Защита гидросферы. Методы и способы защиты гидросферы Методы и средства защиты гидросферы от загрязнений

Свойства воды и глобальный водообмен.

Гидросфера играет важнейшую роль в поддержании относительно неизменного климата на планете, поскольку она выполняет следующие важнейшие функции:

§ выступает как глобальный аккумулятор тепла в экосистеме Земли (теплоемкость воды в 3300 раз выше, чем у воздуха, поэтому поверхностные океанические воды - главный накопитель и распределитель солнечной энергии, обеспечивающий постоянство средней планетарной температуры атмосферы);

§ продуцирует почти половину всего кислорода атмосферы за счет фитопланктона, обитающего в Мировом океане.

Водная среда используется человеком для лова рыбы и других морепродуктов, сбора растений, добычи из руды подводных залежей (марганца, никеля, кобальта) и добычи нефти на шельфе, перевозки грузов и пассажиров. В производственной и хозяйственной деятельности человек применяет воду для очистки, мытья, охлаждения оборудования и материалов, полива растений, гидротранспортировки, обеспечения специфических процессов, например, выработки электроэнергии и т.п.

Природные воды подразделяют на два больших класса: пресные и соленые. Пресной называют воду, в 1 кг которой содержится не более 1 г солей. Остальные природные воды относят к солёным, на долю которых приходится 97,5% всего мирового запаса воды.

Концентрация растворенных в воде солей определяет степень ее солености (жесткости). В океанических водах концентрация растворенных веществ в среднем в 175 раз превышает таковую в водах рек и озер (из этого не следует, что не может быть сильно опресненных морских вод и сильно засоленных озерных и даже речных вод).

Несмотря на огромные запасы природных вод на Земле лишь незначительная часть их оказывается доступной и пригодной для практического использования. Это, прежде всего, пресная вода. Если к ежегодному потреблению человеком пресной воды в 60 т добавить еще 300 т воды, необходимых для удовлетворения других его жизненных потребностей, то годовое потребление пресной воды на одного жителя планеты составит 360 т/г. Из этого следует, что ограниченные единовременные запасы пресной воды могли бы быть исчерпаны в течение 3…4 месяцев. Однако запасы пресной воды на Земле непрерывно пополняются под действием естественных природных сил и прежде всего глобального водообмена.

Глобальный водообмен включает в себя как водообмен в системе океан – материки, когда вода, испаряясь с поверхности океана, переносится ветрами на континенты и с речным стоком снова возвращается в океан, так и локальные круговороты воды в отдельных ландшафтах, когда испарение воды приводит к облачности и выпадению осадков.

Солнечная энергия, затраченная на испарение воды, после выпадения осадков преобразуется в кинетическую энергию рек и ручьев. На указанный процесс затрачивается очень большое количество солнечной энергии, по некоторым оценкам, от 20% до трети того, что Земля получает от Солнца.

Над Мировым океаном осадков выпадает меньше, чем над материками, но для планеты в целом осадки уравновешиваются. Баланс воды между континентами и океанами поддерживается преимущественно стоками. При этом на испарение приходится до 65%, а на поверхностные стоки – до 35% воды, участвующей в кругообороте.

Испарение воды – важнейший процесс в ее кругообороте. Вода испаряется с поверхности как океанов и почвы, так и листьев растений после поглощения корнями. Количество воды, транспирируемой растениями, значительно. Вся наземная растительность отдает в атмосферу за год от 27 до 30% общего количества влаги, получаемой сушей планеты в виде осадков.

Развитие цивилизации изменяет естественный круговорот воды, прежде всего из-за изменения баланса транспирируемой воды, а также образования такого промежуточного звена, как техническое водопотребление. Особая роль в этом процессе принадлежит орошению – искусственному увлажнению почвы и поверхности растений путем подачи воды из водного источника в целях обеспечения растений влагой, промывки почв и регулирования их солевого режима.

70% потребляемой людьми пресной воды используется в земледелии. При этом 60% воды, применяемой для орошения, не доходит до полей.

Общая площадь орошаемых земель мира более 230 млн. га. Орошаемые земли по меньшей мере вдвое продуктивнее неорошаемых: составляя шестую часть обрабатываемых земель, они приносят треть всех урожаев.

Особо следует учитывать, что интенсивность транспирируемой влаги зависит от вида растительности. Так, за вегетационный период с 1га орошаемых земель пшеница транспирирует 6000 т воды, рис – в 4,6 раза больше, а хлопок – в 6,7.

Для экономии воды на орошение необходимо применять прогрессивные методы. Наиболее экономичным и эффективным методом орошения является подпочвенное капельное, когда вода по системе специальных труб, заложенных в толще почвы, подается к корневой системе растений.

Загрязнение гидросферы

Наиболее опасными загрязнителями гидросферы с точки зрения их воздействия на природные экосистемы являются углеводороды (сырая нефть, нефтепродукты), токсичные металлы, хлорированные углеводороды (в первую очередь пестициды), радиоактивные вещества. Из других загрязнителей гидросферы необходимо упомянуть детергенты (моющие средства) и фенолы.

Загрязнение природных вод нефтью и нефтепродуктами. К числу наиболее распространенных и вредных загрязняющих веществ относятся нефть, ежегодное поступление которой в моря и океаны, по данным ООН, достигает 6…7 млн. т. Ожидается дальнейший рост загрязнений нефтью из-за постоянного увеличения объема ее добычи, особенно на континентальном шельфе.

Сырая нефть – это смесь химических веществ, содержащая 200-300 компонентов. Нефть на 50-98% состоит из углеводородов, содержит до 4% серы, до 1% азота и кислорода. Углеводороды нефтей (нефтепродукты) делятся на три группы: алканы (25%); циклоалканы (нафтены) (30-60%); ароматические и полиароматические (ПАУ) (до 5%). Наиболее токсичной частью являются ПАУ. В биосфере содержится несколько десятков ПАУ (всего эта группа содержит более 200 соединений). Наиболее распространен и токсичен 3,4-бенз(а)пирен (БП) (кроме него антрацен, пирен, хризен и др.). Фоновый уровень ПАУ - 1нг/л, в Балтийском море - 100 нг/л. Особенно высок уровень содержания ПАУ в донных отложениях.

Основные источники нефтяных загрязнений морской среды: транспортные перевозки; вынос реками; промышленные и городские отходы, отходы нефтеперерабатывающих заводов. Существуют и природные источники нефтяных загрязнений. Одним из основных антропогенных источников является морской транспорт, прежде всего танкерный. В мире задействован гигантский танкерный флот общей вместимостью более 120 млн. брутто-регистровых тонн – это свыше трети вместимости всех морских транспортных средств. Сейчас плавают 230 судов грузоподъемностью от 200 до 700 тыс. т каждое. Это представляет колоссальную потенциальную опасность для вод Мирового океана. По известным данным, из-за аварий на танкерах в моря и океаны поступает примерно 5% всей перевозимой нефти. Подсчитано, что если 200 тыс. т нефти попадет в Балтийское море, то оно будет превращено в биологическую пустыню.

Огромное количество нефти попадает в море в результате сброса с судов промывочных, балластных и льяльных (трюмных) вод, а также потерь при погрузке и разгрузке танкеров. По этим причинам в морях и океанах ежегодно оказывается около 3 млн. т нефти. При этом в основном загрязняются территории портов, припортовые акватории, прибрежные районы и районы интенсивного судоходства.

В начале третьего тысячелетия подводные скважины будут давать 50% добываемой в мире нефти. При морской нефтедобыче возможно загрязнение морской среды вследствие аварий, а также мелких утечек нефти (оцениваемых в 0,1 млн. т ежегодно). Очевидно, что этот источник представляет огромную потенциальную опасность, и его роль в формировании нефтяных загрязнений морей и океанов со временем будет увеличиваться.

Источником нефтяных загрязнений вод являются береговая промышленность, и в первую очередь нефтеперерабатывающие заводы. Хотя сточные воды промышленных предприятий очищаются, полной очистки сточных вод от нефти и нефтепродуктов достичь не удается.

Большое количество нефтепродуктов попадает в океанические бассейны из атмосферы. Например, двигатели внутреннего сгорания, которыми оснащены различные транспортные средства, выбрасывают в воздух в год более 50 млн. т различных углеводородов.

Как отмечалось выше кроме техногенных источников, имеются и природные. Естественные выходы нефти образуются в местах ее просачивания из нефтеносных слоев через земную кору. Такие выходы известны у берегов Южной Калифорнии, в Мексиканском и Персидском заливах, Карибском море. Скорость поступления нефти из естественных выходов обычно невелика, поэтому таким путем в моря и океаны попадает сравнительно небольшое количество нефтяных углеводородов, а основную массу загрязнений Мирового океана (более 90%) поставляют источники антропогенного происхождения.

Поля нефтяных загрязнений, формирующие локальные зоны, остаются устойчивыми во времени, поэтому в их распространении огромную роль играют океанические циркуляции. Именно они переносят нефтяные загрязнения в наиболее чистые районы Мирового океана, в том числе и в Северный Ледовитый океан.

Поступившие в воду нефтепродукты деградируют в результате химического, фотохимического и бактериального разложения, а также деятельности некоторых морских организмов и высших растений. Однако «процесс» естественной нейтрализации нефтепродуктов достаточно длителен и может занимать от одного до нескольких месяцев.

Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую «нефть в воде» и обратную «вода в нефти». Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефти, содержащей поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно. Наибольшую опасность по своим последствиям представляют нефтяные пленки, образующиеся на водной поверхности и уменьшающие теплопроводность и теплоемкость верхнего водного слоя. Наличие нефтяной пленки сильно сказывается на процессе испарения. Так, на спокойной воде из-за тонкого слоя нефти испарение уменьшается в 1,5 раза, а при скорости ветра до 6…8 м/с – на 60%, так как пленки служат барьером для молекул воды и снижают аэродинамическую шероховатость водной поверхности. Экспериментально установлено, что за 1 ч с поверхности океана в одну квадратную милю при наличии нефтяной пленки испаряется 45 т воды, в то время как при отсутствии пленки – 97 т. Замедление процесса испарения приводит к тому, что воздушные массы, движущиеся над океаном, слабее насыщаются водяным паром.

В естественных условиях через границу раздела атмосфера – водная поверхность непрерывно происходит обмен кислородом и углекислым газом, интенсивность которого при наличии нефтяной пленки сильно уменьшается. При определенных условиях нефтяные пленки понижают температуру поверхностного слоя воды (не ниже +4°С), что приводит к повышению ее плотности и в результате верхний слой воды погружается в глубину, занося туда нефтяное загрязнение. В мелководных бассейнах поверхностные загрязненные слои могут опускаться на дно и образовывать придонные воды, содержащие значительное количество нефти. Особенно вероятно образование таких загрязненных придонных слоев в период осеннего охлаждения вод.

Таким образом, нефтяные пленки являются тем техногенным фактором, который влияет на формирование и протекание гидрологических и гидрохимических процессов в поверхностных слоях воды морей и океанов.

Нефтяные загрязнения воздействуют и на живые организмы за счет экранирования солнечного излучения и замедления обновления кислорода в воде. В результате перестает размножаться планктон – основной продукт питания морских обитателей. Толстые нефтяные пленки нередко становятся причиной гибели морских птиц. Нефть отрицательно влияет на физиологические процессы, протекающие в живых организмах, вызывают патологические изменения в тканях и органах, нарушает работу ферментативного аппарата, нервной системы.

Особенно опасно загрязнение высокоширотных вод, где из-за низкой температуры нефтепродукты практически не разлагаются и как бы «консервируются» льдами, поэтому нефтяное загрязнение может нанести серьезный ущерб окружающей среде Арктики и Антарктики.

Загрязнение природных вод тяжелыми металлами. В условиях активной антропогенной деятельности загрязнение океанических вод тяжелыми металлами стало особо острой проблемой. Группа тяжелых металлов плотностью выше 4,5 г/см3 объединяет более 30 элементов периодической системы. К наиболее токсичным металлам относят в первую очередь Pb(свинец), Hg(ртуть), Cd (кадмий), As(мышьяк), Zn (цинк), Se(селен), а также, Fe, Al, Сu, Mn, Ni, Co, Sn, Ti, Bi, Mo, V, Ag, Cr, Те. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание тяжелых металлов и их соединений в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу.

Основными источниками загрязнения природных вод тяжелыми металлами являются:

Промышленные сбросы;

Атмосферные осадки, в основном дожди (в атмосферу тяжелые металлы попадают в результате сжигания топлив и извержения вулканов; содержание токсичных элементов атмосферного происхождения может достигать 25-100%);

Водный транспорт (корпуса судов покрывают красками, в состав которых входят Hg, As, Cu, Cr, Pb, Zn, Cd для предотвращения обрастания корпусов водорослями и морскими организмами);

Вымывание из почв, в которые тяжелые металлы (ТМ) попадают из удобрений и пестицидов (неорганические удобрения содержат ТМ в виде примесей).

Большой процент ТМ содержится в иле, который является одним из основных органических удобрений. Пестициды также содержат ТМ, которые часто используют в качестве катализаторов процессов их синтеза.

Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий, так как они сохраняют токсичность бесконечно долго. Например, ртутьсодержащие соединения (особенно метилртуть) – сильнейшие яды, действующие на нервную систему, представляют угрозу для жизни всего живого. В 50–60-е г. ХХ в. в районе бухты Миномата (Япония) было зарегистрировано массовое отравление, жертвами которого стали десятки тысяч человек, употреблявших в пищу зараженную рыбу. Причиной заражения было предприятие, сбрасывающее ртуть в воду залива.

В Мировой океан в год поступает до 2 млн. т свинца, до 20 тыс. т кадмия и до 10 тыс. т ртути. Наиболее высокие уровни загрязнения имеют прибрежные воды и внутренние моря. Немалую роль в загрязнении Мирового океана играет и атмосфера. Так, до 30% всей ртути и 50% свинца, поступающих в океан ежегодно, переносится через атмосферу. Попав в морскую воду, тяжелые металлы концентрируются главным образом в поверхностной пленке, в придонном осадке и в биоте, тогда как в самой воде они остаются лишь в сравнительно небольших концентрациях. Здесь особо значима поверхностная пленка, которая обычно простирается на глубину 50…500 мкм. Именно в данной области протекают все равновесные процессы массообмена между водой и атмосферой.

