Охрана и использование водных ресурсов

Реферат

по биологии по теме:

"Охрана и использование водных ресурсов"

Содержание

Водные системы

Технические средства защиты водных ресурсов

Проблемы экологической безопасности водопользования и охраны водоёмов на примере Байкала

Экологизация водных проблем

Водные системы

За последние 40 лет водные системы многих стран мира оказались серьёзно расстроенными. Отмечается истощение самых ценных из доступных нам источников пресной воды - подземных вод. Бесконтрольное изъятие воды, уничтожение водоохранных лесных полос и осушение верховых болот привели к массовой гибели малых рек. Сокращается водоносность крупных рек и приток поверхностных вод во внутренние водоёмы. Так, практически перестали впадать в Аральское море реки Сырдарья и Амударья, исчезли в нижнем течении такие реки, как Чу, Таласс, Асса, Зеравшан; обмелели Днепр, Кубань, Кура, Каратал и многие другие.

На сегодня самой сложной является проблема Аральского моря. На глазах одного поколения погибает миллионнолетнее море и разрастается зона экологического бедствия, масштабы которого пока трудно определить. За четверть века (с 1960 по 1988 год) море уменьшилось вдвое по средней глубине, на одну треть по площади акватории и более, чем вдвое, по объёму воды. Снижение уровня воды достигло 90 см в год. Около 30 тыс. квадратных километров бывшего дна стали ареной опустынивания. Сегодня с зеркала Арала продолжает испаряться почти в два раза больше влаги, чем поступает.

Чтобы вернуться к границам Аральского моря 30-60-х годов и поддерживать этот объём, годовое поступление воды в море должно составлять около 50 кубических километров. Решение этой задачи на сегодня нереально. Принятые по этому вопросу предложения не обеспечивают стабилизацию уровня воды, а это значит, что угроза разрастания катастрофы не снимается.

С поверхности солончаков, которые занимают огромные площади высохшего дна Аральского моря, в атмосферу ежегодно поднимается около 65 млн. т ядовитой тонкодисперсной соли. Распространяясь на запад, она образует пылесолевые облака, дальность переноса которых неограниченна. В последние годы более чем в два раза увеличенное содержание солей в дождевой воде отмечалось и под Ташкентом, и в Белоруссии, и в Литве. В непосредственной же близости от Аральского моря - в семь раз! Двигаясь на юго-восток, пылесолевые облака содействуют ускоренному таянию ледников Памира и Тянь-Шаня. На гектар поверхности ледников Памира и Тянь-Шаня ложится около 3-4 т аэрозолей, 100-500 кг из них - растворимые соли. Заметно сокращаются ледники. Так, Зеравшанский прежде в год уменьшался на 1 м, теперь - столько же в месяц. За 100 лет наблюдения он стал короче на 80 км.

Многовековая линия одного из крупнейших глетчеров мира - ледника Федченко - опустилась на 50 и более м.

Достаточно драматичные процессы наблюдаются и в других районах. Беда настигла Азовское море. В 30-е годы здесь вылавливали до 80 кг рыбы с гектара водной поверхности. Продуктивность Азовского моря в то время была в 1,5 раза больше, чем Северного, в 6 раз выше Каспийского, в 8 раз больше Балтийского, почти в 25 раз больше Чёрного моря. И какая это была рыба! Белуга, севрюга, осётр, судак, сельдь, пузанок, султанка, рыбец. Использование воды рек Кубани и Дона на орошение привело к сокращению притока воды в Азовское море на 13 км кубических в год. В конце 70-х годов произошло резкое осолонение воды, что подорвало стада основных промысловых рыб. Уловы ценных рыб сократились с 35 тыс. т в 1951-1955 годах до 2,4 тыс. т в 1982 году.

Чтобы солёная вода не проникала из Чёрного моря в Азовское, предлагается перегородить плотиной Керченский пролив. Но ведь мы не знаем, к чему это приведёт через 10,20,50 лет. Опять поиск решений на путях "перекраивания" природных комплексов вместо разработки и реализации ирригационных систем с существенно меньшим водопотреблением.

Эксплуатация построенного в послевоенные годы Севано-Разданского гидросооружения привела к падению воды в озере Севан. Озеро стало цвести и заполняться сине-зелёными водорослями. Чтобы спасти его, начали строить канал Арпа-Севан. С огромными усилиями за 17 лет в горах был пробит туннель, и воды реки Арпы направились в Севан. Но, как говорят учёные, нужно поднять уровень воды в озере по крайней мере на четыре-шесть метров, чтобы Севан остался Севаном. Из-за того что поредели леса над реками, текущими в Иссык-куль, озеро стало мелеть. Отмечается и проникновение в озеро ядохимикатов. Тяжёлое положение складывается на озере Балхаш.

Крайне тяжёлой является проблема загрязнения поверхностных вод и подземных вод. Почти повсеместно ухудшается качество вод и особенно в реках Западной Сибири, Оби и Иртыше, где нефтепродукты в 20 раз больше допустимой нормы. Резко ухудшается вода в Волге, Днепре, Доне, Урале, Куре, Амуре, Сырдарье, Амударье и во многих других реках. Если не принять немедленно самых решительных мер, то в некоторых регионах бассейнов этих рек вода в ближайшее время окажется непригодной для питья и поливов.

Ухудшается качество воды закрытых водоёмах. Озеро Байкал загрязняется промышленными стоками Байкальского целлюлозно-бумажного завода, Селенгинского целлюлозно-картонного комбината и предприятий Улан-Уде. За двадцать лет работы БЦЗ спустил в озеро около миллиона, по другим подсчётам - более миллиона тонн минеральных веществ, по своему составу чужеродных Байкалу. В статье В.Распутина "Байкал у нас один" ("Известия" 16 февраля 1986) подводится некоторый экологический итог работы целлюлозно-бумажных комбинатов на Байкале: сотни тысяч гектаров усохших и усыхающих лесов на склонах Хамар-Дабана, изменение состава воды почти в половине акватории озера, уменьшение - от 2- до 5- кратного - веса различных популяций байкальского омуля, нарастающая гибель эпишуры, основного биологического санитара воды. И это не без поддержки определённых учёных. Автор законно поднимает гражданский вопрос: "Где истина, кому служит наука и что это за наука, путающая чёрное с белым и вред с пользой?" (о Байкале на странице 16)

Загрязняются и моря: концентрация фенола в Каспии превышает допустимую норму в девять раз, в Балтийском море - в четыре раза.

