Особенность охраны гидросферы. Контрольные вопросы и задания Что нужно делать для охраны гидросферы
Гидросферой называют водную оболочку Земли, представляющую собой совокупность океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, прудов, болот, подземных и почвенных вод, ледников. 70% земной поверхности покрыто водой. Общее количество воды на Земле оценивается в 1386 млн. км. Максимальный объем воды - 95% от общих запасов - приходится на долю Мирового океана. Средняя соленость океанической воды составляет 35 г/л, пресная вода должна содержить не более 1 г/л солей. По этой причине океаническая вода не используется на хозяйственные нужды. Запасы пресной воды на планете составляют всего 2,5% мировых ресурсов (около 35 млн. км3) и представлены они водами рек, озер и подземными (грунтовыми) водами. 70% запасов пресной воды сосредоточено в ледниках и вечных снегах. Естественными «кладовыми» пресной воды являются озеро Байкал, на долю которого приходится 1/5 мирового объема питьевой воды, Великие озера Северной Америки, финское Озерное плато, насчитывающее 60 тыс. озер и подземное озеро Лост-Си в пещере Крэгхед (США).
Вода - единственное вещество на Земле, существующее в природе одновременно в трех агрегатных состояниях, благодаря чему происходит большой круговорот воды (гидрологический цикл). Он связывает воедино все части самой гидросферы и обеспечивает ее взаимодействие с атмосферой, литосферой и биосферой. Ежегодно с поверхности Земли испаряется около 525 тыс. км воды, 86% из которой - это соленая вода Мирового океана. Конденсируясь, атмосферный пар дает начало и подпитку пресной воде рек, озер, ледников, а также почвенной влаге и подземным водам. Таков механизм непрерывного естественного опреснения воды в процессе ее круговорота. водный ресурс загрязнение гидросфера
Вода является одним из важнейших неисчерпаемых природных ресурсов, обеспечивая существование живых организмов на Земле. Без нее невозможно развитие процессов жизнедеятельности, поскольку она входит в состав всех клеток и тканей любого животного или растительного организма, осуществляя транспорт веществ и протекание окислительновосстановительных реакций.
Вода формирует земную кору Земли, рельеф и береговую линию, благодаря ей осуществляется дрейф континентов, деятельность вулканов и т. д. Климат и погода на Земле определяются наличием водных просторов и количеством водяного пара в атмосфере. Океаны и моря, благодаря большой теплоемкости, способны формировать циклоны и антициклоны, влияя на погоду. Кроме того, растворяя газы атмосферы, океан является регулятором состава воздуха.
Отличительной чертой 20 века стал быстрый рост водопотребления, который в 2,5 раза превышал рост народонаселения. Огромное количество воды расходуется и сегодня. Население планеты ежесуточно потребляет 7-8 км3 пресной воды - это столько, сколько всех ископаемых природных ресурсов используется за целый год.
На первом месте по объему потребления стоит мировое сельское хозяйство, которое забирает около 60% от общего объема на орошение земель и нужды животноводства. Так, для производства 1 кг мяса необходимо затратить 25 т воды, для получения 1 кг молока - 4 тонны.
Около 30% воды потребляется промышленностью, где она используется для растворения, смешивания, очищения, охлаждения оборудования и т. п. Об объемах потребления пресной воды на производстве говорят следующие цифры: для выплавки 1 т чугуна расходуется
от 50 до 150 м3, 1 т пластмасс - от 500 до 1000 м3 , 1 т бумаги - свыше 1000 м3, а получение 1 т искусственных тканей требует до 6000 м3 воды.
Предприятиям теплоэнергетики требуются значительные объемы воды - для ТЭЦ мощностью в 2,5 МВт необходимо 1,5х10 м воды, а развитие гидроэнергетики идет по пути сооружения каскадов ГЭС.
Активными потребителями водных ресурсов являются такие отрасли народного хозяйства как водный транспорт и рыбное хозяйство.
На коммунально-бытовые нужды в разных странах мира уходит от 10 до 30% общего потребления воды. В развивающихся странах обеспеченность водой в расчете на 1 человека в сутки не превышает 150-200л, в высокоразвитых странах - в 2-3 раза больше. Анализ структуры потребления воды жителями городов показывает, что основной процент расхода воды приходится на ватерклозеты (до 50%), 30-35% - гигиенические процедуры, мытье посуды - 6%, приготовление пищи - 5%, стирка - 4%, уборка - 3%.
Изучение состояния водных ресурсов в связи с неуклонным ростом их потребления в мире, показало, что во многих странах с развитой экономикой возникла проблема дефицита пресной воды. Проблема нехватки водных ресурсов возникла по следующим причинам:
интенсивное водопотребление, связанное с высоким ростом народонаселения планеты;
развитие отраслей народного хозяйства, требующих значительных затрат водных ресурсов;
потеря воды вследствие сокращения водоносности рек;
загрязнение водных объектов промышленными, бытовыми и с.-х. сточными водами.
Эксперты ООН говорят о том, что более половины крупнейших рек мира серьезно истощены и загрязнены, в результате чего подвергается опасности здоровье и жизнь, по крайней мере, 3 млрд. жителей Земли. Самыми загрязненными реками являются Хуанхэ,
Амударья, Сырдарья, Колорадо, Нил, Ганг и Волга. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) отмечает, что на планете от потребления воды низкого качества ежегодно умирает около 5 млн. человек и это, в основном, дети, а получают разной степени отравления или заболевания свыше 500 миллионов.
Источники загрязнения гидросферы. Основными источниками загрязнения природных вод являются:
- 1. Атмосферные воды, несущие массу вымываемых из атмосферы загрязнителей промышленного и бытового происхождения. Кроме того, стекая по склонам, атмосферные и талые воды дополнительно увлекают за собой с городских улиц, авто- и железных дорог, промышленных территорий мусор, нефтепродукты, фенолы, соли, тяжелые металлы.
- 2. Городские сточные воды - канализация и бытовые стоки. Особая опасность заключается в том, что с такими водами передается ряд тяжелых инфекционных заболеваний, таких как дизентерия, гепатит, холера, паратиф.
- 3. Промышленные сточные воды, образующиеся в таких отраслях производства, как черная металлургия, машиностроение, химическая и лесохимическая, нефтеперерабатывающая и т.д.
- 4. Смыв пестицидов и удобрений с сельскохозяйственных и лесных угодий.
Основным источником загрязнения поверхностных вод в Республике Беларусь являются бытовые сточные воды, на долю которых приходится более 60% от объема всех образующихся сточных вод. Затем стоят промышленные сточные воды и сельское хозяйство.
Особую озабоченность вызывает загрязненность грунтовых вод, которые в Беларуси характеризуются неглубоким залеганием и наличием повышенного количества ионов марганца и железа природного происхождения. В зонах городов и пригородов, свалок, животноводческих комплексов и полей фильтрации отмечается увеличение минерализации, фиксируется наличие содержания тяжелых металлов, в том числе свинца, фенолов, нефтепродуктов. Особая опасность заключается в накоплении в воде нитратов, нередко содержание которых превышает норму в 5-10 раз.
Из перечисленных выше источников в природные водоемы поступают различные химические соединения и элементы. К числу наиболее опасных и распространенных загрязняющих веществ относится нефть и нефтепродукты. Так, ежегодно в Мировой океан попадает 13-14 млн. т нефти, 97% из которых приходится на сброс береговых и плавучих объектов (прежде всего за счет аварий танкеров и работы судовых дизелей). Каждая тонна нефти, растекаясь по водной поверхности, образует пленку из масел на площади 12 км2. В резуль
тате затрудняется газообмен с атмосферой, гибнут растения и животные вследствие токсического отравления продуктами разложения нефти и нехваткой кислорода.
Не менее опасно для живых водных обитателей смывание с полей химических средств, применяемых в сельском хозяйстве. С талыми и паводковыми водами в ближайших водоемах оказываются не только минеральные удобрения, но и пестициды, буквально уничтожающие биоценозы рек и озер. Ученые считают, что именно пестициды привели к сокращению поголовья тюленей в Балтийском море и промысловой рыбы в Атлантическом океане. Сточные воды животноводства, содержащие большое количество азота, приводят к «цветению» воды вследствие бурного роста сине-зеленых водорослей. Этот процесс называется ав- трофикацией (эвтрофикацией). Автрофикация сопровождается интенсивным потреблением кислорода, недостаток которого влечет за собой гибель остальных обитателей водоемов.