Активность накопления различных веществ в живых организмах из окружающей среды выражается соответствующими коэффициентами. Так, отношение содержания вещества в тканях гидробионтов (обитателей водной среды) к концентрации его в воде называется коэффициентом накопления. Например, в дафниях коэффициент накопления метилртути – 4 тыс., в планктоне коэффициент накопления свинца 12 тыс., кобальта – 16 тыс., а меди – 90 тыс. Исследователи говорят, что для любого химического элемента найдется по крайней мере один вид планктона, способный его концентрировать.

Большие количества тяжелых металлов сосредоточиваются в донных осадках. Это подтверждается тем, что концентрация металлов в осадке может быть на несколько порядков выше, чем в воде.

Загрязнение природных вод пестицидами и другими химическими соединениями. Пестициды - это класс синтезированных органических веществ, обладающий токсичными свойствами и подразделяющийся в соответствии с их назначением на группы:

Инсектициды - для уничтожения насекомых;

Гербициды - против сорняков;

Фунгициды - против грибков;

Специфические - против крыс, улиток и т.д.

Количество инсектицидов значительно превышает количество гербицидов.

Исходя из химического состава пестицидов, можно выделить 3 большие группы:

Хлорированные углеводороды;

Фосфорорганические соединения;

Растворимость и устойчивость пестицидов в воде различны. Несмотря на большой вынос пестицидов в гидросферу, их концентрация сравнительно мала:~10-7 % в пресных и~10-9 % в океанских водах. Однако даже такие малые концентрации опасны для жизнедеятельности живых организмов.

Наиболее распространенными среди хлорорганических пестицидов являются:

Ароматические: ДДТ и его метаболиты - ДДД и ДДЕ;

Алифатические и алициклические - линдан или гексахлорциклогексан, гексахлоран;

Хлорированные продукты диенового синтеза.

Все эти соединения относятся к инсектицидам; достаточно устойчивы к разложению, а, следовательно, накапливаются в среде и организмах (особенно в моллюсках, обнаруживаются у дельфинов). К хлорированным углеводородам относят также очень важный класс соединений - полихлорбифенилы (ПХБ). Получают их хлорированием бифенилов.

Анализ хлорсодержащих соединений показал, что все они содержат в качестве примесей тысячные доли диоксинов, т.е. последние образуются как побочные продукты большинства химических производств. Эти различные производные ароматических хлорированных эфиров являются супертоксикантами. ПХБ и диоксины подавляют иммунную систему.

Фосфорорганические пестициды (ФОП) - сложные эфиры фосфорной, тиофосфорной и дитиофосфорной кислот, относятся к инсектицидам. Их достоинством является малая химическая устойчивость.

Детергенты. Это моющие средства, основными компонентами которых являются поверхностно-активные вещества (ПАВ), (добавки - ферменты, отбеливатели, душистые вещества, ингибиторы коррозии и т.д.).

В слабозагрязненных водах концентрация ПАВ колеблется от тысячных до сотых долей мг/л. Концентрируются ПАВ в поверхностной пленке, образуя монослой. ПАВ не относятся к высокотоксичным веществам, их ПДК ~ 0.5-2 мг/л. При этом они чрезвычайно распространены из-за широкого использования в быту и промышленности. Они могут усиливать неблагоприятное влияние других загрязняющих веществ, которые являются токсикантами: повышать их растворимость в воде, образовывать устойчивые эмульсии, например; нефтепродуктов.

Фенолы. Соединения этого класса принято делить на:

Летучие с паром (фенол, крезолы, ксиленолы и т.д.;

Нелетучие (многоатомные, такие как резорцин, пирогаллол и т.д.). Источники фенолов могут иметь природное происхождение - метаболизм водных организмов, деградация органического вещества, и антропогенное, например, антисептики. Содержание фенолов в водах обычно не превышает 20 мкг/л.

Многочисленные упомянутые выше источники загрязнения Мирового океана зачастую удобнее группировать по «средовому» принципу, при котором источники разделяют на три большие группы:

§ морские – суда различного назначения (в т.ч. военные корабли) и другие установки и устройства, эксплуатируемые в морской среде; трубопроводы, установки и устройства, используемые при разведке и разработке природных ресурсов морского дна и его недр;

§ наземные – реки и другие сообщающиеся с морями водные системы, куда загрязняющие вещества попадают в результате сбросов сточных и нагретых вод промышленными предприятиями, либо с грунтовыми водами, загрязнёнными от захоронений особо вредных веществ (в т.ч. радиоактивных отходов), а также различные береговые объекты, осуществляющие сбросы в море;

§ атмосферные – различные промышленные предприятия, транспортные средства и другие объекты, производящие выбросы в атмосферу вредных газообразных отходов, большое количество которых из атмосферы попадает в океанические бассейны.

Установлено, что естественные возможности нейтрализации загрязнений в океане сегодня практически исчерпаны. Общая оценка состояния океана более тревожная, чем оценка состояния атмосферы. Для поддержания экологического баланса морских пространств нашей планеты очень важно международное сотрудничество, в т. ч. для выработки норм современного международного права. Природная среда едина и неделима, изменения ее состояния нельзя ограничить каким-либо определенным пространством. Ни одно государство, каким бы экономическим и научно-техническим потенциалом оно ни обладало, не может решить все проблемы, связанные с сохранением и улучшением состояния окружающей среды. Международная специализация и координирование в науке и технике могут ускорить создание малоотходных технологических процессов и эффективных противозагрязняющих устройств.

Истощение материковых вод.

В общем плане материковые воды обычно подразделяют следующим образом:

Поверхностные,

Почвенные,

Подземные.

Пресные воды распределены на поверхности Земли крайне неравномерно. Так, в Европе и Азии, где проживает 70% населения мира, сосредоточено лишь 39% мировых речных вод. На территории России 82% речного стока приходится на северные районы страны, которые по климатическим условиям малопригодны для развития земледелия и существенно менее заселены, чем южные районы, экономически более развитые, но испытывающие дефицит пресной воды.

Неравномерное распределение осадков и все возрастающее загрязнение гидросферы привели к тому, что во многих странах ощущается нехватка пресной воды.

Происходит истощение самых ценных из доступных человеку источников пресной воды – подземных вод. Истощение верхних горизонтов подземных вод наблюдается в США, Германии, Великобритании, Нидерландах, Японии. Сообщалось об истощении артезианского бассейна под Кубанской равниной. Уровень артезианских вод под Краснодаром ежегодно снижается.

Самое серьезное беспокойство вызывает состояние малых рек. Бесконтрольное использование воды, уничтожение водоохранных лесных полос и осушение верховых болот привели к массовой гибели малых рек. По оценкам биологов Германии, половина нанесенных на географические карты страны ручьев и прудов высохла; 90% родников и болот с бьющими в них ключами больше не существуют.

Однако наиболее ощутимый удар по пресной воде нанесли современные технологии, так как под их воздействием растет загрязнение рек и озер промышленными и бытовыми отходами, токсичными веществами. Только промышленность ежегодно сбрасывает в реки более 160 км3 промышленных стоков – неочищенных или недостаточно очищенных. Они загрязняют свыше 4 тыс. км3 речных вод, т.е. около 10% общего речного стока. В промышленно развитых странах эта цифра достигает 30% и более.

В настоящее время большинство рек мира в своих руслах несут уже не пресную воду, пригодную для водоснабжения населения, а разбавленные сточные воды городов, промышленных предприятий, животноводческих ферм и т.д. В реках вместо чистой воды - сложные растворы и взвеси вредных химических веществ и бактерий.

Необдуманное использование воды, превышающее возможности ее восстановления, а также ее интенсивное загрязнение приводят к превращению в пустыни больших районов континентов. Некогда полноводные чистые реки и озера сплошь и рядом мелеют, в них размножаются сине-зеленые водоросли, и вода становится не пригодной ни для питья, ни для жизни рыб и других водных организмов.

По данным Всемирной организации здравоохранения до 80% всех заболеваний, связанных с качеством среды обитания, результат употребления населением грязной воды.

Почти 2,5 млрд. жителей планеты страдает дизентерией, гепатитом, диареей и другими заболеваниями, связанными с загрязнением воды.

Использование пресных вод

Все отрасли народного хозяйства, которые используют водные ресурсы, подразделяют на две категории:

Водопользователи – это отрасли, которые используют водоемы для различных целей, но безвозвратный водозабор не ведут. К ним относятся гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хозяйство, коммунальные службы хозяйственно-питьевого обеспечения.

Водопотребители – это отрасли, которые берут воду из водоемов, причем часть ее используется безвозвратно. Крупнейшими водопотребителями являются теплоэнергетика (особенно АЭС), сельское хозяйство, а из промышленности – химическая и металлургическая.

Современный город с населением 1 млн. человек потребляет в сутки 300 тыс.м3 воды, из которых 75…80% превращаются в сточные воды.

Существует следующая классификация пресных вод по целевому назначению:

Вода питьевая – вода, в которой бактериологические, органолептические показатели и показатели токсических химических веществ находятся в пределах норм питьевого водоснабжения;

Вода минеральная – вода, компонентный состав которой отвечает лечебным требованиям;

Вода теплоэнергетическая – термальная вода, теплоэнергетические ресурсы которой могут быть использованы в любой отрасли народного хозяйства;

Вода промышленная – вода, компонентного состава и ресурсов которой достаточно для извлечения этих компонентов в промышленных масштабах;

Вода техническая – любая вода, кроме вышеперечисленных, пригодная для использования в народном хозяйстве.

При этом различают следующие виды воды технической:

Хозяйственно-бытовые вода – вода, используемая для бытовых и санитарно-гигиенических целей населением, а также прачечными, банями, столовыми, больницами и т.д.;

Поливная вода – вода, используемая для орошения земель и полива сельскохозяйственных растений;

Технологическая вода - вода, непосредственно контактирующая с продуктами и изделиями и подразделяющаяся, в свою очередь, на средообразующую, промывочную и реакционную (средообразующую используют для растворения и образования пульп, при обогащении и переработке руд, гидротранспорте продуктов и отходов производства; промывочную – для промывки газообразных (абсорбция), жидких (экстракция) и твердых продуктов и изделий, а реакционную – в составе реагентов, при отгонке и аналогичных процессах);

Энергетическая вода – вода, используемая для получения пара и нагревания помещений, оборудования и сред, а также для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах, а твердых тел – непосредственно.

Энергетическая вода может быть оборотной и подпиточной (добавочной). Воду весьма часто используют для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах. Энергетическая вода не соприкасается с материальными потоками и не загрязняется, а лишь нагревается. В промышленности 65…80% расхода воды потребляется для охлаждения.

Качество воды

Эта характеристика состава и свойств воды определяет пригодность ее для конкретных видов использования. Выделяют следующие показатели воды, регламентированные соответствующими документами:

Органолептические;

Гидрохимические;

Микробиологические;

Определение органолептических показателей обязательно при любом исследовании воды. К ним относятся цветность, запах, вкус и привкус, мутность и пенистость.

Гидрохимические показатели занимают значительное место в совокупности данных о состоянии водного объекта, при этом они могут быть определены полевыми или лабораторными методами. Для полевых методов в России выпускается широкий перечень тест-комплектов, позволяющих выполнить унифицированный анализ непосредственно у водного объекта. В число гидрохимических показателей качества воды, определяемых полевыми методами, входят: водородный показатель (рН), растворенный кислород, минерализация (карбонаты и гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, сухой остаток, общая жесткость, катионы кальция и магния, натрия и калия), биогенные элементы (нитраты, фосфаты, аммоний, нитриты), фториды, общее железо.

Водородный показатель рН - одна из наиболее информативных характеристик. Величина рН в природных водах обусловлена количественным соотношением СО 2 , растворенного в воде, гидрокарбонат- и карбонат-ионов; процессами фотосинтеза (потребление СО 2 водной растительностью) и распада органических веществ; диссоциацией веществ гумусовой природы (болотные воды имеют низкие рН); гидролизом аква-ионов металлов. Величина рН колеблется: в речных водах в интервале 6.5-8.5, в атмосферных осадках - 4.6-6.1; в болотах - 5.5-6.0; в океанских водах - 7.9-8.3; в рудниках и шахтах - ~ 1; в содовых озерах - ~ 10. Величина рН оказывает существенное влияние на форму существования веществ в водных экосистемах.

Интегральная оценка качества воды проводится обычно по гидрохимическим показателям, при их достаточном количестве, и может проводиться несколькими способами.

В общем случае, при наличии данных о нескольких оцениваемых показателях, можно рассчитать сумму приведенных концентраций параметров к ПДК (принцип суммации воздействий). При этом критерием качества воды является значение

где С фi – фактическая концентрация i-го вещества в воде водоема.

При наличии данных о достаточном количестве показателей можно оценить индекс загрязненности воды (ИЗВ), который рассчитывается как сумма приведенных к ПДК фактических значений показателей качества для 6 основных загрязнителей воды:

(3.2)

где С i – среднее значение определяемого показателя за период наблюдений (при гидрохимическом мониторинге это – среднее значение за год); ПДКi – предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества; 6 – строго ограниченное (лимитируемое) число показателей, использующихся для расчета.

В качестве интегральной характеристики загрязненности поверхностных вод используются классы качества воды, которые установлены в зависимости от значения ИЗВ (см. таблицу П.2 Приложения 2).

При расчете ИЗВ в число шести показателей обязательно входят концентрация РК (растворённого кислорода) и значение БПК5, а также еще 4 показателя, являющиеся для данного водоема (воды) наиболее неблагополучными, т.е. имеющие наибольшие относительные концентрации (отношение C i /ПДК i).

Растворенный кислород всегда содержится в природной воде.В принципе все газы, содержащиеся в атмосфере: O 2 , H 2 S, N 2 CO 2 и др. присутствуют в гидросфере. Газообмен (фазовое равновесие) осуществляется через поверхностную пленку. Главными источниками растворенного кислорода (обычное содержание ~ 14 мг/л) являются атмосфера, фотосинтетическая деятельность, дождевые и снеговые воды, пересыщенные кислородом.

Биохимическое потребление кислорода (БПК) дает относительное представление о содержании легко окисляющихся органических веществ и может характеризовать количество органических отходов или качество воды. Для оценки этого параметра определяют кислород, растворенный в пробе, затем ее инкубируют не менее 5 суток в специальной склянке в темноте. В результате жизнедеятельности бактерий кислород затрачивается на окисление имеющихся в воде органических соединений. Убыль растворенного кислорода за определенный промежуток времени и характеризует БПК.

Определение содержания химических токсинов (пестицидов, нефтепродуктов, тяжелых металлов, СПАВ, и др.) повышает качество оценки, однако сопряжено с трудностями, так как для выполнения анализов требуется специальное лабораторное оборудование, сложные методики или приборы, высокая квалификация персонала и пр. Однако оценка качества воды по этой группе показателей или по некоторым из них в ряде случаев возможна, если использовать результаты анализов воды, полученные специальными службами – экологическими, санитарными, рыбохозяйственными и др.

