Гидросфера включает в себя все водные ресурсы Земли:
- Мировой океан;
- подземные воды;
- болота;
- реки;
- озера;
- моря;
- водохранилища;
- ледники;
- атмосферный пар.
Все эти ресурсы относятся к условно неисчерпаемым благам планеты, но антропогенная деятельность может значительно ухудшить состояние воды. Для гидросферы глобальную проблему представляет загрязнение всех акваторий. Водная среда загрязняется нефтепродуктами и удобрениями сельского хозяйства, промышленными и твердыми бытовыми отходами, тяжелыми металлами и химическими соединениями, радиоактивными отходами и биологическими организмами, теплыми, коммунальными и промышленными стоками.
Очистка воды
Для того чтобы сохранить водные ресурсы на планете и не ухудшить качество воды, требуется проводить охрану гидросферы. Для этого нужно рационально использовать ресурсы и проводить очищение воды. В зависимости от методов очистки можно получить питьевую или техническую воду. В первом случае ее очищают от химических веществ, механических примесей и микроорганизмов. Во втором случае необходимо удалить лишь вредные примеси и те вещества, которые нельзя применять в той сфере, в которой будет использоваться техническая вода.
Методов очистки воды существует довольно много. В различных странах используются всевозможные способы очищения воды. Сегодня актуальны механические, биологические и химические методы водоочистки. Также применяется очистка окислением и восстановлением, аэробные и анаэробные методы, обработка осадков и т.д. Наиболее перспективными методиками очистки является физико-химическое и биохимическое очищение воды, но они являются дорогостоящими, поэтому не используются повсеместно.
Замкнутые водооборотные циклы
Для охраны гидросферы создаются замкнутые водооборотные циклы, и для этого используются природные воды, которые закачиваются в систему единожды. После эксплуатации воду возвращают в естественные условия, при этом она либо очищается, либо смешивается с водой из природной среды. Такой способ позволяет снизить расход водных ресурсов до 50 раз. Кроме того, уже использованную оборотную воду, в зависимости от ее температуры, применяют как охладитель или теплоноситель.
Таким образом, основные мероприятия по охране гидросферы – это ее рациональное использование и очистка. В соответствии с применяемыми технологиями рассчитывается оптимальное количество водных ресурсов. Чем экономнее вода расходуется, тем выше будет ее качество в природе.
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.
Тестовые задания по географии 10 класс
Вариант 1
1) Полиметаллические руды
3) Морская вода
4) Лесные ресурсы
А2 Какое утверждение об обеспеченности природными ресурсами является верным?
1) Обрабатываемые земли занимают 70% мирового земельного фонда
2) Ресурсы пресной воды составляют 40% общего объема гидросферы
3) Пахотные земли в основном распределены в лесных, лесостепных и степных зонах
4) В мире существует около 6 тысяч угольных бассейнов
А3 В «оловянный пояс» входят государства
1) Алжир, Египет
2) Таиланд, Малайзия
3) Замбия, Зимбабве
4) Ирак, Кувейт
А4 Наиболее эффективным путем преодоления дефицита воды является
1) Рациональное использование водных ресурсов
2) Опреснение вод Мирового океана
3) Транспортировка айсбергов
4) Сокращение потребления воды населением
А5 Охране природы способствует
1) Широкое развитие транспорта на электрической тяге
2) Создание каскадов ГЭС на реках
3) Перевод ТЭС с газа на уголь
4) Развитие интенсивного земледелия в зоне влажных экваториальных лесов
А6 Охране гидросферы способствует
1) Ограничение использования минеральных удобрений
2) Орошение полей
3) Осушение болот
4) Создание искусственных каналов
А7 Засоление почв характерно для природной зоны
1) Пустынь и полупустынь
4) Влажных тропических лесов
А8 Примером рационального природопользования является
1) Перевозка нефтепродуктов на морских судах
2) Рекультивация земель в районах добычи угля
3) Захоронение ядерных отходов на полигонах
4) Создание водохранилищ на равнинных реках
А9 Площади обрабатываемых земель преобладают в странах
1) Северной Африки
2) Южной Азии
3) Австралии
4) Латинской Америки
А10 Какое утверждение о природопользовании верно?
1) Сплав древесины по рекам является самым экологически чистым способом ее транспортировки
2) Утилизация отходов относится к природосберегающим технологиям
3) В заповедниках охраняют только животных
4) Строительство водохранилищ на реках не оказывает никакого отрицательного воздействия на природу
А11 Особый тип охраняемых территорий с малоизмененными живописными ландшафтами, с богатой флорой и фауной, где охрана природы сочетается с рекреационными функциями территории, называется
1) Заповедником
2) Биосферным заповедником
3) Заказником
4) Национальным природным парком
1) Исчерпаемые невозобновимые А) солнечная энергия
2) Неисчерпаемые Б) пресная вода
3) Исчерпаемые возобновимые В) уран
В2 Какие три природных ресурса относятся к неисчерпаемым?
1) Климатические
2) Энергия течения
3) Энергия ветра
4) Почвенные
В3 Расположите регионы по мере увеличения их доли в мировых общегеологических запасах природного газа
1) Америка
3) Зарубежная Азия
В4 Выберите из перечисленных стран три страны, являющиеся лидерами по доказанным запасам нефти
1) Саудовская Аравия
2) Венесуэла
6) Австралия
В5 Какие три страны являются лидерами в мире по размерам площади пашни
1) США 4) Мексика
2) Нигер 5) Россия
3) Индия 6) Аргентина
В6 Расставьте регионы мира по уменьшению лесной площади
1) Зарубежная Европа
2) Зарубежная Азия
4) Латинская Америка
С1. Каковы негативные последствия строительства водохранилищ на равнинных реках? Укажите не менее двух последствий ___________________________________________
С2 Известно, что среди экономических районов России лидером по загрязнению воздуха сернистым ангидридом является Восточно-Сибирский экономический район. С какими отраслями хозяйства связано подобное загрязнение? Укажите не менее двух причин.
Вариант 2
Выберите один правильный ответ
А1 Примером исчерпаемых возобновимых природных ресурсов является
1) Бурый уголь
2) Ядерная энергетика
3) Лесные ресурсы
4) Морская вода
А2 Какое утверждение об обеспеченности природными ресурсами стран мира является верным?