В последнее время в воде все чаще встречаются тяжелые металлы - свинец, ртуть, цинк, медь, олово и многие другие. Накапливаясь в организме водных обитателей, они по пищевым цепочкам попадают в продукты питания человека. Токсиканты класса тяжелых металлов, как правило, вызывают у человека серьезные заболевания, а также изменение процессов жизнедеятельности водных организмов.
Тепловые и атомные электростанции, используя воду в качестве охлаждающего агента, приводят к тепловому загрязнению вод. Сбросовые воды на 8-10 о С выше естественной температуры водоемов, что приводит к интенсивному развитию планктона. В результате вода «цветет», ухудшаются ее санитарно-гигиенические показатели (цвет, вкус, запах).
Источниками радиоактивных веществ в водных объектах являются заводы по очистке урановой руды, переработке ядерного горючего для атомных реакторов, АЭС, захоронение радиоактивных отходов и, конечно, атомный морской флот.
Одно из проблемных загрязнений рек связано с заготовкой, обработкой и сплавом леса. Перед сплавом древесина обрабатывается ядохимикатами, плывущий лес ранит рыбу, кора, сучья, ветки засоряют дно, из древесины в воду выделяются смола и вредные вещества. В результате гниения и разложения древесины поглощается кислород из воды, размножаются оорганизмы, вызывая болезни и гибель многих видов рыб.
Охрана гидросферы:
- 5. Организация прибрежных защитных и водоохранных зон в соответствии с Водным кодексом, в соответствии с которым в водоохранных зонах запрещены любые работы (распашка земли, выпас скота), а также вырубка насаждений, применение пестицидов, размещение жилых домов, предприятий и ферм.
- 6. Запрет на применение высокотоксичных пестицидов, и, прежде всего, хлорсодержащих.
- 7. Уменьшение сбросов промышленных предприятий за счет снижения водоемкости производства и применения оборотных (замкнутых или полузамкнутых) систем водоснабжения.
- 8. Разделение и очистка перед сбросами в водоемы промышленных и хозяйственнобытовых стоков.
- 9. Снижение опасности загрязнения водоемов нефтью и нефтепродуктами за счет повышения надежности добычи с морского дна и транспортировки морским путем.
- 10. Совершенствование организационно- правовых мер.
Инженерные мероприятия включают различные методы очистки сточных вод - механические, физико-химические, биологические и комбинированные.
Механические методы - удаление из сточных вод нерастворенных примесей путем их отстаивания и фильтрации. Отстаивание является наиболее распространенным способом, для чего используются специальные емкости - отстойники. Грубые примеси задерживаются на решетках, более мелкие улавливаются ситами. Для удаления поверхностных загрязнителей используют различные специальные ловушки (нефтеловушки, жироловки и т. д.).
При физико-химических методах из сточных вод удаляют тонкодисперсные и растворенные неорганические загрязнители, а также частично органические. Для этих целей используют добавление специальных химических реактивов, которые вступают в реакцию с загрязнителями и способствуют их осаждению (например, хлорирование). Также применяют электролитический метод и озонирование воды.
Биологические методы, как правило, используют на заключительном этапе очистки. Среди биологических устройств различают биофильтры, биологические пруды и аэротенки. Биофильтры основаны на пропускании сточных вод через слой крупнозернистого материала, покрытого биологической пленкой, которая способствует биохимической фильтрации. Биологические пруды являются самым распространенным методом очистки сточных вод на предприятиях РБ. Биологические пруды используют для очистки в естественных условиях. Они представят собой неглубокие (до 1 м) резервуары, которые устраивают сериями на местности, имеющей уклон, и через которые самотеком медленно проходит вода, подвергаясь процессу отстаивания и воздействию естественных факторов очищения (солнечный свет, кислород, температура, биологические организмы). Их действие основано на способности воды к самоочищению под влиянием физических и биологических факторов.
Аэротенки представляют собой специальные резервуары с принудительной аэрацией. В аэротенках сточные воды смешиваются со специальным бактериальным илом. Бактерии выделяют ферменты, способствующие осаждению загрязнителей, прежде всего органических, и
выпадению их на дно в виде нерастворимых комплексов. Таким образом осуществляется очистка воды.
Для проведения качественной очистки сточных вод необходима многоступенчатая система. На первом этапе - это фильтрация и отстаивание, на втором - химическая очистка, на третьем - биологическая очистка. Как правило, в Республике Беларусь используется двухступенчатая очистка. При таких методах на заключительном этапе необходимо 7-10-кратное разбавление воды, которая сбрасывается в природные пруды-приемники.
Одной из серьезных проблем является утилизация осадка сточных вод. Для этой цели используют различные методы химического обеззараживания, высушивание, компостирование, брикетирование, термическое сжигание (инсинерация), в зависимости от класса опасности содержащихся в осадке вредных веществ.
МУНИЦИПАЛЬНОЕ КАКЗЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
КИЕВСКАЯ ОСНОВНАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА
«ЗАГРЯЗНЕНИЕ И ОХРАНА ГИДРОСФЕРЫ»
Методическая разработка
Учитель географии
Тема: Загрязнение и охрана ГИДРОСФЕРЫ
Класс : 6
Тип урока: комбинированный, конструирование способа действия на ФГОС.
Планируемые результаты : выявить источники загрязнения гидросферы, а также меры по охране гидросферы, работать в паре, излагать свою точку зрения, создать коллективный мини проект.
Предметные результаты обучения: знать географическую номенклатуру по теме объекты гидросферы, географические объекты.
Метапредметные результаты обучения: умение организовать свою деятельность, определять цели урока, умения работать в коллективе, высказывать свои суждения, делать выводы.
Универсальные учебные действия:
Личностные: выявление причинно-следственных связей, высказывать суждения.
Регулятивные: оценивать работу одноклассников, работать в соответствии с поставленными целями, сравнивать полученные результаты с ожидаемыми.
Коммуникативные: умение общаться и взаимодействовать с друг другом.
Познавательные: проявление учебно-познавательного процесса к географической науке.
Цель урока:
Расширить и углубить знания о значении, загрязнении гидросферы, а также выявить последствия загрязнения гидросферы и меры по охране водной оболочки Земли.
Задачи:
Образовательные:
1. Выявить взаимосвязи вода-человек.
2. Показать последствия воздействия человека на гидросферу.
3. Создать условия для навыков проектной деятельности.
Воспитательные:
1. Познакомиться с источниками загрязнения гидросферы, выявить пути решения источников загрязнения гидросферы.
Развивающие:
1. Способствовать формирование и развитие экологических качеств личности.
2. Развитие интереса учащихся к глобальным проблемам современности.
План урока:
1. Организационный момент.
2. Работа над пройденным материалом.
3 Формулирование темы и цели урока.
4. Значение гидросферы.
5. Физкультминутка.
6. Работа над проектом.
Цель: выявить причины загрязнения гидросферы и меры по охране водной оболочки Земли.
Этапы проекта:
Выявление основных источников загрязнения гидросферы;
Меры по охране;
Создание агидплакатов;
7. Итог урока.
8. Рефлексия.
9. Домашнее задание.
ХОД УРОКА
1. Организационный момент.
Приветствие. Организация на урок.
2. Работа над пройденным материалом.
--- Мы с вами подошли к заключительной теме большого раздела, который называется ……….ответы детей (гидросфера).
На проверку усвоения пройденного материала я предлагаю вам провести игру «Географическое лото».
Проводиться игра
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.
3 Формулирование темы и цели урока.
--- Послушайте стихотворение:
Вода-это божий источник,
Вода-это солнечный свет!
Воде задаём мы вопросы,
С водой получаем ответ.
Водой очищаем мы тело,
В воде плещет наша душа.
Когда говоришь ты с водою,
То надо шептать не спеша.
Водой умываем ребёнка,
Чтобы смылась беда.
Вода это чудо природы,
И нам без воды не прожить.
Вода-достояние народа!
Водой мы должны дорожить!!!
Ребята на основе прослушанного стихотворения скажите, о чем пойдет речь сегодня на уроке…………… ответы детей (о значении воды)
--- Послушайте еще одно стихотворение:
Речушка вдоль околицы текла.
Негромкая.
Но мы ее любили,
Ведь она для нас первою была,
И значит лучшею на свете.
