Антропогенные воздействия на гидросферу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Антропогенные воздействия на гидросферу

Содержание

1. Основные сведения о гидросфере

2. Роль воды в природе и жизни человека

3. Запасы пресной воды

4. Использование водных ресурсов

5. Источники загрязнения воды

6. Меры по очистке и охране вод

Литература

1. Основные сведения о гидросфере

Гидросфера -- это совокупность всех вод Земли: материковых (глубинных, почвенных, поверхностных), океанических, атмосферных. Как особая водная оболочка Земли, здесь рассматриваются лишь воды, находящиеся на поверхности планеты -- материковые и океанические. Вследствие высокой подвижности воды проникают повсеместно в различные природные образования. Они находятся в виде паров и облаков в земной атмосфере, формируют океаны и моря, существуют в замороженном состоянии в высокогорных районах континентов и в виде мощных ледяных панцирей покрывают полярные участки суши. Атмосферные осадки проникают в толщи осадочных пород, образуя подземные воды. Вода способна растворять в себе многие вещества, в связи с этим воды гидросферы можно рассматривать в качестве естественных растворов разной степени концентрации.

Гидросфера находится в тесной зависимости с литосферой (подземные воды), атмосферой (парообразная влага) и живым веществом биосферы, в которое она входит в качестве обязательного компонента (табл. 1).

Таблица 1

Распределение водных масс в гидросфере Земли

(по М. И. Львовичу, 1986)

Части гидросферы	Объем (в тыс. км3)	% от общего объема
Мировой океан Подземные воды, всего в т. ч. зоны активного водообмена Ледники Озера Почвенная влага Пары атмосферы Речные воды Вся гидросфера	1370323 60000 4000 24000 230 75 14 1,2 1454643,2	94,2 4,12 0,27 1,65 0,016 0,005 0,001 0,0001 100,0

Подавляющая часть массы природных вод (94,2%) -- это воды Мирового океана, представляющего собой уникальную природную систему. Здесь происходит грандиозный процесс обмена, трансформации энергии и вещества нашей планеты (рис. 1).

Рис. 1. Энергетика гидрологического цикла (по Ю. Одуму, 1986)

гидросфера загрязнение очистка

Примечание: энергетика гидрологического цикла представлена в виде двух путей: верхний приводится в движение солнечной энергией, а нижний отдает энергию рекам, озерам, заболоченным землям и выполняет работу, полезную для человека, например ГЭС. Поверхностный сток пополняет резервуары грунтовых вод и сам пополняется от них.

Различные физические, химические и биологические процессы объединяются, образуя единую природу океана -- древнейшую область биосферы Земли. Со времени образования океана протекало изменение его природы под воздействием различных природных процессов (солнечного излучения, геологических и геохимических факторов) и, что весьма важно, биологических процессов. Биологические процессы проявлялись и проявляются в развитии живых организмов, в усвоении солнечной энергии и накоплении свободной энергии в самих телах организмов, в биологической продуктивности и осадкообразовании на всей площади дна Мирового океана, в формировании различного рода органогенных илов.

Наиболее чистые атмосферные воды содержат 10--50 мг/л растворенных веществ. Морская (океаническая) вода представляет собой раствор, содержащий в среднем в 1 кг 35 г вещества. Можно считать, что в морской воде присутствуют все химические элементы таблицы Менделеева. Однако преобладающая часть растворенных веществ сложена немногими химическими элементами: натрий, магний, кальций, хлор, углерод, сера. Они находятся в морской воде в виде ионов различного типа. Например, можно выделить катионы: Na1+, Mg2+, Са2+ и анионы С11-, SО42-; HCO31-; .СО32-

Другие химические элементы присутствуют в морской воде в более низких концентрациях, чем главные ионы. Некоторые элементы, несмотря на относительно низкую концентрацию, играют важную роль в химических процессах моря и в морских организмах. Здесь ведущая роль принадлежит азоту, фосфору, кремнию, усваивающимся живыми организмами, а их концентрация в морской воде контролируется ростом и размножением морских животных и растений.

2. Роль воды в природе и жизни человека

Когда мы хотим подчеркнуть ценность чего-либо, мы обычно сравниваем с золотом. Белым золотом называют хлопок, зеленым -- лес, черным -- нефть. Величайшее богатство земли -- хлеб -- получают из золотого колоса. С чем же сравнить ценность обычной, простой, не говоря уже минеральной, лечебной воды. Вода -- бесценна! По словам академика В. И. Вернадского, «вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных, геологических процессов».

Откуда появилась вода на Земле? До сих пор на этот, казалось бы, простой вопрос нет однозначного ответа. За миллиарды лет существования планеты ее океаны вполне могли бы наполниться водой от вулканических извержений, доставляющих и сейчас на поверхность из глубин планеты миллионы тонн воды ежегодно. Но если подсчитать, сколько за это время упало на Землю метеоритов, содержащих воду, и сколько воды образовал на подступах к планете поток водородных ядер -- протонов, посылаемых Солнцем, а он и сейчас дает по 1,5 тыс. т воды ежегодно, то реальным окажется и космический источник. Существует гипотеза, согласно которой вода пронизывает всю нашу планету, до самых далеких ее глубин, где она активно перемещается, используя фазовые переходы и способность растворять. Она образует единую дренажную оболочку Земли, с которой непосредственно связаны месторождения многих полезных ископаемых, в особенности нефти и газа.

