки. При круговом движении СВ в круглой песколовке крупные частицы песка аналогичным образом собираются в ее центре. Через устроенное в центре песколовки отверстие они попадают в специальную камеру.
При механической очистке из производственных СВ путем процеживания, отстаивания и фильтрования удаляется до 90% нерастворимых механических примесей различного характера (песок, глинистые частицы, окалина и другие), а из бытовых СВ - до 60%.
В целях очистки СВ от нефтепродуктов также широко применяется метод отстаивания, который в данном случае основан на способности самопроизвольного разделения воды и нефтепродуктов. Частицы последних под действием сил поверхностного натяжения приобретают сферическую форму, и их размеры находятся в диапазоне от 2 до 3 10 2 мкм. В основе процесса отстаивания лежит принцип выделения нефтепродуктов под действием разности плотностей воды и частиц масла. Содержание нефтепродуктов в стоках находится в широких пределах и составляет в среднем 100 мг/л.
Выделение нефтепродуктов производится в нефтеловушках. Грязная вода подается в приемную камеру и, пройдя под перегородкой, попадает в отстойную камеру, где и происходит процесс разделения воды и нефтепродуктов. Очищенная вода выводится из нефтеловушки, а нефтепродукты образуют пленку на поверхности воды и удаляются специальным устройством. Подобным образом устроены жироловушки, маслоловушки и смололовушки, использующие принцип разности плотности воды и загрязнений, более легких (например, масло), чем вода.
Химические методы применяются для очистки производственных СВ. Основными приемами являются нейтрализация и окисление-восстановление, они могут применяться и как самостоятельные, и как вспомогательные в сочетании с другими.
Производственные технологические процессы проходят как в кислых (избыток ионов Н +), так и в щелочных (избыток ОН -) средах, что приводит к появлению соответствующих стоков. Сбалансировать количество ионов Н + и ОН - - в этом состоит суть метода нейтрализации при очистке стоков.
Рациональным является взаимное объединение кислых и щелочных стоков. Водоотведение кислых и щелочных стоков по единой системе трубопроводов не всегда целесообразно, так как это может вызвать выпадение осадков в трубах и, как следствие, засорение сети.
В целях нейтрализации кислых вод применяют щелочные реагенты: известь СаО, гашеную известь Са(ОН) 2 , кальцинированную соду Na 2 CО 3 , каустическую соду NaOH, аммиачную воду, а также фильтрование через нейтрализующие материалы (известняк, доломит, магнезит, мел).
Для нейтрализации щелочных вод наиболее часто применяются кислоты: серная, соляная, азотная, реже уксусная. Возможно использование для этих целей также дымовых газов, содержащих СО 2 SО 2 , NО 2 .
Сточные воды, содержащие окисленные переменновалентные элементы (Cr +6 , Cl - , Cl +5 , N -3 , N +5 и др.), обезвреживаются в две ступени. На первой элементы, находящиеся в высшей (или высокой) степени окисления, восстанавливаются до низшей (или промежуточной) валентности, при которой данный элемент на второй ступени очистки может быть выделен из жидкой фазы в виде осадка, газа или переведен в малотоксичную форму.
Окислительный метод используется при очистке промышленных СВ от токсичных цианидов, сульфидов, меркаптанов, фенолов, крезолов и т.д. Реагентами являются хлор и его производные (гипохлориты, диоксид, хлораты), кислород, озон, перманганаты, хроматы и бихроматы, пероксид водорода. Восстановительный метод применяется для очистки СВ от нитритов и нитратов, хроматов и бихроматов, хлоратов и перхлоратов, сульфатов, броматов, йодатов. Восстановителями в этом случае служат окисленные переменновалентные элементы, содержащиеся в сульфитах, сульфидах, солях двухвалентного железа, диоксиде серы (из дымовых газов).
Физико-химические методы также в основном применяются для очистки производственных СВ. Однако в последнее время некоторые из них стали использоваться и при очистке городских СВ. К ним относится, в частности, коагуляция - процесс укрупнения коллоидных частиц в жидкости за счет электростатических сил межмолекулярного взаимодействия. При первоначальном размере частиц 0,001 - 0,1 мкм после коагуляции их величина достигает 10 мкм и более, т.е. тех размеров, при которых они могут быть выделены механическими методами. Коагуляция не только приводит к слипанию частиц, но и нарушает агрегативную устойчивость полидисперсной системы, в результате чего происходит разделение твердой и жидкой фаз.
Разновидностью коагуляции является процесс флокуляции - укрупнение мелкодисперсных частиц за счет электростатического взаимодействия под влиянием специально вводимых полиэлектролитов - флокулянтов. В практике водоочистки наибольшее распространение получили активированная кремнекислота и полиакриламид (ПАА). Доза коагулянтов и флокулянтов зависит от состава обрабатываемых вод и уточняется при пусконаладочных работах на очистных сооружениях.
Флотация - процесс выделения из воды в пенный слой взвешенных и эмульгированных загрязнений в результате прилипания к пузырькам газа, подаваемого снизу в очищаемой жидкости.
Сорбция - метод глубокой очистки производственных СВ от растворенных органических и некоторых неорганических загрязнений. В процессах водообработки она может применяться как самостоятельно, так и в сочетании с другими биологическими, химическими методами. Сорбция позволяет не только выделить и сконцентрировать загрязнения из СВ, но и утилизировать их в технологическом процессе, а очищенные воды использовать в оборотном водоснабжении.
Механизм адсорбции заключается в переходе молекулы растворенного вещества из объема жидкости на поверхность твердого сорбента под действием его силового поля. В качестве сорбентов используют различные естественные и искусственные материалы: золу, коксовую мелочь, торф, цеолиты, активные глины и др. Особенно широко для этих целей применяются активированные угли, удельная поверхность адсорбции достигает 400-900 м 2 /г.
Для концентрированных СВ, содержащих органические загрязнения, представляющие техническую ценность, эффективным методом очистки является экстракция. Она основана на смешивании двух взаимонерастворимых жидкостей (одна из которых сточная вода) и распределении в них, согласно растворимости, загрязненного вещества.