Если вы загрязните реку, но не разрушите её биологическое состояние, то уже через 20 дней после прекращения загрязняющих выбросов чистота воды восстановится. Если вы отравите подземные воды, восстановление чистоты произойдёт через 300-400 лет. Потери, связанные с истощением и загрязнением подземных вод, оценить мы не можем. Не можем до конца оценить потери и на озере Севан. Непомерную цену придётся заплатить за то, чтобы восстановить Аральское море, ежели оно превратится в ряд озёр. Лишь приблизительно можно представить себе цену того богатства, которое было поставлено под угрозу развитием целлюлозно-бумажных предприятий на Байкале. Если исходить из того, что придёт время, когда мы сможем без потери качества транспортировать байкальскую воду, то она станет экономическим ресурсом. Какова цена запаса этого ресурса? Сегодня чистая питьевая вода во многих странах продаётся в бутылках так же, как минеральная вода, и стоит недёшево (в Японии литр натуральной чистой питьевой воды и литр молока имеют одинаковую цену; эксперты в Германии полагают, что вскоре литр натуральной питьевой воды в стране будет стоить столько же, сколько литр рейнского вина). Ожидается формирование мирового рынка воды. Так вот, если "перекрутить" величину запаса байкальской воды - 23 км кубических - на цену самой дешёвой, так называемой "фильтрованной", воды, продаваемой в продовольственных магазинах, то цена запаса байкальской воды составит сумму 1,6 трлн. долларов.

Чтобы постфактум не поражаться потерянным богатствам, необходим переход к управлению в границах системы "производство - водные ресурсы". Можно выделить два направления.

Первое направление - переход к водосберегающей технологии и сокращение расхода водных ресурсов на единицу конечного продукта. Здесь очень большие резервы. По данным Минводхоза СССР, в 1985 году было потеряно 52 км кубических воды - целый годовой сток Днепра. Чрезмерные потери воды привели к негативным последствиям, борьба с которыми стоит очень дорого, - к подтоплению многих городов страны, к заболачиванию и засолению сельхозугодий. На нужды коммунального и питьевого водоснабжения в 1985 году забиралось 24,6 км кубических воды, из них пятая часть терялась. Расход дорогостоящей питьевой воды в 1980 году составлял в Минске 283 литра в сутки на одного жителя, в Таллинне - 428, Ленинграде - 456, Москве - 598 (по некоторым данным - 700 литров), в Ташкенте - 811, в городах Бухарской области - 1108 литров воды. Наведение элементарного порядка в расходовании водных ресурсов уже серьёзно продвинет вперёд решение проблемы.

Второе направление - выбор научно обоснованной стратегии развития земледелия. Мы по традиции, отражающей воззрения 50 - 60-х годов, продолжаем ориентироваться на преимущественное развитие поливного земледелия. Масштабы вложений в водохозяйственное строительство колоссальны (с 1971 по 1985 год они составили 79,1 млрд. руб.).Между тем и мировой, и наш собственный опыт свидетельствует о том, что наиболее результативным является развитие земледелия в хорошо увлажнённых зонах умеренного климата (самые высокие и устойчивые урожаи зерновых дают такие страны Европы, как Голландия, Бельгия, Франция, Германия). Тонна зерна, выращенного на мелиорированных землях, стоит в три раза дороже высококачественной пшеницы; себестоимость тонны привеса крупного рогатого скота, выращенного на кормах с орошаемых земель, обходится втрое выше средней себестоимости привеса, получаемого за счёт кормов с богарных земель. При достаточно корректном счёте, с учётом всех прямых и косвенных затрат, срок окупаемости капитальных средств в мелиорированное земледелие превышает 100 лет (нормативный срок окупаемости капитальных вложений в среднем по народному хозяйству - 8 лет).Итоговая результативность мероприятий, направленных на рациональное использование водных ресурсов, находит своё отражение в показателе водоёмкости конечного продукта. В ряде стран уже достигнут перелом - происходит снижение расхода водных ресурсов на единицу конечного продукта. Мы пока не решили эту задачу - показатель водоёмкости национального дохода продолжает расти (за период с 1976 по 1980 год при росте национального дохода на 22,7% водопотребление увеличилось на 47,1%).

Назрела задача разработки и широкого обсуждения общей стратегии развития земледелия с учётом полных затрат на водохозяйственное обеспечение мелиорированных земель.

Технические средства защиты водных ресурсов.

Вода.

Вода - бесцветная жидкость, не имеющая ни вкуса, ни запаха, активный растворитель, обладающий большим поверхностным натяжением. Смачивание и поверхностное натяжение лежат в основе явления, которое называется капиллярностью. В природе капиллярность поддерживает жизнедеятельность растений, давая им возможность "высасывать" водные растворы из почвы. Малая теплопроводность и большая теплоёмкость воды позволяет использовать её в качестве теплоносителя. Это свойство используют садоводы во время заморозков, опрыскивая цветы плодовых деревьев: замерзая, вода отдаёт цветам своё тепло и защищает их от обморожения. В промышленности широко используют способность воды забирать тепло от окружающей среды, на этом основано действие теплообменных устройств.

Вода входит в состав минералов, содержится в клетках растений и животных, влияет на формирование климата, участвует в круговороте веществ в природе, способствует отложению осадочных пород и образованию почвы, является источником получения дешёвой электроэнергии: её используют в промышленности, сельском хозяйстве и для бытовых нужд.

Вода многолика, она встречается в природе в связанном состоянии и в свободном виде, её минеральный состав чрезвычайно разнообразен. Свободная вода может менять свои свойства в широком диапазоне: она может вытягиваться в жгут, быть эластичной, как резина, быть скользкой настолько, что предметы, движущиеся через неё, увеличивают свою скорость в 2 раза и более, она может стать сухой, целебной.

Ресурсы пресной воды.