Химическая формула воды -- Н2О -- поражает своей простотой. Однако кажущаяся столь простой вода по своей структуре и свойствам -- вещество совершенно уникальное.

Вода является одним из самых сложных веществ, как с физической, так и химической точек зрения. Вода относится к веществам, которые наиболее трудно получить в чистом виде. Чистая вода всегда является смесью легкой воды (Н2О) и очень малых количеств тяжелой и сверхтяжелой воды.

Вода -- это вещество, физические константы которого отличаются наибольшим количеством аномалий.

1. При нагревании от 0 до 4°С объем воды не увеличивается, а уменьшается, и максимальная плотность достигается не в точке замерзания (0°С), а при 4°С.

2. При замерзании вода расширяется, а не сжимается, как все другие тела, плотность ее уменьшается.

3. Температура замерзания воды с увеличением давления понижается, а не повышается.

4. Удельная теплоемкость воды чрезвычайно велика по сравнению с удельной теплоемкостью других веществ.

5. Вследствие высокой диэлектрической постоянной вода обладает большей растворяющей и диссоциирующей способностью в сравнении с другими жидкостями.

6. У воды самое большое поверхностное натяжение из всех жидкостей: 7510-3 Дж/м2.

Одна из причин аномалии -- в особенностях строения и способности молекул воды к сильному взаимодействию. Благодаря аномалии воды в конечном счете обеспечивается жизнь на Земле. Вода, как известно, может находиться в жидком, твердом и газообразном состояниях. Она остается жидкостью в температурных интервалах, наиболее подходящих для жизненных процессов. Для огромной массы организмов вода является средой их жизни и эволюции. В определенное время года жидкая вода может замерзнуть и покрыться льдом. При замерзании при 0°С вода превращается в лед, при этом происходит расширение объема на 10%. Замерзание идет сверху вниз, лед легче воды и плавает на поверхности. Эта особенность имеет большое значение для жизни обитающих в водоемах (водных системах) организмов. Если бы лед был тяжелее воды, водоемы промерзали бы до дна и жизнь в них замирала.

Высокая удельная теплоемкость, медленное нагревание и охлаждение наряду с другими факторами определяют годовые, суточные и даже часовые колебания температуры океанов и озер. Эти колебания заметно отличаются от изменений температуры на суше. Указанное свойство воды определяет различие в температурном режиме почв, в конечном итоге оказывает существенное влияние на жизнь водных и почвенных организмов. Жизнь в воде многообразнее, чем на суше.

Природные воды находятся в сложных обратимых взаимоотношениях с организмами, горными породами, атмосферой. Происходящий в природе круговорот самоочищающейся воды -- вечное движение, обеспечивающее жизнь на Земле, -- оценивают в 483 000 кмУгод. Присутствующий в атмосфере водяной пар играет роль фильтра для солнечной радиации, а вода на земной поверхности служит своего рода мощной буферной системой, смягчающей действие экстремальных температур.

Вода является главным фактором, определяющим климат на поверхности Земли.

Рис. 2. В капле воды заключена жизнь

Главная роль воды состоит в том, что она является средой и источником водорода для жизненных процессов. Практически все органические вещества биосферы представляют собой продукт фотосинтеза, при котором растения используют световую энергию для соединения двуокиси углерода с водой. Без воды, как известно, фотосинтез не может происходить. Процесс, которому обязана вся жизнь нашей планеты. Вода -- единственный источник кислорода, выделяемый в атмосферу при фотосинтезе. Вода необходима для биохимических и биофизических процессов, обеспечивающих возможность жизни на Земле. Образно говоря, в капле воды заключена жизнь (рис. 2).

Вода составляет 89-- 90% массы растений и 75% массы животных. В составе человеческого тела воды 65%. Вода служит постоянным участником интенсивных биохимических процессов, происходящих в человеческом организме. Ни один жизненный процесс не совершается без нее. Нарушение водного баланса ведет к серьезным сдвигам в организме человека. При утрате 6--8% влаги от массы тела человек впадает в полуобморочное состояние, при потере 12% и выше процентов влаги наступает смерть. Сколько же человеческому организму нужно воды?

Ученые считают, что в среднем человеку нужно 2,5 литра воды в сутки, при этом один литр приходится на питьевую воду. Однако при определенных условиях потребность в воде возрастает до 4--5 л, а в условиях жаркого климата при низкой влажности воздуха достигает 6 л и более. Человек может прожить без пищи пять-шесть недель, без воды -- пять дней. Здесь уместно привести слова Дж. Байрона: «Не испытав страданий жажды, нельзя постичь, как много значит для людей вода».