Сейчас в ней всякий хлам,
И ржавь и слизь зеленая,
И хвощ болотный вылез.
Как будто люди целью задались
Убить - ее
И своего добились.
О чем еще пойдет речь сегодня на уроке ……ответы детей (о загрязнении воды)
Давайте сформулируем тему урока ……ответы детей (значение и загрязнении гид-ры)
Теперь давайте сформулируем цель нашего урока…. ответы детей
4. Значение гидросферы.
--- Вода – бесценный дар природы.
Вода – одно из главных богатств на Земле.
Жизнь без воды невозможна!
Вода растекается по всей Земле огромными океанами и маленькими лужами.
Вода входит в состав всех живых организмов. Да и сами мы, больше чем на половину состоим из воды.
Вода дороже золота, утверждали бедуины всю жизнь кочевавших в песках. Они знали, что никакие богатства не спасут путника в пустыни, если иссякнет запас воды.
Ребята, каково еще значение воды……… ответы детей .
В воде мы моемся, купаемся, катаемся на санках, коньках, лыжах. Пьем. Необходима для растений, животных, птиц.
Человек может прожить без воды всего несколько дней.
Вот она какая вода!
Воду используют для отраслей хозяйства, как транспортные пути, для отдыха, рыболовства.
- бытовой мусор
- нефть
- вырубка лесов вдоль водоемов
Ребята а к чему может привести загрязнение гидросферы?
………ответы детей
1. гибель живых существ
2. истощение пресной воды
3. заболеваниям.
4. пересыхание рек и озер.
2 группа: Меры по охране.
- не мыть машины на берегах водоемов
- не захламлять мусором берега
- не кидать в водоемы мусор
3 группа: Создание агидплаката.
7. Итог урока.
--- Составление памятки:
ПАМЯТКА
1. Не загрязняйте реки и озера!
2. Бережно относиться к питьевой воде!
3. Очищать промышленные и бытовые воды!
4. Соблюдать правила транспортировки грузов!
5. Соблюдать правила отдыха на побережье водоемов!
6. Соблюдать правила по ловле рыбы!
А закончить урок я хочу такими словами:
Пусть на Земле и не умирают реки
Пусть стороной обходят их беда
Пусть чистой остается в них на веки
Студеная и чистая вода!
8. Рефлексия.
Интересно ли вам было сегодня на уроке?
Узнали вы что-нибудь важное, нужное на уроке?
Считаете ли вы, что проблема охраны воды столь важна для человека?
Какие меры по охране воды могут предпринять жители нашего поселка, чтобы сохранить воду чистой?
Я предлагаю заполнить вам лист самоконтроля.
Лист самоконтроля:
Ф. И.______________
Попробуйте определить собственные знания и умения следующим образом:
Поставьте знак + в одном из утверждений
1. «Я все понял, смогу объяснить этот материал другому»
2. «Я понял материал, могу объяснить другому, но при некоторой помощи учителя»
3. «Я понял материал частично»
4. «Я ничего не понял»
Попытайтесь объективно оценить свою работу и поставить себе оценку:
Ставлю себе________
Оценка учителя_____
9. Домашнее задание.
Заполнить таблицу «Путеводитель»
Приложение
«Географическое лото»
Вопросы для учащихся:
1. Вдающаяся в сушу часть океана, моря или озера.
2. Начало реки.
3. Река, впадающая в другую реку.
4. Искусственный водоем.
5. Величайшее море-озеро.
6. Великая река России.
8. Место где река впадает в море.
9. Самый большой океан.
11. Самое глубокое озеро мира.
13. Самый маленький океан.
14. Группа близлежащих островов.
Правила игры:
Учащиеся поочередно отвечают на вопрос и закрывают фишкой.
Используемые ресурсы
Используемые ресурсы
nsportal. ru/shkola/geografiya... копия
mirgeografii. ru/zagryaznenie... копия
do. gendocs. ru/docs/index-10370.html копия
knowledge. allbest. ru/ecology... копия
Охрана гидросферы - это система организационных, технических, экономических, мелиоративных и юридических мер, направленных на предотвращение и устранение последствий загрязнения и истощения вод.
Деятельность человеческого общества немыслима без воды. Использование ее в зависимости от целевой направленности делят на водопользование и водопотребление. При водопользовании вода, оставаясь в водоемах или водотоках, используется как среда или механический источник энергии. Основными водопользователями являются водный транспорт, лесосплав, рыбное хозяйство, гидроэнергетика. Водопотребление связано с забором воды из водоемов и водотоков. Водопотребителями являются коммунально-бытовые организации, промышленность, транспорт, строительство, сельское хозяйство. По мере роста народонаселения и городов увеличивается потребление воды на коммунально-бытовые нужды.
При сбросе 1 куб. м неочищенных вод портится 40-60 куб. м природных чистых вод. Чтобы очищенные сточные воды стали пригодными для вторичного использования, требуется 7-14 кратное их разбавление.
Важное значение приобретают комплексное и рациональное использование поверхностных и подземных водных ресурсов и борьба с загрязнением водной среды. Основными мероприятиями по охране вод от загрязнений являются следующие:
1. Разработка и исполнение норм, правил и требований к качеству, составу и свойствам воды у пунктов питьевого и культурно-бытового водопользования.
2. Разработка новых технологий и совершенствование существующих технологий, при которых возможно полностью исключить сброс сточных вод (замкнутый цикл водопользования, использование "сухих" технологических процессов, замена водяного охлаждения воздушным и др.).
3. Проведение на используемых территориях гидромелиоративных, лесомелиоративных, агротехнических и санитарных мероприятий, улучшающих водный режим и исключающих возможность вредного воздействия вод на почву.
4. Создание и эффективное использование очистных устройств с искусственной или естественной очисткой на всех предприятиях, сбрасывающих в водоемы сточные воды.
5. Использование водных источников, не допуская превышения установленных норм, бережно расходовать поливные, грунтовые и артезианские воды.
6. Внедрение современных систем обезвреживания и обеззараживания сточных вод.
7. Создание сети глобального, регионального и локального контроля и мониторинга за качеством и состоянием воды и водоемов.
8. Обеспечение санитарно-оздоровительных мероприятий и санитарной охраны у водозаборных сооружений.
4.6. Основные принципы охраны литосферы
Огромное значение имеет также охрана литосферы - твердой оболочки Земли как одного из важнейших компонентов биосферы, на котором базируется жизнедеятельность человечества. Быстрый рост городских агломераций и других видов поселений, в связи с ростом населения Земли, увеличение густоты дорожной сети, возведение промышленных и энергетических объектов, горнорудных предприятий, интенсификация сельскохозяйственного производства, появление антропогенных ландшафтов приводят к значительным преобразованиям не только рельефа земли, но и природных условий приповерхностной части литосферы, ее состава и строения.
Существо процессов хозяйственной деятельности человека нарушающих поверхность Земли, состоит в том, что верхний плодородный слой (почвы) снимается и погружается на неопределенно длительное время в глубины грунта, а нижние слои, нередко безжизненные и токсичные, выносятся наружу.
Почва - основной компонент любых наземных экосистем, в ней протекают разнообразные физические, химические и биологические процессы, ее населяет множество живых организмов. Важнейшим свойством почвы является плодородие. Оно создается в процессе почвообразования и воздействия на почву человека. Почва - основа для получения урожая сельхозяйственных культур, главное богатство, от которого зависит наше существование.
Почва требует ухода, и эксплуатация ее должна осуществляться на научной основе. Хорошая обработка, своевременное внесение удобрений, задержка влаги и чередование сельскохозяйственных культур препятствуют истощению почвы. Разрушение почвы обычно идет за счет обеднения ее питательными веществами, ухудшения структуры и вследствие ее эрозии, т.е. физического уничтожения. Изношенные и истощенные почвы "заболевают". Они утрачивают плодородность, и для их полного "выздоровления" требуется значительное время. Истощенная земля легче поддается эрозии, так как, теряя гумус, она теряет способность поглощать и удерживать воду.