Водные ресурсы Земли слагаются из вод морей и океанов, ледников, рек, озёр, подземных вод и исчисляются приблизительно в 1500 миллионов кубических километров. На долю пресной воды приходится всего 30 миллионов километров кубических,94,2% всех водных ресурсов составляют солёные воды морей и океанов.

Все воды Земли непрерывно участвуют в круговороте, образуя замкнутую систему океан - атмосфера - суша. Скорость водообмена колеблется в широких пределах. Медленнее всего возобновляются подземные воды (около 5 тысяч лет),а обмен речных вод происходит 32 раза в течение года.

В нашей стране ресурсы пресной воды неравномерно распределены по территории России. Свыше 86% поверхностных вод сосредоточено в северных и восточных районах страны.

Промышленность, сельское хозяйство, коммунально-бытовое хозяйство городов являются потребителями большого количества воды. В Москве с учётом потребностей промышленности расход воды на одного человека составляет 650 литров в сутки. Во многих местах земного шара пресная вода становится дефицитом.

С каждым годом всё большее значение в водоснабжении отраслей хозяйства начинают приобретать подземные воды. Запасы этих вод на планете огромны, но не все воды легко доступны человеку. Те подземные воды, которые в настоящее время доступны для использования, различаются по температуре и химическому составу. Есть горячие воды с температурой свыше 100-150 градусов по Цельсию и холодные, с температурой ниже 20 градусов по Цельсию, пресные, содержащие менее одного грамма солей на литр воды, рассолы, содержащие более 100 грамм растворённых веществ на литр воды и используемые для получения ценных элементов брома, йода и др. Подземные воды служат источником питания рек, водоснабжения городов и промышленных предприятий, орошения и обводнения пастбищ. Термальные воды подземных источников можно использовать для теплоснабжения городов, создания рыбоводных предприятий, геотермических станций и так далее.

В Средней Азии и Западно-Сибирской низменности находятся большие запасы пресных вод, которые широко используют.

Пресную воду можно получать из солёной морской воды. Опреснением воды человечество занимается уже давно. Более 100 лет назад построена крупнейшая промышленная опреснительная установка в Чили. В 1968 году установок было более 80,а к 1973 году только в США было разработано около 330 промышленных установок суммарной мощностью примерно 20000 кубических метров воды в сутки.

В СССР в 1973 году была введена в эксплуатацию атомная электростанция на полуострове Мангышлак, большую часть энергии которой используют для опреснения солёной воды.

Для удаления запахов водорослей воду пропускают через активированный уголь, фильтруют через фильтры с мраморной крошкой для обогащения карбонатом кальция, затем её фторируют и разбавляют минерализованной водой. После этих процедур вода идёт на нужды города.

В настоящее время существует много способов опреснения воды: искусственное вымораживание, биологические методы с применением микробов, выборочно поглощающих различные соли, и так далее. Особый интерес представляет получение пресной воды с помощью магнитов. При этом вода становится не только пресной, но и приобретает особые свойства: увеличивается скорость химических реакций, улучшается слипание твёрдых частиц, кристаллизация минеральных примесей происходит настолько быстро, что приводит к уменьшению частиц накипеобразующих солей, что позволяет применять воду многократно в замкнутых технологических процессах, увеличивать срок службы водогрейных котлов, удалять из воды трудноосаждаемые тонкие взвеси.

Загрязнение природных вод.

Отработанные воды промышленных предприятий, насыщенные примесями, возвращаются в водные бассейны. Эти примеси могут быть твёрдыми, жидкими, находиться в растворённом, взвешенном и коллоидном состоянии. Сброс органических веществ (углеводородов) в чрезмерно больших количествах приводит к обеднению воды кислородом и отравлению её продуктами разложения. Отходы нефтепереработки образуют плёнку на поверхности воды, препятствующую проникновению в неё кислорода воздуха. Среди продуктов распада под действием анаэробных бактерий имеются вредные вещества, содержащие амины, метан, серу и фосфор. Соли меди, цинка, свинца, никеля, цианиды, фтористые соединения, содержащие в отработанных водах химической промышленности, чёрной и цветной металлургии, действуют на всё живое в воде водоёмов. Они снижают интенсивность окислительных реакций, останавливают различные биохимические процессы, вызывая нарушение координации движений и удушье водных организмов.

Очень опасно загрязнение моющими синтетическими средствами, которые снижают способность вод к насыщению кислородом, парализуют деятельность бактерий, разрушающих органические вещества.

Ежегодно в реки сбрасывается до 160 кубических километров промышленных сточных вод, которые загрязняют до 2000 кубических километров природной воды. В Англии загрязнены почти все реки. В Японии в реку Дзицу были сброшены сточные воды, загрязнённые кадмием. Крестьяне, не зная об этом, использовали отравленную воду для орошения полей, и появилась странная болезнь "больно-больно". Люди умирали в страшных мучениях, так как кадмий обладает способностью накапливаться в организме и вызывать размягчение костных тканей. Достаточно было заболевшему кашлянуть, чихнуть, чтобы вызвать переломы костей. В сельском хозяйстве США ежегодно применяют около 400 тысяч килограммов ртути доя борьбы с вредителями сельского хозяйства. Особенно пострадали от этого жители города Аламагордо (штат Нью-Мексико).Стоки отравили рыбу, пастбища, и в результате ртуть попала в организм людей.

Загрязнение природной среды радиоактивными веществами может быть в результате ядерных (термоядерных) взрывов, работы энергетических ядерных установок, научных учреждений, ведущих исследования радиоактивных веществ, а также при работе предприятий, где добывают, перерабатывают радиоактивное вещество. Количество и состав радиоактивных отходов разнообразен. По агрегатному состоянию различают газообразные, жидкие и твёрдые радиоактивные отходы. Загрязнения радиоактивными веществами, которые содержатся в твёрдых отходах, весьма малы, и могут быть лишь при грубых нарушениях санитарного законодательства, например при сбросах отходов в овраги. Газообразные отходы строго регламентированы и находятся под контролем, поэтому практическая значимость загрязнения невелика. Наибольшую опасность представляют жидкие радиоактивные отходы.

Однако в результате совершенствования технологии сточные воды подвергаются многократной обработке, и они не представляют серьёзной угрозы.