В результате хозяйственной деятельности человека образуются большие объемы сточных вод. В зависимости от условий образования они делятся на 3 группы:

Бытовые - стоки душевых, прачечных, бань, столовых и т.д. Содержат детергенты, органические и минеральные вещества;

Промышленные – образуются в результате использования воды в технологических процессах. Состав зависит от вида производства;

Атмосферные (ливневые) – образуются при выпадении осадков, крайне неравномерны. Состав зависит от вида поверхности с которой осуществляется сток.

Сточные воды характеризуются следующими признаками:

Мутностью;

Цветностью;

Сухим остатком;

Кислотностью;

Жесткостью;

Растворимым кислородом;

Биологической потребностью в кислороде (БПК).

Как правило, сточные воды содержат мало кислорода, что приводит к гибели высших организмов и вместо окисления органических соединений в воде происходит анаэробное разложение с выделением сероводорода, углекислого газа, метана, создающих вторичное загрязнение водоема. Именно поэтому сточные воды необходимо очищать или разбавлять. Прогнозную оценку качества вод выполняют на основе расчетов смешения и разбавления сточных вод водой водного объекта.

При отведении сточных вод в водный объект производится расчет предельно допустимого сброса (ПДС) загрязняющих веществ. Расчет ПДС производится с целью обеспечения норм качества воды водного объекта в контрольном створе при сбросе загрязняющих веществ со сточными водами. Расчет выполняется с учетом фоновой концентрации загрязняющих веществ, гидрологических и гидрохимических особенностей водного объекта, а также возможной степени разбавления сточных вод и самоочищающей способности водоема (водотока). При расчетах ПДС в расчетном створе должна быть обеспечена концентрация контролируемых веществ, не превышающая нормативных требований к составу и качеству вод данного водного объекта.

Расчеты ПДС выполняются в соответствии с требованиями «Методических указаний по установлению (ПДС) предельно допустимых сбросов веществ, поступающих в водные объекты со сточными водами» (1982).

В практике расчетов широко применяется понятие кратности разбавления сточных вод. Кратность разбавления «n» является наиболее универсальной характеристикой приемника сточных вод, показывающей, во сколько раз снизится концентрация загрязняющих веществ в воде водного объекта на участке от места сброса до расчетного створа. При известном фоновом загрязнении вод водного объекта кратность разбавления определяется формулой:

где C ст - концентрация загрязняющего вещества в сточных водах, мг/л;

С е - концентрация загрязняющего вещества в воде водного объекта, мг/л;

С max - максимальная концентрация загрязняющего вещества в заданном расчетном створе, мг/л.

Очистка сточных вод обеспечивается путём внедрения ряда технических решений и мероприятий. Наиболее распространенными являются следующие: механическая очистка, физико-химическая, биологическая очистки, которые осуществляются либо отдельно, либо последовательно.

Механическая очистка сточных вод является обязательной составной частью водоочистки и предваряет другие методы очистки – это простой отстой воды, при котором происходит оседание взвешенных частиц, в том числе и вещества, находящиеся в коллоидном состоянии. Перед механической очисткой в сточные воды добавляют коагулянты (вещества, вызывающие укрупнение коллоидных частиц – сульфаты алюминия, железа III) и флокулянты (вещества, способствующие флотации, т.е. выделению частиц из смеси за счёт сил отталкивания от растворителя с последующим укрупнением – полиэтиленамин и др. высокомолекулярные вещества).

Для механической очистки сточных вод от взвешенных веществ используют:

- процеживание в вертикальных или наклонных решетках и волокноуловителях;

- отстаивание в песколовках (частицы размером более 0.25 мм), отстойниках (от нефтепродуктов и частиц более 0.1 мм) и жироуловителях веществ с плотностью меньше плотности воды;

- обработку с поле действия центробежных сил в открытых или закрытых гидроциклонах и центрифугах;

- фильтрование для очистки от тонкодисперсных примесей с малой концентрацией (зернистые и микрофильтры).

Физико-химические методы очистки основаны на физико-химических процессах, ионном обмене, на протекании химических процессов под воздействием физических явлений (электролиз, электрокоагуляция и т.д.) и включают в себя следующие методы:

- флотация – пропуск через сточные воды воздуха, пузырьки которого захватывают нефть, масла и образуют на поверхности воды легко удаляемый пенообразный слой. В зависимости от способа образования пузырьков газа различают следующие виды флотации: напорную, пневматическую, пенную, химическую, вибрационную, биологическую и другие;

- нейтрализация – используют для выделения из сточных вод кислот, щелочей, солей металлов на основе кислот и щелочей. Нейтрализацию кислот осуществляют едким натром, известью, доломитом, мелом, содой и др., нейтрализацию щелочей серной, соляной, азотной и другими кислотами. Существует 3 способа нейтрализации: фильтрационный (через зернистые фильтры), водно-реагентный (добавление сухого или растворенного реагента), полусухой (перемешивание высококонцентрированных сточных вод с сухим реагентом);

- сорбция – осуществляет извлечение из сточных вод вредных растворимых и их последующую утилизацию. В качестве сорбентов используют золу, торф, шлаки, глину, активированный уголь и др.;

- ионный обмен – применяют для обессоливания и очистки сточных вод от ионов металлов и других примесей. Реализуется последовательным фильтрованием воды через катиониты и аниониты;

- электрохимическая очистка (электрохимическое окисление) осуществляется электролизом и реализуется 2 путями: окисление путем передачи электронов непосредственно на поверхность анода или через вещество-переносчик и в результате взаимодействия с сильным окислителем (активным хлором), образовавшимся в процессе электролиза;

- гиперфильтрация (обратный осмос) реализуется путем пропуска воды через ацетатцеллюлозные или полиамидные фильтры, поры которых имеют размер около 1 нм и через которые свободно проходят молекулы воды и задерживаются гидратированные ионы солей и молекулы недиссоциированных соединений;

- эвапорация – заключается в обработке паром органически загрязненных сточных вод, при которой летучие примеси загрязнений переходят в паровую фазу и удаляются.

Биохимические и биологические методы основаны на том, что некоторые микроорганизмы способны использовать загрязняющие вещества как пищу, усвоив которую они очищают сточные воды от примесей, как правило, органических. Различают следующие разновидности этих методов:

- аэробная очистка представляет собой минерализацию промышленных или бытовых стоков при содействии аэробных микроорганизмов (активный ил ), которые используют загрязнители в качестве источников питания. Реализуется в аэротенках и биофильтрах;

- анаэробная очистка - разложение органических осадков до метана и углекислого газа микроорганизмами при отсутствии кислорода. Реализуется в метантенках, которые необходимо подогревать до 45-55ºC.

- обеззараживание (хлорирование, фторирование, озонирование) – заключается в удалении болезнетворных микроорганизмов.

После осуществления выше перечисленных методов может возникнуть необходимость в удалении остаточных органических веществ , которая осуществляется с помощью активированного угля. Адсобрбция активированным углем эффективна для большинства органических соединений и используется для очистки бытовых стоков, жидких отходов перегонки нефти, фенолов и других ароматических соединений.

Очищенные стоки сбрасывают в поверхностные водоемы, в которых происходит естественная доочистка сточных вод. Основными условиями спуска очищенных вод являются:

1) сохранение экосистемы водоема;

2) экологическая ценность водоема;

3) хозяйственная функция водоема: хозяйственно-питьевые нужды, культурно-бытовые нужды, нужды рыбного хозяйства (высшей, первой и второй категории).

В зависимости от вида водопользования, устанавливаются требования к качеству воды (СанПиН 4630-88 «Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами») – наиболее жесткие требования предъявляются к источникам хозяйственно-питьевого водопользования.

Несмотря на многообразие методов очистки воды, снизить антропогенную нагрузку на гидросферу можно только рациональным использованием воды. Основные направления рационального использования и охраны водных ресурсов можно объединить в следующие группы:

Совершенствование технологии основного производства

Совершенствование систем водоснабжения.

Совершенствование систем канализации и очистки сточных вод.

Разработка и внедрение методов очистки с попутной утилизацией ценных компонентов из сточных вод.

Внедрение технически обоснованных норм и нормативов водоотведения.

Внедрение инструментального контроля количества и качества сбрасываемых сточных вод.

Рассматриваемые в данном разделе методы и средства защиты гидросферы могут использоваться для очистки всех видов воды: питьевой, технической, а также производственных, бытовых и поверхностных сточных вод. Вид очищаемой воды определяет выбор схемы и конкретного технологического оборудования, используемого для очистки.

Тем не менее для очистки любого вида воды, как правило, первой стадией очистки является механическая, второй - физико-химическая и третьей - биологическая. При этом на многих стадиях физико-химической и биологической очистки воды применяют сооружения вторичной механической очистки (как правило, вторичные отстойники) для выделения из воды нерастворимых примесей, образовавшихся в процессах физико-химической или биологической очистки.

Методы и технологическое оборудование для очистки сточных вод можно выбрать, зная допустимые концентрации примесей в очищенных сточных водах. При этом необходимо иметь в виду, что требуемая эффективность и надежность любого очистного устройства обеспечиваются в определенном диапазоне значений концентрации примесей и расходов сточных вод. С этой целью применяют усреднение концентрации примесей или расхода сточных вод, а в отдельных случаях и по обоим показателям одновременно. Для этого на входе в очистные сооружения устанавливают усреднители, выбор и расчет которых зависит от параметров изменяющихся по времени сбросов сточных вод.

В соответствии с видами процессов, реализуемых при очистке, целесообразно существующие методы классифицировать на механические, физико-химические и биологические.

К механическим видам очистки сточных вод от взвешенных веществ относятся процеживание, отстаивание, обработка в поле действия центробежных сил и фильтрование.

Процеживание реализуют в решетках и волокноуловителях. В вертикальных или наклонных решетках ширина прозоров обычно составляет 15-20 мм. Для удаления осадка веществ с входной поверхности решеток используют ручную или механическую очистку. Последующая обработка удаленного осадка требует дополнительных затрат и ухудшает санитарно-гигиенические условия в помещении. Эти недостатки устраняют при использовании решеток-дробилок, которые улавливают крупные взвешенные вещества и измельчают их до 10 мм и менее.

Для выделения волокнистых веществ из сточных вод целлюлозно-бумажных и текстильных предприятий используют волокноуловители, например, с использованием перфорированных дисков или в виде движущихся сеток с нанесенным па них слоем волокнистой массы.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплывании) примесей с плотностью больше (меньше) плотности воды, которое реализуется в песколовках, отстойниках и жироуловителях.

Песколовки (рис. 5.9) используют для очистки сточных вод от частиц металла и песка размеров более 0,25 мм. В зависимости от направления движения сточной воды применяют горизонтальные песколовки с прямолинейным и круговым движением воды, вертикальные и аэрируемые.

Отстойники (рис. 5.10) используют для очистки сточных вод от механических частиц размером более 0,1 мм, а также от частиц нефтепродуктов. В зависимости от направления движения потока сточной воды применяют горизонтальные, радиальные или комбинированные отстойники.

При расчете отстойника определяющими являются его длина / и рабочая высота Н.

Очистку сточных вод в поле действия центробежных сил осуществляют в открытых или напорных гидроциклонах и

Рис. 5.9.

1 - входной патрубок; 2 - корпус песколовки; 3 - шламосборник; 4 - выходной патрубок

центрифугах. Открытые гидроциклоны применяют для выделения из сточной воды крупных твердых примесей со скоростью осаждения более 0,02 м/с. Такие гидроциклоны имеют большую производительность и малые потери напора, не превышающие 0,5 кПа. Эффективность очистки сточных вод от твердых частиц в гидроциклонах зависит от состава примесей

Рис. 5.10.

(материала, размера, формы частиц и др., а также от конструктивных и геометрических характеристик гидроциклона.

Открытый гидроциклон (рис. 5.11) состоит из входного патрубка 1, кольцевого водослива 2, патрубка 3 для отвода очищенной воды и шламоотводящей трубы 4. Существуют открытые гидроциклоны с нижним отводом очищенной воды, а также гидроциклоны с внутренней цилиндрической перегородкой.

Конструктивная схема напорного гидроциклона аналогична схеме циклона для очистки газов от твердых частиц.

На рис. 5.12 представлена схема напорного гидроциклона, обеспечивающего очистку сточной воды и от твердых частиц, и от маслопродуктов. Сточная вода через установленный тангенциально по отношению к корпусу гидроциклона входной трубопровод 1 поступает в гидроциклон. Вследствие закру

Рис. 5.11.

чивания потока сточной воды твердые частицы отбрасываются к стенкам гидроциклона и стекают в шламосборник 7, откуда они периодически удаляются. Сточная вода с содержащимися в пей маслопродуктами движется вверх.

При этом вследствие меньшей плотности маслопродуктов они концентрируются в ядре закрученного потока, который поступает в приемную камеру 3, и через трубопровод 5 маслопродукты выводятся из гидроциклона для последующей утилизации. Сточная вода, очищенная от твердых частиц и маслопродуктов, скапливается в камере 2, откуда через трубопровод 6 отводится для дальнейшей очистки. Трубопровод 4 с регулируемым проходным сечением предназначен для выпуска воздуха, концентрирующегося в ядре закрученною поток;! очищаемой сточной воды.

Рис. 5.12.

При проектировании гидроциклонов расчету подлежит их производительность () при выбранных размерах а.

Фильтрование применяют для очистки сточных вод от тонкодисперсных примесей с малой их концентрацией. Его используют как на начальной стадии очистки сточных вод, так и после некоторых методов физико-химической или биологической очистки. Для очистки сточных вод фильтрованием применяют в основном два типа фильтров: зернистые, в которых очищаемую сточную воду пропускают через насадки несвязанных пористых материалов, и микрофильтры, фильтроэлементы которых изготовляют из связанных пористых материалов (сеток, натуральных и синтетических тканей, спеченных металлических порошков и т.п.).

Для очистки больших расходов сточных вод от мелкодисперсных твердых примесей применяют зернистые фильтры (рис. 5.13). Сточная вода но трубопроводу 4 поступает в корпус / фильтра и проходит через фильтровальную загрузку 3 из частиц мраморной крошки, шупгизита и т.п., расположенную между пористыми перегородками 2 и 5. Очищенная от твердых частиц сточная вода скапливается в объеме, ограничен

Рис. 5.13.