Во всем мире проводится огромная работа по охране земель, при этом основными мероприятиями являются:
Борьба с ветровой и водной эрозией;
Рекультивация земель, нарушенных промышленными работами;
Предупреждение и предотвращение оползней и селевых потоков;
Вовлечение малопродуктивных и бросовых земель в сельскохозяйственное производство;
Восполнение сельскохозяйственным предприятиям изъятых у них для промышленных целей сельскохозяйственных угодий за счет ввода в действие неиспользуемых земель и создания орошаемых участков;
Предупреждение вторичного засоления почв и рассоление их путем глубокого дренажа;
Засыпка оврагов или другие виды работ в целях приведения их в состояние, пригодное для использование в сельском хозяйстве;
Защита (обвалование) зон мелководий в водохранилищах;
Ввод в сельскохозяйственный оборот земель, освобождающихся при укрупнении сельских населенных пунктов.
Для облегчения борьбы с негативными явлениями при разработке недр, извлечения и обогащения полезных ископаемых необходимы тщательные расчеты параметров вредных влияний и определение путей их преодоления. Необходимо предусмотреть: места размещения отвалов, возможность их самовозгорания и пылеобразования; разнос вредных и токсичных веществ водой и ветром; пригодность отвалов, терриконов, хвосто- и шлакохранилищ для биологической рекультивации или вторичного использования; влияния откачки воды из шахт и карьеров на уровень грунтовых вод и растительность; возможность предупреждения и устранения просадочных явлений и провалов; последующее использование временно занимаемых при добыче полезных ископаемых земель для сельского, лесного и рыбного хозяйства, а также рекреационных целей.
Таким образом, основными принципами охраны литосферы , почвы и грунтов должны быть следующие:
1. Обязательная рекультивация надземных и подземных выработок после завершения добычи минерального, энергетического и рудного сырья.
2. Реализация мероприятий по нейтрализации вредного воздействия захороняемых отходов на литосферу.
3. При проведении сельскохозяйственной деятельности реализация мероприятий по недопущению эрозии и засоления почв.
4. Выполнение оптимальных архитектурно-планировочных, инженерно-строительных и инженерно-геологических мероприятий по минимизации антропогенных воздействий на застраиваемой территории.
Мероприятия по охране вод морей и Мирового океана заключаются в устранении причин ухудшения качества и загрязнения вод. Особые меры по предупреждению загрязнения морской воды следует предусматривать при разведке и освоении нефтяных и газовых месторождений на материковых шельфах. Необходимо ввести запрет на захоронение токсичных веществ в океане, сохранять мораторий на испытания ядерного оружия под водой. Следует предпринимать быстрые меры по ликвидации последствий аварий и катастроф, при которых в океан попадают токсичные продукты. Проблема охраны вод Мирового океана является глобальной, она касается всех государств планеты. Для охраны вод Мирового океана необходимы совместные усилия всех государств мирового сообщества, ООН и ее подразделений. В значительной степени такие меры могут иметь успех при участии государств в международных природоохранных программах, которые разработаны и предлагаются соответствующими конвенциями, предусмотрены международными соглашениями.
Охрана водных ресурсов от загрязнения и истощения
Масштабы загрязнения и истощения водных ресурсов в настоящее время приняли угрожающий характер. Остро встала проблема нехватки пресной воды в густонаселенных районах, крупных промышленных центрах, в местах орошаемого земледелия. Отсутствие чистой питьевой воды, загрязнение водоемов являются причиной многих заболеваний человека, губительно сказываются на животном и растительном мире Земли. Во многих местах загрязнение пресных вод переходит из разряда локального в региональный.
Охрана водных ресурсов как составная часть охраны окружающей природной среды представляет собой комплекс мер (технологических, биотехнических, экономических, административных, правовых, международных, просветительных и т.д.), направленных на рациональное использование ресурсов, их сохранение, предупреждение истощения, восстановление природных взаимосвязей, равновесия между деятельностью человека и средой.
Принципы охраны вод.
Важными принципами охраны вод являются:
профилактика - предупреждение негативных последствий возможного истощения и загрязнения вод;
комплексность водоохранных мер - конкретные водоохранные меры должны быть составной частью общей природоохранной программы;
повсеместность и территориальная деффиринцированность;
ориентированность на специфические условия, источники и причины загрязнения;
научная обоснованность и наличие действенного контроля за эффективностью водоохранных мероприятий.
Важнейшими технологическими мерами охраны водных ресурсов являются совершенствование технологий производства, внедрение безотходных технологий. В настоящее время применяется и совершенствуется оборотная система водоснабжения, или повторное использование воды.
Поскольку избежать полностью загрязнения воды невозможно, применяются биотехнические меры охраны водных ресурсов - очистка сточных вод от загрязнения. Основные методы очистки - механические, химические и биологические.
При механической очистке сточных вод нерастворимые примеси удаляются при помощи решеток, сит, жироловок, маслоловушек и т.д. Тяжелые частицы осаждают в отстойниках. Механической очисткой удается освободить воду от нерастворимых примесей на 60-95%.
При химической очистке применяются реагенты, переводящие растворимые вещества в нерастворимые, связывают их, осаждают и удаляют из сточных вод, которые очищаются еще на 25-95%.
Биологическая очистка проводится двумя способами. Первый - в естественных условиях - на специально подготовленных полях фильтрации (орошения) с оборудованными картами, магистральными и распределительными каналами. Очистка происходит естественным способом путем фильтрации воды через почву. Органический фильтрат подвергается бактериальному разложению, воздействию кислорода, солнечных лучей и используется в дальнейшем в качестве удобрения. Используется также каскад прудов-отстойников, в которых естественным путем происходит самоочищение воды. Второй - ускоренный способ очищения сточных вод - производится в специальных биофильтрах через пористые материалы из гравия, щебня, песка и керамзита, поверхность которых покрыта пленкой микроорганизмов. Процесс очистки сточных вод на биофильтрах происходит интенсивнее, чем на полях фильтрации. В настоящее время практически ни один горд не обходится без очистных сооружений, причем все указанные способы применяются в комплексе. Это дает хороший эффект.
Во многих странах проблемой охраны вод от загрязнения начали заниматься на уровне правительств, на ее решение были выделены большие средства. Однако некоторые индустриальные страны подошли к наведению порядка на своих внутренних водоемах весьма своеобразно. Они, с одной стороны, разработали меры по предотвращению или ликвидации загрязнения, вложив в это крупные средства, с другой - стали переводить предприятия, наиболее сильно загрязняющие водные объекты, в развивающиеся страны. Это помогло улучшить ситуацию в самых индустриальных странах, но не сняло проблему на планете в целом, поскольку началось катастрофическое загрязнение рек и водоемов в развивающихся странах, продолжалось загрязнение Мирового океана.
Охрана гидросферы
Водные ресурсы.
Вода, занимая 71% поверхности Земли, является самым обильным и ценным ресурсом. Мировые запасы воды огромны - около 1389 млн. км 3 . Если распределить их поровну, то на каждого жителя планеты пришлось бы по 280 млрд. литров. Однако 97% водных ресурсов приходится на долю океанов и морей, в которых вода слишком соленая. Оставшиеся 3% - пресные воды. Они распределены следующим образом:
Полярные льды и ледники
Вода составляет от 50-97% веса всех растений и животных и около 70% веса человеческого тела.
Из всей пресной воды человечество может использовать лишь 0,003%, т.к. она либо сильно загрязнена, либо залегает на больших глубинах и ее нельзя извлечь по приемлемым ценам, либо содержится в айсбергах, полярных льдах, в атмосфере и в почве.
Вода находится в постоянном круговороте, рис.1 .Этот естественный процесс рециркуляции происходит до тех пор, пока потребление воды не становится интенсивнее, чем восполняются ее запасы и пока не превышен объем отходов, делающий воду непригодной. Существует два источника пресной воды: поверхностные воды и грунтовые воды.
Рис. 1. Круговорот воды в биосфере.
Поверхностные воды – пресные воды, стекающие с определенной территории в ручьи, озера, болота и водохранилища. Территория, с которой в главную реку и ее притоки стекают поверхностные воды, с которыми могут поступать наносы и загрязняющие вещества, называется водосбросом, или водосбросным бассейном. Но использовать можно только часть годового стока.
Часть стоков имеет такую скорость, что их невозможно задержать, а другую часть необходимо оставить в реках для поддержания в них жизни. В засушливые годы суммарный объем стока значительно сокращается.
Грунтовые воды. Часть атмосферных осадков просачивается в землю и накапливается там в виде почвенной воды, заполняя поры почвы и грунта. В конечном счете большая часть почвенной влаги испаряется и возвращается в атмосферу.