В качестве экстрагентов используют различные органические вещества: ацетон, хлороформ, бутилацетат, толуол и т.д. Разделение экстрагента и экстрагированного вещества производится перегонкой смеси. Это определяет одно из основных требований выбора экстрагента: разная температура кипения экстрагента и выделяемого вещества. После разделения смеси экстрагент вновь используется в цикле очистки вод, а вещество утилизируется.
Ионный обмен - извлечение катионов и анионов из растворенных в СВ загрязнений при помощи ионитов, являющихся твердыми природными или искусственными материалами (например, искусственные ионообменные смолы). Извлеченные при помощи ионного обмена вещества в дальнейшем утилизируются или уничтожаются. Катиониты вступают в обмен с катионами, аниониты - с анионами.
Несмотря на эффективность и экологичность, ионообменный метод не нашел широкого применения в промышленности из-за дефицита ионообменных смол и необходимости организации реагентного хозяйства для регенерации ионитов.
Биологический метод, описанный выше, является наиболее экологически чистым из всех методов. Один из основных принципов экологии - «природа знает лучше» - реализуется здесь микробными сообществами путем превращения сложных экологически опасных веществ в простые, безвредные.
Освоение безводных и бессточных технологий
Подсчитано, что 1 м 3 неочищенной СВ, поступивший в природный водный объект, может загрязнить сотни кубометров чистой воды, создав тем самым неприемлемые условия для жизнедеятельности гидробионтов. Поэтому перспективны такие технологии, которые или вообще не используют воду, или не образуют загрязненных стоков. Успешное внедрение их в практику полностью решило бы проблему защиты водоемов от загрязнения. В настоящее время в ряде производств химической промышленности, например, в производстве аммиака, синтетического метанола и других продуктов, перешли от водяного охлаждения высокотемпературных газовых смесей на воздушное. Так были сняты весьма острые вопросы забора свежей воды для производственных нужд и образования загрязненных сточных вод.
Перспективны также технологии водообеспечения, которые характеризуются минимальным потреблением свежей воды. При замкнутой технологии предприятие забирает воду из природного источника, использует ее для производства продукции, после чего образовавшаяся СВ подвергается глубокой очистке и вновь возвращается в цикл. Имеющиеся небольшие потери воды, например при испарении, пополняются посредством забора свежей воды.
В ряде отраслей промышленности частично реализованы замкнутые водооборотные схемы с локальной очисткой. Так, в нефтехимической промышленности оборотное водоснабжение сэкономило 90% воды производственного назначения.
Подготовка воды для питьевых целей
Важнейших среди водоохранных проблем является разработка эффективных с эколого-гигиенических позиций методов подготовки поверхностных вод для питьевых целей.
Загрязнение природных источников питьевого водоснабжения при недостаточной эффективности работы водоочистных сооружений влечет за собой ухудшение качества подаваемой потребителям питьевой воды и создает опасность для здоровья населения во многих регионах России, обусловливает высокий уровень заболеваемости кишечными инфекциями, гепатитом, увеличивает степень риска воздействия на организм человека канцерогенных и мутагенных факторов.
Каждый второй житель нашей страны вынужден использовать для питьевых целей воду, не соответствующую по ряду показателей гигиеническим требованиям; почти треть населения страны пользуется децентрализованными источниками водоснабжения без соответствующей водоподготовки; население ряда регионов страдает от недостатка питьевой воды и отсутствия связанных с этим санитарно-бытовых условий. Отставание России от развитых стран по средней продолжительности жизни и повышенная смертность (особенно детская) в значительной мере связаны с потреблением недоброкачественной воды.
Более 100 лет метод обеззараживания воды хлором является в России наиболее распространенным способом борьбы с загрязнением. В последние годы было установлено, что хлорирование воды представляет серьезную угрозу для здоровья людей, поскольку попутно образуются крайне вредные хлорорганические соединения и диоксины. Добиться снижения концентрации указанных веществ в питьевой воде можно путем замены хлорирования на озонирование или обработку УФ-лучами. Эти прогрессивные методы широко внедряются на станциях водоп од готовки многих стран Западной Европы и США. В нашей стране, к сожалению, из-за экономических трудностей применение экологически эффективных технологий осуществляется крайне медленно.
На ряде отечественных станций водоподготовки на заключительной стадии используют сорбционные процессы с применением активированных углей (адсорбентов), которые эффективно извлекают из воды нефтепродукты, СПАВ, пестициды, хлорорганические и другие соединения, в том числе и обладающих канцерогенными свойствами.
При неуклонном возрастании техногенного загрязнения поверхностных вод в мировой практике питьевого водоснабжения в последние десятилетия наметилась тенденция к переходу на использование артезианских (подземных) вод. Артезианские воды выгодно отличаются от поверхностных: уровень их минерализации, органического, бактериального и биологического загрязнения намного ниже. В ряде случаев такие воды вполне отвечают гигиеническим требованиям и могут подаваться потребителям, минуя традиционную подготовку.
Однако если артезианские воды по своей гидрохимической природе бескислородные (не содержат растворенного кислорода), то они могут содержать ингредиенты-восстановители (ионы Мn 2+ , Fе 2+ и сероводород) в концентрациях, превышающих допустимые. Тогда необходима очистка, которая сводится к обработке воды сильными окислителями, например, перманганатом калия, озоном, кислородными соединениями хлора. В результате обработки названные примеси переходят в нерастворимое состояние и затем легко удаляются фильтрованием.
Государственный контроль за использованием и охраной водных ресурсов
В 1997 г. правительство России утвердило «Положение об осуществлении государственного контроля за использованием и охраной водных объектов», в соответствии с которым указанный контроль осуществляют Министерство природных ресурсов (МПР), отделы государственного контроля за использованием и охраной водных объектов территориальных органов (бассейновых органов, которые функционируют на территории субъекта Российской Федерации).
Основной задачей МПР является осуществление государственного контроля за соблюдением требований водного законодательства России, стандартов, нормативов, правил и иных правовых актов, имеющих обязательную силу для всех пользователей водными объектами при проведении ими всех видов работ, связанных с использованием и охраной водных объектов, в том числе внутренних морских вод и территориального моря РФ. Вместе с органами Госсанэпиднадзора Министерство осуществляет государственный контроль за изучением, использованием и охраной подземных водных объектов, а совместно с органами федерального горного промышленного надзора - водных объектов, содержащих природные лечебные ресурсы.
