Загрязнение водного бассейна и мероприятия по его охране

Без воды нельзя прожить и дня. Она утоляет жажду и согревает дома , дает жизнь полям , заводам , фабрикам , кормит и лечит человека . Вода удивительная , простая и в то же время загадочная , дешевая и вместе с тем неоценима.

Считают , что вода появилась на поверхности нашей планеты 3-3,5 млрд. лет назад в виде паров , вследствие дегазации мантии. Сейчас мировые запасы воды на Земле составляют 1386 млн. м3 , из них пресных вод только 35 млн. , более двух третей этого количества находится в твердом состоянии - ледники Арктики , Антарктиды и зоны вечной мерзлоты.

В жидком состоянии большая часть запасов пресной воды - 10,5 млн. м3 , менее 3 % пресной воды сосредоточено в реках , озерах и водохранилищах , которые и являются традиционными источниками водоснабжения . Вода играет важную роль в процессах обмена веществ , составляющих основу жизни. За 70 лет жизни человека через ткани его организма проходит более 50 т воды . Большое значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве .

К наиболее водоемких отраслей промышленности относятся химическая и целлюлозно - бумажная промышленность , черная и цветная металлургия. Так , на производство 1 кг бумаги расходуется 100 л воды , на 1 т цемента - 4-5 , на 1 т стали - 25 тыс. л .

Самый крупный потребитель воды - сельское хозяйство. С 1 га посевов кукурузы за вегетационный период расходуется около 3 тыс. т , пшеницы - 1,5 , капусты - 3 , риса - до 20 тыс. т воды .

В животноводстве при производстве 1 т мяса расходуется 20 тыс. м3 воды . На предприятиях переработки сельскохозяйственной продукции на производство 1 кг сливочного масла используют 10 л , а на производство 1 т сахара - 100 л воды.

Значительное количество воды расходуется и при поддержании санитарно - гигиенических условий на фермах : для жизни животных , очистки помещений и их дезинфекции , подготовки кормов , мытья посуды , аппаратуры и т.п. . Так , при механизированной доении , на поения , мытья помещений , животных и аппаратуры на одну голову нужно 115 л воды , свинарнике - комбинате со столовой на одну свиноматку - 234 л в сутки.

Объемы использования воды огромны. Вследствие стремительного роста населения и развития производительных сил , обеспечения человечества водой стало важной экономической и экологической проблемой.

Сейчас ученые многих стран ведут поиски новых водных ресурсов . Прежде всего это природные льды , которые содержат наибольшие запасы пресных вод на Земле. их столько , что они могли бы накрыть всю поверхность земного шара огромным слоем. Но основная масса их сосредоточена в полярных областях ( Арктика и Антарктида ) и использования в водном хозяйстве невероятно сложное . Другое дело - ледники горных массивов , которые часто находятся вблизи с засушливыми сельскохозяйственными районами. Однако они не очень отдают свою воду рекам.

Значительно лучше обстоит дело с опреснением морской воды , запасы которой на планете огромны. В мире сейчас работает около 800 опреснители .

Способов опреснения морской воды много , и ученые продолжают поиски новых . Известен способ дистилляции , т.е. испарения морских вод. Но есть и такие , которые не требуют ни подогрева , ни охлаждения.

Исследователи создали искусственные и ионные смолы , которые обеспечивают полное обезсолення воды.

Среди многих способов опреснения морской воды интересный и метод замораживания . Тут все дело в том , что соленая вода замерзает при более низкой температуре , чем пресная . Если медленно охлаждать соленую воду , то сначала образуются кристаллы пресного льда, размораживают и получают вполне пригодную для питья воду. Идею буксировки айсбергов в прибрежных безводных районов Австралии , Америки и Ближнего Востока обсуждали давно. Для этого можно пользоваться попутными морскими течениями. Так что сама мысль об этом вовсе не фантастическая . В Арктике , например , откалывается ежегодно до 15 тыс. айсбергов и большинство из них тает в полярных водах.