ном пористой перегородкой 5, и выводится из фильтра через трубопровод 8. По мере осаждения твердых частиц в фильтровальном материале перепад давлений на фильтре увеличивается и при достижении предельного значения перекрывается входной трубопровод 4 и по трубопроводу 9 подается сжатый воздух. Он вытесняет из фильтровального слоя 3 воду и твердые частицы в желоб 6", которые затем по трубопроводу 7 выводятся из фильтра. Достоинством конструкции фильтра является развитая поверхность фильтрования, а также простота конструкции и высокая эффективность.

В настоящее время для очистки сточных вод от маслопродуктов широко используют фильтры с фильтровальным материалом из частиц пенополиуретана. Пенополиуретановые частицы, обладая большой маслопоглощающей способностью, обеспечивают эффективность очистки до 0,97-0,99 при скорости фильтрования до 0,01 м/с. При этом насадка из пенополиуретана легко регенерируется при механическом выжимании маслопродуктов.

Физико-химические методы очистки используют для очистки от растворенных примесей, а в некоторых случаях и от взвешенных веществ. Многие методы физико-химической очистки требуют предварительного глубокого выделения из сточной воды взвешенных веществ, для чего широко используют процесс коагуляции.

В настоящее время в связи с использованием оборотных систем водоснабжения существенно увеличивается применение физико-химических методов очистки сточных вод, основными из которых являются флотация, экстракция, нейтрализация, сорбция, ионообменная и электрохимическая очистка, гиперфильтрация, эвапорация, выпаривание, испарение и кристаллизация.

Флотация предназначена для интенсификации процесса всплывания маслопродуктов при обволакивании их частиц пузырьками газа, подаваемого в сточную воду. В основе этого процесса - молекулярное слипание частиц масла и пузырьков тонкодиспергированного в воде газа. Образование агрегатов "частица - пузырьки газа" зависит от интенсивности их столкновения друг с другом, химического взаимодействия содержащихся в воде веществ, избыточного давления газа в сточной воде и т.п.

В зависимости от способа образования пузырьков газа различают следующие виды флотации: напорную, пневматическую, пенную, химическую, вибрационную, биологическую, электрофлотацию и др.

Экстракция сточных вод основана на перераспределении примесей сточных вод в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей (сточной воды и экстрагента). Количественно интенсивность перераспределения оценивается коэффициентом экстракции К9 = сэ / си , где сэ и св - концентрации примеси в экстрагенте и сточной воде по окончании процесса экстракции. В частности, при очистке сточных вод от фенола с использованием в качестве экстрагента бензола или бутил-ацетата Кэ составляет соответственно 2,4 и 8-12. Для интенсификации процесса экстракции перемешивание смеси сточных вод с экстрагентом осуществляют в экстракционных колоннах, заполненных насадками из колец Рашига.

Нейтрализация сточных вод предназначена для выделения из них кислот, щелочей, а также солей металлов на основе кислот и щелочей. Процесс нейтрализации основан на объединении ионов водорода и гидроксильной группы в молекулу воды, в результате чего сточная вода приобретает значение рН = 6,7 (нейтральная среда). Нейтрализацию кислот и их солей осуществляют щелочами или солями сильных щелочей: едким натром, едким кали, известью, известняком, доломитом, мрамором, мелом, магнезитом, содой, отходами щелочей и т.п. Наиболее дешевым и доступным реагентом для нейтрализации кислых сточных вод является гидроокись кальция (гашеная известь). Для нейтрализации сточных вод с содержанием щелочей и их солей (сточные воды целлюлозно-бумажных и текстильных заводов) можно использовать серную, соляную, азотную, фосфорную и другие кислоты.

На практике используют три способа нейтрализации сточных вод:

Фильтрационный - путем фильтрования сточной воды через насадки кусковых или зернистых материалов;

водно-реагентный - добавлением в сточную воду реагента в виде раствора или сухого вещества (извести, соды или шлака); нейтрализующим раствором может быть и щелочная сточная вода;

Полусухой - перемешиванием высококонцентрированных сточных вод (например, отработанного гальванического раствора) с сухим реагентом (известью, шлаком) с последующим образованием нейтральной тестообразной массы.

Сорбцию применяют для очистки сточных вод от растворимых примесей. В качестве сорбентов используют любые мелкодисперсные материалы (золу, торф, опилки, шлаки, глину); наиболее эффективный сорбент - активированный уголь.

Ионообменную очистку применяют для обессоливания и очистки сточных вод от ионов металлов и других примесей. Очистку осуществляют ионитами - синтетическими ионообменными смолами, изготовленными в виде гранул размером 0,2-2 мм. Иониты изготовляют из нерастворимых в воде полимерных веществ, имеющих на своей поверхности подвижный ион (катион или анион), который при определенных условиях вступает в реакцию обмена с ионами того же знака, содержащимися в сточной воде.

Различают сильно- и слабокислотные катиониты (в Н+-или №+-форме) и сильно- и слабоосновные аниониты (в ОН -или солевой форме), а также иониты смешанного действия.

В зависимости от вида и концентрации примесей в сточной воде, требуемой эффективности очистки используют различные схемы ионообменных установок. Для очистки сточных вод от анионов сильных кислот применяют технологическую схему одноступенчатого П-катионирования и ОН-анионирования с использованием сильнокислотного катионита и слабоосновного анионита (рис. 5.14, а). Для более глубокой очистки сточных вод, в том числе от солей, применяют одно- или двухступенчатое Н-катионирование на сильнокислотном катионите с последующим двухступенчатым ОН-анионированием на слабо-, а затем на сильноосновном анионите (рис. 5.14, б).

При необходимости обеспечивать значение рН = 6,7 и очистки сточной воды от анионов слабых кислот вместо анионитовых фильтров второй ступени используют фильтр смешанного действия, загружаемый смесью сильнокислотного катионита и сильноосновного анионита.

Электрохимическая очистка, в частности электрохимическое окисление, осуществляется электролизом и реализуется двумя путями: окислением веществ путем передачи

Рис. 5.14.

а - одноступенчатая очистка; б - очистка с двухступенчатым анионированием; в - очистка с промежуточной дегазацией и двухступенчатым анионированием; К - катионитовый фильтр;

А - анионитовый фильтр; Д - декарбонизатор; ПЬ промежуточный бак

электронов непосредственно на поверхности анода или через вещество-переносчика, а также в результате взаимодействия с сильными окислителями, образовавшимися в процессе электролиза.

Наличие в сточной воде достаточного количества хлорид-ионов обусловливает появление в ней при электролизе активного хлора (С12, НОС1, С120, СЮ, С103), который является сильнейшим окислителем и способен вызывать глубокую деструкцию многих органических веществ, содержащихся в сточных водах.

Электрохимическое окисление применяют для очистки сточных вод гальванических процессов, содержащих простые цианиды (КСЫ, №СЫ) или комплексные цианиды цинка, меди, железа и других металлов. Электрохимическое окисление осуществляют в электролизерах (обычно прямоугольной формы) непрерывного или периодического действия. На аноде происходит окисление цианидов в малотоксичные и нетоксичные продукты (цианаты, карбонаты, диоксид углерода, азот), а на катоде - разряд ионов водорода с образованием газообразного водорода и разряд ионов меди, цинка, кадмия, образующихся при диссоциации комплексных анионов с содержанием СЫ - группы.

На рис. 5.15 показана технологическая схема установки для электрохимического окисления сточных вод. В ее состав входят сборный резервуар /, бак 2 для приготовления концентрированного раствора №С1, электролизер 3 с источником постоянного напряжения 7. Очищенная от цианидов сточная вода выходит по трубопроводу 4, а при необходимости се доочистки по трубопроводу 5 вновь направляется в сборный резервуар 1. Для интенсификации процесса окисления в электролизер 3 по трубопроводу 6 подают сжатый воздух.

Гиперфильтрация (обратный осмос) реализуется разделением растворов путем фильтрования их через мембраны, поры которых размером около 1 им пропускают молекулы воды, задерживая гидратированные ионы солей или молекулы недиссоциированных соединений. По сравнению с другими методами очистки гиперфильтрация требует малых энергозатрат: установки для очистки конструктивно просты и ком-

Рис. 5.15.

пактны, легко автоматизируются; фильтрат имеет высокую степень чистоты и может быть использован в оборотных системах водоснабжения, а сконцентрированные примеси сточных вод легко утилизируются или уничтожаются.

Для гиперфильтрации используют ацетатцеллюлозные, полиамидные и тому подобные полимерные мембраны с ресурсом работы до двух лет.

Эвапорация реализуется обработкой паром сточной воды с содержанием летучих органических веществ, которые переходят в паровую фазу и вместе с паром удаляются из сточной воды. Процесс эвапорации осуществляют в испарительных установках (рис. 5.16), в которых при протекании через эвапорационную колонну с насадками из колец Рашига навстречу потоку острого пара сточная вода нагревается до температуры 100 °С. При этом содержащиеся в сточной воде летучие примеси переходят в паровую фазу и распределяются между двумя фазами (паром и водой) в соответствии с урав

Рис. 5.16.

1 - 2 - теплообменник; 3 - эвапорационная колонна; 4 - трубопровод загрязненного пара; 5 - трубопровод подачи растворителя; 6 - колонна с насадками из колен Рашига для очистки отработанного пара; 7 - вентилятор; 8 - трубопровод повторно используемого очищенного пара; 9 - трубопровод отвода загрязненного летучими примесями растворителя; 10 - трубопровод отвода очищенной сточной воды; 11 - трубопровод подачи свежего пара

нением с" / с" = у, где сп и св - концентрации примеси в парс и сточной воде, кг/м3; у - коэффициент распределения. Для аммиака, этиламина, диэтиламина, анилина и фенола, содержащихся в сточной воде, коэффициент распределения соответственно равен 13, 20, 43; 5,5 и 2.

Выпаривание, испарение и кристаллизацию используют для очистки небольших объемов сточной воды с большим содержанием летучих веществ.

Биологическую очистку применяют для выделения тонкодисперсных и растворенных органических веществ. Она основана на способности микроорганизмов использовать для питания содержащиеся в сточных водах органические вещества (кислоты, спирты, белки, углеводы и т.п.). Процесс реализуется в две стадии, протекающие одновременно, но с различной скоростью: адсорбция из сточных вод тонкодисперсных и растворенных примесей органических веществ и разрушение адсорбированных веществ внутри клетки микроорганизмов при протекающих в них биохимических процессах (окислении или восстановлении). Обе стадии реализуются как в аэробных, так и в анаэробных условиях в зависимости от видов и свойств микроорганизмов. Биологическую очистку осуществляют в природных и искусственных условиях.

Сточные воды в природных условиях очищают на полях фильтрации, полях орошения и в биологических прудах . Очистку и бытовых, и производственных сточных вод на нолях фильтрации и полях орошения в настоящее время используют очень редко в связи с малой пропускной способностью единицы площади полей и непостоянством состава производственных сточных вод, а также из-за возможности попадания на поля токсичных для их микрофлоры примесей.

Биологические пруды используют для очистки и доочистки сточных вод суточным расходом не более 6000 м3. Применяют пруды с естественной и искусственной аэрацией.

Биологические фильтры широко используют для очистки и бытовых, и производственных сточных вод. В качестве фильтровального материала для загрузки биофильтров применяют шлак, щебень, керамзит, пластмассу, гравий и т.п. Существуют биофильтры с естественной подачей воздуха; их применяют для очистки сточных вод суточным расходом не более 1000 м3. Для очистки производственных сточных вод больших расходов и сильно концентрированных используют биофильтры с принудительной подачей воздуха (рис. 5.17).

Нормальный ход процесса биологической очистки сточных под устанавливается после образования на загрузочном материале биофильтра биологической пленки, микроорганизмы которой адаптировались к органическим примесям сточных вод. Период адаптации обычно составляет 2-4 недели, хотя в отдельных случаях он может достигать нескольких месяцев. Для оценки состава сточных вод в процессе биологической очистки используют биологическую потребность воды в кислороде (ВПК) - количество кислорода, необходимое для окисления всех органических примесей, содержащихся в единице объема сточной воды.

Аэротенки, используемые для очистки больших расходов сточных вод, позволяют эффективно регулировать скорость и полноту протекающих в них биохимических процессов, что особенно важно для очистки промышленных сточных вод нестабильного состава. Окислительная мощность аэротенков

Рис. 5.17.

1 - трубопровод подачи исходной сточной воды; 2 - водораспределительные устройства; трубопровод отвода очищенной сточной воды; 5 - гидравлический затвор; 6 - трубопровод подвода сжатого воздуха; 7 - корпус фильтра

составляет 0,5-1,5 кг/м3 в сутки. В зависимости от состава примесей сточных вод и требуемой эффективности очистки применяют аэротенки с дифференцируемой подачей воздуха, аэротенки-смесители с дифференцируемой подачей сточной воды и аэротенки с регенераторами активного ила.

При ВПК > 0,5 кг/м3 используют аэротенки с дифференцируемой (сосредоточенной) подачей смеси сточной воды и активного ила в начале сооружения (рис. 5.18).

Воздух, интенсифицирующий процесс окисления органических примесей, распределяется равномерно по всей длине аэротенка. Диспергирование воздуха в очищаемой сточной воде осуществляют механическими или пневматическими аэраторами. Окислительная мощность аэротенков существенным образом зависит от концентрации активного ила в сточной воде. При очистке производственных сточных вод концентрация ила обычно составляет 2-3 кг/м3 по сухому веществу.

Окситенки обеспечивают более интенсивный процесс окисления органических примесей по сравнению с аэротенками за счет подачи в них технического кислорода и повышения концентрации активного ила. Для увеличения коэффициента использования подаваемого в объем сточной воды кислорода реактор окситенка герметизируют. Очищенная от органических примесей сточная вода из реактора поступает в

Рис. 5.18.

1 - трубопровод подачи сточной воды; 2 - первичный отстойник; 3 - трубопровод подачи активного ила или повторного использования; 4 - аэротенк; 5 - трубопровод отвода отработавшего ила; 6 - трубопровод отвода очищенной сточной воды; 7 - вторичный отстойник; 8 - трубопровод подвода сжатого воздуха

илоотделитель, в котором происходит выделение из нее отработанного ила.

При проектировании окситенков необходимо предусматривать мероприятия по обеспечению их пожаровзрывобезопасности с учетом вредных и опасных факторов, имеющих место при эксплуатации систем с использованием газообразного кислорода.

Защита гидросферы организована в России с учетом особенностей поступления в водные объекты примесей и включает регулирование:

Поверхностного стока на водосборе;

Качества сточных вод;

Качества воды в объектах.