1) Китай обладает крупнейшими запасами каменного угля
2) На территории Саудовской Аравии расположены крупнейшие месторождения бокситов
3) Реки стран Южной Европы обладают гидроэнергетическим потенциалом
4) Мексика является лидером по заготовке промышленного леса
А3 Основным районом добычи фосфоритов среди перечисленных является
1) Индия, о.Мадагаскар
2) О.Науру, Марокко
3) Аргентина, Австралия
4) Суринам, Венесуэла
А4 Особо охраняемыми территориями, полностью изъятыми их хозяйственного использования, где ведутся систематические научные наблюдения, являются
2) Заповедники
3) Заказники
4) Памятники природы
А5 Подтопление и заболачивание земель чаще всего происходит
1) При открытой добыче полезных ископаемых
2) В результате вырубки лесов
3) При создании водохранилищ
4) В результате неправильной обработки почв
А6 Засоление почвы в основном вызвано
1) Неправильной вспашкой
2) Неправильным орошением
3) Осушением болот
4) Нарушением севооборота
А7 Основным источником загрязнения океана является
1) Отходы рыбопереработки
2) Бытовой мусор
3) Нефтетранспорт
4) Добыча морских животных
А8 Площади пастбищ преобладают в
1) Северной Африке
2) Южной Азии
3) Австралии
А9 Высокую долю обеспеченности лесами на душу населения имеет
А10 Примером рационального природопользования является
1) Перевод автомобильного транспорта на газ
2) Осушение болот
3) Создание замкнутых циклов на производствах
4) Сооружение высоких труб на предприятиях
А11 Участки территории, навечно изъятые из хозяйственного использования для сохранения в естественном состоянии всего природного комплекса, называют
1) Заказниками
2) Лесничествами
3) Национальными природными парками
4) Заповедниками
В1 Установите соответствие между видами природных ресурсов и природными ресурсами, к которым они относятся
Вид природных ресурсов Природные ресурсы
1) Исчерпаемые невозобновимые А) геотермальная энергия
2) Неисчерпаемые Б) рыбные
3) Исчерпаемые возобновимые В) апатиты
В2Расположите земли по мере уменьшения их доли в площадях мирового земельного фонда
1) Пашня, сады
2) Малопродуктивные земли
3) Луга, пастбища
В3 Выберите из перечисленных стран три страны, являющиеся лидерами по общегеологическим запасам угля
1) Индонезия 4) Венесуэла
2) Ливия 5) Китай
3) США 6) Австралия
В4 Расставьте регионы мира по уменьшению доли в мировых запасах нефти
2) Латинская Америка
3) Зарубежная Азия
4) Австралия и Океания
В5 Расставьте регионы мира по уменьшению доли в мировых ресурсах пресной воды
В6 Выберите три примера нерационального природопользования
1) Перевод ТЭС на газ
2) Использование отходов в качестве вторичного сырья
3) Террасирование склонов
4) Захоронение токсичных веществ в глубоководных впадинах
5) Увеличение размеров китобойного промысла
6) Создание шахтных терриконов
С1 Известно, что внесение азотных удобрений в почву имеет негативные последствия, особенно в тех случаях, если доза этих удобрений – значительна. Укажите не менее двух негативных последствий, к которым приводит подобная химическая мелиорация
С2 Являясь мощным стимулом развития мирового транспорта, автомобильный транспорт является одним из основных источников загрязнения окружающей среды. К каким негативным последствиям приводит увеличение количества автомобильного транспорта? Укажите не менее двух причин
Вариант 1
А1 – 4 В1 – 1-В, 2-А, 3 - Б
А2 -3 В2 – 1,2,3
А3-2 В3 – 2,4,1,3
А4- 1 В4 -1,2,4
А5 – 1 В5 – 1,3,5
А6- 1 В6 – 4,2,3,1
А8 -2 А10 – 2 А 11 – 4
С1 – Приводит к нарушению экологического равновесия в местности. Последствия: подъем грунтовых вод, изменение микроклимата, изменение скорости течения реки, изменение флоры и фауны, разрушение берегов
Введение
1.1 Мероприятия по охране вод морей и Мирового океана
1.2 Охрана водных ресурсов от загрязнения и истощения
2. Особенности загрязнения Мирового океана и поверхности вод суши
2.1 Органические и минеральные загрязнения
2.2 Органические жидкости и газы, канцерогенные вещества
3. Проблемы пресной воды
3.1 Ресурсы пресной воды
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Водные запасы на Земле огромны, они образуют гидросферу - одну из мощных сфер нашей планеты. Гидросфера, литосфера, атмосфера и биосфера взаимосвязаны, проникают одна в другую и находятся в постоянном, тесном взаимодействии. Все сферы в своем составе имеют воду. Водные ресурсы слагаются из статических (вековых) запасов и возобновляемых ресурсов. Гидросфера объединяет Мировой океан, моря, реки и озера, болота, пруды, водохранилища, полярные и горные ледники, подземные воды, почвенную влагу и пары атмосферы.
Вода - одна из наиболее важных
жизнеобеспечивающих природных сред, образовавшихся в результате эволюции Земли.
Она является составной частью биосферы и обладает целым рядом аномальных
свойств, влияющих на протекающие в экосистемах физико-химические и биологические
процессы.
1. Гидросфера и ее охрана от загрязнения
Загрязнение - видимое или невидимое, на суше, воздухе или воде - является в настоящее время нежелательной, но так хорошо знакомой частью нашей жизни. Загрязнение может быть описано как внесение человечеством веществ или материалов, которые ухудшают качество окружающей среды. Эти вещества (поллютанты) вносятся в окружающую среду человеком, а не в результате естественных высачиваний нефти или извержений вулканов, которые могут быть названы естественными поллютантами. Многие поллютанты являются синтетическими веществами, чуждыми, а поэтому опасными для нас и других организмов.
Воздействие человека на живые ресурсы биосферы, в том числе Мирового океана, в наше время не ограничивается только изъятием биопродукции, культивированием и изменением состава и численности популяций. На протяжении последних десятилетий особенно быстро нарастает и расширяется влияние индустриализации и урбанизации современного общества, интенсификации и химизации сельского хозяйства и иных атрибутов научно-технического прогресса, которые сопряжены с загрязнением биосферы и появлением новых экологических факторов. Особое место в этой сложной и многоплановой проблеме занимают вопросы загрязнения Мирового океана. Многие, если не большинство, из токсических веществ, вышедших из-под контроля человека на суше, попадают в конечном счете в морскую среду, создавая ситуацию локального, регионального или глобального загрязнения морей и океанов.