Искусственные и естественные радиоактивные изотопы встречаются в атмосфере, в почвах, в водах морей и океанов, рек и озёр, в растениях и в организме животных и человека в ничтожно малых количествах. Повышение содержания радиоактивных изотопов в отдельных частях биосферы или изменение их качественного состава оказывает неблагоприятные воздействия на протекающие в природе жизненные процессы. Поэтому необходимо знать степень радиоактивности внешней среды. Решение этой задачи связано с определением в различных объектах малых концентраций радиоактивных веществ.

В настоящее время известны некоторые методы сбора проб радиоактивных продуктов, попадающих в различные объекты внешней среды.

В России расчёт ДК радиоактивных веществ в воде поверхностных водоёмов проводят по исходному значению предела годовой дозы, установленной отечественным санитарным законодательством для отдельных групп населения. При обосновании ДК учитывают пути воздействия и их совокупность, сочетание внутреннего и внешнего облучения. Контроль за радиологической чистотой ведут на станции планирования, проектирования и строительства предприятий, которые потенциально могут быть источниками загрязнения водоёмов радиоактивными веществами и в процессе эксплуатации.

Текущий контроль включает оценку загрязнения сточных вод, состояние, поверхности водоёма, атмосферы, сельскохозяйственных культур местного производства и так далее. Методика контроля зависит от формирования жидких радиоактивных отходов, применяемых способов их обезвреживания, путей удаления, качественной и количественной характеристики, поэтому в каждом отдельном случае контроль за сточными водами состоит в определении химического состава, их количества и ритма удаления. Существенное значение представляет выявление в процессе контроля масштабов возможного распространения радиоактивных загрязнении по реке, на прибрежной территории. Действенный контроль за соблюдением санитарного законодательства, которое регламентирует содержание радиоактивных загрязнении, является основным способом, обеспечивающим безопасность населения и охрану окружающей среды от загрязнений.

В результате поступления в воду водоёмов отработанных подогретых вод тепловых и атомных электростанций может возникнуть явление теплового загрязнения. Повышение температуры природных вод в районах сброса отработанных тёплых вод активизирует биологические процессы водоёма, увеличивает содержание в нём органических веществ за счёт вспышки в развитии фото- и зоопланктона. Резкое повышение температуры воды в водоёме может привести даже к гибели водных организмов. Особенно чувствительны к изменению температуры воды тропические организмы, икра и молодь рыб. Предложены методы расчёта теплового баланса отработанных вод, которые позволят при проектировании ТЭС предупредить тепловое загрязнение водоёмов. В перспективе отработанные тёплые воды энергетических установок можно широко использовать для искусственного разведения рыбы.

В воды Мирового океана со стоком рек ежесекундно вливается около 1 миллиона кубических метров пресных вод. Сточные воды, сброшенные в реки, в конечном счёте также попадают в воду морей и океанов.

Окислительные процессы в морской воде протекают медленнее, чем в пресной. Продуцирующая деятельность океана ограничивается пятидесятиметровым слоем воды, где кислород, потребляемый при дыхании, компенсируется вырабатываемым здесь кислородом а процессе фотосинтеза. Плотность морской воды выше, чем плотность сточных вод, поэтому сточные воды растекаются по поверхности моря и тонким слоем распределяются на большие расстояния. Особенно сильное загрязнение сточными водами наблюдается в прибрежной полосе, где процессы сомоочищения протекают очень медленно, так как микробы-минерализаторы, попадающие в море со сточными водами, погибают, а патогенные (болезнетворные) микробы, встречая благоприятные условия, наоборот, размножаются.

Особенно опасны для биологических ресурсов морей и океанов нефть и нефтепродукты, оказывающие вредное воздействие на морские организмы. Некоторые планктонные водоросли в воде, содержащей нефть и нефтепродукты, теряют способность к размножению и гибнут. Из-за загрязнения нефтью ежегодно гибнет большое количество птиц и рыбы. Взрослые рыбы могут избегать места сильного загрязнения, но даже после непродолжительного пребывания в таких районах они теряют свои товарные качества и не могут быть использованы в пищу из-за неприятного запаха и привкуса.

Мировой океан превращается в гигантскую свалку. В северной части Тихого океана плавает 35 миллионов пустых бутылок и сосудов из пластмассы. Со сточными водами в моря и океаны попадают пестициды (химические средства, используемые для борьбы с вредителями),отрицательно влияющими на жизнедеятельность морских организмов. Загрязнение вод Мирового океана продуктами радиоактивного распада особенно опасно, так как они концентрируются в растениях, тканях рыб и моллюсков. Содержание стронция 90 и цезия 137 в них может быть в 20-30 раз, а в растениях в 1200 раз больше, чем в окружающей морской воде. Употребление в пищу заражённых рыб, растений и моллюсков представляет большую опасность для человека.

В последнее время моря и океаны интенсивно вовлекаются в сферу мирового производства. В связи с удорожанием некоторых ресурсов суши растут темпы освоения ресурсов океана. Около 30 стран ведут нефтегазовый промысел непосредственно в море. Ресурсы морей и океанов нельзя отнести к неисчерпаемым, особенно, если только брать и загрязнять. Загрязнение европейских морей промышленными и коммунальными отходами в последнее время приобрело катастрофические масштабы.

Это привело к исчезновению в них некоторых видов полезной флоры и фауны.

Характеристика сточных вод.

Сточные воды подразделяют на хозяйственно-бытовые, ливневые (атмосферные) и промышленные.

Хозяйственно-бытовые сточные воды образуются при мытье посуды, уборке помещений, приготовлении пищи, стирке белья и так далее. В них содержатся органические и неорганические примеси, патогенные организмы.

Атмосферные, или ливневые, воды в основном загрязнены пылью, песком, а в больших городах мазутом, бензином и другими нефтепродуктами.

Промышленные сточные воды образуются на заводах, фабриках при промывке, охлаждении оборудования, при использовании воды в технологических процессах. Промышленные сточные воды некоторых производств требуют индивидуальной очистки, так как в них могут содержаться ядовитые вещества, которые оказывают губительное действие на активный ил аэротенков и затрудняют биологическую очистку.

