Размещено на http://www.allbest.ru/

Гидросфера и ее охрана

гидросфера водоем загрязнение бактериальный

Гидросфемра (от др.-греч. ?дщс -- вода и уцб?сб -- шар) -- водная оболочка Земли. Её принято делить на Мировой океан, континентальные поверхностные воды и подземные воды.

Общий объём воды на планете -- около 1 533 000 000 кубических километров (по измерению в 2013 г.). Масса гидросферы -- примерно 1,46·1021 кг. Это в 275 раз больше массы атмосферы, но лишь 1/4000 от массы всей планеты.

Бомльшая часть воды сосредоточена в океане, намного меньше -- в ледниках, континентальных водоёмах иподземных водах. Солёные океанические воды составляют свыше 97,5 % массы гидросферы, вода ледников -- около 2 %, подземные воды -- примерно столько же, а поверхностные воды суши -- 0,02 %.

Океаны покрывают около 71 % земной поверхности. Средняя их глубина составляет 3800 м, а максимальная (Марианская впадина в Тихом океане) -- 11 022 метра. Океаническую кору слагают осадочный и базальтовый слои. В водах Мирового океана растворены соли (в среднем 3,5 %) и ряд газов. В частности, верхний слой океана содержит 140 трлн тонн углекислого газа и 8 трлн тонн кислорода.

Поверхностные континентальные воды занимают лишь малую долю в общей массе гидросферы, но тем не менее играют важнейшую роль в жизни наземной биосферы, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Сверх того эта часть гидросферы находится в постоянном взаимодействии сатмосферой и земной корой.

Воду, которая находится в твёрдом состоянии (в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте), объединяют под названием криосферы. Переходы воды из одних частей гидросферы в другие составляют сложный круговорот воды на Земле.

Гидросфера перекрывается с биосферой по всей своей толще, но наибольшая плотность живого вещества приходится на поверхностные прогреваемые и освещаемые Солнцем слои, а также прибрежные зоны.

Именно в гидросфере зародилась жизнь на Земле. Лишь в начале палеозойской эры начался постепенный выход животных и растений на сушу.

Значение гидросферы многогранно. Вода играет важную роль в круговороте веществ на Земле. Вода участвует в формировании климата, погоды. Она, обладая большой теплоемкостью, определяет роль океанов в климатическом отношении. Океаны и моря, накопив запас тепла летом, согревают этим теплом атмосферу Земли. Содержащийся в воздухе водяной пар (наряду с углекислым газом) играет определяющую роль в тепловом балансе планеты, так как он, пропуская большую часть солнечных лучей, в значительной степени задерживает тепловое излучение планеты в мировое пространство. Из тропических широт океанические течения несут тепло в северные моря, смягчая и выравнивая климат планеты. Вода является универсальным растворителем, из всех жидкостей она - наилучший растворитель, в ней растворяются почти все вещества. Вода - великий скульптор, формирующий поверхность планеты. Она активизирует процессы почвообразования и участвует в формировании плодородия почвы. Велико биологическое значение воды. Жизнь на Земле зародилась в водной среде и продолжает быть связана с водой. С участием воды в процессе фотосинтеза происходит образование органического вещества, при этом выделяется кислород (это кислород, который содержался в воде). Он используется при дыхании и является основой для распространенных в природе и важных для обмена веществ окислительных процессов. В водной среде протекает большинство химических реакций, связанных с обменом веществ в организме. Обмен веществ включает в себя как непременный, органически входящий в него процесс - водный обмен. Благодаря этому свойству вода стала носителем жизни. Только в жидкой водной среде совершаются процессы пищеварения и усвоения пищи в желудочно-кишечном тракте, идет синтез «живого» вещества в клетках организма. Вода входит в состав тел живых организмов, всех их органов и тканей. Потеря воды организмом ведет к его гибели. Для человека смертельна потеря воды в пределе 15-20%. Физиологическая потребность составляет в среднем 2,5 л воды в сутки. В общем, вода является структурной и функциональной основой жизни.

Вода играет большую роль для человека: это - вид транспорта, источник электрической энергии, разнообразного сырья, в том числе лекарственного сырья. Вода в больших количествах используется в хозяйственно-бытовых и санитарных целях, при этом растет культура человека, растет и расход воды. Если ранее воду брали ведрами из колодцев, колонок, и вода расходовалась экономно (на одного человека приходилось в среднем 20 литров в сутки), то в настоящее время в городах на человека приходится 150-200-250 литров воды в сутки и более. Очень широко применяется вода в промышленности. В целом, по всем видам водоснабжения город с населением 1 млн. человек потребляет 0,5 млн. м3 воды в сутки. Прогноз, сделанный на 2000 год (М. И. Львович, 1974) показывал, что общее количество потребляемой воды значительно увеличится, возрастет и объем сточных вод, достигнув 6000 км3. При этом известно, что сточные воды загрязняют в 10-15 раз больше вод, чем сброшено. Для разбавления указанного количества стоков потребуется использовать весь годовой устойчивый речной сток.