Часть воды под влиянием силы тяжести перемещается вглубь и заполняет поры и трещины в слоях песка, гравия и песчаника. Зона, в которой водой заполнены все поры, называется зоной насыщения. Водопроницаемые, насыщенные водой отложения, называются водоносными горизонтами, а находящаяся в них вода – грунтовой водой. Если темпы забора воды из водоносного горизонта превышают темпы ее накопления, грунтовые воды превратятся из медленно возобновимого в невозобновимый ресурс в пределах человеческой жизни.
Подземные воды могут быть безнапорными и напорными. Безнапорные грунтовые воды находятся выше слоя водонепроницаемой горной породы или глины. Для забора безнапорных грунтовых вод используют скважины и колодцы и воду извлекают насосами.
Напорные грунтовые воды формируются между двумя водоупорными слоями (например, глина) и находятся под избыточным давлением. При вскрытии скважинами, воды могут самоизливаться на поверхность. Такие колодцы называются артезианскими. В других скважинах давление ниже и воду необходимо откачивать насосами.
Использование воды. Критериями использования воды служат показатели водозабора и водопотребления. Почти три четверти добываемой в мире воды идет на орошение, остальная вода используется в промышленности и коммунальном хозяйстве, для охлаждения оборудования на электростанциях и т.д.
На выращивание одной тонны пшеницы необходимо 1500 тонн воды, одной тонны риса – более 7000 тонн, одной тонны хлопка – 10000 тонн.
Огромное количество воды требуется для производства продовольствия и различной промышленной продукции. Прежде чем в магазине появится литровая банка консервов из фруктов или овощей, на нее будет истрачено 40 литров воды. Для производства суточной нормы пищевых продуктов на одного человека требуется около 6 м 3 воды.
Проблемы водных ресурсов
Дефицит воды. Проблема обеспечения населения достаточным количеством пресной воды является актуальной для многих районов мира. ежегодно от засухи страдает около 25 млн. человек, из которых около 20 тыс. погибает. Серьезные засухи, приводящие к голоду и болезням, периодически отмечаются в 80 странах, большей частью Азии и Африки, в которых проживают 40% населения мира. Почти 150 из 214 крупнейших рек мира используются двумя и более странами. В этих государствах возникают споры и конфликты из-за пользования водой.
Избыток воды. Переизбыток осадков приводит к наводнениям. В Индии, например, 90% осадков выпадает с июня по сентябрь. В 1980-х годах от сильных наводнений пострадало около 15 млн. человек. Ежегодно погибало около 5000 человек, а материальный ущерб составил несколько десятков миллиардов долларов. Наводнения и засухи считаются стихийными бедствиями. Однако, начиная с 1960-х годов причиной резкого увеличения числа погибших во время наводнений стала деятельность человека. Уничтожение растительности и почв, удерживающих влагу, строительство дорог и других сооружений способствует быстрому стоку дождевой воды.
Зараженная питьевая вода. В 1983 г. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) подсчитала, что 61% сельского и 26% городского населения развивающихся стран, т.е. 1,5 млрд. человек, используют грязную воду. Ежегодно от холеры, дизентерии и др. заболеваний, передающихся через воду, умирает около 5 млн. человек (в среднем 13700 чел. в день).
Основные источники загрязнения вод. Из всего объема отбираемой воды только 1/4 используется безвозвратно, 3/4 воды возвращается со сточными водами. Даже после очистки сточные воды необходимо разбавлять чистой водой. Во всем мире на обезвреживание стоков затрачивается 5500 км 3 чистой воды, т.е. 30% стока планеты. Основные источники загрязнения воды приведены на рис.2
Загрязнения можно разделить на несколько групп. По физическому состоянию – нерастворимые, коллоидные и растворимые. По составу – минеральные, органические, бактериальные и биологические.
Минеральные представлены песком, глиной, минеральными солями, растворами кислот, щелочей и др.
Органические – могут быть растительного, животного происхождения, а также содержать нефть и продукты, из нее получаемые, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВы).
Бактериальное и биологическое загрязнения – стоки предприятий пищевой и легкой промышленности, хозяйственно-бытовые стоки (стоки из туалетов, кухонь, душевых, прачечных, столовых и т.д.). На многих промышленных предприятиях вода используется как теплоноситель, растворитель, входит в состав продукции, применяется для мойки, обогащения, очистки сырья и продукции.
Кроме того во многих технологических процессах используются синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВы). В настоящее время это один из самых распространенных химических загрязнителей, с которым трудно бороться. СПАВы могут оказывать отрицательное влияние на качество воды, самоочищающую способность водоемов, организм человека, а так же усиливать неблагоприятное действие других веществ.
Немаловажным источником загрязнения являются пестициды, которые попадают в водоемы с дождевыми и талыми водами с поверхности почвы. При авиаобработке полей препараты сносятся потоками воздуха и осаждаются на поверхности водоема.
Значительным источником загрязнения водоемов нефтью и нефтепродуктами является нефтяная промышленность. Попадание нефти в водоемы происходит при смывах дождевыми и талыми водами разлитых на поверхность земли нефтепродуктов, при прорывах нефтепроводов, со сточными водами предприятий и др.
Большую опасность для водоемов представляют кислотные дожди.
Влияние нефти на водоем.
Плохо очищенные нефтесодержащие стоки способствуют образованию на поверхности водоема нефтяной пленки, толщиной 0,4-1 мм.
Одна тонна нефти может покрыть от 150 до 210 га водоема. При наличии нефтяной пленки резко падает количество растворенного в воде кислорода, т.к. кислород, содержащийся в воде расходуется на окисление нефтепродуктов, а новая порция не растворяется.
Уменьшение О 2 резко сказывается на жизнедеятельности организмов и рыб. Угнетение дыхания рыб наблюдается при содержании О 2 4,5 мг/л, а некоторых даже при 6-7,5 мг/л.
Из нефтяной пленки с поверхности водоема легкие фракции испаряются, водорастворимые - растворяются в воде, а тяжелые прилипают к твердым, взвешенным в воде частицам и оседают на дно и там скапливаются.
Опустившиеся на дно тяжелые остатки продолжают угнетать жизнь водоема: часть их разлагается на дне, загрязняя воду растворимыми продуктами распада, а часть вновь выносится на поверхность с выделяющимися со дна газами. Каждый пузырек донного газа, выходя на поверхность воды, лопается, образуя нефтяное пятно.
Образование донного осадка приводит к отравлению им зоо- и фитопланктона, служащего пищей для рыб.
Нефть и нефтепродукты придают воде нефтяной запах и привкус, в следствии чего вода водоема становится непригодной для водоснабжения.
При наличии в воде 0,2-0,4 мг/л нефти вода приобретает нефтяной запах, который не устраняется даже при фильтровании и хлорировании. Нефтяной запах распространяется на большие расстояния, чем какие-либо другие загрязнения.
Для рыб наиболее токсичны легкие фракции нефти, особенно ароматические углеводороды. Они способны накапливаться в тканях рыб и, попадая в организм человека, вызывать в жировых клетках образование канцерогенно-белкового комплекса. Мальки, вылупившиеся из икры загрязненной рыбы, имеют мутогенные нарушения (отсутствие жабр, две головы и др.)
Влияние на водоемы кислотных дождей
Дождевая вода имеес нейтральную реакцию (РН=7). Но поскольку даже в самом чистом воздухе имеется углекислый газ, то растворяя его вода приобретает РН - 5,6 - 5,7. Вымывая из загрязненной атмосферы кислые компоненты, в частности оксиды азота и серы дождь становится кислым.
В пресном водоеме вода чаще имеет не нейтральную, а щелочную реакцию (РН=8) за счет вымываемых из почвы минералов и разложения органичеаских остатков. К такому составу приспособились все обитатели рек и озер.
