Биологические факторы самоочищения включают деят-ть бактерий, водорослей, высших водных растений, различных беспозвоночных. В водоеме, где процесс самоочищения не нарушен, через 24 часа остается не более 50% болезнетворных бактерий, через 96 часов до 0,5%. Процесс бактериального самоочищения сильно замедляется зимой, когда через 150 часов сохраняется еще более 25% бактерий.Отмиранию бактерий могут способствовать и некоторые хим. вещ-ва, но при этом, кроме патогенных бактерий и вирусов, могут отмирать и микроорганизмы, участвующие в самоочищении.

8. Принципы и методы математического моделирования разбавления сточных вод

Мат. моделирования разбавления сточ. вод разработана в 90-х г., НПО «Логус». Программа «Зеркало» выполняет 3 задачи:

1. Расчет ПДС - это max допустимая к отведению кол-во ЗВ, кот. не приводит к нарушению нормативов на уровне контр. створа наблюдения, вместе 80%-85% смешение стоков с прир. водами.

2. Прогноз кач-ва воды, ниже этого выпуска действующего или пректир-го, сточ. вод. Прогноз кач-ва воды проводят по формуле Караушева или Фролова-Родзиллера, строятся поля концентрации.

Основная разница между методами расчета разбавления сточ. вод В.А.Фролова - И.Д.Родзиллера и А.В.Караушева заключается в следующем: метод В.А.Фролова - И.Д.Родзиллера используется не только для расчета ПДС в малых и средних реках, ещё с его помощью можно рассчитать поведение ЗВ в вод. объекте, но только по оси Х, т.е. в горизонтальной плоскости, по направлению течения реки, не учитывая распространение ЗВ в по ширине и глубине. Метод же А.В.Караушева позволяет провести пространственный анализ разбавления сточ. вод в вод. объекте, учитывая распространение ЗВ по длине, ширине и глубине вод. объекта. В этом методе мы получаем пространственное, а не плоское решение задачи, как в методе В.А.Фролова - И.Д.Родзиллера.

3. Расчет объема дождевых и талых вод

Данные, необходимые для расчета разбавления сточ. вод

Для расчета разбавления сточ. вод в вод. объекте необходима след. информация: данные о вод. объекте, данные по выпуску сточ. вод, данные о расходе сточ. вод, т.е. фоновые конц-ции ЗВ и конц-ции ЗВ в выпуске сточ. вод.

Данные о вод. объекте

-наименование вод.объекта, водоохранный индекс, длина расчетного участка (от места выпуска стоков до контр. створа), коэффициент извилистости, средняя глубина русла, максимальная глубина реки, средняя ширина русла, сред. скорость течения, минимальный среднемесяч. расход воды в реке 95% обеспеченности, м³/с: - летняя межень и зимняя межень, шероховатость ложа реки n_ш.

Данные по выпуску сточ. вод

Расположение (м): по берегу, от берега, тип оголовка и его хар-ка.

Данные о расходе сточ. вод

Среднегодовой расход, среднесуточный, среднечасовой, максимально-суточный.

Данные о конц-ции ЗВ выше выпуска сточ.вод, т.е. фоновые конц-ции ЗВ.

9. Осн.направления снижения загрязненности гидросферы. Технологические пути снижения образования ЗВ и методы очистки сточ. вод. Регулирование пространственно-временного распределения сбросов

Общая система канализации и количество сточных вод

Удаление сточных вод от объектов водопотребления осуществляется с помощью систем канализации -- комплекса инженерных сооружений, предназначенных для приема, отведения, очистки и утилизации этих вод, сброса их в водоемы. Она включает следующие основные элементы: а) внутренние канализационные устройства; б) наружные канализационные сети; в) насосные станции и напорные водоводы; г) сооружения для очистки и утилизации сточных вод; д) выпуски в водоем.

Внутренняя канализационная сеть служит для приема сточных вод и отведения их за пределы здания.

В жилых и общественных зданиях внутренние домовые канализационные устройства состоят из приемников -- санитарных приборов (унитазов, писсуаров, раковин, умывальников, моек, ванн и пр.), а также из сети отводных труб, стояков и выпусков. Приемники располагают в специальных помещениях (санитарных узлах), кухнях, прачечных и т.п.

В производственных помещениях внутренняя (цеховая) канализация устраивается или в виде сети труб, аналогичной внутренней домовой, или сделанных в полу и располагаемых у производственных аппаратов и машин открытыми или закрытыми сверху (бетонными плитами, рифленой листовой сталью) лотков, трапов и воронок.

Из внутренней канализации сточные воды поступают в наружную канализационную сеть. Она представляет собой разветвленные подземные коммуникации труб и каналов, самотеком отводящие стоки к насосной станции, очистным сооружениям или в водоем. В зависимости от назначения, места укладки и размеров наружную канализацию называют дворовой, внутриквартальной, заводской, уличной, коллекторами, каналами. Дворовая объединяет выпуски из отдельных зданий. Внутриквартальная охватывает выпуски группы зданий или зданий квартала в целом. Заводская прокладывается по территории предприятий и принимает сточные воды от цехов и зданий. Уличная собирает сточные воды дворовых и внутриквартальных сетей.

Коллекторы представляют собой участок канализационной сети, принимающий сточные воды двух и более уличных линий или заводских сетей. Их подразделяют на несколько видов:

коллекторы бассейна канализования, объединяющие канализационную сеть всего бассейна, т.е. территории, ограниченной водоразделами;

главные коллекторы, объединяющие два или несколько коллекторов бассейнов канализования;

загородные, или отводные, коллекторы, перемещающие сточные воды транзитом (без присоединения) за пределы объекта канализования к насосным станциям, очистным сооружениям или местам выпуска в водоем.

В крупных городах с сильно развитой городской сетью коллекторы больших размеров нередко называют каналами.

На очистные сооружения, если позволяет рельеф местности, сточные воды поступают самотеком. В противном случае в пониженных местах рельефа устраивают насосные станции, или станции перекачки, подающие стоки на очистные сооружения или на более высокую отметку, откуда они затем самотеком поступают к месту их очистки.