В Арктике айсберги значительно больше , они достигают сотен километров в длину и десятков в ширину . Объем пресного льда в них превышает 850 км3. Это примерно равно трехлетнем стока Волги . Мощное современное судно - атомоход может буксировать айсберг размером 10х3 км при высоте 250 м со скоростью 1 км / час.

Значительные запасы пресной воды в подземных морях , причем под пустынями - одни из самых , например , гигантские амбары под Сахарой ??пресной воды находятся на глубине 150-200 м, а Каракумами - 30 м. Однако необходимо отметить : под землей нет рек и морей в нашем привыкшему понятии этих слов , водой насыщенные отдельные породы.

Угроза загрязнения водного бассейна планеты растет . Загрязнение поверхностных или подземных природных вод приводит к изменению их физических свойств , что вредно влияет на человека , природу и сельскохозяйственное производство .

К источникам загрязнения водоемов относятся в основном сточные воды промышленных предприятий , хозяйственно -бытовые стоки и смыты с сельскохозяйственных угодий удобрения , пестициды.

Наиболее распространенные ингредиенты промышленных загрязнений , - хлор , сульфаты , сульфиды , фосфор , азот , фенолы , нефтепродукты , элементы руд черных металлов - свинец , цинк , медь , молибден , ртуть и др. .

Все вещества, загрязняющие воды и вызывают у них качественные изменения , распределяются на минеральные , органические , бактериальные и биологические.

Поставщиками наибольшего количества минеральных загрязнителей считаются промышленные предприятия и сельскохозяйственное производство . Органическое загрязнение вод в основном связано с интенсификацией сельскохозяйственного производства , выбросами сточных вод промышленными предприятиями определенного профиля ( целлюлозно -бумажной промышленности и др.) и городскими бытовыми стоками. К бактериальным и биологических загрязнителей относятся разнообразные микроорганизмы , а также грибы и мелкие водоросли.

Минеральное загрязнения - это песок , глина , пепел и шлаки , растворы эмульсий солей , кислот и минеральных масел и неорганические соединения. Они ухудшают физико - химические и органолептические свойства воды , вызывают отравления фауны водоемов. Менее опасно минеральное загрязнение без специфической токсического действия - взвешенные частицы песка , глины , других пород , но и они ухудшают свойства воды.

Органические загрязнения содержат разнообразные вещества растительного и животного происхождения ( остатки растений , овощей , плодов , живых тканей и т.д. ) . К этой группе относятся : ??смолы , фенолы , красители , спирты , альдегиды , серо - и хлорсодержащие органические соединения , пестициды , смываемые в водоемах с сельскохозяйственных угодий , синтетические поверхностно вещества и др. .

Биологические загрязнения ( болезнетворные бактерии и вирусы , возбудители инфекций) , поступают в водоемы с бытовыми сточными водами , а также с животноводческих ферм и комплексов. Использование такой воды для питья , бытовых нужд приводит к заболеванию холерой , инфекционным гепатитом , дизентерией , брюшным тифом.

Очень неблагоприятно на поверхностные и подземные воды влияют нефть и ее производные. На поверхности рек и водоемов они образуют пленки , отложения на дне. Из разных источников в Мировой океан поступает до 10 млн. т нефти и ее производных ( 1 т нефти , растекаясь по поверхности воды , создает пленку толщиной от микрон до 2 см площадью около 12 км2). Нефтяная пленка изолирует воду от атмосферного воздуха , изменяет режимы водно - кислородного обмена , снижает интенсивность испарения воды и нарушает экологическое равновесие в водной среде . В реках , затянутых такими пленками , гибнут рыбы . Нефтяные пленки далеко от берега , в морях и океанах нередко уничтожают многочисленные птичьи стаи . Птицы , не предусматривая беды , что их ожидает , садятся на нефтяные пятна. Перья их слипается и они не могут взлетать. Кроме того , перья слиплись , перестает быть защитником от холода и воды. Всемирно известный путешественник Тур Хейердал с болью писал о том , что во время дрейфа на « РА- 2 » , который продолжался 57 дней , 43 дня они встречали в океане куски мазута. Почти на всем пути им попадались пластиковые сосуды , пленки , пустые бутылки.