Государственные инспекторы по контролю за использованием и охраной водных объектов наделены широкими полномочиями, в частности они имеют право: посещать без предварительного уведомления объекты и организации, являющиеся водопользователями и водопотребителями, а также при необходимости военные, оборонные и другие объекты с учетом установленного режима их посещения; давать обязательные для использования предписания по устранению выявленных в ходе проверок нарушений режима пользования водными объектами и контролировать их исполнение; осматривать и при необходимости задерживать суда (в том числе иностранные), допустившие незаконный сброс загрязняющих веществ или не принявшие необходимые меры по предотвращению загрязнения водных объектов; предъявлять организациям (в том числе режимным) и физическим лицам требования провести мероприятия по улучшению состояния, использования и охраны водных объектов и по организации контроля за сточными водами и их влиянием на водные объекты; рассматривать дела об административных правонарушениях и налагать административные взыскания на лиц, виновных в нарушении водного законодательства.
Следует иметь в виду, что решения органов государственного контроля за использованием и охраной водных объектов являются обязательными для исполнения всеми водопользователями; они могут быть обжалованы только в гражданский или арбитражный суд.
Вопросы для самоконтроля
- Охарактеризуйте роль, которую играет законодательство в комплексном использовании и охране водных ресурсов?
- Что такое мониторинг водных объектов и кто его проводит?
- Для чего составляются схемы комплексного использования и охраны вод? Их виды. Что такое бассейновое соглашение?
- Перечислите мероприятия по охране поверхностных вод.
- Для чего установлены водоохранные зоны? Какую роль играют водоохранные лесные насаждения?
- Какие сооружения входят в систему искусственной биологической очистки?
- Перечислите мероприятия. проводимые с целью борьбы с истощением и загрязнением подземных вод.
- Почему в настоящее время так остро стоит проблема охраны малых рек?
- Перечислите методы очистки сточных вод предприятий.
- Какие основные устройства применяются при механической очистке сточных вод?
- Какие процессы используются при химической и физико-химической очистке сточных вод?
- Охарактеризуйте роль бессточных производств в решении проблемы охраны водоемов.
- Почему хлорирование питьевой воды является опасным для потребителей? Какие альтернативные хлорированию методы обеззараживания вод вы знаете?
- Кто осуществляет государственный контроль за использованием и охраной водных объектов? Какими полномочиями наделены государственные инспектора?
Ресурсы пресной воды
В горах накапливается снег при одних и тех же температурах. Выпавший снег постепенно уплотняется и превращается в фирн (зернистый лед), а затем в глетчерный лед. Лед обладает способностью под влиянием силы тяжести перемещаться (течь) со скоростью от нескольких метров до 200 м в год.
Покровные ледники имеют значительную мощность, скрывают неровности рельефа и занимают большую площадь (напр., покровный ледник Антарктиды мощностью около 2 км, и ледник Гренландии). От края этих ледниковых покровов постоянно откалываются огромные глыбы льда - айсберги, сидящие на мели или свободно плавающие.
Горные ледники занимают вершины гор, различные углубления на их склонах (кары, цирки) и долины. Горные ледники значительно меньших размеров, чем покровные, и более разнообразны.
В ледниках законсервировано большое количество пресной воды. Частично она расходуется на питание рек (от интенсивности таяния ледников зависит водоносность горных рек). Для засушливых районов мира ледниковое питание рек имеет важное хозяйственное значение. Ныне разрабатываются интересные проекты использования айсбергов для снабжения пресной водой засушливых районов Австралии, Африки, Южной Америки и Аравийского полуострова.
6. Болота
Болота - избыточно увлажненные участки суши с влаголюбивой растительностью, при отмирании и разложении которой образуется торф. В зависимости от источников питания болота подразделяются на верховые и низинные.
Верховые болота питаются атмосферными осадками, бедны минеральными солями и обычно располагаются на водоразделах. Растительность этих болот бедна по видовому составу; преобладают сфагновые мхи.
Низинные болота возникают в местах выхода на поверхность или близкого залегания подземных вод. Значительно более богатое минеральное питание создает условия для произрастания здесь разнообразной растительности - зеленых мхов, осок, злаков, а из древесных пород - ольхи и березы. В результате накопления торфа поверхность низинных болот постепенно повышается. На определенной стадии поверхность болота может достигнуть такой высоты, при которой болотная растительность уже не может использовать подземные воды и переходит на питание атмосферными осадками: низинное болото сменяется верховым.
Болотам принадлежит важная роль в природе: они увлажняют воздух окружающих территорий, являются местами обитания многих видов животных и произрастания ценных видов растений.
Болота используются человеком. На них разрабатывают торф, который применяют как удобрение, топливо и химическое сырье, собирают ягоды, лекарственные растения, часть низинных болот осушивают и превращают в сельскохозяйственные угодья, отличающиеся высоким потенциальным плодородием. Следует, однако, помнить, что не все болота подлежат осушению, часть из них необходимо сохранить, чтобы не нарушить сложившихся в природе взаимосвязей.
7. Охрана пресных вод.
7.1. Вода как ценнейший природный ресурс. Это одна из наиболее жизнеобеспечивающих природных сред, сложившихся в процессе эволюции. Помимо другого хозяйственного значения, главная роль запасов пресных вод – снабжать человека водой, прежде всего для питья. Чистая пресная вода – лимитирующий фактор существования человека как биологического вида.
Вода – составная часть биосферы – имеет ряд аномальных свойств, влияющих на протекающие в экосистемах физико-химические и биологические процессы. К таким свойствам относят очень высокие и максимальные среди жидкостей теплоемкость, теплоту плавления и теплоту испарения; поверхностное натяжение, растворяющую способность и диэлектрическую сопротивляемость, прозрачность.
Для воды также характерная повышенная миграционная способность, имеющая важное значение для ее взаимодействия с сопредельными природными средами. Из-за перечисленных свойств, вода потенциальной может накопить очень много загрязняющих веществ – химических элементов и патогенных микроорганизмов.