В зависимости от назначения станции подразделяют на: местные для перекачки сточных вод одного или нескольких отдельных неблагоприятно расположенных объектов канализования; районные, передающие сточные воды отдельных районов или бассейнов канализования; главные, перекачивающие основную часть или все количество стоков канализуемого объекта. Участок канализационной сети, по которой сточные воды подаются от насосной станции до самотечного канала или очистных сооружений, называют напорным водоводом.

Очистные сооружения предназначены для удаления из стоков загрязнителей до уровня, при котором они не оказывают вредного влияния на принимающий водоем.

Выпуск представляет собой канал, отводящий сточные воды в водоем после очистных сооружений. Имеются также аварийные выпуски, устраиваемые на каналах или коллекторах перед насосной станцией для сброса стока в водоем без очистки при аварии на насосной станции.

В зависимости от схемы поступления в канализационную сеть основных категорий сточных вод (бытовых, производственных и атмосферных) различают общесплавную, раздельную и полураздельную схемы канализации.

Общесплавная канализация принимает все три категории сточных вод. Раздельная система предусматривает независимое от бытовых и производственных удаление атмосферных вод (ливневую сеть, водосток). В свою очередь, раздельную схему подразделяют на полную раздельную и неполную раздельную.

При полной раздельной системе имеются две и более самостоятельные канализационные сети, по одной из которых отводят атмосферные, а по остальным -- бытовые и загрязненные производственные воды.

При неполной раздельной системе канализацию строят только для бытовых и загрязненных производственных вод, а атмосферные воды поступают в водоем неорганизованно.

Схемы канализации зависят от множества факторов, например от рельефа местности, грунтовых условий, места расположения очистных сооружений, разновидности и степени загрязнения сточных вод.

На схему канализации промышленных предприятий влияют, кроме того, размещение цехов, внутризаводской транспорт и насыщенность заводской территории подземными сооружениями различного назначения, в частности производственными коммуникациями.

Масштабы сбросов в водный бассейн значительны. Общая масса жидких отходов в России и других странах СНГ оценивается в 160 млрд т, объем сточных вод РФ составляет 60 км³/г. Из них 40% приходится на воду, сбрасываемую без очистки. Объем нормативно очищаемых стоков не превышает 2,3 км .

Загрязненные воды распределяются по территории страны неравномерно. Почти половина их попадает в Каспийское море, причем преимущественно из бассейна р. Волга. В последний сбрасывается 1/3 стоков страны, на его долю приходится ~40% грязных и недостаточно очищенных вод. Около 20% стоков поступает в бассейн Карского моря -- в основном в Енисей, Обь и их притоки.

По номенклатуре загрязняющих веществ основное количество в сбрасываемой воде составляют хлориды и сульфаты, а также нитраты, аммонийный азот, фенол, нефтепродукты, соединения меди, цинка и свинца.

Основной объем недоочищенных сточных вод приходится на жилищно-коммунальное хозяйство (почти 50%), далее следуют промышленность (32%) и сельское хозяйство (около 12%).

По составу наиболее разнообразны производственные сточные воды. Это требует большего, чем при бытовом водоотведении, спектра методов их очистки. В настоящее время система канализования крупных промышленных предприятий представляет собой сложный комплекс производственной, хозяйственно-фекальной и ливневой канализации. По этой причине представляется целесообразным наряду со сведениями по общей системе канализации дополнительно рассмотреть некоторые особенности организации водоотведения промышленных предприятий.

Организация водоотведения промышленных предприятий

Количество производственных сточных вод зависит от степени водопотребления и водоотведения, от соответствующих норм на них.

Нормой водоотведения является среднее количество сточных вод, удаляемых из производства в водоем при оптимальном водопотреблении. Норма водоотведения включает количества выпускаемых в открытые водоемы сточных вод (очищенных и неочищенных, производственных и бытовых),а также фильтрационных из прудов-осветлителей, хвостохранилищ шламонакопителей.

Нормы водоотведения в случаях, когда вода не используется как сырьевой компонент, например в кондитерской промышленности, сопоставимы с нормами водопотребления.

Суточное количество Q_cyT производственных сточных вод рассчитывается по формуле

Q_cyT = NM,

где N -- норма водоотведения на единицу продукции или перерабатываемого сырья с учетом водооборота, м; М -- число единиц продукции или масса перерабатываемого сырья за сутки.

Объем бытовых сточных вод предприятия можно оценить по укрупненным нормам для каждой составляющей расхода отдельно (от душевых, столовых, прачечных и др.). Нормы зависят от характера производства и общего числа работающих и тем выше, чем тяжелее санитарно-гигиенические условия труда на данном предприятии. Последние ухудшаются в ряде: предприятия механосборочные, инструментальные, деревообрабатывающие -- прядильные, текстильные -- пищевые, фармацевтические, металлообрабатывающие, моечные -- металлургия, подземная добыча полезных ископаемых, химическая промышленность. В последней на одного рабочего требуется ежесуточно только для душевых примерно 200 л воды.

Расчетный сток дождевых (ливневых) вод определяется в зависимости от местных условий -- района нахождения промышленного предприятия, рельефа, степени благоустроенности территории.

Все типы сточных вод промышленного предприятия поступают в его канализационную систему. При этом загрязненные воды должны отводиться несколькими самостоятельными потоками, на которые они делятся в зависимости от вида и концентрации примесей, количества и мест образования стоков. Потоки могут быть преимущественно слабозагрязненными, кислыми, щелочными, солевыми, содержащими масла и жиры, токсичные и ядовитые вещества. Незагрязненные сточные воды, как правило, объединяют в отдельный поток.

Бытовые сточные воды промышленных предприятий могут очищаться совместно или раздельно с производственными, в зависимости от состава и способа очистки последних. Данное обстоятельство определяется тем, что бытовые сточные воды должны подвергаться биохимической очистке во всех случаях. Если производственные стоки ее не требуют, то осуществляется отдельная обработка бытовых вод. Если же они загрязнены органическими веществами или биологическими примесями, то организуется совместное отведение бытовых и производственных сточных вод.