Главным потребителем воды на Земле является человечество и его деятельность. И не случайно все великие цивилизации древности возникали и развивались вблизи воды, в больших речных долинах. Не существовало ни одной великой цивилизации в местности, лишенной воды.

Подводя итог вышесказанному, следует еще раз подчеркнуть, что вода -- хранитель и распределитель на нашей планете солнечной энергии, главный творец климата, ежедневной погоды, аккумулятор тепла и, что особенно важно, необходимейшее условие жизни на планете. И нет на Земле ничего, к чему надо было бы относиться с большим вниманием и осторожностью, чем к столь привычной для нас воде. По образному выражению академика А. Л. Карпинского, «вода -- это живая кровь, которая создает жизнь там, где ее не было».

3. Запасы пресной воды

Из общего количества воды на Земле столь нужная для человечества пресная вода составляет немногим более 2% общего объема гидросферы, или примерно 28,25 млн км3 (табл. 2).

Таблица 2

Пресные воды гидросферы (по М. И. Львовичу, 1974)

Части гидросферы	Объем пресной воды, км 3	% от данной части гидросферы	% от общего объема пресной воды
Ледники	24000000	100	85
Подземные воды	4000000	6,7	14
Озера и	155000	55	0,6
водохранилища	83000	98	0,3
Почвенная влага	14000	100	0,06
Пары атмосферы	1200	100	0,004
Речные воды	28253200	.-	100
Итого

Нужно учесть, что основная часть пресных вод (около 70%) заморожена в полярных льдах, вечной мерзлоте, на горных вершинах. Воды в реках и озерах составляют лишь 3% суши, или 0,016% общего объема гидросферы. Таким образом, воды, пригодные для всех видов использования, составляют ничтожную часть общих запасов воды на Земле. Проблема усложняется и тем, что распределение пресной воды по земному шару крайне неравномерно. В Европе и Азии, где проживает 70% населения мира, сосредоточено лишь 39% речных вод.

Россия по ресурсам поверхностных вод занимает ведущее место в мире. Только в уникальном озере Байкал сосредоточено около 1/5 мировых запасов пресной воды и более 4/5 запасов России. При общем объеме 23 тыс. км3 в озере ежегодно воспроизводится около 60 км3 редкой по чистоте природной воды.

Среднегодовой суммарный сток рек Российской Федерации в 90-х гг. XX в.составляет 4270 км3 в год, в том числе из сопредельных территорий в Россию поступает 230 кмЭв год.

Потенциальные эксплуатационные ресурсы подземных вод в России около 230 км3 в год.

В целом в России на одного жителя приходится 31,9 тыс. м3 пресной воды в год. Однако распределение пресной воды, в первую очередь речного стока, по территории крайне неравномерно и не соответствует численности населения и размещению промышленных предприятий (табл. 3).

Таблица 3

Распределение речного стока по некоторым экономическим районам России (по Н. Ф. Винокуровой и др.,1994)

Районы	Водообеспеченность общим стоком, тыс. м3
	на 1 км2 территории	на одного жителя
Российская Федерация в целом Центральный Волго-Вятский Центрально-Черноземный Поволжский Северо-Кавказский Уральский Западно-Сибирский Восточно-Сибирский Дальневосточный	248 240 610 130 410 200 169 228 270 280	31,9 4,2 11,4 2,8 10,7 5.1 7,6 45,8 151,6 307,5

90% общего годового объема речного стока приходится на бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов. На бассейны Каспийского и Азовского морей, где проживает свыше 80% населения России и сосредоточен ее основной промышленный и сельскохозяйственный потенциал, приходится менее 8% общего годового объема речного стока. Водообеспеченность на 1 км2 территории колеблется от 130 тыс. м3 в Центрально-Черноземном районе до 610 тыс. м3 -- в Волго-Вятском, а на одного жителя -- от 2,8 тыс. км3 в Центрально-Черноземном до 307,5 тыс. км3 в Дальневосточном. Недостаточно обеспечены собственными водными ресурсами Ростовская, Астраханская, Липецкая, Воронежская, Белгородская, Курганская области, республика Калмыкия и некоторые другие территории.

В Курганской области в среднем на одного человека приходится в год 1,15 тыс. м3 водных ресурсов, что в 6,6 раза меньше, чем по Уральскому региону, и в 27,7 раза меньше, чем в целом в Российской Федерации.

4. Использование водных ресурсов

Мы ошибочно полагали, что в распоряжении человечества находятся неисчерпаемые запасы пресной воды и что они достаточны для всех нужд. Следует повторить еще раз, что это было глубоким заблуждением. Человечеству не угрожает недостаток воды. Ему грозит нечто худшее -- недостаток чистой воды.

Проблема недостатка пресной воды возникла по следующим основным причинам:

1. Интенсивное увеличение потребностей в воде в связи с быстрым ростом народонаселения планеты и развитием отраслей деятельности, требующих огромных затрат водных ресурсов.

2. Потери пресной воды вследствие сокращения водоносности рек и других причин.

3. Загрязнение водоемов промышленными и бытовыми стоками.