Сточные воды на машиностроительных предприятиях подразделяются на:

а)чистые воды, которые можно использовать в оборотных системах без очистки;

б)химически загрязнённые, которые требуют специальной очистки в зависимости от состава загрязнений (тяжёлые металлы, концентрированные растворы кислот, щелочей и так далее); повторное использование этих сточных вод возможно, например, для мойки территорий, машин, орошения скрубберов при пылеулавливании и для других целей;

в)сточные воды, загрязнённые нефтепродуктами и взвешенными веществами; после очистки их можно использовать в производстве повторно.

В сточные воды машиностроительных заводов попадает большое количество смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ),которые содержат минеральные масла, спирты, мыла, соду и требуют обязательную цикловую очистку на производстве по следующей приблизительной схеме: механические примеси отделяются магнитным способом, свободные масла - в отстойниках. После обезвреживания хлористым кальцием доочистку можно производить на биологических сооружениях.

Отработанные травильные растворы металлообрабатывающей промышленности загрязняют почву, грунтовые воды, кроме того, безвозвратно теряется серная кислота и другие ценные продукты, поэтому предварительная очистка непосредственно на предприятии обязательна.

На заводе стальных конструкций в городе Волжске построена промышленная установка по получению микроудобрений из травильных растворов. Для этого шлаки перемешивают с травильными растворами с целью перевода содержащихся в них кальция, магния, никеля и других веществ в сульфиды. Массу сушат и получают микроудобрения, хорошо усваиваемые растениями.

Контроль за качеством вод.

Водоёмы используют для водоснабжения населения, промышленности, сельского хозяйства, для разведения рыбы, перевоза грузов водным транспортом, выработки электроэнергии и отдыха. Кроме того, водоёмы служат естественными приемниками хозяйственно-бытовых, промышленных и сельскохозяйственных сточных вод.

Питьевая вода должна быть безвредна для человека, иметь хорошие органолептические свойства, которые характеризуются интенсивностью допустимого изменения запаха, вкуса и цвета. Концентрация химических веществ, попадающих в источники со стоками, не должна превышать допустимых норм, установленных Министерством здравоохранения РФ для источников централизованного водоснабжения.

Качество воды всё время контролируется в местах забора, перед поступлением в водопроводную сеть, в процессе обработки и на очистных сооружениях. Для оценки качества воды при использовании её в промышленных целях определяют:

1)сухой остаток, характеризующий содержание солей и коллоидно растворённых веществ;

2)прокалённый остаток на содержание нелетучих веществ;

3)электропроводность, характеризующую степень загрязнённости воды электролитами;

4)биохимическую потребность кислорода БПК5,характеризующую пятидневный расход кислорода, необходимого для разложения и окисления содержащихся в воде веществ, или интенсивность биохимических процессов;

5)величину водородного показателя pH; для нейтральной среды pH=7,для кислой менее 7, для щелочной более7; pH в пределах нормы равен 6,8 - 7,3; отклонения от этих значений свидетельствуют о загрязнении воды органическими соединениями;

6)количество грубодисперсных веществ (глины, песка и других пород);

7)наличие кремниевой кислоты, которая способствует образованию трудноудаляемой накипи, поэтому этот показатель важен при использовании воды в теплообменных устройствах.

Аналитический контроль сточных вод промышленных предприятий заключается в оценке их органолептических свойств (запаха, вкуса, цвета),в определении мутности (или прозрачности) и концентрации взвешенных веществ. Кроме того, определяют общие показатели качества вод (солесодержание, жёсткость, содержание прокалённого остатка, температуру, pH, кислотность, щёлочность, бихроматную окисляемость (ХПК), перманганатную окисляемость (БПК),содержание эфирорастворимых веществ),содержание органических веществ (остаточного хлора, аммония, неорганических анионов, кислорода, металлов, кремнекислоты),а также определяют содержание нефтепродуктов, синтетических поверхностн активных веществ и полиакриламидов.

Для приборного анализа сточных вод используют спектрофотометр "Сатурн", позволяющий определять концентрации тяжёлых металлов (Ba,Ca,K,Pb,Co) и кварцевые спектрофотометры СФ-4,СФ-44, СФ-Ф6 и СФ-18 с автоматической записью для определения количества нефтепродуктов, красителей, фенолов. Спектрофотометрический метод анализа применяют также для определения мочевины, содержащейся в сточных водах химических предприятий.

Количество отходов целлюлозно-бумажной промышленности (лигнин и лигносульфоновые кислоты) определяют с помощью флуорометрического метода. Газохроматография позволяет определять общий и органический углерод, нефтепродукты и пестециды. За рубежом разработаны автоматические станции "Монитор", контролирующие содержание взвешенных веществ, хлоридов, растворённого кислорода и величину водородного показателя pH.

При автоматическом контроле, обеспечивающем получение постоянной информации, можно управлять технологическими процессами. В случае недостаточной очистки можно прекратить сброс сточных вод или подачу питьевой воды потребителям.

Методы очистки сточных вод.

Производственные сточные воды по своему составу разнообразны. Присутствующие в них загрязнения могут находиться в различных агрегатных состояниях. Для выбора методов очистки сточных вод и оборудования примеси, содержащиеся в воде, подразделяют на четыре группы.

1группа - грубодисперсные примеси - частицы почвы, песка, глины, эмульсий, которые попадают в водоёмы с промышленных предприятий, а также в результате смыва почв. На поверхности таких частиц могут находиться патогенные микроорганизмы, вирусы, радиоактивные вещества.

Для удаления примесей этой группы используют физико-химические процессы, позволяющие с помощью специальных веществ укрупнять частицы с последующим их осаждением, проводить процесс адгезии - прилипания примесей к поверхности инертных материалов, а также использовать метод флотации, то есть выводить примеси в пену, которую специально создают в очистных сооружениях.

2группа - коллоидные примеси, которые находятся в воде в виде тонкодисперсных образований (золей или высокомолекулярных соединений). Вещества этой группы изменяют цвет воды. Для удаления этих примесей применяют коагулянты - вещества, вызывающие слипание и укрупнение частиц.

3группа - растворённые в воде газы и органические соединения. Вещества этой группы придают во-де различные запахи, привкусы, окраску. Наиболее эффективные способы очистки: аэрирование - продувка воды воздухом, введение окислителей, под действием которых разрушается большинство примесей этой группы, и адсорбция - удаление примесей с помощью активированного угля, который впитывает (сорбирует) многие примеси.