В 1970 г. закончилось исследования морских глубин , которое проводилось под руководством известного исследователя подводного царства Жака Иво Кусто. Экспедиция длилась 3,5 года. Она проводила обследование почти во всех океанах и морях земного шара . Работы, выполненные экспедицией , по сообщению Кусто , свидетельствуют о страшных последствиях загрязнения морской воды. За 20 лет сотни видов рыб и других обитателей морских глубины уже навсегда исчезли. Даже кораллов становится все меньше и меньше. Это прямое следствие отравления морских вод бесчисленным количеством отходов , попадающих в Мировой океан.

Промышленная цивилизация возбудила естественное равновесие морской среды . Между тем , жизнь на земле людей тесно связано с сохранением жизни в океане.

Большую угрозу представляют фенольные соединения. Имея сильные антисептические свойства , они нарушают биологические процессы в воде , придают ей резкого и неприятного запаха и ухудшают условия воспроизводства рыбы.

Очень неблагоприятно на водоемы и водотоки влияют сточные воды , которые содержат значительное количество хрома , мышьяка , свинца , цинка , меди , поступающих с предприятий электрохимической промышленности , по производству пестицидов , рудообогатительных фабрик , шахт.

В последние годы наблюдается загрязнение природных вод синтетическими поверхностно - активными веществами ( СПАВ) , которые содержатся в сточных водах некоторых производств . Влияние СПАВ проявляется на увеличении в воде привкусов , образовании устойчивых скоплений пены , ухудшении ее биохимической очистительной способности . Уже при небольших концентрациях СПАВ в воде прекращается рост всякой растительности .

К особому виду относится тепловое загрязнение . Повышение температуры водной среды нарушает естественную экологическое равновесие и меняет условия жизни водных организмов . Это наблюдается при выпуске теплых вод от различных энергетических установок. При этом происходит интенсификация испарения , которая сопровождается увеличением минерализации воды. Такие процессы приводят к уменьшению количества растворенного кислорода в воде , что отрицательно влияет на растительность и живые организмы .

Наиболее опасные для природных вод , здоровья людей , животных и рыб различные радиоактивные отходы. Малые организмы , которые содержат эти вещества в небольшом количестве , поглощаются более крупными , в которых накапливаются угрожающие концентрации.

Не менее негативно на водные ресурсы влияет перерабатывающая промышленность АПК . За расходом воды на единицу производимой продукции пищевая промышленность занимает одно из первых мест среди отраслей народного хозяйства . К наиболее водосодержащих отраслям относятся : ??сахарная , крахмало - мелясная , пивоваренная , консервная и спиртовая . Даже для предприятий , оборудованных системами оборотного водоснабжения , расхода свежей воды в несколько раз превышают объемы перерабатываемого сырья : при переработке 1 т сахарной свеклы расхода свежей воды составляют 1,8 м3 , плодоовощного сырья - от 5 до 7 , картофеля на крахмал - 8,7 , кукурузы на крахмал в зависимости от технологии переработки - от 2,7 до 12,2 , ячменя на солод - более 20 м3 ( Склянкин Ю.В. , Стичинский С.Л. , 1988).

Возможны два направления снижения затрат на водоснабжение предприятий: за счет совершенствования физико - химических , химических и биологических методов очистки стоков , а также за счет сокращения забора воды и отведения стоков на единицу продукции вследствие перехода на замкнутую систему оборотного водоснабжения .

По составу загрязняющие примеси сточных вод пищевой промышленности делятся на минеральные и органические удобрения: в первых относятся мельчайшие частицы почвы , песка , глины и других пород , в других - вещества растительного происхождения и техногенные отходы. Сточные воды пищевой промышленности не содержат токсичных веществ. Однако высокая концентрация органических загрязнителей требует тщательного их очистки перед сбросом в водоемы . Такие стоки плохо фильтруются , быстро загнивают , загрязняя окружающую среду продуктами анаэробного брожения. Неочищенные стоки при сбросе значительно ухудшают свойства воды , снижая содержание в ней кислорода , предоставляя неприятного запаха и вкуса. При определенных концентрациях неочищенных сточных вод могут погибнуть рыба и планктон , а в некоторых случаях бурно размножаться сине -зеленые водоросли.