Большая часть потребляемой на земном шаре воды используется в сельском хозяйстве (70%), затем идет промышленность и хозяйственно-бытовые нужды. Во многих районах мира, ¾ населения Земли ощущают острый недостаток чистой пресной воды. Поэтому охрана пресных вод заключается в их бережном использовании: 1) экономным расходе воды с применением более совершенных технологий в промышленности и сельском хозяйстве; 2) введении оборотного водоснабжения на предприятиях; 3) предотвращении загрязнения вод, неукоснительном соблюдении правил очистки сточных вод.
Задача охраны вод - сложная и дорогостоящая. Затраты на охрану вод занимают первое место среди всех расходов на охрану природы. Поэтому ее, к сожалению, пока удается решать лишь только частично.
7.2. Сокращение и антропогенное загрязнение пресных вод. Практически на всех промышленных и урбанизированных территориях мира снижается качество и сокращаются запасы пресной воды. Поэтому обеспечение ею населения и народного хозяйства России стало одной из наиболее важных социально-экономических нужд.
Постановление № 862 от 18 октября 1992 «О неотложных мерах по обеспечению питьевого водоснабжения в РФ» обязало соответствующие министерства и ведомства провести мероприятия по улучшению качества питьевой воды и повышению надежности, устойчивости систем водоснабжения городов, поселков и других водопотребителей (Среднесрочная программа, 1991). В этой связи особую ценность имеют крупные резервуара пресной воды (напр., озеро Байкал).
Поверхностные воды, имеющие возможность самоочищаться, более защищены от загрязнений, чем подземные (Крайнов и др., 1991). В связи с нарастающим загрязнением поверхностных вод подземные воды становятся практически единственным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения населения. Поэтому их охрана от истощения и загрязнения стратегически важна.
Опасность загрязнения подземных вод заключается в том, что подземная гидросфера (особенно артезианские бассейны) – это конечный резервуар накопления загрязнителей поверхностного и глубинного происхождения (Крайнов, Швец, 1987). Наиболее опасным антропогенным процессом загрязнения вод является сброс стоков с промышленно-урбанизированных и сельскохозяйственных территорий; выпадение продуктов антропогенной деятельности с атмосферными осадками.
Загрязнение бессточных озер также бывает долговременным и часто необратимым. Усиленный и сосредоточенный водоотбор из подземной гидросферы приводит к образованию обширных и глубоких воронок с провалами грунтов, понижению уровня поверхностных вод.
Общая черта антропогенного загрязнения воды – высокая концентрация токсичных веществ в локальных участках среды обитания человека. В ряде регионов пресные воды приобрели аномальные геохимические свойства (концентрация хлоридов до 15 г/л, нитратов до 10 г/л, фторидов до 3-5 г/л; это уже экологически опасные концентрации). По органическим соединениям некоторые водные системы уже вошли в стадию необратимых изменений (эвтрофикации), возрастающих во времени. Такие системы способны долгое время удерживать высокие концентрации загрязнителей.
В последнее время резко возросло потребление минеральных, лечебных и столовых вод, а также геотермальной энергии. Необдуманное использование таких ресурсов без выяснения процессов протекающих в водных резервуарах, приводит к трагическим и дорогостоящим ошибкам. Например, в знаменитой Долине Гейзеров в Калифорнии из-за большого количества эксплуатационных скважин исчез пар и быстро нарушилось равновесие. На ликвидацию возникшего кризиса в 1970-х гг. было затрачено 3,5 млн. долларов.
Рассолы осадочных бассейнов привлекают внимание как важный источник гидроминерального сырья и биологически активных вод. Такие рассолы выявлены и в Тимано-Печорском осадочном бассейне. Практика показывает, что при добыче рассолов невосполнимый вред наносится вышележащим водоносным горизонтам.
Исследования в России и за рубежом доказывают прямую корреляционную связь между качеством (степенью загрязнения) питьевой воды и здоровьем человека. Широко распространенные кариес зубов и флюороз обусловлены соответственно недостатком и избытком фтора в питьевой воде. Недостаток F и кариес характерны для Карело-Кольского региона и большинства областей Европейской России. В 1960-е гг. было принято правительственное постановление о фторировании питьевой воды с содержанием F менее 0,5 мг/л. Избыток F и вспышки флюороза зафиксированы в Мордовии и Забайкалье.
При недостатке йода в воде (особенно у сельских жителей) развиваются заболевания щитовидной железы. Такие регионы известны на Крейнем Севере, Урале, Алтае, Северном Кавказе, Среднем Поволжье и на севере Русской Равнины. Длительный дефицит I в питьевой воде приводит к умственной и физической отсталости.
Выявлена связь рака мочевого пузыря и употребления воды с высоким содержанием хлора. К наиболее опасным загрязняющим веществам питьевых воды относятся хлорированные углеводороды и диоксины (высокотоксичные устойчивые хлорорганические соединения).
В сельскохозяйственных районах вода накапливает пестициды Список заболеваний человека при ее употреблении очень широкий. Особую опасность представляет загрязнение воды патогенными микроорганизмами, вызывающими вспышки эпидемических заболеваний у человека и животных. Причиной большинства эпидемий является употребление некачественной воды.
Отрицательно влияют на животных, рыб, птиц, планктон аварийные разливы нефти. В Республике Коми чаще всего случаются аварии на нефтепроводах. Нефть окрашивает воду в черный цвет, резко снижает количество растворенного кислорода, вызывая гибель организмов. Подземные воды не способны окислить огромное количество поступающей органики (нефти), загрязнение становится необратимым (вплоть до появления линз мазута).
При привносе метана, тяжелых углеводородов и сероводородов в природных водах создается восстановительная бескислородная среда, губящая гидробионтов.
Экологически опасными могут быть биологические процессы, связанные с жизнедеятельностью водорослей, планктона, бактерий и других микроорганизмов (эвтрофикация водоемов).
Водоросли, планктон и микроогранизмы играют роль как в процессе загрязнения, так и самоочищения природных вод. известны разнообразные грибки, дрожжи, галофильные сульфат-редуцирующие, метилотрофные, метаногенные и другие бактерии, присутствующие в воде различной температуры и солености.