4группа - примеси ионной степени дисперсности. Соли,кислоты, основания при поступлении в воду распадаются на ионы. Очистка от примесей этой группы сводится к связыванию ионов; можно применять также вымораживание и другие методы.

Эта классификация позволяет обоснованно и целенаправленно выбирать и компоновать очистные сооружения, применять вычислительные машины для решения сложных задач водообработки.

Сточные воды очищают механическим, биологическим, обеззараживающим (дезинфекцией) и физико-химическим методами.

Для механической очистки применяют решётки, песколовки, отстойники, септики. Принцип удаления взвешенных веществ основан на различии удельных весов примесей и воды. Песколовки предназначены для осаждения песка, мелкого гравия и других минеральных примесей. Песколовки облегчают дальнейшую очистку сточных вод от органических загрязнений в остойниках, метантенках и других сооружениях.

Отстойники применяют для выделения из сточных вод нерастворённых механических примесей и частично коллоидных загрязнений минерального и органического происхождения. Отстойники могут применять для предварительной очистки сточных вод с последующей биологической очисткой, а также и как самостоятельные сооружения, если по санитарным условиям достаточно отделение только механических примесей.

В последнее время получили распространение радиальные отстойники, которые представляют собой неглубокие резервуары диаметром от 18 до 54 метров.

Септиками называют сооружения, в которых происходит осветление (отстаивание) и длительное хранение (от 6 до 12 месяцев) осадка, выпавшего из сточных вод, до полного его перегнивания. Септики имеют очень большие размеры, вода в них часто загрязняется сероводородом, поэтому применение их весьма ограничено.

Для биологической очистки применяют аэротенки, биологические фильтры, аэрофильтры, метантенки. Аэротенки представляют собой глубокие проточные резервуары длиной до 150 метров с отстойником. В аэротенках происходит постепенное уменьшение количества органических веществ, азота, аммонийных солей, нитритов за счёт разрушения их микроорганизмами - минерализаторами. Продолжительность пребывания сточной жидкости в аэротенке колеблется от 6 до 12 часов и зависит от количества подаваемого воздуха, микроорганизмов, находящихся в активном иле, который в виде хлопьев пронизывает всю толщу воды, и от степени загрязнённости сточной воды.

Биологические фильтры представляют собой сооружения (ёмкости) с засыпкой сыпучих материалов, через которые пропускают воду. Растворённые и коллоидные вещества сточных вод адсорбируются и разрушаются преимущественно аэробно, то есть с помощью микробов, которые могут жить только при наличии кислорода. На кусках шлака, щебня и других материалах вырастает биологически активная плёнка. В верхнем слое до 10 сантиметров развиваются инфузории, личинки насекомых, жгутиковые, на неорошаемых участках сооружения разрастаются водоросли, на глубине свыше 15 сантиметров зона червей, которые прорывают ходы в шлаке, разрыхляют биологическую плёнку, переваривают и разлагают клетчатку, хитин.

В последнее время всё чаще находят применение аэрофильтры, которые экономичнее аэротенков, просты в эксплуатации, взрывобезопасны, их легко автоматизировать. Однако аэрофильтры восприимчивы к составу сточных вод и требуют большого количества воздуха для аэрации.

Очистительные пруды представляют собой неглубокие, до 1 метра, водоёмы, последовательно соединённые между собой. Тысячи мельчайших организмов минерализуют органические соединения, зеркальный карп и утки предохраняют пруды от зелени (ряски).Очистительные пруды чувствительны к температуре, поэтому рационально их применять в южных районах.

Почвенные методы очистки проводят на полях орошения. При почвенной очистке помимо бактерий в очистке участвуют простейшие беспозвоночные микроорганизмы. Бактерии минерализуют органические вещества, простейшие организмы уничтожают излишнее количество бактерий, беспозвоночные, дождевые черви, личинки, клещи разрыхляют почву и перерабатывают труднорасщепляемые органические вещества (целлюлозу, хитин).После почвенной очистки вода не содержит яиц гельминтов, обеднена бактериями, поэтому не надо проводить фильтрование воды через песчаные фильтры для очистки от гельминтов.

Метантенк - это бродильная камера, предназначенная для анаэробной очистки осадка сточных вод, то есть с помощью микробов, которые могут жить без доступа воздуха. Процессы брожения осуществляются при температуре до 55 градусов по Цельсию в течение суток, вызывая полную гибель яиц гельминтов и патогенных (болезнетворных) микробов. Сооружение герметичное, поэтому метан, образующийся в процессе брожения, можно улавливать и использовать как топливо. Можно улавливать также углекислоту, которую перерабатывают на сухой лёд. Сброженный осадок содержит фосфор, азот и может служить прекрасным удобрением. Если осадок высушить и сбрикетировать, то можно получить топливо. Перемешивание в метантенке происходит в результате перекачивания осадка насосом из нижней части в верхнюю. Эжектирующие устройства по трубопроводам и эжекторам подают в метантенк острый пар или горячую воду температурой до 60 градусов по Цельсию для подогрева осадка. Осадок перемешивают с помощью насосов, забирающих его из нижней части камеры и подающих в верхнюю часть по трубопроводам выпуска сброженного осадка. Подогрев и перемешивание осадка способствует ускорению процессов брожения в метантенке. Осадок, получаемый в метантенках, периодически выгружается через трубопроводы опорожнения.

Для обеззараживания воду фильтруют через песок, хлорируют и озонируют. Озон обладает бактерицидными свойствами и, кроме того, при озонировании воды улучшаются органолептические свойства. Однако озонирование связано с большими энергетическими затратами. Другое сильное бактерицидное средство - серебро.

В последние годы получило распространение механическое обезвоживание и термическая сушка осадков. Механическое обезвоживание на центрифугах не требует расхода коагулянтов (химических реактивов для окускования примесей),последующая термическая обработка в камерах с инфракрасным излучением позволяет провести дегельминтизацию.