За последнее время большую тревогу вызывает загрязнение морей и Мирового океана в целом (фоновое загрязнение). Глобальное (фоновое) загрязнение гидросферы определяется главным образом атмосферным переносом и выведением загрязняющих веществ из атмосферы. За исключением сырой нефти, все загрязняющие вещества поступают в Мировой океан в значительной мере через атмосферу. Ежегодно сжигается и выбрасывается в атмосферу свыше 109 тонн твердых, паро- и газообразных соединений. В атмосферных аэрозолях и выпадениях на океан обнаружены в заметных количествах такие продукты как ДДТ, полихлорированные бифенилы, ртуть, свинец, зола.
Основные источники загрязнения - бытовые и промышленные сточные воды (в прибрежных районах сосредоточено 60% крупных городов), нефть и нефтепродукты, радиоактивные вещества. Особо опасны загрязнения нефтью и радиоактивными веществами. Предприятия приморских городов выбрасывают в море тысячи тонн различных, как правило, неочищенных отходов, в том числе канализационные стоки. В моря выносятся загрязненные речные воды. Нефть и нефтепродукты попадают в воду в результате промывки цистерн, емкостей, в которых транспортируется нефть. Огромное количество нефти попадает в океан и в моря при авариях танкеров, нефтепроводов на нефтепромыслах, при разведке и эксплуатации нефтяных месторождений в зоне материковых шельфов. При авариях нефтяных скважин в море выбрасываются многие тысячи тонн нефти.
Загрязнение является причиной гибели морских животных, ракообразных и рыб, водоплавающих птиц, тюленей. Известны случаи гибели около 30 тыс. морских уток, массовой гибели морских звезд в начале 1990-х в Белом море. Нередки случаи закрытия пляжей в связи с опасными концентрациями загрязняющих веществ в морской воде.
1.1 Мероприятия по охране вод морей и Мирового океана
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.
1.2 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.
2. Особенности загрязнения Мирового океана и поверхности вод суши
Источниками загрязнения Мирового океана являются многие объекты хозяйственной деятельности человека. Основные загрязняющие вещества: промышленные и коммунальные отходы, нефть и нефтепродукты, выбросы автотранспорта, отходы сельского хозяйства и животноводческих комплексов, в том числе пестициды и минеральные удобрения, радиоактивные вещества.
Основными видами загрязнений считаются: физическое (определяемое по запаху, цвету); химическое (повышенная минерализация - наличие хлоридов, сульфатов, нитратов, ионов тяжелых металлов, растворенного сероводорода и других газов); органическое (углеводороды - нефть и нефтепродукты, фенол); биологическое (кишечная палочка, бактерии и другие микроорганизмы); радиоактивное, тепловое, механическое (мутность, наличие несмешивающихся жидкостей). Следует учитывать, что многие вещества накапливаются в организмах, увеличивается их концентрация у животных, находящихся на вершинах трофических пирамид.
Загрязняющие вещества можно
разделить на минеральные и органические или, что более логично на: органические
нетоксичные, минеральные и органические токсичные (включая радиоактивные), смешанные.
2.1 Органические и минеральные загрязнения
К органическим нетоксичным загрязнениям относятся фекальные стоки, отходы лесосплава, целлюлозные волокна в сбросах бумажных комбинатов и некоторые другие. Они могут вызывать гибель гидробионтов через ухудшение кислородного режима, образование сероводорода или вследствие механического воздействия.
Наибольшее распространение в качестве загрязнителей поверхностных, а в ряде случаев и подземных вод получили ртуть и свинец. В Швеции многие из пресноводных и морских рыб содержат ртуть в пределах 200-1000 нг/кг. Отмечено повышенное содержание ртути в форменных элементах и плазме крови и волосах людей, питавшихся рыбой. Обнаружена ртуть в мясе орлов, фазанов и других животных. Установлено возрастание ртути по звеньям пищевой цепи. Реки ежегодно вынося в океаны около 5000 т ртути и ее соединений, из которых, например, метилртуть обладает более высокой токсичностью и интенсивно накаливается в тканях гидробионов. Средняя концентрация ртути в морской воде в наши дни составляет 0,03 мкг/л, а донные отложения обогащены ртутью еще больше.
Важную роль в загрязнении воды играет также свинец. Только дожди ежегодно вымывают из атмосферы 250 000 т свинца над океаном и 100 000 т над сушей. Из почв ежегодно поступает 150 000 т свинца. В связи с этим за 45 лет содержание свинца в морской воде возросло с 0,01-0,02 до 0,07 мг/кг.
В значительном количестве в водоемы попадают и другие металлы - цинк, никель, кадмий, хром. При их участии происходит нейтрализация активных центров ряда ферментов, деструктурирование некоторых белков. Возникают сердечно-сосудистые заболевания.
Огромнейшее значение в
загрязнении водоемов имеют радиоактивные изотопы, или радионуклиды. Излучения
радионуклидов способны перемещать электроны с одних атомов на другие, в
результате чего каждый из них приобретает заряд. О величине загрязнения
водоемов радионуклидами можно судить по тому, что только США сбросили в Тихий и
Атлантический океаны с 1946 по 1963 г. по нескольку десятков тысяч кюри отходов.
Радиоактивное загрязнение водоемов происходит и в результате осаждения
радионуклидов из атмосферы. Поверхность воды - в 1,5-2 раза более эффективный
коллектор радиоактивных аэрозолей, чем суша.
2.2 Органические жидкости и газы, канцерогенные вещества
Кроме общеизвестных групп глобальных токсикантов (нефть и нефтепродукты, тяжелые металлы, хлорорганические соединения), следует упомянуть еще два типа веществ, выделение которых в окружающую среду приняло весьма широкие масштабы, - органические жидкости и газы (дихроэтан, фреоны, растворители) и канцерогенные вещества, обладающие бластомогенными свойствами (полициклические ароматические углеводороды типабензопирена).
Нельзя забывать также о процессах эвтрофикации, связанных с выносом в прибрежные воды органических веществ, удобрений, детергентов и иных соединений фосфора и азота, приводящих к интенсивному развитию фитопланктона и некоторых видов донных водорослей и вторичному загрязнению моря продуктами их метаболизма и распада.
В последнее десятилетие наряду с эвтрофированием значительно усилилось загрязнение как поверхностных, так и подземных вод в результате попадания в них токсических компонентов, чужеродных для водных экосистем глубоко нарушающих их нормальное функционирование. Опасность загрязнения связана не только с прямым отрицательным влиянием токсикантов на функционирование гидробионтов, но и тем, что в водной среде токсические компоненты трансформируются, образуют комплексы металлогранических и неорганических соединений, превращаются в другие вещества, зачастую более токсичные, чем исходные. Например, металлы в виде ионов в ряде случаев оказываются менее токсичными по отношению к гидробионтам, чем их металлорганические соединения, имеющие метильные, этильные или фенильные радикалы. Аналогичные изменения в водной среде происходят и с полифенолами, которые превращаются в хиноны, более токсичные, чем исходные соединения.