При выпадении кислых дождей, РН которых может достигать 2 - 3, вода некоторое время сохраняет щелочную реакцию, благодаря способности нейтрализовать поступающую в нее кислоту. Понемногу озеро начинает подкисляться. При РН = 7, когда вода приобретает нейтральную реакцию, в ней начинает падать содержание кальция. На нерестилищах гибнуть икра, которая нуждается в определенной дозе кальция для возникновения зародышей. При РН = 6,6 гибнут улитки, при РН = 6 исчезают креветки, погибает икра остальных земноводных, при РН = 5,5 сокращается видовое разнообразие живых существ. По мере гибели бактерий, разлагающих органику водоема начинают скапливаться отмершие кислые и другие органические остатки, Гибнет планктон, составляющий основу пищи для ихтиофауны. Нарушенное кальциевое равновесие у одних рыб нарушает перенос ионов в жаберные мембраны, у других - приводит к потере способности образовывать икру. Из донных осадков и окружающих почв начинают выщелачиваться токсичные металлы (алюминий, ртуть, свинец, кадмий, берилий, никель) . Часто они оказываются более опасными, чем сама по себе высокая кислотность. При РН = 5,5 бурно развиваются кислотные мхи, грибы. Когда РН достигает 4,5 рыбы в водоеме уже не остается, гибнут амфибии и многие насекомые. Вода в озере выглядит чистой и прозрачной, потому что в ней вымерли все микроорганизмы и органические остатки нетролнутыми ложатся на дно. Сфагнум, некторые водоросли и грибы образуют плотный ковер, препятствующий поступлению питательных веществ. Под этим ковром постепенно иссякают запасы кислорода и начинают развиваться бактерии - анаэробы, выделяющие углекислый газ, метан и сероводород.
Нормирование загрязнений в водных объектах
За основу нормирования качества воды в водных объектах берут совокупность допустимых значений показателей состава и свойств воды (ПДК вредных веществ в водном объекте), при которых сохраняются безопасность для здоровья человека и нормальные условия водопользования.
В основе нормирования лежат три критерия вредности: Заглушающие остальную растительность.
а) влияние на общий санитарный режим водного объекта,
б) влияние на органолептические свойства воды,
в) влияние на здоровье населения.
Влияние на общий санитарный режим оценивается по способности водоема к самоочищению; интенсивности процессов минерализации азотосодержащих соединений; интенсивности развития и отмирания водорослей.
Органолептические свойства (окраска, запах, привкус) легко обнаруживаются органами чувств человека и резко снижают пользование источником. Они не устраняются обычными методами очистки.
Влияние загрязнений на здоровье устанавливается длительными экспериментами на животных.
После изучения всех критериев, ПДК устанавливается по наиболее значимому (лимитирующему) показателю вредности.
Нормы каческтва поверхностных вод усианавливаются для хозяйтвенно-питьевого, коммунально-бытового и рыбохозяйственного использования.
К хозяйтвенно-питьевому относится использования водных объектов для бытовых целей и предприятий пищевой промышленности.
Коммунально-бытовое водопользование - использование водных объектов для купания, спорта и отдыха населения.
Рыбохозяйственные водотоки и водоемы используются для воспроизводства, промысла и миграции рыб, беспозвоночных и водных млекопитающих.
Как правило водоем загрязняется несколькими ингредиентами. Поэтому оценивается комбинированное воздействие загрязнений. При этом сумма отношений концентраций загрязняющих веществ (C i ) к их ПДК должна быть меньше или равна единице.
Рыбохозяйственные ПДК базируются на комплексных ихтиологических, гидробиологических, микробиологических и химических исследованиях.
Рыбохозяйственный ПДК это такая концентрация вредных веществ, при постоянном присутствии которых водоем остается практически чистым: 1- в нем не зарегистрированы случаи гибели рыб и их кормовых организмов; 2- не наблюдается постоянного исчезновения тех или иных видов рыб; 3 - не происходит порчи товарного качества рыбы; 4 - в водоеме не отмечаются условия, способные в определенные сезоны привести к гибели рыбы.
При разработке рыбохозяйственных ПДК проводится комплексное изучение, в лабораторных и полевых условиях на рыбах и на кормовых беспозвоночных организмах.
По относительной чувствительности к загрязнениям рыбы условно делятся на три группы:
высокочувствительные (лососевые, сиговые, осетровые, судак);
средней чувствительности (окуневые, корюшка, щука);
малочувствительные и не пригодные для токсикологических исследований (карп, карась, гупии).
Основными показателями служат: выживаемость, воспроизводство, темпы роста, неприятный привкус и запах, накопление токсикантов и возбудителей болезней.
Показатели качества воды
Основными показателями вод различных источников являются: физические, химические, биологические и бактериологические
Физические показатели характеризуются как общесанитарные. К ним относятся:
Цветность (окраска) оцениваются в условных единицах;
Вкус и запах обуславливаются растворенными солями, газами, органическими соединениями и оцениваются в баллах (органолептические), либо по порогу разбавления.
Химические показатели условно делятся на пять групп: главные ионы, растворенные газы, биогенные вещества, микроэлементы, органические вещества.
Главные ионы - наиболее распространены в природных водах анионы HCO - 3 , SO 2- 4 , Cl - , CO 2- 3 , HSiO - 3 и катионы Na + ,K + ,Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+ , они составляют 90-95 % от общего содержания.
Растворенные газы: O 2 , CO 2 , H 2 S и др. Содержание кислорода в воде определяется поступлением его из воздуха и образования в результате фотосинтеза. Растворимость кислорода зависит от температуры воды. Зимой его меньше. СО 2 находится как в растворенном виде, так и в виде углекислоты. Основными источниками СО 2 являются биохимические процессы распада биохимических веществ. H 2 S бывает органического (продукт распада) и неорганического (растворение минеральных солей) происхождений. H 2 S придает воде неприятный запах и вызывает коррозию металла.
Биогенные вещества. К этой группе относятся необходимые для жизнедеятельности водных организмов и образующиеся в процессе обмена веществ соединения азота и фосфора.
Микроэлементы - элементы, содержание которых в воде менее 1 мг/л. Наиболее важны йод и фтор.
Органические вещества присутсвуют в виде гуминовых соединений образующихся при разложении растительных остатков и органических соединений поступающих со стоком. Их определяют показателями. ХПК (химическое потребление кислорода) и БПК (биологическое потребление кислорода). ХПК – это количество кислорода, которое идет на окисление органики химическим путем в присутствии катализатора (сульфата серебра или бихромата калия), мг/л. БПК – это количество кислорода, которое идет на окисление органики естественным путем (биологическое окисление веществ), мг/л.
Активная реакция рН. рН – это отрицательный логарифм конценрации ионов водорода в растворе.
Биологическими показателями качества воды являются гидробионты и гидрофлора.
Гидробионты - обитатели от дна до поверхности.
Гидрофлора - растительность макро- и микрофиты. Макрофиты - высшая форма растительности. Микрофиты - водоросли. При отмирании макрофитов вода обогащается органическими веществами, ухудшающими органолептические показатели. Микрофиты - продуцируют кислород.
Бактериологические показатели - присутствие болезнетворных микроорганизмов (кишечной палочки). Содержание бактерий группы кишечной палочки в 1 литре воды определяет ее коли-индекс. наименьший объем воды (мл), приходящийся на 1 кишечную палочку называется коли-титром.
Требования к качеству воды зависят от цели ее использования. В табл. приведены требования к качеству питьевых вод.
К воде, применяемой для промышленных целей предъявляются менее жесткие требования. Причем исходят из технологии (для котлов - мягкую и т.д.).
Все водоемы в зависимости от целей водопользования делятся на хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового и рыбохозяйственного назначения (табл.).
Показатели
Условия сброса сточных вод в водоемы
Условия сброса сточных вод в водоемы регламентируются "Правилами охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами". В эти правила включены основные положения охраны поверхностных вод от загрязнения, нормативы качества воды водоемов, используемых для хозяйственно-питьевых, коммунально-бытовых и рыбохозяйственных целей; технические условия отведения сточных вод в водоемы, порядок согласования и контроля. Правила распространяются на проектируемые, рекоструируемые, расширяющиеся и действующие предприятия.
При определении условий спуска сточных вод в водоем в превую очередь рассматриваются следующие возможности:
Совершенствование технологии производства, направленное на сокращение водопотребления и сброса сточных вод в водоем (вплоть до его устранения); использование сточных вод в системах оборотного водоснабжения, а также уменьшение степени загрязнения сточных вод.
Использование очищенных и обезвреженных городских сточных вод в технологическом водоснабжении предприятий.
Использования сточных вод данного предприятия для технического водоснабжения других предприятий.
Совместная очистка и обезвреживание сточных вод данного предприятия со сточными водами других предприятий и с городскими сточными водами.
Самостоятельная очистка и отведение сточных вод.