Потребности же в чистой, пресной воде с каждым годом растут. Достаточно отметить, что на производство 1 т стали расходуется 250 м3, меди -- 500 м3, целлюлозы -- 1500 м3 воды. Крупнейшим водопот-ребителем является сельское хозяйство. Для получения 1 т пшеницы требуется 1500 м3 воды, а 1т хлопка--10000 м3. За вегетационный период на 1 га кукурузы расходуется 3000 м3, капусты -- 8000 м3, риса -- 12 000--20 000 м3 воды.

Распределение и использование водных ресурсов России в 90-х гг. XX в. по Т.А. Акимовой, В.В. Хаскину (1994) представлено на рис. 3.

Рис. 3. Распределение и использование водных ресурсов

России (по Т. А. Акимовой, В. В. Хаскину, 1994)

Расход воды на промышленные нужды составлял 40%, сельское хозяйство -- 24%, бытовые расходы -- 17%. Суммарный объем забора свежей воды, например, в 1991 г., равнялся 3% сред-немноголетнего стока. Однако по ряду бассейнов рек (Кубань, Дон, Терек, Урал, Исеть, Миасс, Тобол и др.) величина водозабора достигает 50% и более, что превышает экологически допустимый отбор воды.

5. Источники загрязнения воды

Источник, вносящий в поверхностные или подземные воды различные вредные вещества, микроорганизмы или тепло, называется источником загрязнения, вещество, нарушающее нормы качества воды, --загрязняющим. Природные воды могут быть загрязнены самыми различными примесями, которые разделяют с учетом их биологических и физико-химических свойств на группы. К первой группе относятся вещества, растворяющиеся в воде и находящиеся там в молекулярном или ионном состоянии. В природной воде могут присутствовать в растворенном виде различные газы (кислород, азот, диоксид углерода, сернистый газ и др.), а также растворимые соли (натрия, калия, кальция, аммония, алюминия, железа, магния, марганца и др.). Можно установить их наличие с помощью химического анализа, потому что растворенные примеси не задерживаются ни песчаными, ни бумажными фильтрами. Вторая группа примесей -- те, что образуют с водой коллоидные системы и взвеси. Коллоидные системы образуются из практически нерастворимых веществ. Они задерживаются мембранами -- тонкими пленками из коллодия или бычьего пузыря. В коллоидном состоянии могут находиться вещества минерального и органического происхождения. При длительном отстаивании частицы песка, глины, образующие в воде взвеси, способны осаждаться.

Вода может иметь загрязнения биологического характера: бактерии, вирусы, водоросли, простейшие, черви и т. д. Бактерии образуют устойчивые взвеси, а водоросли -- целые «подводные луга», на дне водоемов может быть много червей.

В 90-х гг. XX в.антропогенное загрязнение природных вод стало носить глобальный характер и существенно сократило доступные эксплуатационные ресурсы пресной воды на Земле.

Основными источниками загрязнения являются промыш-леннные и коммунальные канализационные стоки, смыв с полей части почвы, содержащей различные агрохимикаты, дренажные воды систем орошения, стоки животноводческих ферм, попадание в водоемы с осадками и ливневыми стоками аэрогенных загрязнений (рис. 4).

Годовой объем промышленных коммунально-бытовых и сельскохозяйственных стоков в мире достиг 6,7%, или около 2,5 тыс. км естественного речного стока на планете, а по наличию примесей в воде практически сравнялся с ним. Антропогенные загрязнения воды по сравнению с природными водами (растворы и взвеси) более опасны и во много раз сильнее снижают ее качество.

Среди загрязнителей воды наибольшую опасность представляют фенолы, нефть и нефтепродукты, соли тяжелых металлов, радионуклиды, пестициды и другие органические яды, биогенная органика, насыщенная бактериями, минеральные удобрения и т. д. Общая масса основных антропогенных загрязнителей гидросферы достигла 15 млрд т в год. Большая часть этих загрязнителей приходится на реки, где средняя их концентрация достигла 400 мг/л.

Рис. 4. Сброс отходов производства в водоем

(по Е. А. Криксунову и др., 1995)

Наибольшая нагрузка из крупных речных бассейнов как по водопотреблению, так и по загрязнению приходится на Волгу, Днепр, Дунай и Рейн в Европе; Урал. Миасс, Исеть, Тобол на Урале; Ганг, Хуанхэ и Янцзы в Азии; реки Св. Лаврентия, Колорадо и Миссисипи в Америке.

Объем хозяйственных стоков в реки европейской части России, Белоруссии, Украины и Средней Азии увеличился в 5 раз. В России в 1991 г. со сточными водами было сброшено в водоемы (в тыс. т): 1200-- взвешенных веществ, 190-- аммонийного азота, 58 - фосфора, 50 - железа, 30 - нефтепродуктов, 11 -- СПАВ, 2,1 -- цинка, 0,8 -- меди, 0,3 -- фенолов и т. д.