Длительный монитринг качества поверхностных вод показывает, что в них во всем мире возросли концентрации соединений азота, углерода, в меньшей степени – фосфора и тяжелых металлов. Соединения азота обладают высокой растворимостью; их концентрация в воде может беспрепятственно увеличиваться. Азот трансформирует свои миграционные формы в зависимости от температурных, окислительно-восстановительных условий подземной гидросферы; одни его хорошо растворимые формы переходят в другие и накапливаются в новой геохимической обстановке. Эта приспособляемость азота к любым геохимическим ситуациям определяет чрезывычайно широкий диапазон его водной миграции.
Подземные воды не имеют буферности к азоту. Темпы же естественной денитрификации подземных вод бактериями очень низки. Поэтому в сельскохозяйственных районах Коми воды верхних водоносных горизонтов из гидрокарбонатных превращаются в нитратно-гидрокарбонатные (засоленные).
Также при внесении избыточных удобрений в поверхностных водах увеличивается содержание фосфора (благоприятный фактор для эвтрофикации озер и болот).
7.3. Контроль качества пресных вод. Качество природных вод оценивается путем сравнения присутствующих в них загрязняющих веществ с их ПДК или ОВОС для объектов хозяйственно-питьевого, культурно-бытового водопользования.
Такие показатели разработаны не только для выявления избытка загрязняющих веществ, но и недостатка жизненно важных химических элементов (напр., Se). Нормативный подход – начальный шаг оценки состояния воды, позволяющий быстро и с небольшими затратами определить приоритетные загрязнители и выработать практические рекомендации по снижению негативных последствий загрязнения. Во всех странах существуют нормативы качества питьевой воды.
Однако нормативный подход не учитывает сочетанного воздействия (синергизма или антагонизма) веществ. Это особенно касается случаев, когда эти вещества присутствуют в концентрациях, близких к ПДК, и когда вода употребляется длительное время.
Установлено, что долговременный эффект низких доз может быть более губительным для популяции гидробионтов, чем острое кратковременное токсическое воздействие.
Кроме того, каждый водоем уникален из-за больших различий в химическом составе, скорости перемешивания, температурном режиме и вертикальной стратификации водных масс. Нормативный подход при установлении ПДК недостаточно опирается на эксперименты.
Надежный прогноз и оценка состояния водной системы осложнены одновременным воздействием на систему множества изменчивых природных и антропогенных факторов; сложными физико-химическими и микробиологическими процессами, происходящими в водной среде.
Для понимания таких процессов надо учитывать химическое взаимодействие «вода – донные отложения» (особенно в случае подтока в воду флюидов или накопления тяжелых металлов в озерных илах). Также установлена важная роль в водных химических реакциях соединений углерода, серы, азота и фосфора, окислительно-восстановительного потенциала.
Наилучшим способом получения эмпирических данных о процессах в водной среде является гидрогеохимическое картирование с последующим обоснованием сети мониторинга. Информация, собранная в ходе долгих режимных наблюдений, служит основой для прогноза состояния водной системы во времени.
В настоящее время для экологического прогнозирования используется компьютерное моделирование гидрогеохимических процессов загрязнения поверхностных и подземных вод, вовлекающее в сферу изучения огромные массивы данных и позволяющие получить качественно новую информацию.
Список литературы
Крайнов С.Р., Швец В.М. Геохимия подземных вод хозяйственно-питьевого назначения. М.: недра, 1987.
Крайнов С.Р., Фойгт Г.Ю., Закутин В.П. Геохимические и экологические последствия изменений химического состава подземных вод под влиянием загрязняющих веществ // Геохимия. 1991. № 2.
Куренной В.В. , Пугач С.Л., Седов Н.В., Рачков М.М. Проблемы сосредоточенной эксплуатации подземных вод // Геол. вестник центр. районов России // 1999. №3.
Среднесрочная программа (1997 – 2001) рационального использования и охраны водных ресурсов Российской Федерации. М., 1991. Вып.1.
Руководство по контролю качества питьевой воды. Том 1. Рекомендации. ВОЗ, Женева, 1986.
Справочник предельно допустимых концентраций вредных веществ в пищевых продуктах и среде обитания. М., 1993.
Физическая география. М., 1991. С.56-65.
Небел Б. Наука об окружающей среде. М.: Мир, 1993.Т.1. С.229 – 248.
Похожие рефераты:
Исследованы зависимости между литологическими особенностями горных пород угленосной толщи Донбасса, установленные геофизическими методами, и их химическим составом.
Для районов нефтегазовых месторождений в качестве индикаторов техногенных нагрузок на природные среды нами исследуются газообразные сорбированные углеводороды и “прочие” газы.
Критерии оценки качества природных вод и методология его изучения.
На экологическое состояние окружающей среды, как известно, оказывают влияние как естественные, так и антропогенные факторы. К первым относятся интенсивность экзогенных процессов и явлений, а также естественная защищенность подземных и поверхностных вод.
Полигоны твердых бытовых отходов (ТБО) являются опасными источниками загрязнения окружающей среды. Особенно те из них, которые не оборудованы противофильтрационным экраном и эксплуатируются без должной изоляции.
При открытой добыче угля шахтами остаются участки земли, которые больше невозможно использовать, тем самым оставляя шрамы на поверхности земли. Реабилитация может смягчить некоторые из этих проблем.
Техногенное воздействие на геологическую среду, связанное с постоянно растущим объемом неперерабатываемой горной массы / около 100 млр. т. ежегодно/ создало в ряде регионов мира весьма напряженную экологическую обстановку.
Строение гидросферы. Взаимодействие поверхностных и подземных вод. Формирование гидрохимического состава подземных вод. Техногенное воздействие на подземные воды.
; выделить экологические проблемы и способы охраны воды; развивать речь, внимание; воспитывать бережное отношение к воде, к водоемам, желание экономить пресную воду.
Оборудование : схемы «Соотношение соленой и пресной воды», «Вода – важное для организма вещество», запись песни «Живи, родник!», пословицы и высказывания известных людей, ученых о воде.