Вынос примесей в водные объекты с площади водосбора пропорционален поступающему в них стоку воды. Поэтому уменьшение диффузных (рассредоточенных) поступлений примесей достигается реализацией мероприятий, способствующих задержанию стока на водосборе. К таким мероприятиям относятся повышение степени залесенности водосборов, лиманное орошение, вспашка сельскохозяйственных полей в осенний период.

Регулирование поступления примесей с хозяйственно-бытовыми и производственными сточными водами осуществляется с помощью комплекса очистных сооружений. Состав сооружений и технологическая схема их размещения определяются составом и расходом сточных вод, необходимой глубиной очистки и устанавливается в процессе проектирования.

Глубина очистки сточных вод очистными сооружениями и вынос примесей в водные объекты устанавливаются на основе нормативов предельно-допустимых (ПДС) и временно согласованных сбросов (ВСС).

Для очистки сточных вод используются механические, биохимические,

физико-химические, термохимические и термические методы.

Выбор метода и соответствующего оборудования определяется характеристиками загрязнений, их концентрацией, физическими и химическими свойствами, а также требованиями эффективности очистки сбросов.

Механическая очистка сточных вод. Взвешенные в воде примеси имеют широкий диапазон размеров и их удаление требует часто нескольких ступеней очистки. Самые крупные примеси осаждаются методом процеживания воды через решетки и сита, размещаемые в коллекторах сточных вод перед отстойниками. Последующая очистка проводится методом отстаивания, т.е. осаждения под действием гравитационных сил. Для этого используются песколовки, отстойники и осветлители. Песколовки применяют для удаления из воды частиц минеральных и органических примесей с размерами не менее 0,2 мм. В отстойниках осаждение частиц происходит под действием сил тяжести. Наиболее эффективны осветлители, в которых механическое удаление частиц проводится после обработки воды коагулянтами. Коагулирование – это физико-химический процесс агломерации мелких частиц под действием сил молекулярного притяжения, возникающих при обработке воды солями многовалентных металлов. В результате устраняется мутность и цветность воды, а в ряде случаев снижается интенсивность вкуса и запахов.

Для удаления из сточных вод тонкодисперсных примесей применяют фильтрацию через пористые перегородки, изготавливаемые из минеральных (металлические сетки, стекловолокно, насыпной слой и др.) или органических веществ (синтетические волокна, ткани). По принципу действия различают поверхностные и глубинные фильтры. В первых – частицы оседают на пористую перегородку, во вторых – после оседания частицы адсорбируются перегородкой. Если количество очищаемых сточных вод достаточно велико, то применяют фильтры с зернистым слоем.

В промышленных очистных сооружениях широко применяются центробежные сепараторы – гидроциклоны для осаждения твердых примесей. Эти аппараты имеют высокую производительность и эффективность очистки до 70 %. Сточная вода тангенциально подается в аппарат и при вращении под действием центробежной силы разделяется на два потока. Часть жидкости с крупными частицами движется у стенок по винтовой спирали вниз к сливному отверстию. Другая часть (осветленная) поворачивается и движется вверх вблизи оси циклона к кольцевому лотку.

Для удаления из сточных

Для тонкой и сверхтонкой очистки сточных вод применяются методы обратного осмоса и ультрафильтрации .

Данные методы реализуются в процессе фильтрования сточной воды через полупроницаемые мембраны при давлении - Р, превышающем осмотическое. Мембраны пропускают молекулы растворителя, задерживая молекулы растворенного вещества, размеры которых не больше молекул растворителя (обратный осмос при давлении до 10 МПа) или на порядок их больше (ультрафильтрация при Р=0,1-0,5 МПа). Обычно мембраны изготавливают из ацетатцеллюлозы. Установка обратного осмоса весьма проста и экономична, имеет высокую эффективность, но требует периодической замены мембран при заметном возрастании у поверхности концентрации растворенного вещества. Обратный осмос используют для разделения растворов, содержащих частицы с размерами 0,0001-0,001 мкм, а ультрафильтрацию - для частиц размерами 0,001-0,02 мкм.

Биохимическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов – использовать многие растворенные в сточных водах органические и неорганические соединения для питания в процессе жизнедеятельности. Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки. Первая группа методов основана на использовании организмов, для жизнедеятельности которых необходим дополнительный приток кислорода при температурах 20-40 0 С. При этом методе аэробные микроорганизмы культивируются в активном иле или биопленке. Анаэробные методы реализуются без доступа кислорода и используются главным образом для обезвреживания осадков.

Аэробные процессы биохимической очистки проводят как в природных условиях, так и в искусственных сооружениях. В естественных условиях очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и в биологических прудах. Искусственными сооружениями являются аэротенки – открытые железобетонные аэрируемые резервуары, в которых очистка идет по мере протекания через него аэрированной смеси сточной воды и активного ила, а также биофильтры разной конструкции, в которых процессы очистки идут с большей скоростью, чем в природных условиях. Биофильтры представляют собой корпусные сооружения с кусковой насадкой и распылительными устройствами для сточной воды и воздуха. Сточная вода фильтруется через насадку, покрытую пленкой микроорганизмов. В процессе окисления сточной воды биопленка наращивает свою массу, а отработанная биопленка смывается с насадки и выводится из биофильтра. В качестве насадки используют щебень, гравий, шлак, керамзит, металлические и пластмассовые сетки и др.

Для первичной очистки высококонцентрированных промышленных сточных вод (БПК полн »4-5 г/дм 3), содержащих органические вещества, а также для образования осадков от биохимической очистки применяют анаэробные методы обезвреживания. Органические вещества разрушаются анаэробными бактериями в процессе брожения. Процесс брожения проводят в метанотенках - герметически закрытых емкостях с устройствами для ввода несброженного и отвода сброженного осадка. Степень сбраживания (распада органических веществ) в среднем составляет около 40 %, состав выделяющихся газов: 63-65 % метана, 32-34 % СО 2 . Выделяющиеся газы обычно сжигают в топках котлов для получения тепловой энергии.

Процесс биохимической очистки протекает более устойчиво и полно при совместной очистке промышленных и бытовых стоков, поскольку последние содержат биогенные элементы, а также разбавляют производственные сточные воды.

Физико-химическая очистка сточных вод. Адсорбцию применяют для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических примесей (фенолов, ПАВ и др.) после биохимической очистки, а также, если концентрация таких примесей невелика и они биологически не разлагаются или сильно токсичны. Метод высокоэффективен (80-95 %), позволяет очищать сточные воды, содержащие несколько веществ, допускает рекуперацию этих веществ. Адсорбционная очистка может быть регенеративной, т.е. с извлечением вещества из адсорбента и его утилизацией и деструктивной, при которой адсорбент, содержащий извлеченные из сточных вод вещества уничтожается. В качестве адсорбентов используют активированный уголь, шлаки, глины, некоторые синтетические вещества и др.

При адсорбции поглотитель насыщается адсорбируемым веществом. Со снижением эффективности очистки адсорбцию прекращают, а адсорбент подвергают регенерации, десорбируя из него поглощенные вещества.

Адсорбер с использованием способа фильтрации воды через слой адсорбента, представляет собой колонну, в которой на решетке уложен сначала слой гравия, а затем слой адсорбента. Очищаемая вода подается снизу вверх, а пар для регенерации адсорбента - сверху вниз. Адсорберы с псевдоожиженным слоем действуют иначе. Адсорбент через воронку по трубе непрерывно подается под распределительную решетку с отверстиями 5-10 мм. Сточная вода захватывает зерна адсорбента и проходит вместе с ними через решетку, над которой образуется псевдоожиженный слой, где идет адсорбция. Избыток адсорбента поступает в сборник и из него на регенерацию. Очищенную воду через желоба отводят из колонны.

Адсорбированные ценные вещества извлекают десорбцией при регенерации адсорбента насыщенным или перегретым паром при температуре 200-300 0 С и давлении 0,3-0,6 МПа, или инертным газом при 120-130 0 С. После десорбции пар конденсируют и извлеченные вещества направляют на переработку.

Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов (Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, V, Mn и др.), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Ионный обмен используется в процессах водоподготовки для обессоливания воды. По завершении процесса ионного обмена иониты регенерируют.

Процессы ионообменной очистки промышленных стоков проводят, как правило, в установках непрерывного действия. Установки состоят из нескольких ионообменных аппаратов (колонн) с катионитом и анионитом, работающих с движущимся или с кипящим слоем ионита.

При очистке сточных вод, содержащих фенолы, масла, нефтепродукты, ионы металлов применяют методы экстракции. В общем случае экстракция более целесообразна, чем адсорбция, если концентрация извлекаемых веществ выше 3-4 г/дм 3 . Процесс очистки состоит из трех стадий. Сначала сточная вода интенсивно смешивается с экстрагентом (органическим растворителем) с образованием двух жидких фаз: экстракта (экстрагент с извлекаемым веществом) и рафината (сточная вода и экстрагент). Вторая стадия - разделение экстракта и рафината, третья стадия - регенерация экстрагента из экстракта и рафината.

Для очистки сточных вод наиболее часто применяют процессы противоточной экстракции.

Регенерация отработавшего экстрагента проводится с применением вторичной экстракции (с другим растворителем), а также выпариванием, дистилляцией, химическим взаимодействием или осаждением.

Высококачественное удаление из сточных вод токсичных и ценных компонентов производится электрохимическими методами. Очистку проводят без использования химических реагентов на автоматизированных установках с применением процессов анодного окисления и катодного восстановления, электрокоагуляции, электрофлокуляции и электродиализа, протекающих при пропускании постоянного тока через очищаемую воду.

Анодное окисление и катодное восстановление проводят в электролизерах. На аноде ионы отдают электроны (реакция окисления), а на катоде происходит присоединение электронов (реакция восстановления). При окислении вещества, находящиеся в сточных водах, полностью распадаются с образованием CO 2 , NH 3 и H 2 O, или образуют простые нетоксичные соединения, которые затем удаляют другими методами. Катоды изготавливают из стали, графита, металлов, покрытых вольфрамом, молибденом. Для анодов используют электролитически нерастворимые материалы (графит, магнетит и др.). Анодное окисление широко применяют, например, для очистки сточных вод, содержащих простые и комплексные соединения цианидов. Катодное восстановление проводят для удаления из сточных вод ионов металлов с получением осадков, для перевода загрязняющего компонента в менее токсичную форму или в легко выводимое из воды соединение (осадок, газ).

Электрокоагулятор представляет собой ванну с электродами. При прохождении между ними сточной воды происходит ее электролиз, поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстановительные процессы и взаимодействие продуктов электролиза друг с другом.

В электрофлотаторах используется эффект удаления взвешенных частиц пузырьками газа, образующимися при электролизе воды (на аноде - кислорода, на катоде - водорода). Более эффективная очистка достигается при использовании растворимых электродов, в результате чего образуются кроме пузырьков газа еще и хлопья коагулянтов. Электрофлотационные установки применяют в случаях, когда обычная флотация не дает требуемого качества очистки.

Электродиализ для очистки промышленных сточных вод применяется крайне редко, хотя считается перспективным способом. Процесс основан на разделении ионизированных веществ под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны мембран - анионообменной и катионообменной. Первая мембрана пропускает в анодную зону анионы, а вторая - катионы в катодное пространство.

К химическим реагентным методам относятся нейтрализация, окисление и восстановление компонентов сточных вод. Данные методы предполагают использование различных дорогостоящих реагентов. Поэтому их применение ограничено.

Сточные воды ряда производств загрязнены летучими примесями органического и неорганического происхождения, удаление которых осуществляется десорбцией. При пропускании инертного газа, малорастворимого в воде (воздух, диоксид углерода, дымовые газы и др.) через сточную воду, летучий компонент диффундирует в газовую фазу, поскольку парциальное давление газа над раствором больше, чем в окружающем воздухе. Десорбцию осуществляют в тарельчатых, каскадных и распылительных колоннах. Десорбированное из воды вещество направляют на адсорбцию или каталитическое сжигание.

В некоторых сточных водах содержатся дурно пахнущие вещества (сероводород, углеводороды, аммиак, альдегиды и пр.). Для их дезодорации используют ряд способов: аэрацию, хлорирование, ректификацию, дистилляцию, обработку продуктами сжигания топлива, окисление кислородом под давлением, озонирование, экстракцию, адсорбцию и микробиологическое окисление.

Термохимические и термические методы обезвреживания сточных вод . Особое место в технологиях очистки сточных вод занимают методы их обезвреживания от содержащихся минеральных солей Ca, Mg, Na и др., а также органических соединений. Термические методы реализуются рядом способов:

Концентрированием сточных вод с последующим выделением твердых веществ;

Окислением органических примесей в присутствии катализатора;

Жидкофазным окислением органических веществ;

Огневым обезвреживанием.

Концентрирование применяют для удаления из воды минеральных солей. Для этого используют испарительные (выпарные) установки и установки вымораживания, позволяющие получить концентрированные водные растворы солей. Последующая обработка этих растворов в кристаллизаторах с отделением кристаллов от маточного раствора на фильтрах и сушка в распылительных (или аналогичных по назначению) сушилках позволяет получать твердый продукт, имеющий высокую потребительную стоимость.

Для обезвреживания сточных вод с небольшим содержанием органических примесей применяют термоокислительную обработку жидкофазным, парофазным каталитическим окислением или огневым методом. Окисление примесей осуществляют кислородом воздуха при повышенных температурах с образованием нетоксичных соединений.

Жидкофазное окисление применяют при наличии в сточных водах достаточного количества органических соединений. Процесс проводят при температурах 100-350 0 С и давлении 2-28 МПа. Сначала сточную воду смешивают с воздухом, нагнетаемым в нее компрессором, и насосом подают в теплообменник. В нем она подогревается теплом отходящей очищенной воды и затем подается для дальнейшего нагрева в печь. Нагретая до заданной температуры вода поступает в реактор, где идет процесс окисления, сопровождающийся значительным тепловыделением. Продукты окисления (пар, газы, зола) и воду направляют в сепаратор, где газы отделяют от жидкости и направляют на утилизацию тепла, а воду с золой пропускают через теплообменник и фильтр для отделения золы. Метод отличается простотой, гибкостью и позволяет очищать большие количества сточных вод.