Самоочищение водоемов

Процесс самоочищения воды водоема от загрязнений проф. С.Н. Строганов делит на две стадии:

1) перемешивание загрязненной струи со всей массой воды, т.е. явление чисто физическое;

2) самоочищение в собственном смысле слова, т.е. процессы минерализации органических веществ и отмирания внесенных в водоем бактерий.

В проточном водоеме внесенные в него сточные воды вместе с разбавляющей их речной водой продвигаются по течению реки на то или иное расстояние. На этом протяжении можно различать следующие зоны:

1) выпуска сточных вод; 

2) практически полного смешения сточных вод с водой водоема;

3) наибольшего загрязнения, в которой содержание растворенного кислорода, являющегося одним из важнейших показателей состояния водоема, минимально;

4) восстановления, в которой заканчивается процесс самоочищения.

Интенсивность процесса самоочищения зависит от многих факторов, в том числе от скорости протока в водоеме, условий его реаэрации, глубины водоема и т. д. Однако следует учитывать, что в проточных водоемах процессы самоочищения протекают, как правило, быстрее, чем в замкнутых, поэтому с устройством на реках водохранилищ они замедляются.

Процесс смешения При определении степени смешения нельзя принимать в расчет весь расход реки, так как вблизи места выпуска достаточно полного смешения еще нет оно происходит на некотором расстоянии от места выпуска. При этом чем больше разница между расходом сточных вод и расходом воды в водоеме, тем больше расстояние между местом выпуска и местом, где происходит практически полное смешение.

Для учета расхода реки, участвующего в смешении, т. е. процессов разбавления, вводят так называемый коэффициент смешения а.

Видно, что время до наступления минимума содержания кислорода при прочих равных условиях увеличивается с возрастанием начальной БПК , но увеличение это незначительно, и время наступления минимума колеблется от 2 до 3 дней. Из этой же формулы можно видеть, что время до наступления минимума содержания кислорода будет тем меньше, чем больше начальный дефицит кислорода Оа. Время это, а следовательно, и расстояние критической точки от начального пункта зависят главным образом от температуры.

От начальной БПК сильно зависит величина падения содержания кислорода. Как видно и формулы , дефицит кислорода в критической точке Дф возрастает почти прямо пропорционально начальной БПК При плохих условиях реаэрации, т.е. при небольшом значении коэффициента к и высокой температуре воды летом, дефицит кислорода В может дойти до полного, т.е. растворенный кислород на некотором участке водоема будет отсутствовать. Видно, что такие условия наступают, например, при Ь 40 мг/л и к 20. В этом случае, даже при учете одновременного потребления и растворения кислорода, содержание его в воде водоема падает до нуля. На рисунке это выражается тем, что кривая содержания кислорода пересекается с осью абсцисс, соответствующей полному отсутствию растворенного кислорода или дефициту его при температуре речной воды 20° С, равному 9,17 мг/л . С другой стороны, при хорошей реаэрации, превышающей потребление кислорода, и незначительном начальном загрязнении может оказаться, что снижения содержания растворенного кислорода не будет.

Видно, как велико значение константы растворения кислорода. При том же начальном загрязнении Ь 40 мг/л, но при к 0,8 дефицит кислорода составляет лишь 3,8 мг/л, и наименьшее содержание кислорода равно 9,17 -- 3,8 = 5,37 мг/л. Кроме того, момент наибольшего загрязнения и начало возрастания содержания кислорода наступают значительно раньше. Ввиду того что скорость реаэрации пропорциональна дефициту кислорода, на такую величину реаэрации рассчитывать не следует.

В этом случае скорость потребления кислорода в начальный период будет значительно превышать скорость его растворения за счет реаэрации и может наступить момент, когда дефицит кислорода будет больше расчетного и содержание его в воде упадет ниже допустимого предела 4 мг/л. Но, с другой стороны, константа скорости растворения кислорода (и величина реаэрации) сильно зависит от гидрологических условий водоема, способствующих перемешиванию воды. Поэтому в некоторых случаях представляется целесообразным принять меры к искусственному повышению этой константы путем устройства на требуемом участке водоема перепадов или иных инженерных сооружений, способствующих лучшему перемешиванию и аэрированию воды.