Стоки, загрязнённые органическими и минеральными веществами, подвергают огневому обезвреживанию в циклонных печах (реакторах).Сущность метода заключается в испарении распылённых сточных вод при высоких температурах в продуктах горения органического топлива, при этом токсичные органические вещества сгорают, а минеральные вещества улавливают и выводят в виде расплава.

На машиностроительных заводах сточные воды содержат соли кислот, щёлочи, цианиды, хром, свинец, медь, алюминий, фтор, краски, органические соединения, минеральные взвеси, масла. На некоторых предприятиях введены устройства по регенерации (восстановлению) веществ и повторному их использованию. Очищенную от примесей воду можно использовать многократно.

Воду, используемую для мойки, очищают в системе отстойников, в которых последовательно отделяют крупные механические частицы и нефтепродукты. Накопленные нефтепродукты откачивают в ёмкости. Шламовый насос откачивает сырой остаток в бункер, откуда по мере накопления осадок вывозится.

Представляет интерес замена масляных эмульсий водными растворами, исключающими попадание нефтепродуктов в сточные воды. Все действующие промышленные предприятия предусматривают сооружения по предварительной очистке сточных вод. Нефтеловушки, маслоуловители, краскоуловители, нейтрализаторы - вот тот небольшой и неполный перечень обязательных сооружений, без которых на сегодняшний день не имеет право работать ни одно промышленное предприятие.

Сохранению рек и водоёмов способствует использование сточных вод на полях орошения. Баластные воды с судов, курсирующих по рекам и водоёмам, сдают на береговые очистные станции, а также сбрасывают в канализационные системы. Технологические процессы, способствующие снижению вредных стоков, постоянно совершенствуют.

Искусственное дыхание озёр.

Мёртвые озёра возникают в результате сброса большого количества загрязняющих (питательных) веществ с животноводческих ферм, птицефабрик и так далее. Вначале появляется много планктона, рыб, разрастаются водоросли. Отмирающие организмы, находящиеся в изобилии в верхних слоях, опускаются вниз, в холодный придонный слой, где в нормальных условиях разлагаются. При обилии оседающего планктона кислорода начинает не хватать, и постепенно возникают анаэробные условия, при которых образуется сероводород. Над озером начинают роиться насекомые, появляются зелёные плавающие плёнки, неприятные запахи. Такое состояние озера называют эвтродическим. Озеро, дошедшее до эвтродического состояния, само возродиться не может даже при прекращении сброса сточных вод.

Учёные всего мира ищут пути воскрешения мёртвых озёр. В последнее время успешно работает аппарат "Лимно", который разработала шведская фирма Атлас Конко. Аппарат предназначен для подачи кислорода в воду озёр.

Мёртвое озеро Брунсквинен, находящееся в черте города Стокгольм, озеро Кулобутнвалне, находящееся южнее города Осло, озеро Гребан (Германия),озеро Уоккабук, расположенное севернее Нью-Йорка, постепенно оживают благодаря работающим на них аппаратам "Лимно".

Проблемы экологической безопасности водопользования и охраны водоёмов на примере Байкала

Cуществующие "Правила охраны водоемов от загрязнения сточными водами" предлагают производить оценку качества воды по величинам ПДК в расчетном створе водного объекта. В зависимости от требований к качеству воды рыбохозяйственного, санитарно-бытового или социально-культурного водопользования и характера водоема (река, озеро) расчетный створ располагают в 500 или 1000 м от места выпуска сточных вод. Считают, что на таком расстоянии от оголовка сточная вода будет полностью разбавлена и ,тем самым, обезврежена от вредных и токсических веществ, болезнетворных организмов. Следовательно, по существующим правилам водоемы являются составной частью устройств по очистке сточных вод бытовых или промышленных предприятий, что с экологических позиций совершенно недопустимо по ряду причин.

В Байкале минерализация воды в среднем составляет 96,5 мг/дм3. В этой воде сформировалось все видовое разнообразие организмов, которые населяют водную толщу и дно озера. В его воде содержится около 5 мг/дм3 сульфатов, 0,4мг/дм3 - хлоридов, 1,5 мг/дм3 - взвешенных органических веществ, до 12 мг/дм3 кислорода,4,1 мг/дм3 органических веществ (по ХПК) и др..

В промышленных стоках Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (БЦБК) после их очистки на существующих очистных устройствах содержится 750-800 мг/дм3 различных солей, в том числе около 520 мг/дм3 сульфатов, т.е. почти в 100 раз больше; до 110 мг/дм3 хлоридов, т.е. в 275 раз больше, чем в воде озера; органических веществ (ХПК) - 70 мг/дм3 - в 17,5 раза больше; кислорода - 6 мг/дм3 , или в два раза меньше, чем в воде Байкала. Содержание полихлорированных бифенилов (ПХБ) в сточных водах БЦБК достигает 0,28 мкг/дм3, а в воде Байкала их вообще не должно быть, так как это продукт антропогенного происхождения. Они встречаются в некоторых притоках озера (например, в р. Б. Голоустная) до 0,02 мкг/дм3 за счет атмосферного переноса и выпадения с осадками в бассейне этой реки при северо-западных ветрах со стороны как Иркутска и Ангарско-Черемховского промышленного района, так и БЦБК. Вместе с тем вследствие аккумуляции ПХБ по пищевой цепи водных организмов в жире нерпы концентрация ПХБ достигает 38 - 64 мкг/г, а диоксиновый эквивалент - 93пг/г, что в сотни и тысячи раз превышает их содержание в окружающей среде.

Как могут нормально существовать пресноводные организмы Байкала в воде с общей минерализацией в 7 - 8 раз большей, чем в озере с содержанием сульфатов в 100 раз, а хлоридов в 275 раз большими, чем в ультрапресной маломинерализованной воде, в которой эти гидробионты возникли? Известно, что с повышением концентрации солей в среде осмотическое давление раствора возрастает, и в воде из организмов будет отсасываться. В этих условиях водные организмы погибают от обезвоживания, даже если растворенные соли не ядовиты. А хлориды и сульфаты, как известно, вредны для многих пресноводных организмов.