Парофазное каталитическое окисление - это гетерогенный процесс окисления летучих органических веществ кислородом воздуха при повышенной температуре. Процесс интенсивно протекает в паровой среде контактных аппаратов в присутствии медно-хромового, цинк-хромового и других катализаторов. Степень обезвреживания достигает 99,8 % при высокой производительности установки. Сточную воду подают в выпарной аппарат, откуда «упаренная» вода поступает в центрифугу, из которой обезвоженный осадок направляют на обезвреживание сжиганием в печи. Водяной пар с летучими соединениями подают в теплообменник, где он подогревается теплом парогазовой смеси, отходящей из контактного аппарата. После теплообменника пары смешивают с горячим воздухом и направляют в контактный аппарат для окисления. Продукты сжигания осадка из печи поступают в котел-утилизатор, вырабатывающий пар подается в выпарной аппарат.

Из термических методов огневой является наиболее универсальным и эффективным. Он реализуется в процессе распыления сточных вод в топочных газах, имеющих температуру 900-1000 0 С. При этом вода полностью испаряется, примеси выгорают, а минеральные вещества образуют твердые или оплавленные частицы. Для сжигания используют печи различных конструкций: камерные, циклонные, с псевдоожиженным слоем. Относительная простота технологий огневого обезвреживания сточных вод, возможность достижения высоких степеней очистки делает эти методы перспективными.

Введение.

Вода - одно из самых удивительных веществ на нашей планете. Мы можем видеть её в твёрдом (снег, лёд), жидком (реки, моря) и газообразном (пары воды в атмосфере) состояниях. Вся живая природа не может обойтись без воды, которая присутствует во всех процессах обмена веществ. Все вещества, поглощаемые растениями из почвы, поступают в них только в растворённом состоянии. Вообще вода – инертный растворитель, то есть растворитель, который не изменяется под воздействием веществ, которые растворяет. Именно в воде когда-то зародилась жизнь на нашей планете. Благодаря мировому океану происходит терморегуляция на нашей планете. Без воды не может жить человек. Наконец, в современном мире вода – один из важнейших факторов, определяющих размещение производственных сил, а очень часто и средство производства. Итак, важность воды и гидросферы – водной оболочки Земли, невозможно переоценить. Именно сейчас, когда темпы роста водопотребления огромны, когда некоторые страны уже испытывают острый дефицит пресной воды, особенно остро стоит вопрос снижения загрязнения пресной воды.

Основой водных ресурсов России является речной сток, составляющий в среднем по водности года 4262 км3, из которых 90% приходится на бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов. На бассейны Каспийского и Азовского морей, где проживает свыше 80% населения России и сосредоточен её основной промышленный и сельскохозяйственный потенциал, приходится менее 8% общегодового объёма речного стока.

Увеличения расходования воды промышленностью связано не только с быстрым ростом последней, но и с ростом водоёмкости производства, то есть увеличение расхода воды на единицу продукции. Так на производство 1 тонны хлопчатобумажной ткани фабрики расходуют около 250 м3воды, а на производство 1 тонны синтетического волокна – 2590 – 5000 м3. Много воды требуется химической промышленности и цветной металлургии: на производство 1 т аммиака затрачивается 1000 м3воды, синтетического каучука – 2000 м3, никеля – 4000 м3. Для сравнения: на выплавку 1 т чугуна тратится 180 – 200 м3воды.

Использование воды для хозяйственных целей – одно из звеньев круговорота воды в природе. Но антропогенное звено круговорота отличается от естественного тем, что в процессе испарения лишь небольшая часть использованной человеком воды возвращается в атмосферу опреснённой. Другая часть (около 90%) сбрасывается в реки и водоёмы в виде сточных вод, загрязнённых отходами производства.

Большое значение имеет удовлетворение потребностей населения в питьевой воде в местах его проживания через централизованные (приоритетно) или нецентрализованные системы питьевого водоснабжения. Источниками централизованного водоснабжения являются поверхностные воды, доля которых в общем объёме водозабора составляет 68%, и подземные воды – 32%. В сельской местности преобладает использование в питьевых целях сооружений и устройств систем децентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Вода из колодцев, родников и других источников децентрализованного водоснабжения не защищена от загрязнения и поэтому представляют высокую эпидемиологическую опасность.

Практически все поверхностные источники водоснабжения в последние годы подвергаются воздействию вредных антропогенных загрязнений, особенно такие реки, как Волга, Дон, Северная Двина, Урал, Уфа, Тобол, Томь, а также другие реки Сибири и Дальнего Востока. 70% поверхностных вод и 30% подземных потеряли питьевое значение и перешли в категории загрязнённости – «условно чистая» и «грязная». Практически 70% населения Российской Федерации употребляет воду, не соответствующую ГОСТу «Вода питьевая». Особенно тяжёлое положение с загрязнением поверхностных водоисточников сложилось в Астраханской, Кемеровской, Калининградской, Томской, Тюменской, Ярославской областях, Приморском крае. Возрастает загрязнение подземных вод, используемых для водоснабжения, в том числе нефтепродуктами, тяжёлыми металлами, пестицидами и другими вредными веществами, которые поступают в водоносные горизонты со сточными водами.

Источники загрязнения вод. Источниками загрязнения признаются объекты, с которых осуществляется сброс или иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающее качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов.

Охрана водных объектов от загрязнений осуществляется посредством регулирования деятельности как стационарных, так и других источников загрязнений.

Федеральные органы исполнительной власти и органы исполнительной власти субъектов РФ осуществляют охрану водоемов от всех видов загрязнений, включая диффузное (загрязнение через земную поверхность и воздух).

Аварийное загрязнение водных объектов возникает при залповом сбросе вредных веществ в поверхностные водные объекты, который причиняет вред или создает угрозу причинения вреда здоровью населения, нормальному осуществлению хозяйственной и иной деятельности, состоянию окружающей природной среды, а также биологическому разнообразию. Меры предупреждения вредного воздействия на водные объекты определяются водным законодательством Российской Федерации.

На территории России практически все водоёмы подвержены антропогенному влиянию. Качество воды в большинстве из них не отвечает нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод выявили тенденцию к росту их загрязнённости. Увеличивается количество случаев высокого уровня загрязнения воды (более 10 ПДК) и случаев экстремально высокого загрязнения водных объектов (более 100 ПДК).

Основными источниками загрязнения водоёмов служат предприятия чёрной и цветной металлургии, химической и нефтехимической, целлюлозно-бумажной, лёгкой промышленности.

Чёрная металлургия. Объём сбрасываемых сточных вод составляет около 12 млрд. м3, сброс загрязнённых сточных вод достиг 850 млн. м3. Предприятия Магнитогорска, Липецка, Екатеринбурга, Челябинска, Череповца, Новокузнецка не обеспечивают нормативную очистку сточных вод.

Цветная металлургия.Объём сброса загрязнённых сточных вод превысил 537,6 млн. м3. Сточные воды загрязнены минеральными веществами, флетореагентами (цианизы, ксантогенаты), солями тяжёлых металлов (медь, свинец, цинк, никель, ртуть и другие), мышьяком, хлоридами и другими веществами.

Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность. Главный источник образования сточных вод в отрасли – производство целлюлозы, базирующееся на сульфатном и сульфитном способах варки древесины и отбелки.

Нефтеперерабатывающая промышленность.В поверхностные водоёмы предприятиями отрасли было сброшено 543,9 млн. м3сточных вод. В результате в водоёмы попали в значительном количестве нефтепродукты, сульфаты, хлориды, соединения азота, фенолы, соли тяжёлых металлов и др.

Химическая и нефтехимическая промышленность.В природные водные объекты сброшено за год 2467,9 млн. м3сточных вод, вместе с которыми в водоём попали нефтепродукты, взвешенные вещества, азот общий, азот аммонийный, нитраты, хлориды, сульфаты, фосфор общий, цианиды, роданиды, кадмий, кобальт, марганец, медь, никель, ртуть, свинец, хром, цинк, сероводород, сероуглерод, спирты, бензол, формальдегид, фурфурол, фенолы, поверхностно-активные вещества, карбамиды, пестициды, полуфабрикаты.

Машиностроение.Сброс сточных вод травильных и гальванических цехов предприятий этой отрасли, например, в 1993 году составил 2,03 млрд. м3, в том числе загрязнённых – 0,95 млрд. м3, в первую очередь нефтепродуктами, сульфатами, хлоридами, взвешенными веществами, цианидами, соединениями азота, солями железа, меди, цинка, никеля, хрома, молибдена, фосфора, кадмия.

Лёгкая промышленность. Основное загрязнение водоёмов происходит от текстильного производства и процесса дубления кож. В сточных водах текстильной промышленности наличествуют взвешенные вещества, сульфаты, хлориды, соединения фосфора и азота, нитраты, синтетические поверхностно-активные вещества, железо, медь, цинк, никель, хром, свинец, фтор и другие. Кожевенное производство сбрасывает в водоёмы воду с высоким содержанием соединений азота, фенолов, синтетических поверхностно-активных веществ, жиров и масел, хрома, алюминия, сероводорода, метанола и фенальдегида.

Бытовые сточные воды – это вода из кухонь, туалетных комнат, душевых, бань, прачечных, столовых, больниц, бытовых помещений промышленных предприятий и др. В бытовых сточных водах органическое вещество составляет 58%, минеральные вещества – 42%.

Сточные воды с судов подразделяются на три группы: фановые, или фекальные; хозяйственно-бытовые, включающие стоки из камбузов, душей, прачечных; подслановые, или нефтесодержащие. Для фановых сточных вод характерно высокое бактериальное, а также органическое загрязнения (химическое потребление кислорода достигает 1,5–2 г/л). Объём этих вод сравнительно невелик – суточный сток их, например, на всех судах бассейна Волги не превышает 5-6 тыс. м3. Подслановые воды образуются в машинных отделениях и отличаются высоким содержанием нефтепродуктов. В последние годы водоёмы приняли многие и многие тысячи единиц маломерного флота (катера, лодки с подвесными моторами). Маломерный флот стал серьёзным загрязнителем водоёмов.

Загрязнение вод суши. Загрязняющие вещества условно можно разделить на несколько групп. По физическому состоянию выделяют нерастворимые, коллоидные и растворённые примеси. Кроме того, загрязнения делятся на минеральные, органические, бактериальные и биологические.

Минеральные загрязнения обычно представлены песком, глинистыми частицами, частицами руды, шлака, минеральных солей, растворимых кислот, щелочей и другие. Органические загрязнения подразделяются по происхождению на растительные и животные. Растительные органические загрязнения вызываются остатками растений, плодов, овощей и злаков, растительного масла. Загрязнения животного происхождения – это физиологические выделения людей и животных, остатки тканей животных, клеевые вещества.

Бактериальное и биологическое загрязнения вносятся главным образом бытовыми сточными водами и стоками некоторых промышленных предприятий (бойни, кожевенные заводы, фабрики первичной обработки шерсти, меховые производства, биофабрики, предприятия микробиологической промышленности).

Производство и широкое применение синтетических поверхностно-активных веществ (ПАВ), особенно в составе моющих средств, обусловило поступление их со сточными водами во многие водоёмы, в том числе источники хозяйственно-питьевого водоснабжения. Наряду с ПАВ широко распространёнными химическими загрязнениями водоёмов являются пестициды, которые поступают в водоёмы с дождевыми и талыми водами, смывающими их с растений и почвы, при авиа- и наземной обработке сельскохозяйственных угодий и лесов и со стоками предприятий производящих их.

В тяжёлом экологическом положении находится Волга – крупнейшая река Европы и одна из величайших в мире. В её бассейне живёт более 60 млн. человек, здесь производится более 30% промышленной и сельскохозяйственной продукции нашей страны. Из-за неумелого, неразумного, экологически безграмотного хозяйствования, ведомственного подхода к использованию природных богатств, к развитию промышленного и сельскохозяйственного производства экологическая ситуация в районе Волги приняла катастрофический характер. Много раз река перегорожена глухими плотинами – тромбами. Полвека назад паводковые воды проходили русло реки от истоков до устья за 40 дней, теперь этот путь занимает 500 суток. Растяжение сроков водообмена грозит задыхающейся от загрязнения реки необратимыми последствиями.

Объём загрязнённых сточных вод, сбрасываемых в бассейн Волги, составляет 37% от общего объёма образующихся на территории России. Высоко содержание в воде нефтепродуктов, особенно в акватории Рыбинска и Ярославля. Вода проявляет мутагенную активность, что подтвердили три разных биотеста. В Саратовском водохранилище содержание меди колеблется от 5-12 до 10-21 ПДК. В районе Астрахани содержание фенолов, нефтепродуктов, соединений меди и цинка колеблется от 5 до 12 ПДК. Сокращение водообмена и одновременное увеличение объёма сточных вод от промышленных предприятий и агропромышленного комплекса создали тяжёлую гидрохимическую обстановку. Возникла угроза гибели экосистем в дельте Волги, нанесён ущерб здоровью людей.

Не менее опасная ситуация наблюдается в Москве-реке и Оке.

У 100% выловленных рыб выявлены серьёзные генетические аномалии. Больше всего мутантов попадается в водах в районе Серпухова и Воскресенска. Рыбы здесь страдают не только циррозом печени и ожирением, но и болезнями глаз: Глаза вылезают из орбит и затем вообще отваливаются. По предварительным данным содержание токсинов в организме аномальных плотвы, лещей, и рыб других пород превышает норму в десятки и сотни раз.

С 1996 года действует постановление правительства РФ «О первоочередных мероприятиях по оздоровлению экологической обстановки на реке Волге и её притоках, восстановлению и предотвращению деградации природных комплексов Волжского бассейна». В 1997 году начата реализация программы «Возрождение Волги», разработанной Нижегородским архитектурным институтом, рассчитанной на 15 лет.

Проблемы очистки водоёмов стоят не только в России. Множество проблем накопилось в США и Канаде в связи с загрязнением Великих озёр. По заключению Национального исследовательского совета США и Королевского общества Канады, они аккумулируют в себе огромное количество токсичных химикатов. Учёные утверждают, что нужно 150 лет пить озёрную воду, чтобы получить ту дозу токсичных веществ, которую получают жители прибрежных районов, отведав только раз озёрной форели. Из десяти рыб выловленных в штате Мичиган и проверенных в лаборатории, девять оказались заражёнными токсичными веществами до такой степени, что не годились в пищу. У птиц и 16 видов хищных животных, обитающих в этом регионе, было обнаружено нарушение процесса воспроизводства, что привело к уменьшению популяций. В начале 80-х годов американо-канадская комиссия зарегистрировала 42 «вызывающих тревогу района». Прежние захоронения токсичных веществ привели здесь к концентрации ядовитых донных отложений. Очистка этих обширных площадей в технологическом плане оказалась делом очень трудным.

Загрязнение и самоочищение морей и океанов.Реальную опасность экологическому равновесию в океане представляют следующие формы антропогенного воздействия: загрязнение акваторий; нарушение механизма воспроизводства морских организмов; отторжение берегового и акваториального пространства для хозяйственных целей.