При определении величины реаэрации водоемов вместо константы скорости растворения кислорода кг, исчисляемой на единицу объема, принимают коэффициент реаэрации А, исчисляемый на единицу поверхности обычно в граммах кислорода на 1 м2 поверхности водоема в сутки.

Коэффициент реаэрации сразу дает количество растворяющегося кислорода и поэтому может быть назван величиной реаэрации. Он зависит главным образом от дефицита кислорода в воде водоема, но так же, как и константа скорости растворения, зависит от температуры и всех тех условий в водоеме, которые влияют на перемешивание воды: от глубины, формы русла, скорости течения, наличия ветра и пр.

По наблюдениям, проведенным на наших реках в разное время года, коэффициент реаэрации в зависимости от дефицита кислорода и температуры колеблется от 0,5 до 5 г на 1 м2 поверхности водного зеркала в сутки. Показана величина реаэрации в зависимости от степени насыщения воды кислородом при разных местных условиях.

Если количество растворенного кислорода в начальном и конечном пунктах остается одинаковым и, следовательно, все снижение величины БПК на рассматриваемом участке происходит за счет растворившегося кислорода, т.е. за счет реаэрации, то средняя величина коэффициента реаэрации А может быть определена из формулы. На протяжении рассматриваемого участка этот коэффициент может меняться в зависимости, как указано выше, от дефицита кислорода и других причин.

По этой формуле можно определить требуемую поверхность водного зеркала для полной ликвидации внесенных загрязнений, а зная ширину реки и скорость течения в ней, расстояние и время ликвидации загрязнений. С другой стороны, задаваясь расстоянием, на котором должно закончиться самоочищение, а следовательно, назначая требуемую поверхность водного зеркала, можно определить то количество загрязнений, которое может быть внесено, в водоем при данных местных условиях, и тем самым установить требуемую степень очистки.

Для решения уравнений кислородного баланса водоемов могут быть применены электронные вычислительные машины.

В водохранилищах циркуляция воды в верхних слоях поддерживается благодаря действию ветра, что приводит к полному насыщению воды кислородом. Это в свою очередь создает нормальные условия для развития планктона, служащего пищей для рыб. Однако ниже определенного уровня перемешивающее действие ветра перестает сказываться, и плотность воды быстро повышается. Вода из придонных слоев выше этого уровня подняться не может, в ней происходит накопление остатков растительных и животных организмов, опускающихся из верхних слоев и разлагающихся с образованием сероводородных соединений. Следствием этого являются обескислороживание воды и значительное ухудшение ее качества.

Попадая в водозаборные сооружения водопроводов, застойная вода осложняет работу водоочистных сооружений. При наличии гидроэлектростанций застойная вода из водохранилища, пройдя гидротурбины, может служить источником загрязнения реки в нижнем бьефе. Одной из мер, позволяющих уменьшить дефицит кислорода в застойных зонах водохранилищ, является искусственная их аэрация. Ее применение стимулирует развитие планктона и увеличивает рыбные запасы водохранилищ.

Бактериальное загрязнение водоемов. В качестве показателя самоочищения водоемов чрезвычайно важное значение имеет снижение числа бактерий. Закономерность процесса самоочищения от бактериальных загрязнений еще не установлена полностью. Нередко в водоеме ниже выпуска сточных вод бактериальное загрязнение сначала возрастает, а затем начинается отмирание бактерий в процессе самоочищения воды. При этом максимум бактериального загрязнения может наступить значительно ниже места практически полного смешения. По данным С.Н. Строганова, такое явление наблюдалось во всех обследованных проточных водоемах.

До настоящего времени обнаружено отмирание в воде только водных сапрофитов и кишечной палочки. В какой связи с этими явлениями находится патогенная микрофлора не выяснено, причем не отрицается возможность при определенных условиях размножения в воде возбудителей кишечных заболеваний. Многие патогенные микробы, в том числе микробы брюшного тифа и холеры, сохраняют жизнеспособность в воде довольно долго.

Для летне -- осеннего периода С.Н. Строганов приводит следующие схематизированные данные о ходе процесса бактериального самоочищения. Через 24 ч остается не более 50% бактерий от максимального их количества, через 48 ч 10 -- 25%, через 72 ч -- 10%, через 96 ч -- 05%.

Бактериальное самоочищение рек может быть представлено кривыми, изображенными. Из этих данных видно, что на довольно длительном пути движения воды в водоеме бактериальные загрязнения остаются еще значительными и процесс бактериального самоочищения в зимнее время сильно замедляется. Поэтому дезинфекция сточных вод очень важна в санитарно -- эпидемиологическом отношении, даже если населенные места расположены на значительном расстоянии ниже спуска сточных вод.