Дождевые воды отводятся самостоятельной сетью (ливневая канализация) или совместно с производственными сточными водами, иногда могут сбрасываться в водоем без очистки.

Из канализационных систем предприятий производственные сточные воды сбрасывают в городскую канализацию или в водоемы.

Сброс в городскую канализацию можно производить при расположении промышленного предприятия в городах или вблизи них. В этом случае осуществляется совместная очистка смеси бытовых и производственных сточных вод на единых очистных сооружениях. Часто системы очистки крупных промышленных предприятий используют и для обработки сточных вод близлежащих населенных пунктов.

К производственным сточным водам, сбрасываемым в городскую канализацию, предъявляют ряд требований. В частности, стоки не должны содержать: более 500 мг/л взвешенных и всплывающих веществ; горючих примесей, а также растворенных газообразных веществ, способных образовать взрывоопасные смеси в канализационных сетях и сооружениях; веществ, засоряющих трубы канализационных сетей или отлагающихся на их стенках; веществ в концентрациях, препятствующих биологической очистке сточных вод или сбросу их в водоем. Они также не должны корродировать материал труб и элементы сооружений канализации и иметь температуру не выше 40°С. Производственные сточные воды, не удовлетворяющие указанным требованиям, следует предварительно очищать, охлаждать или разбавлять до необходимых кондиций.

Условия выпуска производственных сточных вод в водоемы регламентируют «Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения» (СПН), издаваемые Минздравом, а выполнение условий контролируют санитарно-эпидемиологические станции. Правила и нормы предусматривают нормативы качества воды для водоемов двух категорий: 1) питьевого и культурно-бытового назначения; 2) рыбохозяйственного назначения. Отнесение их к тому или иному типу производят органы государственного санитарного надзора. Для водоемов в целом и для каждой категории в отдельности разработаны показатели, по которым лимитируется сброс производственных сточных вод, и установлены соответствующие нормативы.

Условия приема сточ.вод в канализацию:

1.сточ.воды в бытовую и производственную канализацию должны поступать через санитарные приборы, обязательно снабженные гидравлическими затворами, а в дождевую канализацию - через дождеприемники;

2.производств.сточ.воды в общесплавную и бытовую канализацию принимаются только в тех случаях, когда это не нарушает работы сети и очистных сооружений городской канализации. Производств.сточ.воды, сбрасываемые в город. канализацию не должны содержать:

- более 500мг/л взвешен.примесей и всплывающих вещ-в минерального и органич. происхождения, которые могут вызвать засорение сети;

- большого кол-ва кислот и щелочей, которые оказывают разрушающее действие на материал труб и сооружения город. канализации;

- нефти, бензина, бензола, газолина, керосина, пары которых взрывоопасны;

- вредных вещ-в в концентрациях, препятствующих биологической очистке.

3.тем-ра сточ.вод не должна превышать +40?С.

4.производ.сточ.воды в смеси с бытовыми при подходе к биологич. очистным сооружениям не должны иметь активную реакцию рН ниже 6,5 и выше 9.

Сточ.воды, не удовлетворяющие указанным требованиям, должны быть подготовлены к сбросу в город. канализацию. Для этого они подвергаются предварительной местной очистке.

Бытовые и загрязненные произв.стоки не должны поступать в дождевую сеть, предназначенную для отведения только а/сферных вод, а воды фонтанов, дренажей и от поливки улиц - в сеть бытовых или производ.-бытовых вод.

Совместные отведения и очистка бытовых и произв.сточ. вод, как правило, являются наиболее целесообразными по технико-экономичес. показателям, однако в ряде случаев оказываются недопустимыми из-за наличия в производ. сточ.водах вредных и ядовитых вещ-в. Сточ.воды мелких предприятий, а также мест- ной и пищевой промышленности по переработке с/хоз. продуктов могут приниматься в город. канализации без ограничения и в ряде случаев без предварительной обработки.

Очистка быт.сточ.вод - проводят механическим и биологическим методом. Для этого применяют ряд сооружений - решетки, песколовки, отстойники.

На решетках задерживаются примеси более 5-25мм. Скорость потока через решетки не должна превышать 0,8-1м/сек.

Далее на песколовках задерживается взвесь не более 0,2мм. Скорость -0,15-0,3м/сек. Далее по ток воды идет в отстойники первичные - осаждаются частицы 0,2мм. Бывают горизонтальные, вертикальные, радиальные. Для большей очистки применяют радиальные отстойники R = 40м. Время 2 часа. Скорость потока 7м/сек. Взвесь удаляется на 60%. БПК до 20% снижается. И далее идет на биолог. очистку. Она базируется на способности некоторых микроорганизмов использовать для своего питания органич. вещ-ва находящиеся в воде в растворенной форме. В зависимости от того, в каких условиях происходит биолог .очистка данные сооружения делятся на 2 типа:

1.очистка идет в условиях приближенных к естественным. Сооружения - поля фильтрации и поля орошения.

2.очистка идет в искусственного созданных условиях - тогда используются сооружения: аэротенки и биофильтры.

Поля орошения (карты) - это специально выделенные земельные угодья, где происходит очистка сточ.вод. Суть процесса: сточ.воды проходят через слой почвы. В почве адсорбируются взвешен.вещ-ва и коллоидные частицы. Они способствуют развитию в порах почвы микробиолог пленки. Последнее окисляет задержанные органич. соединения, превращая их в минеральные. Орган. углерод переходит в СО₂, орган.N - в нитриты и нитраты, орган.Р - в фосфаты.

В аэротенках: длина от 36 до 114м, ширина 4,4 -9м, глубина до 5м. Сточ.воды и ил сосредоточено выпускается в торцевую часть аэротенки, а очищенную прошедшую воду вы пускают из др.торцевой части. Продолжительность пребывания 4-8часов.

Биолог.очистка может быть полной (80-100%), и неполной (органика удаляется на 40-50%).