Все большая опасность загрязнения грозит и уникальному озеру Байкал. В 1990 г. объем хозяйственных стоков составил

Мнения рН водной среды в результате загрязнения оказывает отрицательное влияние на организмы. У пресноводных озер и рек рН воды обычно 6-7, организмы адаптированы именно к этому уровню. Изменение реакции воды всего на одну единицу рН по сравнению с оптимумом приводит в большинстве случаев к стрессу, а нередко и к гибели организмов. Подкисление озер и рек влияет и на сухопутных животных, так как многие птицы и звери входят в состав пищевых цепей, начинающихся в водных экосистемах.

Сброс канализационных стоков, особенно неочищенных или недостаточно очищенных, оказывает отрицательное влияние на круговорот органического вещества в водоеме, грозит опасностью инфекционных заболеваний, в первую очередь человека (рис. 5).

Биогены, поступающие в водоемы со сточными водами и смываемыми с полей удобрениями, стимулируют рост фитопланктона, водорослей. Данный процесс называют эвтрофизацией (рис. 6).

Водоросли окрашивают воду в различные цвета и поэтому данный процесс называют и «цветением» водоемов. Под влиянием водорослей изменяется вкус воды, приобретается неприятный запах.



Рис. 5. Антропогенное воздействие на круговорот органического вещества в водоеме (по Л. Бауэру, X. Вайничке, 1971)

В водоеме при отмирании водорослей развиваются гнилостные процессы. Бактерии, окисляющие органические вещества водорослей, потребляют кислород, создавая тем самым его дефицит в водоеме. Вода начинает гнить, испускать аммиачное и метановое зловоние, на дне скапливаются черные липкие сероводородные отложения. В процессе разложения отмирающие водоросли выделяют также фенол, индол и другие ядовитые вещества. От недостатка кислорода, пищи и убежищ гибнут рыба, моллюски, ракообразные. Вода в таких водоемах становится непригодна для питья и даже для купания.

Ртуть давно известна как яд. Главными симптомами заболевания являются сужение поля зрения и расстройство координации движений. В легких случаях отравление у людей вызывает бессоницу, неспособность воспринимать критику, страхи, головную боль, депрессию и неадекватные эмоциональные реакции. Ртуть поступает в природные воды из многих источников (рис. 7).

Рис. 6. Процессы эвтрофизации (по Б. Небелу, 1993)

Во время дождя ртуть вымывается из воздуха, куда она попадает при сгорании ископаемого топлива, дождевая вода смывает в водоемы, содержащие ртуть пестициды, попадает с бытовыми и промышленными сточными водами, а также в результате утечек со свалок, куда выбрасываются отработанные элементы питания, переключатели и другое оборудование. Далее ртуть, попавшая в озеро много лет назад, накапливается в слоях донного ила и грязи, где она медленно превращается бактериями в ядовитую метиловую ртуть и затем включается в пищевые цепи.

Нужно учитывать, что при попадании соединений ртути в водные экосистемы происходит, во-первых, ее трансформация, во-вторых, биологическое накопление, например в рыбе и моллюсках до уровней во много раз выше, чем в воде озера.

Ртуть, попавшая в озеро много лет назад с предприятий, производящих хлор и едкий натр, а также с бумажных фабрик

Рис. 7. Загрязнение озера ртутью (по П. Ревелль, Ч. Ревелль, 1995)

Возможность этих двух процессов -- трансформации веществ в окружающей среде и избирательного накопления их живыми организмами -- всегда должна учитываться при решении вопроса об опасности того или иного химического загрязнения.

К одному из видов загрязнения природных вод относится и тепловое загрязнение. Промышленные предприятия, электростанции нередко сбрасывают в водоемы (водохранилища) подогретую воду, приводящую к повышению в них температуры. В водоемах с повышением температуры уменьшается содержание кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие, происходит смена видового состава организмов, например, водорослей (рис. 8).

С повышением температуры в загрязненной воде наблюдается бурное размножение болезнетворных вирусов и микроорганизмов.

Важным источником пресной воды в ряде регионов России являются подземные воды. Однако подземные воды в последние годы так же подвергаются техногенному загрязнению из-за сильного загрязнения земли и наземных водотоков. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них непригодна для питья.

Рис.8. Последовательность смены видового состава и формирования сообщества водорослей, вызываемая тепловым загрязнением (по Ф. Рамаду, 1981)

Большую озабоченность вызывает судьба Мирового океана, являющегося великим транспортным путем, «жизненным пространством» для многих растительных и животных организмов, источником несметных богатств для человечества. Загрязнение Мирового океана и многих морей приняло угрожающие размеры. В морские и океанские экосистемы попадает в год только свыше 10 млн т нефти при ее транспортировке, во время катастроф нефтеналивных танкеров и т. д. (рис. 9).