Ежесуточно только Байкальский целлюлозный комбинат сбрасывает в Байкал свыше 200 тыс. кубометров промышленных стоков. Предприниматели считают, что эти стоки очищены и соответствуют по качеству или даже лучше требований стандарта на питьевую воду. Эксперименты, проведенные на Байкале, показали, что эти "очищенные" промстоки совершенно не пригодны для жизни байкальских организмов, они в этих стоках погибают в течение короткого времени (от нескольких часов до нескольких суток - разные виды имеют различные сроки выживания). Даже пятидесяти- и стократно разбавленные очищенные промстоки БЦБК вызывают у водных организмов мутагенные изменения и гибель. Только в 10000 раз разбавленных очищенных промстоках гидробионты могут какое-то время существовать. Как долго они могут в таких условиях жить, смогут ли размножаться и какие отдаленные последствия возникнут в таких разбавленных стоках, установить пока не представляется возможным .Министерство и ведомства целлюлозно-бумажной промышленности в проведении подобных исследований не заинтересованы, так как полученные результаты повлекут за собой ужесточение требований к природоохранным мероприятия. Российская академия наук и ее Сибирское отделение средств для создания соответствующих экспериментальных полигонов не имеют. Под влиянием сброса в Байкал и его притоки недостаточно очищенных промстоков БЦБК и других предприятий в озере происходит перестройка экосистемы. Начиная с 60-х годов структура планктонных сообществ значительно изменилась. В фитопланктоне, вместо доминирующей ранее эндемичной водоросли Melosira bajcalensis, начала развиваться менее требовательная к чистой воде Nitzshla aclcularis, которая вытесняет мелозиру. Произошла замена крупноклеточных форм водорослей мелкоклеточными. Параллельно с уменьшением в составе фитопланктона доли мелозиры, а в составе зоопланктона - кормовых организмов рыб снизилась роль циклопа - типичного байкальского вида беспозвоночных. По сравнению с уровнем в 1961 - 1965 гг. к 1996 году вдвое уменьшилась биомасса зоопланктона в период осеннего максимума его развития. Начиная с 1966 - 1967 гг. резко снизились темпы роста и ухудшились физиологические характеристики байкальских рыб, в том числе омуля. Если в 50-х годах омуль впервые шел на нерест в возрасте четырех лет и имел массу 500 г, то в последние годы он идет на нерест в возрасте 7 - 8 лет и масса впервые нерестующихся особей составляет 180-200 г. В 1987 г. отмечалась массовая гибель нерпы вследствие сброса в озеро большого количества шламлигнина из накопителей Байкальского целлюлозно-бумажного комбината, содержащего целую гамму вредных веществ, в том числе и полихлорбифенилов. Иммунная система животных под влиянием отравления была ослаблена, что обусловило их заболевание и гибель.

Таким образом, действующие правила охраны водоемов не обеспечивают требования даже существующего универсального стандарта на питьевую воду и, в том числе, по рыбохозяйственным нормативам, при которых не должно происходить: а) гибели рыб и кормовых организмов для рыб, б) постепенного исчезновения видов рыб и кормовых организмов, в) ухудшения товарного качества обитающих в водном объекте рыб, г) изменения условий, способных привести к гибели рыб или замене ценных видов на малоценные.

В мировом научном сообществе общепризнанно, что озеро Байкал - уникальный водоем. К нему нельзя подходить с мерками, предназначенными для обычных водоемов даже питьевого назначения. Тем более что стандарт на питьевую воду разработан для выбора пригодного для этих целей водоисточника и не может служить эталоном для оценки допустимых загрязнений.

Водоемы с питьевой водой вообще не должны загрязняться, в них не допустим сброс каких-либо чужеродных веществ. В первую очередь это условие должно соблюдаться по отношению к Байкалу - мировому резервуару непревзойденной по качеству питьевой воды.

Производственники - водопотребители всеми способами и в который уже раз пытаются приравнять Байкал к рядовым водоемам и распространить на него действие существующих природоохранных законодательных актов. Байкал же требует индивидуального подхода и специального закона о его охране и включения в глобальный перечень объектов мирового наследия. В нем сосредоточено 1/5 мировых запасов пресной питьевой воды. Однако озеро и его бассейн продолжают загрязнять промышленными, бытовыми и сельскохозяйственными отходами, гербицидами, другими пестицидами и различными химическими веществами. Вследствие этого и выбросов в атмосферу происходит также перестройка наземных экосистем в бассейне озера . Так, в частности, под влиянием пылегазовых выбросов БЦБК и других предприятий, сжигающих уголь, гибнут хвойные леса. Больше других страдают темнохвойные и, особенно, пихтовые леса - происходит массовое (250 тыс. га) усыхание древостоев (40 тыс. га из них погибло безвозвратно). У других пород уменьшается прирост древесины, снижается плодоношение, а большое количество семян у сосны и лиственницы оказывается нежизнеспособным (низкая всхожесть).Вследствие этого необходимо затрачивать больше усилий для заготовки посевного материала.

Остаются не изученными и отдаленные последствия воздействия загрязнения на жизнеспособность растений, которые вырастут из семян, подвергшихся влиянию вредных пылегазовых выбросов. Если жизнестойкость и энергия жизнедеятельности таких семян окажутся пониженными, то и выросшие из них растения могут иметь уменьшенную энергию роста и плодоношения. Продуктивность древостоев из таких деревьев и сроки плодоношения могут быть пониженными, а созревание древесины - удлиненным, т.е. будет снижена биологическая продуктивность лесных угодий, что важно уже не только для региона, на и планеты в целом. Осуществлением такой водоохранной деятельности мы не выполним своего долга пред потомками, а, следовательно, и своего назначения на Земле.

Кардинальное решение задачи предотвращения загрязнения Байкала состоит не в том, чтобы сбрасывать в него даже хорошо очищенные, но все же губительные для водных организмов промышленные стоки и пылегазовые выбросы, а в том, чтобы полностью исключить их попадание не только в озеро и в атмосферу над ним, а и в его бассейн. Это диктуется и заботой об охране уникальной экосистемы Байкала, и экономической целесообразностью. Нет сомнения в том, что ущерб, наносимый природе вследствие ухудшения качества воды озера, расходуемой на разбавление прошедших через очистные устройства, но еще остающихся вредными промстоков, а также от пылегазовых выбросов, во много раз превышает стоимость продукции целлюлозно-бумажных комбинатов.