Сброс сточных вод не допускается
При размещении предприятия на маломощном водоеме, когда возможность разбавления в нем сточных вод и его самоочищение ограничено.
При наличии в сточных водах высокотоксичных веществ, ПДК которых в водоеме чрезвычайно низки.
Когда на водоеме расположены другие объекты, создающие а водоеме высокий уровень загрязнения.
Показателем безопасной величины сбрасываемых стоков является предельно допустимый сброс (ПДC). Он рассчитывается:
ПДС=q . C ПДС , г/час,
где q - максимальный расход сточных вод, м 3 /час;
С пдс - допустимая концентрация загрязняющих веществ в спуске, г/м 3 . С пдс = n . (C пдк – С ф ) + С ф ,
где С ф – фоновая концентрация загрязняющих веществ в водотоке.
Очистка сточных вод
Сточные воды промышленных предприятий подразделяются на:
– хозяйственно-фекальные (от санитарно-бытовых помещений, душевых, туалетов, столовых и др.),
– ливневые (от смыва полов, дождевые, снеговые, воды с промышленных площадок)
– производственные (из технологических процессов), которые в свою очередь делятся на условно-чистые (из холодильников, теплообменников и др.) и загрязненные.
Стоки разных видов, как правило, сбразываются в свою систему канализации. Все стоки, за исключением условно-чистых перед их использованием или сбросом должны подвергаться очистке.
Условно-чистые воды должны направляться на охлаждение или нагревание и возвращаться в оборотный цикл.
Основные способы очистки сточных вод приведены на рис.
Способы очистки сточных вод деляться на механические, физико-химические, электро-химические, биохимические.
Механическая очистка.
Процеживание. Для извлечения крупных примесей, во избежание засорения труб и каналов, используют решетки.
Для удаления более мелких взвешенных частиц применяют сита, отверстия, которых зависят от улавливаемых примесей (0,5-1 мм).
Для очистки от грубодисперсных примесей используется отстаивание в песколовках, отстойниках, нефтеловушках, осветлителях и др.
Песколовки предназначены для удаления механических примесей, размером более 250 мкм (песка, окалины). Принцип действия песколовки основан на изменении скорости движения твердых тяжелых частиц в потоке жидкости. Песколовки могут быть различных конструкций (с горизонтальным, вертикальным или круговым движением воды).
Диаметр удаляемых частиц 0,2-0,25 мм продолжительность протекания вод не более 30 сек., глубина песколовок 0,25-1 м, ширина определяется расчетным путем.
Нефтеловушки. Применяются для выделения из сточных вод нефтепродуктов, масел и жиров. Принцип работы основан на всплывании частиц с меньшей, чем вода, плотностью (рис.).
Скорость движения воды в нефтеловушке от 0,005-0,01 м/с, при этом всплывает 96-98% нефти. Скорость всплывания частиц зависит от их размера, плотности и вязкости раствора. Всплывают частицы 80-100 мкм. Время отстоя около 2 часов. Глубина нефтеловушки 1,5-4 м, ширина 3-6 м, длина около 12 м, количество секций не менее двух, соединенных последовательно.
Фильтрование. Применяется для выделения из сточных вод тонкодисперсных твердых и жидких частиц, которые не отстаиваются (рис.). В качестве фильтрующих материалов используются металлические сетки, тканевые фильтры (хлопчато-бумажные, из стекло- и искусственного волокна), керамические, иногда используются зернистые материалы (песок, гравий, торф, уголь и др.). Это, как правило, резервуар, в нижней части которого устроен дренаж для отвода очищенной воды. Скорость фильтрования 0,1-0,3 м/час. Очистка фильтров проводится путем продувки воздухом или промывкой.
Гидроциклоны очищают сточные воды отвзвешенных частиц под действием центробежной силы (рис.). Вода с высокой скоростью тангенциально подается в гидроциклон. При вращении в нем жидкости на частицы действуют центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к периферии потока. Чем больше разность плотностей, тем лучше разделение.
Физико-химические методы очистки.
Флотация применяется для удаления из сточных вод нерастворимых диспергированных примесей, которые плохо отстаиваются. Для этого в воду подают воздух под давлением через перфорированные трубы с мелкими отверстиями. При движении через слой жидкости, пузырьки воздуха сливаются с частичками загрязнений и поднисают их на поверхность воды, где они собираются в виде пены. Эффект очистки зависит от величины пузырьков воздуха, которые должны иметь размер 10-15 мкм. Степень очистки составляет 95-98%. Для увеличения степени очистки в воду можно добавить коагулянты. Иногда во флотаторе одновременно проводится и окисление, тогда воду насыщают воздухом, обогащенным кислородом или озоном. В других случаях для устранения окисления флотацию осуществляют инертными газами. Флотация бывает напорная и вакуумная.
Адсорбционная очистка (очистка на твердых сорбентах) применяется для глубокой очистки сточных вод при незначительной концентрации загрязнителей, если они биологически не разлагаются или являются сильными ядами (фенолы, гербициды, пестициды, ароматические и нитросоединения, СПАВы, красители и т.д.).
Адсорбция может быть реагентной, т.е. с извлечением вещества из адсорбента и деструктивной, с уничтожением извлекаемого вещества вместе с адсорбентом. Эффективность очистки, в зависимости от применяемого адсорбента, 80-95%. В качестве адсорбентов используются активированный уголь, зола, шлаки, синтетические сорбенты, глины, силикогели, алюмогели, гидраты окислов металлов. Наиболее универсальны активированные угли с радиусом пор 0,8-5 нм. Процесс адсорбции проводят либо при интенсивном перемешивании адсорбента и воды, с последующим отстаиванием, либо фильтрованием через слой адсорбента. Отработанный адсорбент регенерируют перегретым паром или нагретым инертным газом.
Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод металлов (Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cl, Va, Mn и др.), а так же соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества. Суть метода состоят в том, что существуют природные и синтетические вещества (иониты), нерастворимые в воде, которые при смешивании с водой обменивают свои ионы на ионы, содержащиеся в воде. Иониты, способные поглощать из воды положительные ионы называют катионитами, а отрицательные – анионитами. Иониты, обменивающие и катионы и анионы, называются амфотерными. К неорганическим природным ионитам относятся цеолиты, глинистые минералы, полевые шпаты, различные слюды. К неорганическим синтетическим относятся силикагели, труднорастворимые окиси и гидроокиси некоторых металлов (алюминия, хрома, циркония и др.).
Органические природные иониты – это гуминовые кислоты почв и углей. К органическим искусственным относятся ионообменные слюды. Упрощенно формулу катионита можно записать RH, а анионита – ROH, где R – сложный радикал.
Реакция ионного обмена протекает следующим образом:
при контакте с катионитом
RH+NaCl - RNa+HCl,
при контакте с анионитом
RО H+NaCl - RCl+NaOH.
Процессы ионообменной очистки сточных вод проводят на установках периодического и непрерывного действия (рис.).
Экстракция применяется для очистки сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, ионы металлов и др. Экстракция выгодна, если стоимость извлекаемых веществ компенсирует затраты на ее проведение. При концентрации 3-4 г/л экстракция выгоднее адсорбции.
Экстракция проводится в 3 стадии:
интенсивное смешивание сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем). При этом образуются две жидкие фазы; одна фаза - экстракт, содержащий извлекаемые вещества и экстрагент, другая – рафинад - сточную воду и экстрагент;
разделение экстракта и рафината;
регенерация экстрагента из экстракта и рафината.
Экстрагент из экстракта выделяется выпариванием, дистилляцией, химическим взаимодействием и осаждениями.
Ультрафильтрация – процессы фильтрования растворов через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое. Мембраны пропускают молекулы растворителя, задерживая растворенные вещества, размером =
Химические методы.
К химическим методам очистки сточных вод относят нейтрализацию, коагулирование и флокулирование, окисление и восстановление. Химическая очистка проводится как доочистка вод перед биологической очисткой или после нее.
Нейтрализация. Сточные воды, содержащие кислоты или щелочи, перед сбросом в водоемы или перед технологическим использованием подвергаются нейтрализации. Практически нейтральными считаются воды, имеющие рН 6,5...8,5. Для нейтрализации кислых стоков используют щелочи, для нейтрализации щелочных – кислоты.