Реки выносят в океан промышленные отходы, сточные воды, сельскохозяйственные удобрения. Водные пространства морей и океанов – конечные вместилища подавляющего большинства отходов. Морские воды загрязняются в результате захоронения различных отходов, удаления нечистот и мусора с кораблей, при исследовании дна морей и океанов и, особенно в результате различных аварий. В Тихий океан, например, сбрасывается ежегодно около 9 млн. т отходов, а в воды Атлантики – свыше 30 млн. т.

В марте 1995 года в Калифорнийском заливе (США) были обнаружены трупы 324 дельфинов и 8 китов. По мнению специалистов, одна из главных причин трагедии – загрязнённость водного бассейна отходами нефтехимии и другими токсичными веществами, сбрасываемыми промышленностью США и Мексики.

В городах близ береговой линии в морской воде нередко обнаруживается патогенная микрофлора. Поля загрязнения формируются в прибрежных водах крупных промышленных центров и устьев рек, а также в районах интенсивного судоходства и нефтедобычи.

Степень загрязнённости вод в океане постоянно возрастает. Способность воды к самоочищению оказывается порой недостаточной, чтобы справиться с постоянно увеличивающимся количеством сбрасываемых отходов. Под влиянием течений загрязнения перемешиваются и очень быстро распространяются, оказывая вредное воздействие на зоны, богатые животными и растительностью, наносят серьёзный ущерб состоянию морских экосистем и экономике в целом.

Нефть и нефтепродукты.

К числу наиболее вредных химических загрязнений относятся нефть и нефтепродукты. Ежегодно в океан попадает более 10 млн. т нефти. Загрязняют поверхность танкеры, содействует загрязнению и утечка нефти при подводном бурении. В период между 1973-1984 годами в США Институтом охраны окружающей среды и энергетики отмечено до 12000 случаев загрязнения вод нефтью. В период между 1970-1982 годами в мире зарегистрировано 169 крупных аварий танкеров и 17000 второстепенных случаев разлития нефти.

Обеспокоенность общественности нефтяным загрязнением обусловливается неуклонным ростом экономических потерь в рыболовстве, туризме и других сферах деятельности. Только 1 т нефти способна покрыть до 12 км2поверхности моря. А нефтяная плёнка нарушает все физико-химические процессы: повышается температура поверхностного слоя воды, ухудшается газообмен, рыба уходит или погибает, но и осевшая на дно нефть долгое время вредит всему живому. Нарушается обмен океана с атмосферой: энергией, газами, теплом и влагой, в результате перестаёт размножаться планктон – основной продукт питания морских обитателей. В верхних 5-10 см водной толщи развивается богатейшее сообщество самых разнообразных организмов. Его называют нейстоном. Здесь находится «питомник» молоди очень многих видов рыб и беспозвоночных животных, которые, вырастая, населяют водную толщу и дно морей и океаном. На поверхности же накапливается вещества-загрязнители, в том числе нефть и нефтепродукты.

Тяжёлые металлы. Французские исследователи установили, что дно Атлантического океана загрязнено попадающим с суши свинцом на расстоянии до 160 км от берега и на глубине до 1610 м. Более высокая концентрация этого металла в верхнем слое донных отложений, чем в более глубоких слоях, свидетельствует о том, что это результат хозяйственной деятельности человека, а не следствие длительного природного процесса.

Владельцы химического комбината «Тиссо» в городе Минамата на острове Кюсю (Япония) долгие годы сбрасывали в океан сточные воды, насыщенные ртутью. Прибрежные воды и рыба оказались отравленными, что привело к гибели местных жителей. Получили тяжёлые психопаралитические заболевания сотни людей. Жертвы этой экологической катастрофы, объединившись в группы, не раз возбуждали дело против «Тиссо», правительства и местных властей. Минамата стал подлинной «промышленной Хиросимой» Японии, а термин «болезнь Минаматы» применяется в медицине для обозначения отравления людей промышленными отходами.

Бытовые отходы. В моря и океаны через реки, непосредственно с суши, а также с судов и барж попадают жидкие и твёрдые бытовые отходы. Часть этих загрязнений оседает в прибрежной зоне, а часть под влиянием морских течений и ветра рассеивается в разных направлениях. Бытовые отходы опасны не только тем, что они являются переносчиками болезней человека (главным образом кишечной группы – брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что содержат значительное количество кислородопоглащающих веществ. Кислород поддерживает жизнь в море, он – необходимый элемент процесса разложения органических веществ, поступающих в водную среду. Коммунальные же отбросы, поступающие в воду в очень больших количествах, могут значительно снизить содержание растворённого кислорода.

В последние десятилетия особым видом твёрдых отбросов, загрязняющих океаны, стали пластмассовые изделия (синтетические плёнки и ёмкости, пластмассовые сети и т. п.). Эти материалы легче воды, а поэтому долго плавают на поверхности, загрязняют морское побережье. Пластмассовые отходы представляют серьёзную опасность для судоходства: опутывая гребные винты судов, засоряя трубопроводы системы охлаждения морских двигателей, они нередко становятся причиной кораблекрушений. Кроме того, известны случаи гибели крупных морских млекопитающих из-за механической закупорки лёгких кусками синтетической упаковки.

В Северном море возникла реальная угроза гибели флоры и фауны из-за загрязнения нечистотами, выносимыми с материка реками. Прибрежные районы моря очень мелководны; приливы и отливы в нём незначительны, что также не способствует самоочищению моря. К тому же на его берегах расположены страны с большой плотностью населения и высокоразвитой промышленностью. Усугубляет экологическую ситуацию развивающаяся в последнее время добыча нефти.

Бесхозяйственное, хищническое отношение к богатствам Мирового океана ведёт к нарушению природного равновесия, гибели в некоторых районах океанической флоры и фауны, отравлению людей заражёнными продуктами моря.

Радиоактивные загрязнения. Захоронение жидких и твёрдых радиоактивных отходов в море в 50-60-е годы осуществляли многие страны, имеющие атомный флот. Для России эта проблема приобретает всё более острое значение и с точки зрения соблюдения международных радиационных обязательств, и в связи с необходимостью обеспечить экологическую безопасность страны. Установлено, что захоронения радиоактивных отходов проводились в пяти районах Баренцева моря, недалеко от полигона на Новой Земле, в десяти районах Охотского, Японского морей и в открытой части Тихого океана. Великобритания затапливала радиоактивные отходы в Ирландском море, а Франция - в Северном, откуда загрязнения попадали в Баренцево море.

Непосредственно в районах захоронения контроль за радиационной обстановкой практически не осуществляется. Определить состояние защитных барьеров захороненных отходов, скорость и масштабы выхода радионуклидов очень трудно. По приблизительным оценкам экспертов, активность захороненных отходов довольно высока.

Вопросы, связанные с утилизацией атомных подводных лодок, обращением с радиоактивными отходами и отработавшим ядерным топливом на объектах Военно-Морского Флота России, с деятельностью атомного ледокольного флота, остаются актуальными и в наши дни. На Кольском полуострове планируется построить сухие доки, хранилища радиоактивных отходов, причалы для списанных подлодок.

К началу 1995 года в России выведена из эксплуатации 121 атомная подводная лодка (АПЛ), активные зоны выгружены с 42 АПЛ. Для выведенных из эксплуатации АПЛ строятся пункты временного хранения. Утилизировано с вырезкой реакторного отсека 8 АПЛ, подготовлено к длительному хранению на плаву 9 АПЛ, в процессе утилизации и подготовки к длительному хранению на судоремонтных заводах и базах ВМФ находятся 13 АПЛ. 91 подводная лодка, выведенная из эксплуатации, содержится в местах постоянного базирования в неудовлетворительном техническом состоянии: средний срок их службы составляет 32-35 лет, до 40% из них более десяти лет не находились на ремонтном обслуживании, чрезвычайно сложно поддерживать их на плаву.

Самоочищение морей и океанов. Самоочищение морей и океанов – сложный процесс, при котором происходит разрушение компонентов загрязнения и включение их в общий круговорот веществ. Способность моря перерабатывать углеводороды и другие виды загрязнений не безгранична. В настоящее время многие акватории уже утратили способность к самоочищению. Некоторые заливы и бухты нефть, в больших количествах скопившаяся в донных отложениях, превратила практически в мёртвые зоны.

Существует прямая зависимость между численностью нефтеокисляющих бактерий и интенсивностью нефтяного загрязнения морской воды. Наибольшее число микроорганизмов выделялось в районах нефтяного загрязнения, при этом количество бактерий, растущих на нефти, доходит до 106-107на 1 л морской воды. Наряду с численностью микроорганизмов растёт их видовое разнообразие. Это, по всей видимости, можно объяснить большой сложностью химического состава нефти, различные компоненты которой могут потребляться только определёнными видами микроорганизмов. Нефтеокисляющие микроорганизмы можно рассматривать как индикаторы нефтяного загрязнения воды.

К морским организмам, которые участвуют в процессах самоочищения, относятся моллюски. Различают две группы моллюсков. В первую входят мидии, устрицы, гребешок и некоторые другие. Для них характерна двухстворчатая раковина. Обычно створки раковины чуть приоткрыты, и хорошо видно, как из-под радужной мантии торчат две трубочки – сифоны. Через один сифон всасывается морская вода со всеми взвешенными в ней частицами, которые оседают в специальном аппарате моллюска, а через другой очищенная морская вода возвращается в море. Все съедобные частицы усваиваются, а непереваренные крупными комочками выбрасываются наружу. Крупный моллюск мидии может пропустить через себя до 70 л воды в сутки и таким образом очистить её от возможных механических примесей и некоторых органических соединений. Подобно мидии, питаются и другие морские животные – мшанки, губки, асцидии.

У моллюсков второй группы раковина или закрученная, овально-конической формы (рапаны, литорины), или напоминает колпачок (морское блюдечко). Ползая по камням, сваям, причалам, растениям, днищам судов, они ежедневно прочищают огромные заросшие поверхности.

Поистине санитар-рекордсмен – моллюск кардиум, входящий в фауну Каспийского моря. Несмотря на свои небольшие размеры (около 2,5 см), он в процессе питания успевает за сутки профильтровать до 15 л воды. При этом растворённые в ней компоненты нефти, как вещества, непригодные для питания, обволакиваются слизью и в этой «упаковке» выбрасываются на дно.

Учёные стремятся изучить деятельность морских организмов, включая водоросли, с тем, чтобы найти новые эффективные способы борьбы с загрязнением водоёмов, прежде всего богатого рыбой Каспия.

Гидротехнические сооружения. В понятие «гидротехнические сооружения» входят: плотины, здания гидроэлектростанций, водосборные, водоспускные и водовыпускные сооружения, тоннели, каналы, насосные станции, судоходные шлюзы, судоподъёмники, сооружения, предназначенные для защиты от наводнений и разрушения берегов водохранилищ, берегов и дна рек, дамбы, ограждающие хранилища жидких отходов промышленных и сельскохозяйственных организаций, а также другие устройства и сооружения, предназначенные для использования водных ресурсов и предотвращения вредного воздействия вод и жидких отходов.

Износ и старение основных фондов водного хозяйства, ликвидация ряда органов управления, отсутствие должного надзора за безопасной эксплуатацией делают всё более реальным прорыв плотин водохранилищ и накопителей стоков, что может привести к катастрофическим последствиям, угрожает естественной основе жизни человека. Экологическая угроза от гидроузлов проявляется через:

· изменение температурного и ледового режима рек, что не может не влиять на живую природу;

· подтопление сотен миллионов гектаров из-за нарушения правил землепользования и разрушения подземных коммуникаций, подтопление зданий и других инженерных объектов (на искусственное водопонижение потребуются огромные средства);

· эрозию берегов водохранилищ и, следовательно, сокращение земельных угодий;

· ухудшение условий природопользования в нижних берегах водоузлов, сокращение рыбного и других видов хозяйства;

· ухудшение качества природных вод в водохранилищах и дополнительные затраты на водоочистку в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения;

· гибель флоры и фауны от залповых (аварийных и скрытых) сбросов промотходов из накопителей;

· продолжающееся по всей стране строительство малых гидротехнических сооружений (дамб, запруд, дорожных насыпей, надводных и подводных переходов и других) без достаточного инженерного обоснования.

Эти негативные явления наиболее выражены в бассейнах Волги, Дона, Северной Двины, Белой, Томи, Тобола, Туры.

Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений»регулирует отношения, возникающие при осуществлении деятельности по обеспечению безопасности при проектировании, строительстве, вводе в эксплуатацию, восстановлении, консервации и ликвидации гидротехнических сооружений; устанавливает обязанности органов государственной власти, собственников гидротехнических сооружений, и эксплуатирующих организаций по обеспечению безопасности гидротехнических сооружений.

Безопасность гидротехнических сооружений – это свойства гидротехнических сооружений, позволяющие обеспечивать защиту жизни, здоровья, и законных интересов людей, окружающей среды и хозяйственных объектов. Безопасность обеспечивается на основании следующих общих требований:

· соблюдение допустимого уровня риска аварий гидротехнических сооружений;

· составление декларации безопасности – документа, в котором определяются меры по обеспечению безопасности с учётом класса гидротехнического сооружения;

· разрешительный порядок осуществления проектирования, строительства и эксплуатации;

· непрерывность эксплуатации;

· становление критериев безопасности, оснащение техническими средствами контроля за состоянием гидротехнических сооружений, достаточная квалификация обслуживающего персонала;

· своевременное проведение комплекса мероприятий, максимально уменьшающих риск возникновения чрезвычайных ситуаций;

· ответственность за действия (бездействие), в результате которых безопасность гидротехнических сооружений опускается ниже допустимого уровня.

Надзор и контроль в этой области народного хозяйства возложен на органы государственного надзора за безопасностью гидротехнических сооружений. Для контроля отдельных объектов могут формироваться инспекционные комиссии.

Охрана водоёмов. В соответствии с Конституцией Российской Федерации, водное законодательство России находится в совместном ведении РФ и субъектов РФ. Оно состоит из Водного кодекса Российской Федерации и принимаемых в соответствии с ним федеральных законов и иных нормативно-правовых актов, а также законов и нормативно-правовых актов субъектов РФ.

Согласно водному кодексу Российской Федерации, использование водных объектов для питьевого и хозяйственно бытового водоснабжения является приоритетным. Для этих целей должны использоваться защищённые от загрязнения и засорения поверхностные и подземные водные объекты. Их пригодность для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения определяется органами санитарно-эпидемиологического надзора.