Ход занятия
I. Сообщение темы занятия.
Учитель . Здравствуйте, ребята! Послушайте загадку и отгадайте:
Меня пьют, меня льют, всем нужна я. Кто я такая? (Вода.)
– Сегодня мы будем говорить о воде, о бережном отношении к ней. Тема нашего занятия – «Мать водица – всему царица. Почему воду нужно беречь?».
II. Вода и жизнь.
Учитель . Вы слыхали о воде? Говорят, она везде.
Первая капелька . В луже, в море, в океане,
И в водопроводном кране.
Как сосулька замерзает,
В лес туманом заползает.
Вторая капелька . Ледником в горах зовется,
Лентой серебристой вьется.
Средь высоких стройных елей
Рушится потоком селей.
Третья капелька . На плите у нас кипит ,
Паром чайника шипит,
Растворяет сахар в чае.
Учитель . Мы ее не замечаем,
Мы привыкли, что вода –
Наша спутница всегда.
Капельки (вместе) . Без меня вам не умыться,
Не наесться, ни напиться!
Учитель . Смею вам я доложить:
Без воды нам не прожить.
Благодаря повседневному обращению с водой мы так привыкли к ней и к ее разнообразным проявлениям в природе, что часто не замечаем отличительных свойств воды. А ведь именно этими свойствами объясняется то, что наши озера и реки не промерзают зимой до дна, что сильные весенние паводки сравнительно редки, что, замерзая, вода может производить большие разрушения и т. д. Многие привычные нам явления природы связаны именно с особенностями воды, выделяющими ее среди других веществ.
Велика роль воды и в технике. Невозможно представить такую отрасль промышленности, где бы в том или другом виде, для тех или иных целей не применялась вода. Вода служит источником энергии. Вода переносит тепло. Вода используется как прекрасный растворитель для многих веществ. Вода является той средой, в которой протекает огромное количество различных химических процессов.
В истории нашей планеты вода также имеет исключительно важное значение. Пожалуй, никакое другое вещество не может сравниться с водой по своему влиянию на ход тех величайших изменений, которые претерпела Земля за многие сотни миллионов лет своего существования.
Там, где есть жизнь, всегда есть вода. Жизнь без воды невозможна. Какое бы животное или растение мы ни взяли, в него входит вода как одна из главных составных частей. Обитатели водоемов, как правило, содержат в себе больше воды, чем жители суши. В теле рыб, например, до 70–80 % воды, а в медузе – больше 95 %. В травянистых растениях суши процент воды доходит до 85. Организмы млекопитающих животных и человека содержат воды меньше.
Если масса человека 60 кг, то в его теле содержится около 40 л воды. В течение года каждый организм потребляет количество воды, во много раз превышающее его массу.
Н а д о с к е вывешивается схема.
Вода – важное для организма вещество:
на 1 кг тела коровы – 600 г воды;
утки – 700 г воды;
у медузы на 100 г тела – 99 г воды.
Питательные вещества попадают в кровь через стенки пищеварительного канала. Через эти стенки могут проникать только вещества, растворенные в воде, только жидкости. Если бы кусок сахара не растворился в слюне и в желудочном соке, сахар не попал бы в кровь. Белок яйца, крахмал хлеба и картофеля не растворяются в воде, но желудочный и кишечный соки содержат особые вещества – ферменты, которые расщепляют белок и крахмал и переводят их в вещества растворимые . Это расщепление идет только в воде. Кровь, состоящая на четыре пятых из воды, разносит питательные вещества по всему организму. Таким образом, вода нужна для нашего организма как растворитель питательных веществ, и как переносчик их, и как среда, в которой протекают различные процессы, связанные с нашей жизнедеятельностью. Выделяясь потовыми железами и испаряясь с поверхности кожи, вода регулирует температуру нашего тела. Кроме того, вода необходима для удаления из организма различных вредных веществ, образующихся в результате обмена . Содержание воды в отдельных органах и тканях тела почти постоянно.
Потребность в воде у различных животных неодинакова. Некоторые из них довольствуются очень малыми количествами воды, другие же, наоборот, требуют воды в изобилии. Амбарный долгоносик, например, проводит жизнь в сухом ссыпанном зерне, в котором влаги всего около 12 %. Это насекомое, употребляя в пищу сухое зерно, вероятно, задерживает часть даже той воды, которая выделяется в его теле, как и во всяком другом, в процессе обмена веществ и при дыхании.
Иное дело, например, тли. Они питаются соками растений. Чтобы получить достаточное количество пищи, они должны пропустить через свой организм большую массу воды. Организм тли устроен так, что вода в нем долго не задерживается и покидает тело, уступая место новым порциям питательного сока.
Ни одно живое существо не может жить в абсолютно сухом пространстве и не может оставаться живым, лишившись воды. Каждый организм может потерять только вполне определенную часть содержащейся в нем воды. У человека потеря 10 % воды вызывает целый ряд расстройств, а потеря 20 % воды – смерть. Некоторые животные менее чувствительны к потере воды.
Почти такую же роль, как и в организмах животных, вода выполняет и в растениях. Вода доставляет растениям из почвы питательные вещества и в известной мере регулирует температуру растений; испаряясь с поверхности листьев , она предохраняет их от перегрева в летний зной.
Начиная с момента прорастания семени растение все время должно получать влагу; например, для одного растения подсолнечника за все время его роста нужно около 40 л воды, а люцерна, создавая один грамм сухого вещества, «выпивает» около 500 г воды.
Всю необходимую воду растения получают только из почвы. Корни растений высасывают воду из почвы с большой силой. Эта сила настолько велика, что, например, в крапиве ее было бы достаточно, чтобы поднять воду на высоту больше 4 м, а в виноградной лозе – на высоту 13 м. Таким образом, растительность суши, выкачивая воду из почвы, действует как мощный насос. Из корней вода поднимается в стебель и листья и с поверхности их испаряется.
IV. Значение воды в природе и в жизни человека.
Учитель . Как замечательно говорили о воде великие люди! Аксаков назвал ее красой природы, Менделеев – кровью природы.