Нейтрализацию можно проводить различными путями: смешением кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием через нейтрализующие материалы. Для нейтрализации кислых вод используют щелочи (NaOH, KOH), соду(Na 2 CO 3 ), аммиачную воду (NH 3 OH), карбонаты кальция и магния (CaCO 3 и MgCO 3 ), доломит (CaCO 3 и MgCO 3 ), цемент. Однако наиболее дешевым реагентом является известковое молоко(Ca(OH) 2 ).
Для нейтрализации щелочных сточных вод используют магнезит, доломит, известняк, шлак, зола, а также применяются отходящие газы, содержащие СО 2 , SО 2 , NО 2 , N 2 О 3 и др. При этом происходит очистка дымовых газов от кислых компонентов.
Коагуляция – это процесс укрупнения дисперсных частиц при их взаимодействии и объединения в агрегаты. В очистке сточных вод ее применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмулированных веществ. Коагулянты в воде образуют хлопья гидратов окисей металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести и улавливают коллоидные и взвешенные частицы.
Флокуляция – это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высоко молекулярных соединений, называемых флокулянтами. В отличии от коагуляции агрегатизация происходит не только в результате контакта, но и в результате взаимодействия флокулянта и извлекаемого вещества. Для очистки используют природные и синтетические (полиакриламид, крахмал, целлюлозы) флокулянты.
Очистка окислением и восстановлением.
Для очистки сточных вод используют следующие окислители: газообразный и сжиженный хлор, диоксид хлора, хлорную известь, гипохлориты кальция и натрия, перманганат калия, бихромат калия, перекись водорода, кислород воздуха, озон и др.
При окислении токсичные загрязнения переходят в менее токсичные с последующим удалением из воды. Очистка окислением связана с большим расходом реагентов, поэтому окисление используется тогда, когда загрязнители трудно извлечь другими способами.
Окисление хлором. Хлор и вещества, содержащие активный хлор являются наиболее распространенными окислителями. Их используют для очистки сточных вод от сероводорода, фенолов, цианидов и бактерий.
При обеззараживании вод цианидов их окисляют до азота и диоксида углерода
При хлорировании воды бактерии, находящиеся в воде, погибают в результате окисления веществ, входящих в состав протоплазмы клеток.
Окисление кислородом воздуха используется при очистке воды от железа, для окисления двухвалентного железа в трехвалентное и последующим отделением гидроокиси железа
Очистка восстановлением применяется в тех случаях, когда вода содержит лекго восстанавливаемые вещества (соединения ртути, хрома, мышьяка). При этом их восстанавливают до металлов, а затем удаляют фильтрованием или флотацией.
Электрохимические методы очистки. Для очистки вод от различных растворенных и диспергированных примесей применяют анодное окисление, катодное восстановление, электрокоагуляцию, электрофлотацию, электродиолиз. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электроического тока.
Биохимические методы очистки.
Биохимические методы очистки применяются для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод от органических и некоторых неорганических соединений (сероводорода, сульфидов, аммиака, нитратов и др.). Процесс очистки основан на том, что некоторые микроорганизмы используют загрязняющие вещества в пищу. Биохимическое окисление возможно, если отношение (БПК П / ХПК) 100 >= 50%, сточные воды не содержат ядовитых примесей тяжелых металлов, и концентрация биологически неокисляемых веществ не превышает определенных значений.
Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки. При аэробном методе используются микроорганизмы, для жизни которых необходим кислород и температура 20-40 0 С.
Анаэробные методы протекают без кислорода, их используют в основном для обеззараживания осадков.
Активный ил состоит из живых организмов и твердого субстрата. Живые организмы представлены в основном 12-ю видами микроорганизмов и простейших (черви, пресневелые грибки, дрожжи, скопление бактерий, рачки и др.). Химический состав активного ила можно записать С m H n O k N c S i .
Биоразлагаемость сточных вод характеризуется через их биохимический показатель БПК П / ХПК. Бытовые сточные воды имеют показатель > 0,5, промышленные (0,05-0,3).
По биохимическому показателю сточные воды делятся на четыре группы:
биохимический показатель > 0,2 – воды хорошо очищаются биохимически (пищевые предприятия, нефтехимия);
биохимический показатель 0,1-0,02 – воды после механической очистки могут быть направлены на биохимическое окисление;
БП – 0,01-0,001 – стоки могут быть направлены на биохимическую очистку после механической и локальной физико-химической очистки.
БП
Для успеспешного протекания биохимического окисления в сточных водах должны присутствовать N, P, K, S, Mg, Ca, NaCl, Fe, Mn, Mo, Ni, Co, Zn, Cu.
Аэробные методы биохимической очистки.
Аэробная очистка может протекать в естественных и искусственных сооружениях. В естественных условия очистка происходит на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах. Искусственным являются биофильтры, аэротенки и окситенки.
Выбор смооружений зависит от климатических условий, объема и состава стоков, концентрации загрязнителей.
В искусственных сооружениях очистка идет быстрее, чем в естественных условиях.
Поля орошения. Сточные воды используются для орошения сельско-хозяйственных культур, посадки деревьев и кустарников.
Биологические пруды представляют 3-5 ступенчатый каскад прудов, через которые с небольшой скоростью движется предварительно очищенная вода. Пруды бывают с естественной и искусственной аэрацией. При естественной аэрации пруды имеют небольшую (0,5-1 м) глубину и заселены водными организмами. При искусственной аэрации пруды аэрируют механическим перемешиванием или продуванием воздуха.
Биофильтры – сооружения, в которых сточные воды фильтруются через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой, образованной колониями микроорганизмов. Микроорганизмы биопленки окисляют органические вещества, используя их в качестве питания и энергии. Омертвевшая пленка смывается отработанной водой и выносится из тела биофильтра. Необходимый для биохимического процесса кислород воздуха поступает в толщу загрузки путем естественной и искуссивенной вентиляции фильтра. В качестве загрузочного материала используют объемную загрузку (гравий, шлак, керамзит, щебенку) и плоскую загрузку (плстмассы, астбоцемент, керамику, метал, ткани и др.).
Аэротенки представляют собой резервуары, в которых очищаемая сточная вода и активный ил насыщаются воздухом и перемешиваются. Для обеспечивания нормального хода непрерывно подается воздух. После очистки вода отстаивается. Активный ил отделяется и частично подается на новую очистку, а частично сбрасывается на иловые площадки.
Иногда вместо воздуха для окисления используют технический кислород. Эти сооружения называются окситенками.
Анаэробные методы биохимической очистки.
Анаэробные методы используются для сбраживания осадков, образующихся при биохимической очистке производственных сточных вод, а также для очистки концентрированных промышленных сточных вод с БПК полн. >4-5 г/л. Конечными продуктами брожения являются спирты, кислоты, газы брожения (СО 2 , Н 2 , СН 4 ).
Для очистки сточных вод используют метановое брожение.
Процесс брожения проводят в метантенках – герметически закрытых резервуарах, оборудованных приспособлениями для ввода несброженного и отвода сброженного осадка (рис.). Перед подачей в метантенк осадок должен быть по возможности обезвожен.
Дезинфекция сточных вод. Перед спуском в водоемы сточные воды должны обеззараживаться (дезинфецироваться). Эффективность обеззараживания определяется коли-титром (наименьший объем в мм сточной воды, в котором содержится одна кишечная палочка). Обеззараженной считается вода с коли-титром 0,001.
Обеззараживание производят жидким хлором, гипохлоритом натрия или калия, хлорной известью, озоном и др. Продолжительность контакта воды с хлором 30 мин. Расход хлора от 3 до 10 г/м 3 . Озон обладает большим бактерицидным действием, чем хлор. Озон одновременно с обеззараживанием проводит улучшение физико-химических и органолептических показателей воды. Озон получают из воздуха в специальных установках. Для получения 1 кг озона требуется 50-60 м 3 воздуха.
Обработка осадков.
После биохимической очистки образуется большое количество осадков. Для их обеззараживания используются анаэробное сбраживание в метантенках, стабилизация, кондиционирование, обезвоживание или термическая обработка. Стабилизацию осадков проводят для разрушения биологически разлагаемой части органичского вещества на двуокись углерода, метан и воду. Ее ведут с помощью микроорганизмов в аэробных и анаэробных условиях. В анаэробных условиях проводится сбраживание в септиках, двухярусных отстояйниках, осветлителях, перегревателях, метантенках.