Не менее важную роль в загрязнении континентальных водоемов и Мирового океана играет нефть и нефтепродукты. Количество поступающей в Мировой океан нефти оценивается в 5-10 млн т в год.
К числу существенных факторов загрязнения природных водоемов относят пестициды (хлорированные углеводороды, включая группу ДДТ, органические фосфаты, мышьяксодержащие препараты и карбаматы), поступающие в водоемы с поверхностным и внутрипочвенным стоком, а также сточными водами.
Нельзя не упомянуть бытовые отходы, которые наряду с эвтрофирующим влиянием могут вызвать и загрязнение природных вод. Так, в США ежегодно в канализацию сбрасывается 15 кг твердых отходов на человека.
Следовательно, не смотря на
гигантские объемы водных масс нашей планеты, человек стал одним из существенных
звеньев формирования их качественных, а зачастую и количественных показателей.
3. Проблемы пресной воды
Проблема обеспечения пресной водой в настоящее время относится к актуальнейшим вопросам, так как дефицит воды в ряде случаев становится лимитирующим фактором в процессе технического прогресса и от решения его в значительной степени зависит будущее человечества.
Интенсивное использование водных запасов поверхностных и подземных источников в промышленном, хозяйственно-питьевом водоснабжении, их загрязнение, эвтрофирование, отепление приводят к сокращению имеющихся на земном шаре сравнительно небольших ресурсов чистой пресной воды (3% всей земной влаги), резкому ухудшению ее качества и нарастанию водного дефицита. При современных масштабах антропогенного влияния на биосферу качество природных вод формируется не только в результате функционирования естественных экосистем, но и за счет производственной деятельности общества, причем влияние человека на гидросферу многогранно, существенно и зачастую носит отрицательный характер.
В результате чего уже сегодня более 200 млн. человек в мире вообще лишены чистой питьевой воды.
Общий запас воды на земном шаре
составляет свыше 1370 млн. км3 и слагается в основном из воды Мирового Океана. Объем
пресных вод составляет лишь 32,2 млн. км 3 , в том числе ледников (25
млн. км 3), грунтовых и подземных вод (3720 тыс. км 3),
почвенной влаги (90 тыс. км 3), озер (120 тыс. км3), рек (12 тыс. км3)
и паров атмосферы (14 тыс. км 3).
3.1 Ресурсы пресной воды
Имеющиеся запасы водных ресурсов и ряд грандиозных технических решений водных проблем позволяют на сегодня обеспечить мировое водоснабжение почти в необходимом объеме при одновременном сбросе в реки и озера 450 км3 сточных вод, для разбавления которых необходимо более 5500 км3 чистой речной воды, т о есть 1/7 мировых запасов.
Пресные воды составляют
ничтожную (около 2% гидросферы) долю от общих запасов воды в природе. Пресная
вода, доступная для использования, находится в реках, озерах и подземных водах.
Ее доля от всей гидросферы составляет 0,3%. Ресурсы пресной воды распределены
крайне неравномерно, часто обилие воды не совпадает с районами повышенной
хозяйственной деятельности. В этой связи возникает проблема недостатка пресной
воды. Она усугубляется все возрастающими объемами ее использования. Сейчас
потребление воды в народном хозяйстве в количественном отношении превышает
суммарное использование всех иных природных ресурсов, так как производство в
основных отраслях промышленности затрачивает огромное количество пресной воды. Так,
для переработки 1 т нефти необходимо затратить около 60 т воды, для
изготовления 1 т условной тканевой продукции - 1100 т, синтетического волокна -
до 5000 т воды. Для выращивания и получения 1 т зерна пшеницы затрачивается 2
т, а риса - свыше 25 т воды. Вода превращается в самое драгоценное сырье, заменить
которое невозможно. Запасы и доступность водных ресурсов диктуют размещение
новых производств, а проблема водоснабжения становится одной из важных в жизни
и развитии человеческого общества.
3.2 Причины недостатка пресной воды
Проблема недостатка пресной воды возникает по нескольким причинам, основные из которых: неравномерное распределение воды во времени и пространстве, рост ее потребления человечеством, потери воды при транспортировке и использовании, ухудшение качества воды и ее загрязнение. К антропогенным причинам истощения и загрязнения пресной воды относятся следующие: отбор поверхностных и подземных вод; водослив из шахт, штолен; разработка месторождений - твердых полезных ископаемых, нефти и газа, промышленных вод, выплавка серы; урбанизация - жилая застройка, энергетические объекты (АЭС, ТЭЦ). Сильно загрязняют пресные воды предприятия промышленности: химической, пищевой, целлюлозно-бумажной, черной и цветной металлургии, нефтеперерабатывающей, строительных материалов, машиностроительной. Загрязнения в водоемы поступают при строительстве котлованов, тоннелей, метро, гидротехнических сооружений, при дренажных работах. Загрязняют воды транспорт, водо-, тепло-, газокоммуникации, канализация, ЛЭП. Важнейшим загрязнителем вод является сельскохозяйственное производство: земледелие, мелиорация земель, животноводство. Опасность загрязнения пресных вод связана со складированием сырья, бытовых, промышленных и радиоактивных отходов, минеральных удобрений, ядохимикатов, нефтепродуктов. Загрязнение происходит при закачке в недра газов и жидкостей, заводнения нефтяных залежей. Захоронения высокотоксичных отходов. Не учитывают возможного загрязнения пресных вод грандиозные проекты преобразования природы: переброска стока рек, мелиорация, полезащитные лесополосы. Загрязнение пресных вод связано с военными учениями, испытаниями и ликвидацией ядерного, химического и других видов оружия.
Рост потребления пресной воды населением на планете определяется 0,6-2% в год. В начале XXI века общий водозабор ожидается в объеме 12-24 тыс. км3. Потребление воды увеличивается в связи с ростом благосостояния, это видно на следующем примере. Потребление воды одним городским жителем южных районов России составляет: в доме без канализации 75, в доме с канализацией 120, с газовым водонагревателем 210 и со всеми удобствами 275 л/сут. Для города в средней полосе России норма потребления воды согласно "Нормам хозяйственно-питьевого потребления для населенных пунктов" (СНиП-II.31 - 74) составляет: в домах без ванн 125-160, с ваннами и нагревателями 160-230 и при центральном горячем водоснабжении 250-350 л/сут.