Человек как-нибудь обойдется без нефти, алмазов, изобретет новые двигатели, но без воды он не сможет жить. Люди всегда обожествляли воду. Нет ни одного народа, у которого вода не считалась бы матерью всего живого, целебной и очистительной силой, источником плодородия. Известный французский писатель – летчик Антуан-де Сент-Экзюпери, самолет которого потерпел аварию в пустыне Сахара, – писал так: «Вода!.. У тебя нет ни вкуса , ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснишь нашими чувствами. С тобой возвращаются к нам силы, с которыми мы уже простились. По твоей милости в нас вновь начинают бурлить высокие родники нашего сердца. Ты самое большое богатство на свете...»
– Ребята, прочитайте высказывания великих людей о воде.
Воде была дана волшебная власть стать соком жизни на Земле. (Леонардо да Винчи.)
Капля воды дороже золота. (Д. Менделеев.)
Нет на земле напитка лучше, чем стакан холодной чистой воды. (В. Песков.)
Спаси себя, человече,
Сыне, родимый, спаси!
Чтоб реки текли, а не речи
По нашей великой Руси.
М. Рудаков
– Объясните данные высказывания. О чем они?
Учитель . Все народы заботливо и бережно относятся к воде. Прочитайте пословицы, придуманные разными народами. Они жили далеко друг от друга, но все ценили воду.
Вода – мать, а без матери не проживешь. (Китайская пословица.)
Мы не ценим воду до тех пор, пока не высохнет колодец. (Английская пословица.)
Капля за каплей – образуется озеро, а перестанет капать – образуется пустыня. (Узбекская пословица.)
Русские пословицы:
И мутную воду пьют в невзгоду.
Не плюй в колодец: случится напиться.
Без росы и трава не растет.
IV. Откуда пришла вода?
Учитель
. Если быстро раскрутить глобус, то покажется, что он одноцветный, голубой. Почему? Что изображено голубым цветом на глобусе? Где больше всего воды на Земле? (Водой заполнены моря и океаны.)
– Может ли человек использовать эту воду? (Нет.)
– Почему? Какая вода нам нужна? (Пресная.)
Ребятам или ребятне?
Вся живность счастлива вполне!
3-й ученик . Но что такое? Караул!
Нет, нет, никто не утонул,
Нет, нет, как раз наоборот,
На мель садится пароход
Средь бела дня, какой скандал!
Наверно, лоцман маху дал!
Да нет, далеко от буйка,
Тут глубока была река.
4-й ученик . Была. Вот именно – была.
Была, да, видимо, сплыла.
Ах, реку мы не узнаем…
Река становится ручьем!
Уже и лодки на мели…
Пловцы вдруг посуху пошли.
А рыбы? В горе и тоске
Б едняжки бьются на песке.
Так что же с ней стряслось, с рекой?
Увы, друзья, ответ такой:
Дошкольник Сидоров Иван
Забыл закрыть на кухне кран.
Вы скажете: какой пустяк.
Пустяк. Добро б ручей иссяк,
А то вон из-за пустяка
Пропала целая река!
Б. Заходер
– Почему в реке исчезла вдруг вода?
– Что случилось после того, как в реке стало меньше воды?
– О чем напоминает каждому из нас это стихотворение?
В ы в о д: Не расходуйте воду напрасно! Берегите ее!
VII. Итог занятия.
Учитель . Как должны вести себя ребята, взрослые, чтобы реки и ручьи не исчезали?
– Почему воду нужно беречь и охранять?
Вода входит в состав любого организма .
Вода – это жизнь, красота и здоровье.
Количество воды ограничено.
Вода – помощник человека.
Вода загрязняется.
Ученик . Воду попусту не лей, дорожить водой умей.
Закрывай покрепче кран, чтоб не вытек океан.
Учитель . О чем может попросить нас океан?
Ученик . Если бы океан умел мыслить, говорить, то сказал бы современному человеку: «Как ты неопрятен, какой же ты неряха! Ты даже меня ухитрился загрязнить. Теперь тебе придется меня чистить. Не знаю, как ты это сделаешь, но сделать обязан, иначе поплатишься сам: будет худо тебе и твоим потомкам».
Учитель
. Ведь не зря так сказал бы океан: он замусорен. В него сваливают, что попало. В северной части Тихого океана плавает около 5 млн старых резиновых сандалий, приблизительно
35 млн пустых пластмассовых бутылок и около 70 млн стеклянных поплавков. Все эти предметы не разлагаются. Если их не выловить, они будут плавать сотни лет. Прочитаем заповеди:
1. Наша планета – наш дом, и каждый из нас в ответе за ее будущее .
2. Если найдешь в лесу родник, сохрани его. Может быть, это начало большой полноводной реки.
3. Вслушайся в журчание реки. Может быть, она просит помощи от тебя и ей нужны твои заботливые руки.
Родничок пропах землей, травой и хвоей,
В жаркий полдень холоден всегда,
А опустишь руку в голубое –
Заласкает светлая вода.
У его задумчивого пенья
Я большой учился чистоте,
Первым, самым робким вдохновеньям,
Первой, самой радостной мечте.
Пусть вдали от низенького дома
Я, мужая, сделаюсь седым,
Я еще приду к нему, живому,
И еще напьюсь его воды.
В. Солоухин
Звучит песня «Живи, родник».