Характеристика сточных вод

· загрязненные;

· малозагрязненные (условно чистые).

По характеру загрязненности:

· содержащие механические примеси;

· содержащие химические примеси;

· содержащие органические вещества смешанные.

Характеристика сточных вод по типу основного загрязнителя:

· содержащие ионы тяжелых металлов (на гальванических производствах, производствах печатных плат);

· нефтесодержащие;

· хромовые (на кожевенных заводах, гальванических производствах);

· вискозные (на заводах искусственного волокна);

· фенольные;

· окрашенные.

Характеристика сточных вод по активной реакции среды - рН:

· нейтральные с рН 6,5-8,5; ;

· кислые с рН < 6,5; ;

· щелочные с рН > 8,5.

Кислые и щелочные стокиподразделяют на слабо- и сильнокислые, или слабо- и сильнощелочные.

По агрессивности:

· агрессивные (кислые, щелочные, цианистые, фторсодержащие и пр.;

· неагрессивные.

По отношению к биохимическому окислению:

· сточные воды, поддающиеся биологической очистке;

· сточные воды, не поддающиеся биологической очистке.

Кроме того, на многих промышленных предприятиях выделяют сточные воды, находящиеся в обороте (например, от систем охлаждения) и локальные стоки, то есть сточные воды от отдельных установок или технологических процессов, содержащие в концентрированном виде какой-либо один загрязняющий компонент, сильноминерализованные, слабоминерализованные, горячие и пр.

Хозяйственно-бытовые сточные воды отводятся из санитарно-технических узлов производственных цехов и административных зданий, от душевых, бытовок, пищевых блоков, прачечных. При подсчете количества и определении характеристик их подразделяют в соответствии с местами образования.

Ливневые сточные воды образуются в результате выпадения дождей и таяния снега. В большинстве случаев ливневые сточные воды относят к слабозагрязненным и сбрасывают в водоем или городскую ливневую канализацию без очистки. Однако на промышленных предприятиях, где еще не найдены действенные меры против загрязнения территории сырьем, отходами производства, продуктами вентиляционных выбросов и пр., ливневые воды в отдельные периоды по составу приближаются к загрязненным производственным сточным воды и даже превосходят их по вредности. Сбрасывать такие воды в водоем без очистки недопустимо.

Количество и характеристика сточных вод, образующихся на промышленных предприятиях, определяют:

· типом промышленного предприятия;

· технологическим процессом производства;

· типом и качеством используемого сырья;

· качеством воды для технологических нужд;

· наличием систем оборотного водоснабжения.

Необходимо учитывать такой важный фактор, как культура производства, в частности ресурсосбережение и рациональное потребление воды, сырья, промежуточных продуктов, отходов производства.

Количество и характеристики сточных вод, в первую очередь, определяют вид производимой продукции. Достаточно сравнить, например, сточные воды предприятий нефтеперерабатывающего предприятия, металлургической и легкой промышленности, чтобы оценить значение этого фактора. Более того, по характеристике сточных вод можно определить вид промышленного предприятия, на котором они образуются.

При производстве продукции одного типа могут применяться различные технологии, что влияет на количество и состав сточных вод. К примеру, в производстве печатных плат меднение осуществляется в слабокислых электролитах, а травление печатных плат в медно-аммиачном травильном растворе, соответственно и состав сточных вод при этом весьма различен.

Качество исходного сырья также воздействует на характеристики и количество сточных вод. Нефть разных месторождений отличается по своему составу, что, безусловно, сказывается на качестве сточных вод нефтеперерабатывающих предприятий. Это касается и многих других производств.

Вода, используемая в производственной технологии, также бывает различная по качеству. В одних случаях используют обычную речную воду без очистки, в других питьевую воду или умягченную, иногда требуется глубокая очистка воды от железа или марганца или деионизированная вода. Все это оказывает влияние на состав и методы очистки сточных вод.

Применение на предприятии оборотного водоснабжения и циклов многократного использования технологических растворов и сточных вод от отдельных установок приводит как к уменьшению общего количества сточных вод, так и к уменьшению сброса некоторых загрязняющих компонентов.

Количество сточных вод и поступающих в них загрязнений определяется по расчетам для каждого проектируемого предприятия. Для ориентировочных расчетов пользуются либо данными предприятий-аналогов, либо усредненными данными, которые принято представлять в виде удельных расходов воды в расчете на единицу выпускаемой продукции или перерабатываемого сырья, а для загрязнений - как удельные загрязнения или непосредственно в виде концентраций (мг/л).

Размещено на Allbest.ru