Рис. 9. Распределение потерь нефти в % от общей суммы мировых потерь в океане за год (общие потери нефти 0,23% мировой добычи), по Н. Ф. Винокуровой и др., 1994

Известный путешественник Тур Хейердал писал: «В 1947 году, когда бальсовый плот «Кон-Тики» за 101 сутки прошел около 8 тысяч километров в Тихом океане, экипаж на всем пути не видел никаких следов человеческой деятельности. И для нас, пишет он, было настоящим ударом, когда в 1969 году, дрейфуя на парусной лодке «Ра», увидели -- до какой степени загрязнен Атлантический океан. Обгоняли пластиковые сосуды, изделия из нейлона, пустые бутылки, консервные банки. Но особенно бросался в глаза мазут. У берегов Африки, посреди океана, в районе Вест-Индских островов до самого горизонта поверхность моря оскверняли черные комки мазута с булавочную головку, с горошину, с картофелину».

Озабоченность вызывает загрязнение морей, окружающих Европу: Балтийского, Северного, Средиземного, Черного, где антропогенная нагрузка очень значительна, а сменяемость массы воды происходит сравнительно медленно. Так, только в Среди-земое море ежегодно выбрасывается 120 т минеральных масел, 100 т ртути, 3800 т олова, 2400 т хрома, 21 000 т цинка и еще десятки других вредных веществ.

В последние годы возникла опасность загрязнения вод Мирового океана и морей радиоактивными отходами, пестицидами. Пестициды и другие вредные вещества, в первую очередь агрохими-каты, под влиянием течений распространяются довольно быстро. Они обнаруживаются в различных районах Балтийского, Северного, Ирландского морей, в Бискайском заливе, у западных побережий Англии, Исландии, Португалии, Испании. Это отрицательно сказывается на живых организмах, особенно на рыбных запасах. Все больше загрязняются моря промышленными отходами и сточными водами, содержащими значительное количество органических отходов. Нередко реки играют роль продолжения канализации и выносят большую часть стоков в моря. Так, прибрежные государства Северного моря ежегодно сбрасывают в него около 20 000 т жидких и твердых отходов. В настоящее время в Северном море известны 10 постоянных мест «свалки» отходов. Отходы, попавшие в воды морей, частично оседают на дно, частично разрушаются, но при этом они губят большое количество живых организмов, особенно страдает планктон. На него обрушиваются все поверхностные загрязнители -- поверхностно-активные вещества, масла, пленки нефтепродуктов и т. д. Однако проблемы, связанные с загрязнением морей и океанов, остаются нерешенными. По имеющимся оценкам, к концу XX в. общая масса загрязняющих веществ, поступающих в воды морей и океанов, возрастет по сравнению с началом 80-х гг. в 1,5--3 раза.

6. Меры по очистке и охране вод

Вода обладает чрезвычайно ценным свойством непрерывного самовозобновления под влиянием солнечной радиации и самоочищения. Оно заключается в перемешивании загрязненной воды со всей ее массой и в дальнейшем процессе минерализации органических веществ и отмирании внесенных бактерий. Агентами самоочищения являются батерии, грибы и водоросли. Установлено, что в ходе бактериального самоочищения через 24 ч остается не более 50% бактерий, через 96 ч -- 0,5%. Однако следует учитывать, что для обеспечения самоочищения загрязненных вод необходимо их многократное разбавление чистой водой. При сильном загрязнении самоочищения воды не происходит. В этих случаях необходимы специальные методы и средства для очистки загрязнений, поступающих со сточными водами, с отходами сельскохозяйственного производства. Сточные воды очищаются механическим, физико-химическим, биологическим и другими методами (рис. 10).

Рис. 10. Блок-схема очистных сооружений канализации:

1 -- сточная жидкость; 2 -- узел механической очистки; 3 -- узел биологической очистки; 4 -- узел дезинфекции; 5 -- узел обработки осадка; 6 -- очищенная вода; 7 -- обработанный осадок. Сплошной линией показано движение жидкости, пунктиром -- движение осадка

Для ликвидации бактериального загрязнения применяется обеззараживание, или дезинфекция, сточных вод. Сущность механического метода заключается в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. В зависимости от размеров грубодисперсные частицы улавливаются решетками и ситами различных конструкций, а поверхностные загрязнения -- нефтеловушками, маслоуловителями, смолоуловителями и т. д. Механической очисткой можно достигнуть выделения из бытовых сточных вод до 60% нерастворимых примесей, а из производственных -- до 95%.



Рис. 11. Очистка воды от загрязнителей хлорированием

Физико-химическая очистка состоит в добавлении к сточным водам химических реагентов, вступающих в реакцию с загрязняющими веществами и способствующих выпадению нерастворимых и частично растворимых веществ. В качестве адсорбентов применяют естественные и искусственные материалы. Естественные -- это глины, торф, а искусственные -- активированные угли. Из физико-химических методов широко применяется очистка воды от загрязнителей хлорированием (рис. 11)

Хлор -- наиболее эффективное средство для обеззараживания воды. Он убивает микроорганизмы и вступает в реакцию с аммиаком. Оставшийся в избытке хлор растворяется в воде, защищая тем самым воду от любого нового источника загрязнения.

Физико-химический метод очистки дает возможность уменьшить количество нерастворенных загрязняющих веществ сточных вод до 95% и растворенных до 25%.