Таким образом , сточные воды предприятий , перерабатывающих растительное сырье в больших объемах , представляют значительную угрозу для окружающей среды .

Для очистки сточных вод устраивают отстойники и поля фильтрации. Эффективнее такие воды можно использовать в земледелии на полях орошения , при этом произойдет их очистка и повышения плодородия почвы . Одновременно обеспечивается охрана поверхностных ( вод от загрязнения , потому поля орошения снижают до минимума возможность выброса сточных вод в водоемы . При орошении сельскохозяйственных угодий сточными водами в почве разрушаются органические вещества , превращаясь в соединения , доступные для корневого питания растений.

Применение сточных вод для орошения дает возможность более экономно относиться к водным ресурсам пресных вод и способствует интенсификации сельскохозяйственного производства при существенной экономии минеральных и органических удобрений.

Очистка сточных вод - процесс дорогостоящий и очень сложный , а главное , - недостаточно эффективен. Наиболее совершенный метод очищает сточные воды не более чем на 85-90 % , а 5-20 % наиболее устойчивых загрязняющих примесей остаются и поступают в природные водоемы .

Радикальным решением проблемы может быть только внедрение бессточных производств , в том числе основанных на безводных технологических процессах . Это направление и является основным в совершенствовании водного хозяйства промышленных предприятий .

Однако более прогрессивным направлением экологизации производства является не только удаление и нейтрализация отходов , сколько предотвращение их образование. В этом случае оказывается другая роль очистных сооружений. С конечного звена технологического процесса они превращаются в промежуточное , цель которого - подготовка ранее неиспользованных отходов к производственному потреблению . Подробно эту проблему освещены в предпоследнем разделе документа.

Проблема охраны водных ресурсов имеет долгую историю. Еще Петр I разрабатывал меры по охране воды. Существуют указы Петра I , согласно которым виновников в загрязнении реки Невы строго наказывали. За сброс мусора в воды Невы солдаты подлежали физическому наказанию и высылке , а офицеры - штрафа и , при повторных случаях - разжалование в рядовые. Тогда же Петр I запретил проезд по льду каналов Петербурга на лошадях , « дабы не допустит загрязнения водоемов конский навозом ».

Сейчас практика предлагает много технических решений повышения уровня охраны воды. Это , прежде всего , разработка маловодных и бессточных процессов технологических замкнутых циклов водопотребления , технологических систем комплексного использования сырья и отходов производства , принципиально новых мало-и безотходных технологических процессов .

Воды , загрязненные пестицидами , можно очищать с помощью сапрофитных микроорганизмов. Для этого необходимо строить водосборников и размещать в них растительные остатки . Вода здесь аэрируется и после 3 -6 -месячного барбатирування становится пригодна для орошения . При этом осуществляется не только очистки стекающих с полей вод от пестицидов , но и резко уменьшается их миграция на большие расстояния , что предотвращает загрязнение чистых природных водоисточников (Лебедев Г.В. , 1988).

К мерам , снижающих загрязнение водной среды биосферы , относятся следующие:
создание маловодной или безотходной технологии промышленного производства с замкнутыми водозворотнимы схемам , которые включают промежуточное очистки или охлаждения воды и утилизации отходов ;
совершенствование технологических процессов для снижения объемов отходов с захоронением в земных недрах обезвоженных или концентрированных растворов загрязнителей ;
использование различных методов очистки сточных вод , загрязненных промышленными и бытовыми отходами ;
снижение избыточного химизации сельскохозяйственного производства и лесного хозяйства , главным образом , за счет расширения области применения и повышения эффективности , биологических и других агротехнических мероприятий , обеспечивающих защиту растений от вредителей , болезней и сорняков ;
усовершенствования конструкций танкеров , эксплуатации речного и морского флотов , технологии морского добычи , реализация мероприятий по очистке акваторий морских и речных портов от нафтозабруднювачив .