Потери пресной воды растут с ростом ее потребления на душу населения и связаны с использованием воды на хозяйственные нужды. Чаще всего это объясняется несовершенством технологии промышленного, сельскохозяйственного производства и коммунальных служб. Потери воды из водонесущих коммуникаций в городах России составляют 30-35%ю В городах областного значения потери воды составляют примерно 10-15 млн т в год и удваиваются через каждые 5 лет. Большие потери пресной воды происходят при разработке месторождений полезных ископаемых, при строительном осушении городских территорий. Потери воды во многом связаны с недостаточным знанием природных условий (геолого-литологических и гидрогеолитологических, климатических и метеорологических, биологических свойств), внутренних закономерностей и механизмов развития экосистем. При создании водохранилищ не всегда учитываются увеличение фильтрации в их борта и увеличение испарения при увеличении водной поверхности. Создание каскада прудов на реках наносит ущерб речному стоку. Осушение болот ведет к уменьшению запасов подземных вод, нарушает веками установившийся баланс влаг и ее циркуляцию, изменяет видовой состав биоценозов и т.п. Строительство и использование каналов способствует резкому засолению почв, заболачиванию и огромным потерям пресной воды.
Ухудшение качества воды связано с попаданием продуктов деятельности человека как непосредственно в воду из рек и другие поверхностные водоемы, подземные воды, так и через атмосферу и почвы. Ухудшение качества пресных вод наиболее опасно и становится угрожающим для здоровья людей и распространения жизни на Земле. Его крайним состоянием является катастрофическое загрязнение вод.
Ухудшение качества и загрязнение
воды, истощение водных ресурсов происходит постоянно. Это объясняется
соприкосновением с водой и переносом различных веществ. Изменения носят
циклический, реже спонтанный характер: они связаны с извержениями вулканов,
землетрясениями, цунами, наводнениями и другими катастрофическими явлениями. В
антропогенных условиях такие изменения состояния воды носят однонаправленный
характер: инородные вещества, попавшие в воду, накапливаются в ней, ухудшая ее
органолептические свойства. Загрязнение воды происходит, когда количество
содержащихся в воде инородных веществ, особенно тех, которые оказывают
неблагоприятное влияние на человека, животных и растения, достигает критических
значений.
Заключение
Каким можно ожидать ближайшее будущее для Мирового океана, для важнейших морей?
В целом для Мирового океана ожидается на ближайшие 20-25 лет рост его загрязнения в 1,5-3 раза. Соответственно этому будет ухудшаться и экологическая ситуация. Концентрации многих токсических веществ могут достигнуть порогового уровня, затем наступит деградация естественной экосистемы. Ожидается, что первичная биологическая продукция океана может понизиться в ряде крупных районов на 20-30% по сравнению с нынешней.
Сейчас уже ясен путь, который позволит людям избежать экологического тупика. Это безотходные и малоотходные технологии, превращение отходов в полезные ресурсы. Но потребуются десятилетия для воплощения идеи в жизнь.
Будущее биологических ресурсов
Мирового океана находится под серьезной угрозой и нуждается в эффективных мерах
по его охране от загрязнений. Мировой океан должен быть ареной международного
сотрудничества в области рационального использования и охраны его ресурсов,
предполагающего участие в международных программах всех государств,
заинтересованных в сохранении Мирового океана в качестве важнейшей экосистемы
мира.
Список использованной литературы
1. Гольдберг В.М. Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 248 с.
2. Елькин А.В. Загрязнение вод и проблемы их охраны // http://elkin52. narod.ru
3. Константинов А.С. Общая гидробиология. М.: Высшая школа, 1967. - 432 с.
4. Константинов В.М. Охрана природы: Учеб. Пособие для студ. Высш. Пед. Учеб. Заведений. - М.: Академия, 2000. - 240 с.
5. Костин С.Н. Проблемы загрязнения окружающей среды // http://www.ecosystema.ru
6. Патин С.А. Химическое загрязнение и его влияние на гидробионтов // Биология океана. Т.2. Биологическая продуктивность океана / под ред. М.Е. Виноградова. - М.: Наука, 1977. - С.322-331.
7. Сиренко Л.А., Гавриленко М.Я. "Цветение" воды и эвтрофирование. - Киев: Наукова думка, 1978. - 232 с.
16.5. Защита гидросферы
16.5.1. Законодательство и охрана водных ресурсов
Водное законодательство включает Водный кодекс Российской Федерации и принимаемые в соответствии с ним федеральные законы и иные нормативные правовые акты, а также законы и иные нормативные правовые акты субъектов РФ (республик, краев, областей).
Целью водного законодательства является регулирование отношений в области использования и охраны водных объектов. Согласно Водному кодексу использование водных объектов для питьевого и хозяйствен- но-бытового водоснабжения является приоритетным. Для указанного вида водоснабжения необходимо использовать защищенные от засорения и загрязнения поверхностные и подземные водные объекты.
Согласно Водному кодексу РФ запрещается ввод в эксплуатацию:
любых объектов, которые не оборудованы очистными сооружениями и устройствами, предотвращающими засорение, истощение и загрязнение водных объектов;
сбросных и водосборных сооружений, а также гидротехнических сооружений (ГТС) без рыбозащитных устройств;
объектов промышленности, сельского хозяйства и других комплексов, которые не имеют санитарно-защитных зон;
оросительных, обводнительных и осушительных систем, водохранилищ, плотин, каналов и других ГТС до реализации мероприятий, которые предотвращают их вредное воздействие на водные объекты.
16.5.2. Схемы комплексного использования и охраны вод
Для разработки комплексных мероприятий, имеющих целью удовлетворение перспективных потребностей в воде населения и народного хозяйства в сочетании с охраной вод, предварительно составляются генеральные, бассейновые и территориальные схемы.
Генеральные схемы комплексного использования и охраны вод содержат принципиальные направления развития водного хозяйства страны, что позволяет достаточно четко определить технико-экономическую целесообразность и очередность проведения наиболее крупных водохозяйственных мероприятий. На основе генеральной схемы разрабатываются бассейновые схемы для бассейнов рек и других водных объектов. Территориальные схемы разрабатываются на основе генеральной и бассейновой схем и охватывают конкретные экономические районы страны и субъекты Российской Федерации.