Могут использоваться биофильтры.

Во 2-ом отстойнике вода отстаивается.

Классификация методов очистки сточ.вод

Существует три основ.вида очистных сооружений для сточ.вод - локальные, заводские, районные или городские.

Локальные (цеховые) очист.сооружения предназначены, прежде всего, для обезвреживания сточ.вод или извлечения ценных компонентов непосредственно после технологических установок или цехов. На локал. установках механической очистки, коагуляции, электроосаждения, фильтрования, ультрафильтрации и др. очищают сточ.воды, которые нельзя направлять без предварительной очистки в систему повторного и оборотного водоснабжения на общие заводские либо районные очист.сооружения.

Многие крупные предприятия располагают общезаводскими очист.сооружениями, которые имеют установки для механической, физико-химической и биологической очистки.

Районные (городские) очист.сооружения предназначены для очистки хоз.-бытовых и промышленных сточ.вод района или города.

Выбор метода очистки зависит от концентрации загрязнений в сточ.водах и количества твердых отходов, образующихся в основном производстве и на стадии очистки, а также от эколого-экономических показателей процесса.

Сточ.воды промыш.предприятий должны подвергаться обязательной локальной очистке.

Методы очистки

При очистке сточ.вод промышленных технологий применяют фильтрование, осаждение, флотацию, коагуляцию,

нейтрализацию и другие методы.

Перспективны методы с использованием процессов мембранной технологии, электрокоагуляции, озонирования, биологической очистке.

Методы очистки делятся:

1. очистка суспензией и эмульсией (в свою очередь подразделяется на:

- механическую очистку от примесей: отстаивание, фильтрация, флотация, осветвление во взвешенном стое осадка, центрабежные методы;

- очистка от мелкодисперсионных и коллоидных частиц: коагуляция, флотация, электрометоды;)

2. очистка от растворенных примесей (в свою очередь подразделяется на:

- механич.очистка от примесей: мембранные методы, ионный обмен, электрометоды, реагентные методы;

- очистка от мелкодисперсионных и коллоидных частиц:

подразделяются на:

? регенеративные методы - адсорбция, ионная флотация;

? деструктивные методы - биологические методы, озонирование, хлорирование, электрохимическое окисление;)

3. устранение или уничтожение - устранение, захоронение, термическое сжигание.

Способы очистки промышлен.стоков можно классифицировать по составу фаз, дисперсному и химическому составам.

Техника защиты от загрязнений воды в водных объектах

Чтобы выбрать тот или иной метод требуется проанализировать несколько показателей воды, а именно: какие ЗВ присутствуют в стоках; в какой концентрации; величина стоков, которую нужно очистить и периодичность поступления стоков.

Анализируя воду, помимо наличия ЗВ рассматривают физич.свойства воды:

1. плотность при t + 15?С и нормальном а/сф.давлении, составляющим 999 кг/м?; с увеличением примесей плотность увеличивается;

2. вязкость: позвол. Уменьшается с увеличением температуры и увеличивается с повышением концентрации солей,

3. электрические свойства: электрохимический метод: вода является слабым проводником, а увеличение минерализации будет способствовать увеличению электрических свойств.

Хим. свойства воды

Различные методы очистки должны учитывать реакционную способность воды.

Воды классифицируют по разным признакам:

1. целевое назначение:

- хоз.питьевое,

- техническое,

- поливное.

Технич.вода может служить для энергетических целей, может быть охлаждающей, технологической (которую используют в технологии предприятия).

На практике воду используют одного качества: хоз.-питьевая.

Для многих производств этого качества достаточно, но есть ряд отраслей, где требования к качеству воды имеют особенный характер. Особенность проявляется в том, что вода жесткая приводит к обрастанию труб известковым налетом. Такую воду не желательно использовать для котельной. Чтобы смягчить воду используют реагенты- умягчители. В электронной промышленности вода не должна иметь каких-либо примесей.

Существуют нормы питьевого и ведомственного водоснабжения.

Сточные воды делят на 3 группы:

1. бытовые,

2. атмосферные,

3. промышленные.

А/сф.воды относятся к чистым водам, пригодным для любой хоз.деятельности, за исключением районов, где выпадают кислотные дожди и первые порции дождей. Быт.сточ.воды - это фекальные воды - минерализация 42%, органические вещ-ва - 58%.

Промыш.сточ.воды обычно сбрасыавют в один коллектор с бытовыми.

Сточ.воды содержат разные группы примесей:

1. воды, образующиеся при протекании хим. реакций;

2. воды, находящиеся в виде свободной и связанной влаги в сырье, исходных продуктах и выделяющиеся в процессе переработки;

3. промыш.воды после промывки сырья и, продуктов и оборудования;

4. водные экстракты и абсорбенты;

5. воды охлаждения;

6. и др.сточ.воды.

Сточ.воды делят по видам хим. загрязнителей воды:

1. биологически нестойкие органические соединения,

2. малотоксичные органические соли,

3. НФП, углеводороды,

4. биогенные соединения,

5. вещ-ва со специфическими токсическими свойствами, включая тяж.металлы,

6. биолог.жесткие не разлагающиеся органические синтет. соединения.

Классификация вод по фазово-дисперстному составу:

1. гетерогенные системы,

2. гомогенные системы.

Гетерогенные системы выделяют:

1. взвеси: суспензия, эмульсия - обуславливает мутность воды, микроорганизмы и планктон; размерность частиц 10^-1 мкм и более;

2. коллоидные растворы: золы и растворы высокомолекулярных соединений, обуславливающих окисляемость и цветность воды, размер 10^-1 - 10^-2 мкм; напр. глинистые частицы;

Гомогенная система выделяет примеси:

3. молекулярные растворы: газы растворимые в воде, органич.вещ-ва. Эти соединения придают запах и привкус. Размер частиц 10^-2 - 10^-3 мкм;

4. ионные растворы: соли, основания, кислоты. Они обуславливают минерализованность, жесткость, щелочность/кислотность воды. размер 10^-3мкм и меньше.