Сточные воды , загрязненные промышленными и бытовыми отходами , очищают механическими , химическими , физико - химическими и биохимическими способами. Механическая очистка (отстаивание , процеживания , фильтрация и центрифугирование сточных вод ) применяют для отделения нерастворенных веществ , а химическую и физико -химическую - преимущественно для выделения из сточных вод коллоидных и растворенных загрязнителей. При химической очистке используют процессы коагуляции и нейтрализации , а физико - химическая очистка основывается на процессах сорбции , флотации , электрохимического окисления . Биохимическая очистка применяют для сточных вод , уже очищенных от минеральных и нерастворимых органических веществ. При этом используют способность некоторых микроорганизмов принимать и преобразовывать органические загрязнители , которые находятся в сточных водах , в коллоидном или растворенном состоянии.

Важным направлением охраны вод является создание на промышленных объектах бессточного водоснабжения . Оно имеет два направления .

Первый - включает традиционные технические приемы и методы сокращения водопотребления и охраны водных источников от загрязнения промышленными сточными водами , которые могут быть использованы при создании бессточных систем . Прежде всего это относится к оборотного водоснабжения и воздушного охлаждения , а также ко всем имеющимся методов очистки и глубокой очистки сточных вод (механической , биохимической , электродиализа , термической обработки и т.д. ) . Сюда же можно отнести и создание разрешающей канализации для сточных вод различного состава ; кооперирования промышленных объектов для передачи использованных вод от потребителей с более высокими требованиями к качеству вод , к потребителям с более низкими требованиями , необходимость повышения технической культуры производства , которая исключает аварийные выбросы , потери и утечки за счет неисправного оборудования , организацию уборки помещений.

Второе направление объединяет технологические решения , определены только спецификой производства , характером перерабатывающей сырья и производимой продукции . В этом случае сокращение водопотребления и уменьшения количества загрязненных в производстве вод достигает за счет интенсификации производственных процессов , максимального выхода продукции й минимального количества отходов , перехода на новую технологию с заменой водосодержащих процессов безводными или маловодными , за счет сокращения технологических стадий , увеличение мощности производственных агрегатов , комплексного использования сырья , очистки сточных вод в местах их образования , полного удаления всех компонентов из производственных вод , внедрение систем управления и контрольно - измерительных приборов и т.п. .

Прогрессивность новых технологических систем водоснабжения определяется тем , насколько в них уменьшилось по сравнению с ранее действующими водопотребления и количество сточных вод и их загрязнения.

Что же сделано и делается на промышленных объектах в различных отраслях народного хозяйства по внедрению прогрессивных технологий, обеспечивающих экологизацию водоснабжения ?

Большое внимание уделяется мерам по предотвращению эвтрофикации водных объектов. Одним из них является замена фосфорсодержащих моющих веществ бесфосфорных . Получены новые соединения (например , на базе янтарной кислоты и натриевой соли сульфокарбоновои кислоты) не уступают по своим моющими качествами фосфорсодержащие детергентам . Степень их биологического распада составляет не менее 70 % , токсичность отсутствует даже при концентрации до 10 мг / л.

Изучается возможность повышения эффективности извлечения фосфора и азота на сооружениях биологической очистки. Сейчас на еаротенках обеспечивается удаление из сточных вод только 30-35 % ; азота и 10-40 % фосфора. Исследования показали , что для более полного извлечения соединений фосфора биологическая очистка необходима или должно дополняться другими процессами или заменяться химическими или электрохимическими (например , обратным осмосом , ионным обменом , химической сорбцией ) .

Наиболее перспективным для очистки сточных вод от соединений фосфора есть совмещенные биолого - химический метод, сочетающий биологическую очистку с химическим осаждением фосфора.

Для удаления соединений азота , который прошел предварительную биологическую очистку городских сточных вод , перспективно и экономически выгодно использовать ионный обмен на природном цеолите . При фильтровании через него сточных вод эффективность удаления аммонийного азота составляет 95-97%.

Одним из достаточно дешевых и перспективных методов удаления элементов из городских устойчивых вод является использование биологических прудов с инокулюванням их культурой протоков водорослей. Летом таким способом можно удалить до 90 % азота. Одновременно осуществляется доочистки сточных вод от других загрязняющих веществ. Недостатки метода заключаются в его сезонности и необходимости иметь большие площади под ставки . Однако их можно частично устранить , применив искусственную аэрацию .