Загрязненные сточные воды очищают также электролитическим методом (пропусканием электрического тока через загрязненные воды), с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления.

Механический и физико-химический методы являются первыми этапами очистки сточных вод, после чего они направляются на биологическую очистку.

Метод биологической очистки заключается в минерализации органических загрязнений сточных вод при помощи аэробных биохимических процессов. После биологической очистки вода становится прозрачной, незагнивающей, содержащей растворенный кислород и нитраты. Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, аэротенки и биологические пруды. В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Эта пленка является действующим началом в биофильтрах. Благодаря ей интенсивно протекают процессы биохимического окисления.

Аэротенки -- это железобетонные резервуары, обычно больших размеров, через которые медленно протекают подвергающиеся аэрации сточные воды, смешанные с активным илом (рис. 12).

Рис. 12. Схема аэротенка-вытеснителя:

1 -- аэротенок; 2 -- вторичный отстойник; 3 -- сточная жидкость; 4 -- иловая смесь; 5 -- циркулирующий ил; 6 -- избыточный активный ил; 7 -- очищенная вода. Пунктиром показано движение ила, сплошной линией -- движение воды

Очищающее начало аэротенков -- активный ил из бактерий и микроскопических животных. Источниками питания и бурного развития организмов активного ила служат загрязнения сточных вод органическими веществами и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Мельчайшие животные (инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и др.), пожирая бактерии, не слипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила. Следует отметить, что уже через несколько минут после контакта ила со сточной водой обычно концентрация в ней органических веществ снижается более чем наполовину. В целом содержание органического вещества в стоках в результате прохождения через аэротенки сокращается на 90%.

В естественных условиях для биологической доочистки сточных вод используют биологические пруды и поля орошения или поля фильтрации.

Биологические пруды -- это неглубокие земляные резервуары, обычно 0,5--1 м, в которых происходят те же процессы, что и при самоочищении водоемов. Они работают при температуре не менее 6°С. Обычно их устраивают в виде 4--5 серий на местности, имеющей уклон. Располагают ступенями так, что вода из верхнего пруда самотеком направляется в нижерасположенный. Поля фильтрации предназначены только для биологической доочистки (очистки) сточных вод. На полях орошения одновременно с очисткой вод производится выращивание кормовых сельскохозяйственных культур или трав (рис. 13).

Выбор схемы очистки в конкретных условиях определяется показателями очищаемых вод, возможностью утилизации примесей и повторного использования очищенной воды для нужд производства. Отдельные виды промышленных сточных вод нуждаются в захоронении. Предоставление недр для захоронения вредных веществ, отходов производства и сброса сточных вод допускается в исключительных случаях и при соблюдении специальных требований.

Рис. 13. Биологическая очистка сточных вод на полях орошения

(по Б. Небелу, 1993)

Рассматривая меры по охране водных ресурсов, следует еще раз подчеркнуть, что сохранение в количественном и качественном отношении природных водоисточников является фундаментальным требованием, определяющим тактику и стратегию водохозяйственной деятельности.

Решение проблемы предотвращения загрязнения водоемов сточными водами состоит в создании безотходных технологических процессов. Под термином «безотходная технология» понимают комплекс мероприятий, до минимума сокращающий количество вредных выбросов. Одним из главных потребителей и загрязнителей воды является сельскохозяйственное производство. Вода -- один из факторов урожая. Отсюда на орошаемых землях необходимо всеми силами и средствами беречь и экономить воду, сохранять при этом реки и озера в чистоте, не допускать смыва почвы, поступления агрохимикатов в реки и озера, следует вести борьбу с фильтрацией и другими потерями воды.

На неорошаемых землях применение высокой агротехники имеет особо важное значение в сохранении чистоты водных ресурсов. Правильно проведенная пахота и в целом обработка почвы применительно к конкретным условиям, агролесомелиоративные мероприятия способствуют накоплению влаги в почве и обеспечивают чистоту воды. В сохранении чистоты водоемов в сельскохозяйственных предприятиях должно уделяться внимание организации водопоя домашних животных, строительству животноводческих и других сельскохозяйственных помещений, утилизации навоза и т. д. На речном транспорте наибольшее значение имеет борьба с потерями нефтепродуктов при погрузке, выгрузке и транспортировке на судах, а также оборудование судов неф-теловушками и другими приспособлениями для сбора нефти с загрязненных вод. При речном сплаве леса основными методами борьбы с загрязнением рек являются строгое соблюдение технологии, прекращение молевого, т. е. сплава не в плотах, очистка рек от затонувшей древесины. В промышленности это главным образом строительство цеховых и общезаводских сооружений по очистке сточных вод, совершенствование технологического процесса производства и строительство утилизационных установок для извлечения ценных веществ из сточных вод. Все большее значение на промышленных предприятиях приобретает применение оборотной системы водоснабжения или повторного использования воды (рис. 14).