Классификация осн.методов очистки:

1. методы очистки от грубодисперсных примесей,

2. методы очистки от мелкодисперсных примесей,

3. от минеральных примесей,

4. от органич.примесей,

5. от газов,

6. методы устанения и уничтожения нерастворимых и растворимых примесей.

Методы по способу утилизации сточ.вод:

- рекуперация,

- диструктивные методы.

Рекуперационные методы предполагают извлечение из сточ.вод и их дальнейшую переработку всех ценных вещ-в.

Диструктивные методы предназначаются для разрушения вред.примесей путем окисления /восстановления и удаления в виде газов или осадков.

Распространение загрязняющих веществ в окруж. среде. Распространение загрязнений происходит в результате миграций. По характеру миграции компоненты прир. среды делятся на транспортирующие и депонирующие. Транспортирующие среды - это водные и воздушные потоки, в которых происходит перенос загрязняющих веществ. Транспорт. среды характеризуются сложной динамикой самого процесса. Потоки, как правило, носят турбулентный характер. Вследствие турбулентности водного и воздушного потоков наблюдается пульсация скоростей (изменчивость). Турбулент. потоки сложно взаимодействуют с подстилающей поверхностью, с неровностями подстил. поверхностей. Вследствие этого происходит срыв вихрей (замкнутая циркуляция и постепенно смещаются по общему направлению переноса и затухают). В результате возникает сложное неоднородное распределение скоростей. Кроме того, источники загрязнения тоже могут усиливать неустойчивость концентрации. Часть производственных процессов, загрязняющих окруж. среду неоднородна и неоднозначна. Неоднородность поступления загряз. веществ накладывается на неоднородность их переноса. В результате для транспортирующих сред характерна сложная пространственно-временная концентрация загряз. веществ. Поэтому контролировать движение загряз. вещ-в очень сложно. Для того чтобы изучить это движение, необходимо большое число постов мониторинга (большая частота проб). С другой стороны, при прекращении поступления загряз. веществ транспортирующая среда быстро очищается.

Депонирующие среды накапливают загряз. вещества. К депонир. среде относятся - снег, почва, донные отложения водоемов, растительные ткани. Для депонир. сред характерна значительно большая устойчивость концентрации. Загрязнение депонир. сред формируется в течение долгого времени за счет постоянного накопления веществ из веществ транспортирующей среды. При этом, если поступление загрязняющих веществ вдруг прекращается, депонирующая среда еще долго остается загрязненной. Перенос загрязняющих веществ в транспортир. средах происходит в 2-х основ. фазах:

1. в растворенном виде в составе главной фазы (газообразные вещества в а/сфере и жидкие вещества в жидкой среде),

2. перенос во взвешенном состоянии (взвешенные частицы).

Перенос в составе главной фазы является устойчивым, долговременным, дальним. А для его прекращения требуются сложные очистные сооружения химического или биологического типа. Перенос во взвешенной фазе является менее устойчивым. И для его прекращения достаточно более простых механических сооружений (отстойники, циклоны и т.д.) В результате переноса загряз. веществ формируются техногенные геохимические аномалии.

10.Критерии и методы оценки загрязнения почв. Методы рекультивации и реабилитации нарушенных и загрязненных земель

Почва - верхний слой суши, образовавшийся под влиянием растений, животных, микроорганизмов и климата из материнских горных пород, на которых он находится. Это важный и сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими ее частями.

К основным типам почв на територрии России относятся черноземы, подзолотистые, дерново-подзолотистые, подзолотисто-болотные, болотные, серые лесостепные, пойменные, солончаки, солонцы, солоди и др.

Почвенный покров является важнейшим природным образованием. Почва состоит из твердой (минеральной и органической), жидкой и газообразной фаз. Для всех почв характерно уменьшение содержание органических веществ и живых организмов от верхних горизонтов почв к нижним. Образование почв зависит от многих факторов:

1.субстрат, на котором образуются почвы. От характера материнских пород зависят физические свойства почвы.

2. растительность - создают органические соединения, пригодные для питания животных.

3. животные организмы - выполняют функцию преобразования органического вещества в почву (земляные черви и др., из наземного животного мира наиболее интенсивоно влияют грызуны и травоядные животные).

4. микроорганизмы (бактерии, одноклеточные водоросли, вирусы), разлагающие сложные органические и минеральные вещества на более простые, которые в дальнейшем могут использоваться самими микроорганизмами и высшими растениями.

5. климат

6. рельеф.

Основное и важнейшим свойством почвы является её плодородие, которое определяется в первую очередь содержанием гумуса, макро- и микроэлементов, таких, как N, Р, К, Cа, магний, S, Fe, Cu, бор, Zn, молибден и др. Каждый из этих элементов играет свою роль в структуре и обмене веществ растений и не может быть заменён полностью другим.

Процесс развития почвы заканчивается, когда достигается равновесие, соответствие почвы с растительным покровом и климатом, то есть возникает состояние климакса. Таким образом, изменения почвы, происходящие в процессе ее формирования, напоминают сукцессионные изменения экосистем.

Техногенная интенсификация производства способствовала загрязнению и дегумификации, вторичному засолению, эрозии почв.

Загрязнение почв

Воздействие загрязнений на почву исследовано в меньшей мере по сравнению с другими составляющими биосферы и в ряде случаев носит лишь концептуальный характер. Недостаточно ясно и влияние загрязненной почвы на компоненты биосферы. В настоящее время в почве контролируется содержание около 90 органических и неорганических соединений, для которых установлены ПДК.

В роли основных загрязнителей почв выступают металлы и их соединения, радиоактивные элементы, а также удобрения и ядохимикаты, применяемые в сельском хозяйстве.

К наиболее опасным загрязнителям почв относят ртуть и ее соединения. Ртуть поступает в окружающую среду с ядохимикатами, с отходами промышленных предприятий, содержащими металлическую ртуть и различные ее соединения.