В целях координации деятельности различных водопользователей, направленной на восстановление и охрану водных объектов в пределах бассейна, Водный кодекс РФ требует составления так называемого бассейнового соглашения о восстановлении и охране водных объектов. Такие соглашения заключаются между специально уполномоченным государственным органом управления использованием и охраной водного фонда и органами исполнительной власти субъектов Федерации, которые расположены в пределах бассейна водного объекта, например, озера Байкал.
16.5.3. Защита поверхностных вод
К поверхностным относятся воды , постоянно или временно находящиеся на земной поверхности, водные объекты любого (твердого, жидкого) физического состояния. Это воды рек, временных водотоков, озер, водохранилищ, прудов, водоемов, болот, ледников и снежного покрова.
Поверхностные воды необходимо охранять от засорения, истощения и загрязнения . В целях предупреждения засорения осуществляют мероприятия, которые исключают попадание в них мусора, твердых отходов и других предметов, отрицательно воздействующих на качество вод и условия обитания гидробионтов. Строгий контроль за минимально допустимым стоком вод, ограничение их нерационального потребления способствуют защите поверхностных вод от истощения . Наиболее важной и притом самой сложной проблемой является защита поверхностных вод от загрязнения . С этой целью предусматривается ряд мероприятий, в частности: мониторинг водных объектов; создание водоохранных зон; развитие безводных технологий, а также систем оборотного (замкнутого) водоснабжения; очистка сточных вод (промышленных, коммунально-бытовых и других) или их закачка в глубокие водоносные горизонты; очистка и обеззараживание поверхностных вод, используемых для питьевого водоснабжения и других целей; надлежащий государственный контроль за использованием и охраной водных объектов.
16.5.4. Водоохранные зоны
В целях поддержания водных объектов в состоянии, которое соответствует экологическим требованиям, исключает загрязнение, засорение и истощение поверхностных вод и сохраняет среду обитания животных и растений, должны быть установлены водоохранные зоны . Ими являются территории, примыкающие к акватории; на них устанавливается специальный режим использования и охраны природных ресурсов, а также осуществления иной деятельности.
В пределах указанных зон устанавливаются прибрежные защитные полосы , где не разрешается распахивать землю, рубить лес, размещать фермы и т. п.
Согласно Водному кодексу РФ на правительство страны возложена обязанность установления размеров и границ водоохранных зон и их прибрежных защитных полос. Так, минимальная ширина прибрежных защитных полос для озер в расчете от среднемноголетнего уреза в летний период и для водохранилищ от уреза воды при нормальном подпорном уровне при акватории до 2 км 2 составляет 300 м, более 2 км 2 – 500 м.
Аналогичный показатель для рек определяется длиной реки: от истока до 10 км – 15 м; от 11 до 50 км – 100 м; от 51 до 100 км – 200 м; от 201 до 300 км – 400 м; свыше 500 км – 500 м.
Очень большое значение в деле охраны поверхностных вод от засорения и загрязнения имеют водоохранные лесные насаждения вокруг естественных и искусственных водоемов и водотоков для защиты их от разрушительных действий ветров и поступающей в них с водосбора воды, а также для уменьшения потерь воды на испарение. Они улучшают водный режим водоемов, санитарно-гигиенические условия побережья и его ландшафтно-декоративное оформление, качество воды в водоемах, уменьшают их заиление, сокращают потери земельных угодий из-за переработки берегов волнами (абразии). Водоохранные лесные насаждения вокруг питьевых водохранилищ должны удовлетворять санитарно-гигиеническим требованиям, предъявляемым к питьевым водохранилищам. Поэтому в их состав входят до 50 % хвойных пород, которые размещают в крайних 2–3 рядах со стороны водохранилища для защиты его зеркала от опадающих листьев. Наряду с хвойными в эти насаждения следует вводить лиственные породы, обладающие большой фитонцидной способностью (липа, тополь, черемуха и др.).
16.5.5. Очистка бытовых сточных вод
При очистке сточных вод (СВ) производится разрушение или извлечение из них вредных веществ.
Канализация – это комплекс инженерно-технических сооружений и санитарных мероприятий, которые обеспечивают сбор и удаление за пределы населенных мест и предприятий загрязненных СВ, их очистку, обезвреживание и обеззараживание (уничтожение опасных микроорганизмов).
Канализационные системы подразделяются на общесплавные, раздельные и полураздельные .
При общесплавной системе все виды СВ из городских кварталов плюс поверхностный сток отводят от одной сети трубопроводов. Для такой системы характерны периодические сбросы части производствен- но-бытовых СВ в водные объекты через ливневые спуски. В силу этого рекомендуется отказываться от проектирования общесплавных систем канализации для новых населенных пунктов.
При раздельной системе канализации устраивают две сети трубопроводов: хозяйственно-бытовые и промышленные СВ подаются по производственно-бытовой сети на очистные сооружения, а дождевые, талые и поливные воды в ближайший водный объект.
Полураздельная система канализация является, как считают специалисты, наиболее перспективной с точки зрения охраны водных объектов от загрязнения поверхностным стоком из городов. При этом на очистку отводят все производственно-бытовые СВ города и большую часть поверхностного стока.
Очистка бытовых СВ может осуществляться механическими и биологическими методами . При механической очистке СВ разделяют на жидкую и твердую часть. Жидкая далее подвергается биологической очистке, которая может быть естественной и искусственной . Естественная биологическая очистка СВ осуществляется на земледельческих полях орошения и фильтрации, а также в биологических прудах и т. п. (рис. 25). Искусственная биологическая очистка проводится на специальных сооружениях (биофильтрах, аэротенках) . Образующийся при этом ил обрабатывают на иловых площадках или в специальных устройствах – метатенках .
Производственные СВ предварительно проходят локальные очистные сооружения , где освобождаются от взвешенных частиц или специфических токсичных компонентов с использованием механических, химических или физико-химических методов очистки.
Рис. 25. Схема очистки сточных вод с использованием полей орошения: 1 – канализационный коллектор; 2 – канализационный колодец; 3 – решетка; 4 – дробилка; 5 – песколовка; 6 – песковые площадки; 7 – отстойник; 8 – метатенк; 9 – иловые площадки; 10 – аэротенк; 11 – вторичный отстойник; 12 – распределительный колодец; 13 – карты полей орошения; 14 – дренаж; 15 – биологический пруд; 16 – использование воды для технических целей; 17 – выпуск в водоем
Для механической очистки
- решетки , на которых задерживаются грубые примеси размером больше 5 мм;
- сита , задерживающие примеси СВ размером до 5 мм;
- песколовки , служащие для задержания минеральных загрязнений СВ, преимущественно песка;
- жироловушки, маслоловушки, нефтеловушки, смололовушки для улавливания из СВ соответствующих загрязнений, более легких, чем вода;
- отстойники для осаждения взвешенных веществ с удельным весом больше единицы.