Охрана и защита природных вод
Под охраной и защитой природных вод следует понимать систему мер, направленных на предотвращение и устранение последствий загрязнения и засорения поверхностных и подземных вод. Для предохранения поверхностных вод от загрязнений проводят различные мероприятия. Наиболее значимыми из них являются следующие: - совершенствование технологических процессов в промышленности для снижения водопотребления и создания оборотных систем водоснабжения; - обеспечение полной биологической очистки сточных вод промышленных предприятий и населенных мест; - рациональное водопользование в сельском хозяйстве, включая обоснованность применения удобрений и пестицидов, а также ведение хозяйства в пределах территории водосбора; - соблюдение природоохранных норм добычи и переработки полезных ископаемых, их обогащения и транспортировки; - соблюдение правил производства буровых и строительных работ (где они ведутся) в водоохранных зонах; - сокращение (а по возможности и предотвращение) поступления в водоемы биогенных элементов (азота и фосфора); - соблюдение водоохранных зон и правил хозяйственной деятельности в них; - обеспечение постоянного контроля за состоянием водоемов и показателей (нормативов) по составу и свойствам качества воды; - разработка и внедрение малоотходных технологий. Улучшению качества поверхностных вод способствуют предупредительные, организационные и технические методы. Одним из них является самоочищение, которое возможно за счет жизнедеятельности высших водных растений (камыш, рогоз, узколистный тростник, ряска, водоросли), насыщающих воду кислородом (так как под воздействием кислорода в воде снижается содержание ионов кальция и магния). Суть этого метода заключается в поддержании и восстановлении водоемов. В последние годы стали широко применяться для деэвтрофикации загрязненных водоемов растения (водный гиацинт, пистия, аир, сосенка водяная, рдест), которые обеспечивают значительный прирост биомассы (до 100 кг/м2 в месяц), а соответственно и снижение загрязняющих веществ. Одним из существенных мероприятий по охране от загрязнения поверхностных вод является соблюдение границ водоохранных зон, которые несут важную защитную функцию на любом водном объекте, особенно на малых реках, составляющих в России свыше 95% водотоков. Эти зоны включают в себя: пойму реки, надпойменные террасы, бровки и крутые склоны коренных берегов, участки эродированных земель, балки протяженностью более 10 км или любой длины, но при крутизне склонов более 8 °. Под охраной подземных вод понимается комплекс мероприятий, направленных на сохранение и улучшение такого качественного и количественного состояния подземных вод, которые позволяют использовать их в народном хозяйстве. Охрана подземных вод заключается в строгом соблюдении водного законодательства, предусматривает комплекс профилактических мер и специальных водоохранных мероприятий, которые подразделяются на профилактические и специальные. В профилактические меры входит следующее: выбор месторасположения объекта (промышленного, сельскохозяйственного) с минимальным воздействием на окружающую природную среду и подземные воды; тщательное соблюдение зон санитарной охраны водозаборов подземных вод и др. Специальные мероприятия включают в себя: сооружения защитных водозаборов для перехвата загрязненных подземных вод и гидравлические водоразделы (завесы) между областью вод и эксплуатируемыми чистыми подземными водами, а также создание непроницаемых экранов (стенок) вокруг очага загрязнения и др. Для подземных вод основными отрицательными последствиями антропогенного воздействия являются загрязнение и истощение. Проведение специальных защитных мероприятий требует больших затрат, зачастую представляет собой сложную и громоздкую техническую систему, в которую входит обязательная очистка откачиваемых загрязненных вод. Следует иметь в виду, что загрязнение подземных вод взаимосвязано с состоянием окружающей среды: невозможно предотвратить их загрязнение, если отходы поступают в поверхностные воды, атмосферу, почву, поскольку круговоротом воды эти составляющие биосферы тесно связаны. Поэтому в охране подземных вод наиболее важными являются предупредительные мероприятия, не допускающие их загрязнения. Под истощением подземных вод понимается уменьшение их естественных и (или) искусственных запасов вследствие превышения расходования подземных вод над их питанием. Причинами подобного истощения могут быть вырубка лесов, распашка земель, спрямление и отвод рек, отбор подземных вод водозаборами, водопонизительными установками, дренажами и т.д. При этом истощение может иметь временный (сезонный) и постоянный (из-за хозяйственной деятельности) характер. Пополнение запасов подземных вод осуществляется: благодаря созданию плотин, дамб, запруд, прудов, регулирующих сток водотоков или атмосферный сток; путем перекачки вод из напорных горизонтов; задержки снеготаяния; благодаря применению биохимически очищенных сточных вод; уменьшению испарения; совершенствованию способов полива и орошения сельхозугодий. Следует при этом учитывать, что санитарными органами установлены стандарты качества вод для искусственного пополнения. Нерациональное использование подземных вод (как и поверхностных вод) имеет экономические, социальные и экологические аспекты воздействия как на человека, так и на природу. В гидросфере, так же как и в целом в биосфере, четко прослеживается действие экологического постулата «все связано со всем». По данным Водного кадастра в России насчитывается свыше 127 тыс. рек протяженностью от 10 до 200 км. Из этих тысяч отобраны около 600 речек, нуждающихся в охране. Во избежание их загрязнения и истощения вдоль рек созданы или создаются обязательные водоохранные зоны, в которых запрещено распахивать земли, применять ядохимикаты, выпасать скот. Основная задача водоохранных зон - обеспечивать и поддерживать благоприятный режим, улучшать состояние малых рек и водоемов, защищать их от заливания продуктами эрозии почвы, избегать загрязнения пестицидами и биогенными веществами. Защита рек и водоемов от загрязнения может происходить путем их самоочищения. Например, интенсивное течение рек обеспечивает хорошее перемешивание и снижение концентраций взвешенных частиц. Оседание в воде нерастворимых осадков, а также отстаивание загрязненных вод способствуют самоочищению водоемов. Снижение температуры воды благоприятствует длительному сохранению попадающих в водоемы бактерий и вирусов. Так, в умеренной климатической зоне самоочистка реки происходит на участке, находящемся в 200...300 км от места загрязнения, а на Крайнем Севере расстояние до этого участка увеличивается до 2 тыс. км. Физическим фактором самоочищения водоемов является ультрафиолетовое излучение Солнца, под влиянием которого происходит обеззараживание воды. Из химических факторов самоочищения водоемов следует отметить окисление органических и неорганических веществ. Загрязнение водоемов химическими веществами приводит к нарушению нормальных процессов самоочищения воды, изменению некоторых важных свойств микробов и в конечном итоге - к изменению качества воды. Биологическим фактором самоочищения является совокупность населяющих воду организмов: бактерий, водорослей, различных беспозвоночных животных, поэтому так важно поддерживать условия, делающие воду пригодной для их существования. Гибели бактерий и вирусов могут способствовать некоторые химические вещества и представители животного мира. Так, устрицы и некоторые виды амеб адсорбируют кишечные и другие вирусы, а моллюск Дрейссена, напоминающий по виду южную мидию, пропускает через себя загрязненную органическими весями воду, минерализует и осаждает ненужные вещества.