Еще более массовый и опасный характер носит загрязнение почв свинцом. Известно, что при выплавке одной тонны свинца в окружающую среду с отходами выбрасывается его до 25 кг. Соединения свинца используются в качестве добавок к бензину, поэтому автотранспорт является серьезным источником свинцового загрязнения. Особенно много свинца в почвах вдоль крупных автострад.

Вблизи крупных центров черной и цветной металлургии почвы загрязнены железом, медью, цинком, марганцем, никелем, алюминием и другими металлами. Во многих местах их концентрация в десятки раз превышает ПДК.

Радиоактивные элементы могут попадать в почву и накапливаться в ней в результате выпадения осадков от атомных взрывов или при удалении жидких и твердых отходов промышленных предприятий, АЭС или научно-исследовательских учреждений, связанных с изучением и использованием атомной энергии. Радиоактивные вещества из почв попадают в растения, затем в организмы животных и человека, накапливаются в них.

Значительное влияние на химический состав почв оказывает современное сельское хозяйство, широко использующее удобрения и различные химические вещества для борьбы с вредителями, сорняками и болезнями растений. В настоящее время количество веществ, вовлекаемых в круговорот в процессе сельскохозяйственной деятельности, примерно такое же, что и в процессе промышленного производства. При этом с каждым годом производство и применение удобрений и ядохимикатов в сельском хозяйстве возрастает. Неумелое и бесконтрольное использование их приводит к нарушению круговорота веществ в биосфере.

Особую опасность представляют стойкие органические соединения, применяемые в качестве ядохимикатов. Они накапливаются в почве, в воде, донных отложениях водоемов. Но самое главное - они включаются в экологические пищевые цепи, переходят из почвы и воды в растения, затем в животных, а в конечном итоге попадают с пищей в организм человека.

Огромный вред наносят кислотные дожди - снижается продуктивность почв, сокращается поступление питательных веществ, меняется состав почвенных микроорганизмов. Огромный вред наносятся лесам - они высыхают, развивается суховершинность на больших площадях. Кислота увеличивает подвижность в почве алюминия, который токсичен для мелких корней, и это приводит к угнетению листвы и хвои, крупности ветвей. Особенно страдают хвойные деревья, потому что хвоя сменяется реже, чем листья.

В агрофитоценозы мышьяк поступает с ядохимикатами, с фосфорными удобрениями, с азотными удобрениями. Кадмий поступает в почву при орошении сточными водами, при внесении фосфорных удобрений, при сжигании топлива на ТЭЦ, с выбросами автотранспорта. Ртуть поступает в агрофитоценозы со сточными водами, с пестицидами. Селен поступает в почву, в основном, с органическими удобрениями и при орошении сточными водами. Фтор, в основном, поступает с фосфорными удобрениями, а свинец со сточными водами, с известковыми удобрениями, с фосфорными удобрениями, с выбросами автотранспорта.

Почвенные загрязнения принято разделять на две группы основных категорий. К первой относятся загрязнения, обусловленные выбросами промышленных предприятий. Второй вид загрязнений обусловлен применением в сельском хозяйстве удобрений, пестицидов и других средств защиты растений.

Кроме того, почвы загрязняются под воздействием естественных природных процессов (ветра, паводка, вулканической деятельности), а также хоз.-бытовыми и животноводческими стоками. Возможно и радиоактивное загрязнение почвы.

Попадание загрязнетелей в почву может оказать существенное влияние на жизнедеятельнсоть сопутствующих ей растительных и живых ценозов, что отражается на многих процессах, в том числе и на плодородии почвы. Загрязнители способны изменить состав микрофлоры, состояние среды, сказаться на круговороте питательных элементов, продуктивености. Имеются доказательства того, что осевшие на поверхности почвы загрязнители в ряде случаев включаются в трофические цепи. Они приводят к попаданию в оргиназм человека токсикантов. Особую опасность при этом представляют тяжелые металлы, способные оказать канцерогенное и мутагенное действие.

В случае загрязнения почв благодаря сорбционной способности почв загрязняющие вещества задерживаются в почве надолго (иногда навсегда). Со временем происходит размывание пятна загрязнения - это происходит в результате действия трофических связей.

В проявлении санитарной функции почв выделяют 3 аспекта:

1 аспект связан с участием почвенных организмов в диструкции (разложении) поступающих на поверхность почвы остатков.

2 аспект связан с антисептическими свойствами (патогенные микроорганизмы долго в почве не выживают).

3 аспект заключается в разрушении почвенными микробами продуктов обмена живых организмов.

Охрана и использование почв и земельных ресурсов

Охрана почв основывается главным образом на комплексе профилактических мероприятий организационного, лесомелиоративного и гидрологического характера. Основным условием является ограничение выброса загрязняющих веществ. Соблюдение мер, исключающих залповые выбросы, активизирует процессы самоочищения и сохраняет плодородие почвы.

В соответствии с целевым назначением все земли подразделяются на:

1. земли сельскохозяйственного назначения,

2. земли населенных пунктов,

3. земли промышленности, транспорта, связи и иного несельскохозяйственного назначения,

4. земли природоохранного, рекреационного и оздоровительного назначения,

5. земли лесного фонда,

6. земли водного фонда,

7. земли запаса.

Охрана земель включает систему организационных, экономических, правовых, инженерных и других мероприятий в целях повышения природопользования и создания благоприятной экологической обстановки.

Охрана земель предусматривает:

- защиту земель от водной и ветровой эрозии, солей, от подветровой эрозии, подтопления, заболачивания, вторичного засоления, иссушения, уплотнения, загрязнения отходами производства, других процессов разрушения;

- рекультивацию нарушенных земель, повышения их плодородия и других полезных свойств;

- снятие и сохранение плодородного слоя почвы, с тем чтобы использовать его для рекультивации земель или повышения плодородия малопродуктивных угодий;

- установление особых режимов пользования для земельных участков, имеющих природоохранное и историко-культурное значение.

В стране ведется тщательный контроль загрязнения почв сельскохозяйственных районов, в ближайшем окружении городов и промышленных объектов, а также на фоновом уровне. Большое значение имеет контроль за фоновым загрязнением фонового покрова. Оно отображает общее глобальное загрязнение атмосферы и - как следствие этого - почвы.