Принцип действия песколовки основан на том, что под влиянием сил тяжести частицы, удельный вес которых больше, чем удельный вес воды, по мере движения их вместе с водой в резервуаре оседают на дно. В соответствии с закономерностями гидравлики потока песчинки уносятся вместе с водой только при определенной скорости течения. При снижении этой скорости крупинки песка оседают на дно резервуара, а вода течет дальше.
Для очистки СВ от нефтепродуктов также широко применяется метод отстаивания. В основе процесса отстаивания лежит принцип выделения нефтепродуктов под действием разности плотностей воды и частиц масла. На этом же принципе функционируют жироловушки, маслоловушки и смололовушки.
Для биологической очистки применяют следующие сооружения:
Поля фильтрации – участки земли, приспособленные для естественной биологической очистки сточных вод путём фильтрации их через почвенные горизонты. Устраивают на песчаных, супесчаных и суглинистых почвах с хорошими фильтрационными свойствами.
Поля орошения – участки земли, подготовленные для естественной биологической очистки сточных вод и выращивания сельскохозяйственных растений, потребляющих питательные вещества, содержащиеся в сточных водах.
Необходимо отметить, что орошение биологически очищенными СВ не исключает возможности загрязнения почвы и выращиваемых культур патогенными бактериями и яйцами глистов.
Биологические пруды – пруды, используемые для биологической очистки сточных вод. Действуют по принципу самоочищения воды живущими в ней организмами, в результате чего накапливается илообразная масса, которая может быть использована в сельском хозяйстве в качестве удобрения или как сырье для его производства. При этом различают пруды с естественной и искусственной аэрацией (с помощью механических аэраторов). В окислительных процессах большую роль играет водная растительность, которая способствует снижению концентрации биогенных элементов и регулирует кислородный режим водоема. Общее время пребывания СВ в прудах составляет несколько суток.
Сооружения искусственной биологической очистки . В основе биологической очистки лежит процесс биологического окисления органических соединений, содержащихся в СВ. Биологическое окисление осуществляется активным илом – сообществом микроорганизмов, которое включает множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов - водорослей, грибов и т. д., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма). Аэротенки (от аэро... и англ. tank – резервуар) – ряд определенным образом построенных бассейнов в системе очистных сооружений для сточных вод, в которых имеется активный ил и куда подается кислород. Микроорганизмы в присутствии кислорода энергично минерализуют органические вещества из поступающих сточных вод и способствуют, таким образом, очищению воды.
Биофильтры являются примерами применения биотехнологии в охране окружающей среды. Они находят широкое применение при суточных расходах бытовых и производственных СВ до 20–30 тыс. м 3 /сут. Биофильтр (рис. 26) представляет собой резервуар, который заполняется загрузочным материалом (гравий, керамзит, шлак) слоем высотой 2–4 м. Сточная вода подается выше поверхности загрузочного материала; равномерно распределяется через загрузочный материал, на поверхности которого образуется биологическая пленка (биоценоз), аналогичная активному илу. Загрузочный материал поддерживается решетчатым днищем, сквозь отверстия которого обработанная СВ поступает на сплошное днище биофильтра и с помощью лотков направляется в отстойник.
Рис. 26. Схема биофильтра: 1 – подача СВ; 2 – распределитель СВ; 3 – загрузочный материал; 4 – поддерживающая решетка; 5 – отведение очищенных СВ
Обеззараживание прошедших стадию биологической очистки СВ, а также не прошедших таковую проводят путем контакта с газообразным хлором, хлорной известью, а также гипохлоритом натрия, получаемым на месте в электролизере или привозным. В последние годы интенсивно внедряются методы обеззараживания СВ при помощи озона и УФ-лучей, а также электроимпульсного разряда.
Химические методы применяются главным образом для очистки производственных СВ. Основными приемами являются нейтрализация и окисление-восстановление.
Производственные технологические процессы проходят как в кислых (избыток ионов Н +), так и в щелочных (избыток ОН - ) средах, что приводит к появлению соответствующих стоков. Сбалансировать количество ионов Н и ОН – в этом состоит суть метода нейтрализации при очистке стоков.
Наиболее рациональным является взаимное объединение кислых и щелочных стоков. Водоотведение кислых и щелочных стоков по единой системе трубопроводов не всегда целесообразно, так как это может вызвать выпадение осадков в трубах и, как следствие, засорение сети.
Для нейтрализации кислых вод применяют щелочные реагенты: СаО, гашеную известь Са(ОН) 2 , кальцинированную соду Na 2 CO 3 , каустическую соду NаОН, аммиачную воду, а также фильтрацию через нейтрализующие материалы (известняк, доломит, магнезит, мел).
Для нейтрализации щелочных вод наиболее часто применяются кислоты: серная Н 2 SО 4 , соляная НСl, азотная HNО 3 , реже уксусная СН 3 СООН. Возможно использование для этих целей дымовых газов, содержащих СО 2 , SО 2 , NO x .
СВ, содержащие окисленные переменновалентные элементы (Cr 6+ , Cl - , Cl 5+ , N 3- , N 5+ и др.), как правило, обезвреживаются в две ступени. На первой элементы, находящиеся в высшей (или высокой) степени окисления, восстанавливаются до низшей (или промежуточной) валентности, при которой данный элемент на второй ступени очистки может быть выделен из жидкой фазы в виде осадка, газа или переведен в малотоксичную форму.
Окислительный метод применяется при очистке промышленных СВ от токсичных цианидов, сульфидов, меркаптанов, фенолов, крезолов и т. д. Реагентами для этого метода являются хлор и его производные (гипохлориты, диоксид, хлораты), кислород, озон, перманганаты, хроматы и бихроматы, пероксид водорода. Восстановительный метод применяется для очистки СВ от нитритов и нитратов, хроматов и бихроматов, хлоратов и перхлоратов, сульфатов, броматов, иодатов. Восстановителями в этом случае выступают окисленные переменновалентные элементы, содержащиеся в сульфатах, сульфидах, солях двухвалентного железа, диоксиде серы (из дымовых газов).