Централизованное питьевое и хозяйственно-бытовое водоснабжение населения осуществляют специальные организации, имеющие лицензию на водопользование.

Согласно Водному кодексу Российской Федерации, водопользователи обязаны стремиться сокращать изъятия и предотвращать потери воды, не допускать загрязнение, засорение и истощение водных объектов, обеспечивать сохранение температурного режима водных объектов. Запрещается сброс сточных и дренажных вод в водные объекты:

отнесённые к особо охраняемым;

находящиеся в курортных зонах, в местах массового отдыха населения;

· находящиеся в местах нереста и зимовки ценных и особо охраняемых видов рыб, в местах обитания ценных и занесённых в Красную книгу видов животных и растений.

Поддержание поверхностных и подземных вод в состоянии, соответствующем экологическим требованиям, обеспечивается установлением нормативов предельно допустимых вредных воздействий на водные объекты. Эти нормативы устанавливаются исходя из:

· предельно допустимой величины антропогенной нагрузки, длительное воздействие которой не приведёт к изменению экосистемы водного объекта;

· предельно допустимой массы вредных веществ, которая может поступать в водный объект и на его водосборную площадь;

· нормативов предельно допустимых сбросов вредных веществ в водные объекты.

Государственный учёт поверхностных и подземных вод представляет собой систематическое определение и фиксацию в установленном порядке количества и качества водных ресурсов, имеющихся на данной территории. Такой учёт осуществляется в целях обеспечения текущего и перспективного планирования рационального использования водных ресурсов, их восстановления и охраны. Данные государственного учёта характеризуют состояние поверхностных и подземных водных объектов по количественным и качественным показателям, степени их изученности и использования. Государственный учёт осуществляется в РФ по единой системе и базируется на данных учёта, представляемых водопользователями, а также на данных государственного мониторинга.

Согласно Водному кодексу Российской Федерации, при размещении, проектировании, реконструкции, вводе в эксплуатацию хозяйственных и других объектов, а также при внедрении новых технологических процессов должно учитываться их влияние на состояние водных объектов и окружающую среду. При этом также необходимо предусматривать создание замкнутых систем технического водоснабжения. Проектирование и строительство прямоточных систем водоснабжения, как правило, не допускается. Оно может быть разрешено в исключительных случаях при положительном заключении государственной экспертизы на предпроектную и проектную документацию и государственной экологической экспертизы. Запрещается ввод в эксплуатацию:

· хозяйственных и других объектов, в том числе фильтрующих накопителей, пунктов захоронения отходов, городских и других свалок, не оборудованных устройствами, очистными сооружениями, предотвращающими загрязнение, засорение, влекущих истощение водных объектов;

· водосборных и сбросных сооружений без рыбозащитных устройств и устройств, обеспечивающих учёт забираемых и сбрасываемых вод;

· животноводческих ферм и других производственных комплексов, не имеющих очистных сооружений и санитарно-защитных зон;

· оросительных, обводнительных и осушительных систем, водохранилищ, плотин, каналов и других гидротехнических сооружений до проведения мероприятий, предотвращающих вредное воздействие на воды;

· гидротехнических сооружений без рыбозащитных устройств, а также устройств для пропуска паводковых вод и рыбы;

· водозаборных сооружений, связанных с использованием подземных вод, без оборудования их водорегулирующими устройствами, водоучитывающими приборами;

водозаборных и иных гидротехнических сооружений без установления зон санитарной охраны и создания пунктов наблюдения за показателями состояния водных объектов;

· сооружений и устройств для хранения и транспортирования нефтяных, химических и других веществ без оборудования средствами для предотвращения загрязнения водных объектов и контрольно-измерительной аппаратурой для обнаружения утечки указанных продуктов.

Не допускается ввод в эксплуатацию объектов орошения сточными водами без создания пунктов наблюдения за показателями состояния водных объектов. До ввода в эксплуатацию водохранилищ должны осуществляться мероприятия по подготовке их ложа к затоплению.

Стандартизация в области охраны вод.Системный подход, базирующийся на методах программно-целевого планирования, и научно обоснованное прогнозирование позволили разработать и усовершенствовать комплекс стандартов в области охраны вод для: 1) обеспечения водопользователей водой необходимого качества и в достаточном количестве в соответствии с установленными нормами; 2) рационального использования вод; 3) сохранение уникальных водных объектов и их экосистем в состоянии, наиболее близком к естественному; 4) соблюдения условий, необходимых для поддержания оптимального уровня воспроизводства биологических ресурсов вод, обеспечивающего возможность их рационального применения. Стандартизация учитывает, прежде всего, показатели качества воды. Важнейшим водоохранным мероприятием является регламентирование государственными стандартами предельно допустимых значений показателей загрязнённости контролируемой среды. В частности разработан ряд стандартов, устанавливающих общие технические требования к приборам, используемым при анализе природных вод. Утверждён организационно-методический стандарт «Правила контроля качества воды водоёмов и водотоков», устанавливающий единые правила контроля качества воды по физическим, химическим и биологическим показателям.

Очистка бытовых сточных вод. Очистка сточных вод – это разрушение или удаление из них определённых веществ, а обеззараживание – удаление патогенных микроорганизмов.

Канализация – комплекс инженерных сооружений и санитарных мероприятий, обеспечивающих сбор и удаление за пределы населённых мест и промышленных предприятий загрязнённых сточных вод, их очистку, обезвреживание и обеззараживание. Городами и другими населёнными пунктами сбрасывается через системы канализации 22 млрд. м3сточных вод в год. Из них 76% проходит через очистные сооружения, в том числе 94% - сооружения полной биологической очистки. Через коммунальные системы канализации в поверхностные водные объекты ежегодно сбрасывается 13,3 млрд. м3сточных вод, из которых на очистных сооружениях очищается до установленных нормативов 8% стоков, а остальные 92% сбрасываются загрязнёнными. Из них 82% сбрасываются недостаточно очищенными и 18% - без всякой очистки. Большинство очистных сооружений перегружено, а почти половина требует реконструкции.

Очистка бытовых сточных вод может проводиться механическими и биологическими методами. При механической очистке сточные воды разделяют на жидкую и твёрдую субстанции: жидкая часть подвергается биологической очистке, которая может быть естественной и искусственной. Естественная биологическая очистка осуществляется на полях фильтрации и орошения, в биологических прудах, а искусственная – на специальном оборудовании (биофильтрах, аэротенках). Ил обрабатывают на иловых площадках или в метантенках.

При общестоковой системе канализации все виды сточных вод из городских кварталов, включая и поверхностный сток, отводятся по одной сети трубопроводов. Недостатком такой системы являются периодические сбросы в водные объекты через ливневые спуски некоторой части производственно-бытовых сточных вод. В настоящее время наиболее широкое применение в нашей стране находит система канализации, предусматривающая устройство двух сетей трубопроводов: по производственно-бытовой сети хозяйственно-бытовые и промышленные сточные воды подаются на очистные сооружения, а по водостоку, как правило, без очистки, в ближайший водный объект отводятся дождевые и талые воды, а также воды, образующиеся при поливке и мойке дорожных покрытий. Наиболее перспективной с точки зрения охраны водных объектов от загрязнения поверхностным стоком из городов является полураздельная система канализации. С её помощью на очистку отводят все производственно-бытовые воды города и большую часть поверхностного стока, образующегося на его территории. Со временем на очистку будут поступать также сток от мытья дорожных покрытий, большая часть талых вод и сток от дождей. Таким образом, в водные объекты будет сбрасываться без очистки лишь незначительная часть талой и дождевой воды. При совместной очистке промышленных и хозяйственно-бытовых стоков регламентируют содержание взвешенных и всплывающих веществ, продуктов, способных разрушать или засорять коммуникации, взрывоопасных и горючих веществ, а также температуру.

Некоторые химические вещества воздействуют на микроорганизмы, нарушая их жизнедеятельность. Так, фенол, формальдегид, эфиры и кетоны вызывают денатурацию белков протоплазмы или разрушают оболочку клеток. Особенно токсичны соли тяжёлых металлов, которые по убыванию токсичности можно расположить в ряд: ртуть, сурьма, свинец, цезий, кадмий, кобальт, никель, медь, железо.

Для обеззараживания сточных вод дозу хлора подбирают так, чтобы содержание кишечных палочек в воде, сбрасываемой в водоём, не превышало 1000 в 1 литре, а уровень остаточного хлора составлял не менее 1,5 мг/л при 30-минутном контакте или 1 мг/л при 60-минутном контакте. Обеззараживание проводят жидким хлором, хлорной известью или гипохлоритом натрия, получаемых на месте в электролизёрах. Хлорное хозяйство очистных канализационных сооружений должно позволять увеличивать расчётную дозу хлора в 1,5 раза.

Очистка промышленных сточных вод. Механическая очистка сточных вод обеспечивает удаление взвешенных грубо- и мелкодисперсных (твёрдых и жидких) примесей. Растворимые неорганические соединения удаляют из сточных вод реагенными методами – нейтрализацией кислотами и щелочами, переводом ионов в плохо растворимые формы, осаждение минеральных примесей с солями, окислением и восстановлением токсичных примесей до слаботоксичных. Нейтрализация вод может проводиться смешиванием кислотных и щелочных стоков. В ряде случаев при химической очистке можно извлекать ценные соединения, снижая потери производства. Часто после химической очистки сточные воды подвергают биологической очистке.

В настоящее время сточные воды часто доочищают для повторного использования в производственном водоснабжении. Метод доочистки стоков вбирают в зависимости от конкретных остаточных загрязнений воды. Так, для очистки сильноминерализованных стоков применяется метод термического опреснения, при котором дистиллят, полученный из стоков, используют как обессоленную воду. Повторное использование доочищенных стоков в 20-25 раз сокращает потребление свежей воды из источников.

Учёные из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) совместно с исследователями из Международного университета штата Флорида (Майами) и Университета Майами работают над способом уничтожения вредных жидких отходов с использованием электронного ускорителя. Эксперимент, проведённый на заводе по обработке городских отходов в округе Дейд (штат Флорида), показал, что таким методом можно разрушать такие опасные вещества как бензол, фенол и трихлорэтилен. Стоимость обработки электронным лучом 1000 литров отходов будет составлять около 3 долларов, то есть меньше, чем при очистке жидких отходов с использованием фильтров из активированного углерода (учитывая расходы на восстановление загрязнённого материала фильтров).

Мониторинг водных объектов. В рамках защиты гидросферы 14 марта 1997 года правительство РФ утвердило «Положение о введении государственного мониторинга водных объектов». Государственный мониторинг водных объектов ведётся Министерством природных ресурсов, Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (по поверхностным водным объектам) и другими специально уполномоченными государственными органами в области охраны окружающей среды. Государственный мониторинг включает:

· регулярные наблюдения за состоянием водных объектов, количественными и качественными показателями поверхностных и подземных вод;

· сбор, хранение, пополнение и обработку данных наблюдений;

· создание и ведение банков данных;

· оценку и прогнозирование изменений состояния водных объектов, количественных показателей поверхностных и подземных вод.

Государственный мониторинг водных объектов является составной частью системы государственного мониторинга окружающей природной среды и состоит из:

1. Мониторинга поверхностных водных объектов суши и морей;

2. Мониторинга подземных водных объектов;

3. Мониторинг водохозяйственных систем и сооружений.

Порядок размещения и число пунктов наблюдения, а также перечень наблюдаемых показателей и загрязняющих веществ, сроки проведения наблюдений в первую очередь определяются уровнем развития промышленности и сельского хозяйства на контролируемой территории.

График отбора проб воды на водных объектах зависит от важности пункта наблюдения для народного хозяйства и изменчивости концентраций определяемых веществ. На водоёмах, находящихся под воздействием предприятий, на которых производственный цикл относительно стабилен, сроки проведения наблюдений зависят главным образом от гидрологического режима контролируемого объекта. Если же работа предприятия носит сезонный характер, частота контроля зависит от режима производства.

Следует отметить, что традиционные методы наблюдений и контроля имеют один принципиальный недостаток – они неоперативны и, кроме того, характеризует состав загрязнений объектов природной среды только в моменты отбора проб. О том, что происходит в периоды между отборами проб, можно только догадываться. К тому же лабораторные анализы занимают немалое время. Более действенным является контроль за качеством воды, осуществляемый с помощью автоматических приборов. Электрические датчики постоянно измеряют концентрации загрязнений, что способствует быстрому принятию решений в случае неблагоприятных воздействий на источники водоснабжения. Автоматизированная станция может измерять и контролировать показатели качества воды (степень кислотности или щёлочности, электропроводимость, температуру, мутность, содержание растворённого кислорода), уровень воды, а также наличие взвешенных веществ и ионов некоторых металлов. Сравнение анализа водных проб, забранных несколькими станциями, расположенными по течению реки, даёт возможность выявить непосредственного виновника загрязнения. Это особенно важно при залповых сбросах вредных веществ, когда своевременно принятые меры могут локализовать или уничтожить загрязнение в относительно короткий срок.

Для оперативного контроля качества воды в тех пунктах, где нет автоматических станций, в составе системы работают передвижные лаборатории.

Заключение.

Логика развития жизни на Земле определяет деятельность человека как главный фактор, причем биосфера может существовать без человека, но человек не может существовать без биосферы. Фактором существования биосферы является чистая вода. Следующие поколения не простят нам то, что мы лишили их возможности наслаждаться первозданной природой. Сохранить гармонию человека и природы – основная задача, которая стоит перед настоящим поколением. Это требует изменения многих ранее сложившихся представлений о соизмерении человеческих ценностей. Необходимо развитие у каждого человека «экологического сознания», которое будет определять выбор вариантов технологий, строительства предприятий и использования природных ресурсов.

Одна из основных задач современного образования – становление экологического способа мышления. Так правительством РБ в 1991 г. была одобрена Республиканская программа по образованию в области окружающей среды. В ней определены цели и принципы организации экологического образования в области охраны окружающей среды. Важным моментом является тот факт, что приоритетность экологического образования, обязательность введения природоохранных дисциплин во всех учебных заведениях закреплены в законах РБ «Об образовании» и «Об охране окружающей среды». От лозунга «Взять от природы все» необходим переход к лозунгу «Природа наш дом».

Список литературы

1. Ю. В. Новиков. Экология, окружающая среда и человек. Москва, Фаир, 1999.

2. А. О. Селиванов. Изменчивая гидросфера Земли. Москва, Знание, 1990.

3. О. А. Спенглер. Слово о воде. Ленинград, Гидрометиоиздат, 1980.

4. Охрана окружающей среды – справочник.