В почвах сельхозугодий контролируется все применяемые пестициды: гексахлорциклогексан, гранозан, полихлорпропилен, метафос, цирам, севин, гептахлор, карбитион и др. Их содердание определяется сразу после обработок, а также в последующее время, чтобы определить скорость разложения. Продолжается контроль и ДДТ: хотя этот препарат и запрещен к применению, но из-за своей стойкости еще присутствует в почвах и может загрязнять сельскохозяйственную продукцию.

Почвы территорий, прилегающих к городам и промышленным комбинатам, контролируются на содержание в них тяжелых металлов, бензапирена и других токсичных веществ.

Важное значение для понимания процессов загрязнения почв, особенно в результате атмосферного переноса, имеет анализ поступления загрязняющих веществ на поверхность земли. Для этой цели ведется контроль загрязнения атмосферных осадков (снег, дождь и т. д.)

Система показателей, отражающих изменение процессов почвообразования. Промышленные и сельскохозяй-

ственные загрязнения изменяют свойства почвы и почвообразовательных процессов, снижают потенциальное пло-

дородие, технологическую и питательную ценность сельскохозяйственной продукции и т.д. Для контроля, опреде-

ления комплекса природоохранных мероприятий и прогноза потенциальной продуктивности почвы разработана

единая система показателей, отражающих изменение процессов почвообразования и как следствие -- свойств

почвы. Система показателей позволяет анализировать состояние почвы (водно-физические, химические и биологи-

ческие свойства) в условиях антропогенных загрязнений.

Классификация почв учитывает влияние загрязняющих веществ на такие почвенные изменения, как:

а) продукции биомассы;

б) хозяйственных частей урожаев;

в) технологической ценности этих урожаев;

г) питательной ценности урожаев;

д) ухудшение санитарно-гигиенической ценности.

По степени устойчивости к загрязняющим веществам почвы разделяют на:

-- очень устойчивые,

-- устойчивые,

-- среднеустойчивые,

-- малоустойчивые,

-- очень малоустойчивые.

Устойчивость или чувствительность почв к загрязняющим веществам целесообразно определять в соответствии с:

а) содержанием гумуса;

б) качеством гумуса;

в) биологической активностью;

г) глубиной гумусового горизонта;

д) содержанием фракции (механический состав почвы);

е) частями глиностных минералов;

ж) глубиной почвенного профиля.

Принципы гигиенического нормирования ПДК вредных веществ в почве.

Принципы нормирования предельно допустимых концентраций вредных веществ в почве значительно отличаются

от принципов, положенных в основу нормирования их для водоемов, атмосферного воздуха и пищевых продуктов.

Разница обусловлена тем, что прямое поступление вредных веществ через почву в организм человека невелико,

ограничено случаями прямого контакта с ней (ручная обработка земли, почвенная пыль, игра детей в песочницах и

т.д.). Химические вещества, попавшие в почву, поступают в организм человека главным образом через контактирую-

щие с почвой среды: воду, воздух и растения, по биологическим цепям: почва -- растение -- человек; почва -- рас-

тение -- животное -- человек и т.д. Поэтому при нормировании химических веществ в почве учитывается не только

та опасность, которую представляет почва при непосредственном контакте с ней, но главным образом последствия

вторичного загрязнения контактирующих с почвой сред. При этом имеются в виду и такие факторы, как тип почвы,

механический состав, морфология, микробиоценоз, рН, температура, влажность и т.д. Теоретически обоснована

необходимость нормирования таких стабильных химических веществ, как соли тяжелых металлов (свинец, мышьяк,

медь, ртуть), а также микроэлементов (молибден, медь, цинк, бор, ванадий и др.), применяемых как микроудобрения

в сельском хозяйстве.

Оценка санитарного состояния почв проводится по оценочным показателям санитарного состояния почвы населен-

ных мест. В качестве химического показателя берется так называемое санитарное число -- частное от деления коли-

чества почвенного белкового азота (в мг на 100 г абсолютно сухой почвы) на количество органического азота (в тех

же единицах). В почве, как известно, содержится определенное количество азота, входящего в состав белковых ве-

ществ. При внесении в почву загрязнений содержание органического азота увеличивается и, следовательно, изме-

няется соотношение между ним и белковым азотом.

В качестве показателя бактериального загрязнения почвы используют титр кишечной палочки (В. Coll) и титр од-

ного из анаэробов (В. Perfingens). Эти бактерии поступают в почву с фекалиями. Так как анаэроб обладает способ-

ностью спорообразования, он сохраняется в почве более продолжительное время, чем кишечная палочка. Наличие

в почве анаэроба при отсутствии кишечной палочки свидетельствует о старом фекальном загрязнении.

Санитарно-гельминтологическим показателем состояния почвы является число яиц гельминтов в 1 кг почвы, а са-

нитарно-энтомологическим -- наличие личинок и куколок мух в 0,25 м² ее поверхности.

Охрана земель включает систему организационных, экономических, правовых, инженерных и других мероприятий,

направленных на защиту их от расхищения, необоснованных изъятий из сельскохозяйственного оборота, нерацио-

нального использования, вредных антропогенных и природных воздействий, в целях повышения эффективности

природопользования и создания благоприятной экологической обстановки.

Охрана земель и их рациональное использование осуществляются на основе комплексного подхода к угодьям как

к сложным природным образованиям (экосистемам), с учетом их зональных и региональных особенностей.

Система рационального использования земель должна носить природоохранный, ресурсосберегающий характер

и предусматривать сохранение почв, ограничение воздействий на растительный и животный мир, геологические

породы и другие компоненты окружающей среды.

Нормирование ЗВ в почвогрунтах.

ЛПВ - лимитирующий признак вредности (нельзя путать с ЛПВ воды).