Физико-химические методы так же, как и химические, в основном применяются для очистки производственных СВ. Однако в последнее время некоторые из них стали применяться и при очистке городских СВ. К физико-химическим методам относятся:
коагуляция – процесс укрупнения коллоидных частиц в жидкости за счет электростатических сил межмолекулярного взаимодействия. При первоначальном размере частиц 0,001–0,1 мкм после коагуляции их величина достигает 10 мкм и более, т. е. тех размеров, при которых они могут быть выделены механическими методами. Коагуляция не только приводит к слипанию частиц, но и нарушает агрегативную устойчивость полидисперсной системы, в результате чего происходит разделение твердой и жидкой фаз. Как и при очистке природных вод, наибольшее распространение получили алюмо- и железосодержащие коагулянты;
- флокуляция – укрупнение мелкодисперсных частиц за счет электростатического взаимодействия под влиянием специально вводимых полиэлектролитов – флокулянтов. В практике водоочистки наибольшее распространение получили активированная кремнекислота и полиакриламид;
- флотация – процесс выделения из воды в пенный слой взвешенных и эмульгированных загрязнений за счет пузырьков газа, предварительно растворенных в очищаемой жидкости;
- сорбция – поглощение твёрдым телом или жидкостью вещества из окружающей среды. Поглощающее тело называется сорбентом, поглощаемое им вещество – сорбатом. Различают поглощение вещества всей массой жидкого сорбента (абсорбция); поверхностным слоем твёрдого или жидкого сорбента (адсорбция). Сорбция эффективна для глубокой очистки производственных СВ от растворенных органических и некоторых неорганических загрязнений.
Следует отметить, что в воде, подаваемой на адсорбционную очистку, концентрация взвешенных веществ не должна превышать 2 мг/л во избежание закупоривания рабочих пор.
В качестве сорбентов применяют различные естественные и искусственные материалы: золу, коксовую мелочь, торф, цеолиты, активные глины и др. В наибольшей степени для этих целей применяются активированные угли, удельная поверхностная адсорбция которых достигает 400–900 м 2 /г.
Существенным препятствием к широкому применению адсорбционной очистки в практике водообработки является дефицитность активированных углей и сложность процессов их регенерации.
Адсорбцию наиболее целесообразно применять для очистки мало концентрированных по органическим веществам стоков.
Для более концентрированных (более 2 г/л) СВ, содержащих органические загрязнения, представляющие техническую ценность, эффективным методом очистки является экстракция . Метод основан на смешивании двух взаимонерастворимых жидкостей (одна из которых сточная вода) и распределении в них согласно растворимости загрязненного вещества.
В качестве экстрагентов используют различные органические вещества: ацетон, хлороформ, бутилацетат, толуол и т. д.
Ионный обмен – извлечение катионов и анионов из СВ при помощи ионитов , являющихся твердыми природными или искусственными материалами (например, искусственные ионообменные смолы). Извлеченные при помощи ионного обмена вещества не разрушаются, а концентрируются, благодаря чему имеется возможность их утилизации или ликвидации. Катиониты вступают в обмен с катионами, аниониты – с анионами.
Несмотря на эффективность и экологичность, ионообменный метод не нашел широкого применения в промышленности из-за дефицита ионообменных смол, необходимости организации реагентного хозяйства для регенерации и сложности утилизации элюатов (экстракт из сорбента).
16.5.6. Бессточное производство
Подсчитано, что 1 м 3 неочищенной СВ, поступивший в природный водный объект, может практически погубить десятки, а то и сотни м 3 чистой воды, создав тем самым неприемлемые условия для жизнедеятельности гидробионтов. Поэтому ученые разрабатывают новые бессточные технологии, что практически полностью решит проблему защиты водоемов от загрязнения. Их повсеместное внедрение в практику - дело отдаленного будущего, а на первом этапе необходимо использовать те технологии водообеспечения, которые характеризуются минимальным потреблением свежей воды. При замкнутой технологии предприятие забирает воду из природного источника, использует её для производства продукции, после чего образовавшаяся СВ подвергается глубокой очистке и вновь возвращается в цикл. Имеющиеся небольшие потери воды, например при испарении, пополняются посредством забора свежей воды.
Ныне в ряде отраслей промышленности частично реализованы замкнутые водооборотные схемы с локальной очисткой. Так, в нефтехимической промышленности оборотное водоснабжение сэкономило 90 % воды производственного назначения.
16.5.7. Защита подземных вод
Поверхностная гидросфера неразрывно связана с атмосферой, подземной гидросферой, литосферой и другими компонентами окружающей природной среды. Поэтому, учитывая взаимосвязь всех ее экосистем, нельзя обеспечить чистоту поверхностных водоемов и водотоков без соответствующей защиты подземных вод. Она заключается в предотвращении истощения запасов подземных вод и предохранении их от загрязнения.
В целях борьбы с истощением запасов пресных подземных вод, являющихся стратегическим резервом для питьевого водоснабжения будущих поколений, предусматриваются следующие мероприятия: 1) рациональное размещение водозаборов по площади; 2) регулирование режима водоотбора подземных вод; 3) уточнение величины эксплуатационных запасов (чтобы не допустить их истощения); 4) для самоизливающихся артезианских скважин установление кранового режима эксплуатации. Иногда для профилактики истощения подземных вод применяют искусственное пополнение их посредством перевода части поверхностного стока в подземный.
Борьба с загрязнением подземных вод включает профилактические и специальные мероприятия, задача последних локализовать или ликвидировать очаг загрязнения. Профилактические меры являются основными, поскольку требуют наименьших затрат. Специальные мероприятия должны быть направлены в первую очередь на изоляцию источников загрязнения от остальной части водоносного горизонта (противофильтрационные стенки, завесы), перехват загрязненных подземных вод с помощью дренажа или откачки их из специальных скважин.
Важнейшей профилактической мерой предупреждения загрязнения подземных вод в районах водозаборов служит устройство вокруг них зон санитарной защиты.
Зоны санитарной защиты (ЗСЗ) состоят из трех поясов. Первый пояс включает территорию на расстоянии 30–50 м непосредственно от места водозабора (скважины). Это зона строгого режима, в ней запрещено присутствие посторонних лиц и проведение работ, не связанных с эксплуатацией водозабора. Второй пояс ЗСЗ служит для защиты водоносного горизонта от бактериальных загрязнений, а третий – от химических загрязнений. Здесь запрещается размещение любых объектов, которые могут вызвать то или иное загрязнение, например животноводческих комплексов, не допускается рубка леса, использование ядохимикатов и др.
| Предыдущая |