В 1985 г. удельный вес оборотной и последовательно используемой воды на производственные нужды составлял 237,6 км3, или 71% всей необходимой для производственных процессов. На предприятиях Оренбуржья введение оборотной системы водоснабжения дало возможность повторно использовать 1 млрд 900 млн м3 воды в год. Река Урал стала чище.

Внедрение в Челябинске оборотного водоснабжения на промышленных предриятиях позволило резко сократить потребление речной воды с 8,8 до 5,5 тыс. м3 в сутки и уменьшить сброс сточных вод в канализацию.



Рис. 14. Схема оборотного водоснабжения с повторным использованием очищенных сточных вод:

1 -- водозабор; 2 -- фильтровальная и насосная станции; 3 -- градирни охлаждения оборотной воды; 4 -- станция очистки (нейтрализации) сточных вод; 5 -- станция биохимической очистки производственных и бытовых сточных вод; 6 -- бассейн дополнительной очистки общего стока

Заслуживает внимания повторное использование очищенных сточных вод из систем канализации для орошения полей и лугов. Например, в Челябинской области в 80--90-х гг. XX в.очищенны-ми стоками поливали поля на площади более 4,5 тыс. гектаров. Следовательно, оборотное водоснабжение является существенным резервом экономного использования воды и сохранения водоемов в чистоте. Но оно должно совершенствоваться, способствуя снижению вредных стоков, отвечать правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. В соответствии с этими правилами предельно допустимой концентрацией (ПДК) примесей в воде считается такая концентрация, которая полностью исключает вредные действия на организм человека, не изменяет запах, вкус и цвет воды. Особое внимание уделяется питьевой воде, ее качеству. Она должна отвечать нормам ПДК, не содержать болезнетворных организмов, пленок, минеральных масел. Питьевая вода обязательно должна очищаться на водопроводных станциях. Контроль за ПДК осуществляется органами государственной санитарной службы.

Важным источником воды являются подземные воды. Как уже было отмечено, запасы подземных вод в России значительны. Так, подземные воды к востоку от Коркино, Еманжелинска и Красногорска в Челябинской области на протяжении многих десятилетий служили источником их водоснабжения. Эти воды с успехом могут использоваться и для орошения.

На Южном Урале для орошения полей целесообразно использовать воды шахт, подземные воды от откачки вод при добыче полезных ископаемых.

Важным источником чистой пресной воды для нужд промышленности, сельского хозяйства и даже для питьевых целей является опреснение морской воды. Опреснение морской воды с каждым годом проводится во все больших масштабах. Для укрепления здоровья людей и в лечебных целях применяются минеральные источники. Наибольшее их количество на Кавказе и в Закарпатье. Есть они на Урале, Зауралье и в других регионах России. Отношение к ним должно быть самое бережное, они должны использоваться рационально.

Стратегия эффективного и неразрушительного для природной среды водопользования диктует и тактику современной водохо-зяйственной деятельности: научное обоснование и долгосрочное прогнозирование водного хозяйства города, области, региона и связанных с этим изменений в природной среде; оптимальное планирование и последовательное осуществление разумного водохо-зяйственного строительства; системный подход к решению вопросов. Значительную и весьма положительную роль в осуществлении этих задач играют математическое моделирование, мониторинг и прогнозирование. Математическое моделирование дает возможность рассчитать качество воды, концентрацию примесей, состояние флоры и фауны водных систем в зависимости от антропоген-ных нагрузок и гидрометеорологических условий. Моделирование позволяет прогнозировать состояние водоемов, научно обосновать все возможности при строительстве промышленных предприятий, развитии орошения сельскохозяйственных угодий и других народнохозяйственных мероприятий. Пример реализации и практического использования математического моделирования -- модели Азовского, Каспийского, Балтийского морей, озера Байкал и других объектов. В конце XX в.математические модели и получаемые на их основе долгосрочные прогнозы используются для научного обоснования любого крупного водохозяйственного мероприятия.

Литература

1. Зверев А.Т. Экология. Учебник для 6-8 классов средней школы. - М.: МИИГАиК, 1997.

2. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П. Экология. 9 класс. Учебник для общеобразовательных учебных заведений. - М.: Дрофа, 1995.

3. Мамедов Н.М., Суравегина И.Т. Экология. Учебное пособие для 9-11 классов общеобразовательной школы. - М.: Школа-Пресс, 1996.

4. Чернова Н.М., Галушин В.М., Константинов В.М. Основы экологии. Учебник для 9 класса общеобразовательных учреждений. - М.: Просвещение, 1997.

5. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Сонин Н.И. Биология. Общие закономерности. 9 класс. Учебник для общеобразовательный учреждений. - М.: Дрофа, 2006.

6. Хабарова Е.И., Панова С.А. Экология. Краткий справочник школьника. 9-11 классы. - М.:Дрофа, 1997.

7. Хабарова Е.И., Панова С.А. Экология в таблицах. 10(11) класс. - М.: Дрофа, 2001.

8. Дуванов А.А. HTML-Конструирование. Электронный учебник. - Переславль-Залесский: Роботландский сетевой Университет, 1999-2000

Размещено на Allbest.ru

...