Его используют при определении ПДК для почво-грунтов. Виды ЛПВ:

1. фитотоксикологический ЛПВ (аккумуляция ЗВ в тканях растений и их влияние на человека);

2. воздушно-миграционный ЛПВ;

3. водно-миграционный ЛПВ (поступление в почвы ЗВ с водой: стоком, фильтрацией и т.д.);

4. общесанитарный ЛПВ (изучается почвенный микроценоз (микроорганизмы) - выполняют функцию очищения почв).

1,2,3 - гигиенические ЛПВ,

4 - экологический.

Это все частные ПДК. Из них выбирается одно наиболее жесткое и оно будет приниматься за норматив.

Разные типы почв имеют разную устойчивость к загрязнению.

ПДК в России разрабатывались для дерновых и дерново-подзолистых почв. Затем стали разрабатываться ПДК для разных типов грунтов (глины, супеси и т.д.)

ЗВ могут рассматриваться в 2-х формах:

1. валовая форма (суммарная),

2. подвижная форма.

Подвижная форма наиболее опасна для организма чел-ка. Затем начали разрабатывать ПДК для подвижных форм и разных типов грунтов. Класса опасности те же.

Эффект суммарности опр-ся по методу «доза-эффект» и по формуле: безопасное отношение: Сi + Сх + … < 1 ;

ПДКi ПДКх

Каждая доля суммации опр-ся и доказывается инструментальным методом.

Биологическое загрязнение.

Определяется наличие болезнетворных микроорганизмов.

Главная функция почвы - это обеспечение жизни на Земле - обеспечение растений необходимыми факторами жизни. Эта глобальная функция почвы характеризуется понятием плодородия.

Вторая глобальная функция почвы - это обеспечение постоянного взаимодействия большого геологического и малого биологического круговорота веществ на земной поверхности. Она является регулятором в качестве биомембраны и в качестве аккумулятора биофилов.

Третья глобальная функция почвы - это регулирование состава атмосферы и гидросферы, что осуществляется, благодаря высокой пористости почв, ее емкости поглощения, насыщенности живыми организмами, селективности.

Четвертая функция почвы - это регулирование биосферных процессов, в частности, плотности и продуктивности организмов на поверхности суши и в мелководьях, поскольку почва обладает не только плодородием, но и лимитирующими факторами.

Пятая функция почвы - накопление на земной поверхности специфического активного органического вещества - гумуса - и связанной с ним химической энергии.

Шестая глобальная функция почвы - это ее защитная роль по отношению к литосфере. Почва планеты - это не только геомембрана, но одновременно и «кожа» планеты», защищающая литосферу от слишком сильного воздействия экзогенных факторов и от разрушения.

Экологические значения свойств почв

Свойства почв определяют их сорбционную, миграционную и трансформирующую способность, протекторные функции. В первую очередь, это показатели рН, окислительно-восстановительного состояния, гранулометрический состав, сорбционная емкость по отношению к различным типам сорбции, фракционный состав соединений ионов в почве.

На территории России с севера на юг, в основном, распространены следующие зональные типы почв: тундровые, глеево-подзолистые, подзолистые, дерново-подзолистые, серые лесные, черноземы, каштановые, бурые полупустынные. Кислотность указанных почв меняется от рН=3,5-4,5 в подзолистых почвах, до рН=6,0-7,0 - в черноземах и до рН=7,0-7,2 - в верхних горизонтах (рН=8,2 - в нижних горизонтах) светло-каштановых и бурых полупустынных почв. В соответствии с рН, с севера на юг закономерно изменяется содержание гумуса и емкость поглощения почв.

Понятие о деградации почв

В толковом словаре по почвоведению (1975) деградация, в широком смысле слова, определяется, как совокупность процессов, ухудшающих плодородие почв, в более узком - как процессы разрушения структуры, потери гумуса, обменных оснований, сокращение обеспеченности доступными элементами питания. С точки зрения экологии, это дополнительно сокращение экологических функций почв.

При деградации почв происходит изменение свойств, процессов и режимов, трофических цепей, саморазвития и саморегулирования систем и подсистем, связанных с изменением аккумуляции, трансформации и миграции вещества, энергии и информации.

Негативные экологические явления в порядке убывания доли их в формировании экологического неблагополучия: загрязнение хозяйственно-бытовыми отходами; нарушение земель карьерами, транспортом; истощение пастбищ; загрязнение территории сел навозом и мусором; выпас скота в лесу; неорганизованные свалки строительного мусора; неупорядоченное движение техники; неснятие плодородного слоя при строительных работах; химизация; загрязнение почвы нефтепродуктами; неприятные запахи различных производств; отсутствие или ненадежная работа очистных сооружений; смыв нечистот в овраги и балки; опахивание сел и водоемов; затопление лугов и пастбищ; бесконтрольное строительство плотин, низкий уровень благоустройства сел; летние лагеря вблизи водоемов; засорение отдыхающими мест отдыха и развлечений; бесконтрольный сбор грибов и ягод; нерегулируемые прогоны скота по селу; отсутствие водоохранных насаждений; истощение водоемов в результате поливов; стоки излишков поливной воды в водоемы; распашка водосборных территорий; опахивание лесных массивов и лесополос; изрезанность территории линиями электропередач; нарушение правил хранения минеральных удобрений и ядохимикатов; нарушение правил водозабора; водопой скота непосредственно из водоемов; вырубка леса; нарушение стока поверхностных вод.

Свойства почв, в конечном итоге, определяют трансформацию и миграцию в почве токсикантов, устойчивость почв к факторам их деградации. Однако, экологические функции свойств почв зависят от их взаимовлияния.

Свойства почв учитываются при прогнозе устойчивости почв к деградации и, в частности, опасности загрязнения почв.

При экологической оценке деградации почв рассматривают следующие показатели: факторы деградации, виды деградации, взаимовлияние процессов деградации, мощность деградационных воздействий, скорость деградации, этапы деградации, устойчивость почв к деградации, степень деградации, обратимость деградационных изменений. С практической точки зрения, необходимо оценивать уровень воздействия факторов, вызывающих деградацию, степень изменения почв, возможность восстановления почв, пути оптимизации обстановки.