Очищенные городские сточные воды можно использовать для полива пригородных полей орошения. При этом наличие в них биогенных элементов становится положительным фактором , потому что дает возможность уменьшить расходы удобрений.

Сложнее предотвратить эвтрофикации водных объектов стоками с сельскохозяйственных угодий . Необходим комплекс мероприятий , обеспечивающий уменьшение смыва удобрений с полей . Этому способствует использование гранулированных удобрений , рациональное сочетание количества и вида минеральных и органических удобрений , которые вносятся .

При внесении удобрений зимой или весной на поверхность снега или на невидталий почву смыв биогенных элементов в водоемы очень значителен. При удобрении оттаявшего грунта смыв азота из угодий уменьшается до 16 % от внесенной количества , а фосфора - до 0,4 %. Вымывание удобрений становится незначительным при внесении их под зяблевую вспашку.

Существенное уменьшение внесения биогенных элементов с полей достигается при широком использовании бактериальных удобрений.

На орошаемых землях уменьшению внесения биогенных элементов способствует соблюдение норм полива. Рекомендуется создавать в оврагах и других понижениях рельефа аккумулирующие емкости , позволяющие задерживать сточные воды на 3-5 дней (в зависимости от климатических условий) . За этот период осуществляется трансформация аммонийных соединений и нитритов до нитратов , которые легко усваиваются водорослями и высшей водной растительностью , специально вегетирующих в подготовленных экосистемах .

При фитомелиорации водных объектов , кроме удаления биогенов , достигается очистки воды от токсичных веществ. Для ликвидации загрязнения водных объектов биогенами , находящихся в сточных водах рыбных хозяйств , применяют систему реновации воды и создание замкнутых циклов .

Важнейшие мероприятия по охране вод в сельском хозяйстве следующие: размещение посевов культур с учетом водообеспеченности речных бассейнов , областей и районов; оптимизация использования минеральных удобрений и пестицидов для обеспечения надлежащего уровня сельскохозяйственного производства и предотвращения загрязнения поверхностных и подземных вод , сокращение оросительных и поливных норм , уменьшение потерь на фильтрацию , испарение и непроизводительные выбросы , внедрение наиболее прогрессивных ( аэрозольных , капельных и др.). способов полива освоения новых приемов и техники водопользования , внедрение прогрессивных водных режимов; дальнейшее развитие , разработка и внедрение мелиоративных систем двустороннего Действия с частично замкнутой циркуляцией воды , проведение мероприятий по охране малых рек , в том числе поддержание в них необходимых санитарных расходов и обеспечения самоочищающейся способности , проведение лесоохранных мероприятий, направленных на количественное и качественное регулирование водных ресурсов .

Для оценки степени загрязнения вод проводят анализ их качества на водоемах и водостоках на содержание БПК , фенолов , нефтепродуктов , металлов и . Для водоемов определяют классность по гидробиологических показателях и потенциал самоочищения . В качестве эталона состояния водных ресурсов принимают ПДК.

Проводят характеристику основных источников загрязнения , состояние и наличие очистных сооружений , их мощность и эффективность работы , размещение по территории ; эксплуатация сточных вод , соблюдение норм ПДК на выпуске .

Степень изменения качества водных ресурсов территории находится в прямой зависимости от способов ведения хозяйства и мероприятий , которые . предусматриваются для их рационального использования и охраны .

Для характеристики изменения состояния поверхностных вод за ретроспективный период следует установить : количественную изменение вод в водостоках и водоемах ; изменение качества воды , степень ее загрязнения по сравнению с ПДК. Прогнозируют на перспективу количественные и качественные изменения вод с учетом факторов , влияющих на них.

Современный и прогнозное состояние подземных вод оценивается по изменениям : уровней подземных вод и их запасов ; качества вод в зависимости от их загрязнения.

С учетом изменения состояния поверхностных и подземных вод их оценивают по степени пригодности для различных видов использования , санитарно - гигиеническим , технологическим и экологическим требованиям.