Защита гидросферы

Виды загрязнения гидросферы

Любое влияние имеет свои последствия и, прежде всего, привносит в водную среду новые вещества, не свойственные ей. Этими новыми веществами являются многочисленные загрязнители, ухудшающие качество воды.

Сброшенные вредные вещества создают большие неудобства для использования воды и наносят вред здоровью и безопасности человека, а также наносят ущерб хозяйству страны. Все объекты, сбрасывающие вредные вещества, являются источниками загрязнения.

Выделяются следующие типы загрязнения вод:

• Механическое загрязнение. Данный вид загрязнения, характерный для поверхностных загрязнений, повышает содержание в воде механических примесей.
• Химическое загрязнение. В воде содержатся токсические и нетоксические вещества органического и неорганического происхождения.
• Бактериальное и биологическое загрязнение. Вода загрязнена патогенными микроорганизмами, грибами, мелкими водорослями.
• Радиоактивное загрязнение. Наличие в поверхностных или подземных водах радиоактивных веществ.
• Тепловое загрязнение происходит в результате выпуска подогретой воды атомных и тепловых электростанций.

Самыми крупными и, пожалуй, основными источниками не только загрязнений, но и засорений водных объектов являются сточные воды промышленности, коммунального хозяйства, животноводческих комплексов, добывающих предприятий, сбросы транспорта и др.

Специалисты выделяют три группы сточных вод исходя из условий их образования:

• Сточные воды бытовые. К ним относятся стоки бань, столовых, прачечных, туалетов, воды от мытья полов. Содержание органических и минеральных веществ в них соответственно составляет $58$ % и $42$ %.
• Ливневые или атмосферные сточные воды. На промышленных предприятиях такие стоки представляют большую опасность. Ливневые стоки отличаются большой неравномерностью – один раз в году с $1$ га происходит сток $100$-$150$ л/с, а один раз в $10$ лет – $200$-$300$ л/с. Неравномерность этих стоков затрудняет как их сбор, так и очистку.
• Сточные воды промышленные. Возникают эти сточные воды при добыче и переработке сырья.

Питьевая вода

Пресные воды планеты в настоящее время имеют низкое качество и $80$ % заболеваний по данным ВОЗ, вызваны именно этим. Страны мира вплотную столкнулись с проблемой чистой воды. В $90$-е годы $XX$ века $50$ млн. американцев потребляли воду, загрязненную токсичными веществами. Около $900$ тыс. человек в США ежегодно заболевают по причине употребления некачественной воды. Чтобы соблюсти стандарты здравоохранения по питьевой воде американский конгресс утвердил создание фонда для модернизации $55$ тыс. коммунальных систем водоснабжения. Модернизация предусматривала защиту систем водоснабжения от микробиологических загрязнений, предотвращения загрязнения свинцом, нитратами и другими вредными веществами. Несмотря на то, что Россия достаточно хорошо обеспечена пресными водами, их качество оставляет желать лучшего.

Пробы российской водопроводной воды показали:

1. Не соответствует санитарно-химическим нормам каждая $5$-я проба воды;
2. Микробиологическим нормам не соответствует каждая $8$-я проба;
3. Не соответствует рекомендуемым санитарным нормам, химическим и микробиологическим стандартам $90$ % питьевой воды в стране. Такой водой пользуются $70$ % городов и населенных пунктов.

Вредное воздействие антропогенных загрязнений коснулось практически всех источников на поверхности. Более всего от этого воздействия страдают Волга, Дон, Северная Двина, Уфа, Тобол, Томь, реки Сибири и Дальнего Востока. Все большее количество рек теряют свое питьевое значение и переходят в разряд «условно чистых» и «грязных». Питьевая вода, которую потребляет $70$ % населения РФ, не соответствует ГОСТу. Хлор, который используется для дезинфекции воды, с одной стороны убивает инфекции, а с другой стороны, обладая канцерогенным, мутагенным эффектом, медленно, но верно убивает человека.

Как показали американские исследования, люди, постоянно потребляющие хлорированную воду, на $21$ % увеличивают вероятность рака мочевого пузыря, на $38$ % рака прямой кишки и, тем не менее, $75$ % американской воды хлорируется.

Японцы очищают воду с помощью озона, но он не обладает долговременным действием соединений хлора, поэтому перед употреблением воду надо очищать. Чтобы в какой-то степени освободиться от хлора в течение от нескольких часов и до суток, воду целесообразно отстаивать. Сырая вода может потребляться только в крайних случаях.

Горячую водопроводную воду, поскольку она химически более агрессивна, использовать для приготовления пищи нежелательно. Для очистки воды в домашних условиях используют различные бытовые фильтры, с помощью которых происходит удаление микробов, хлора и его производных, тяжелых металлов, нитратов и нитритов, пестицидов. Но, есть вторичная опасность загрязнения воды – на самом фильтре могут оседать вредные микроорганизмы.

В Америке и Японии сейчас используются электрохимические фильтры. Это российско-английский фильтр «Изумруд». Действие фильтра основано на химической реакции, происходящей в присутствии катализатора под воздействием сильного электрического поля.

Результат впечатляет:

1. Полное очищение воды от микроорганизмов;
2. Очищение от органических соединений;
3. От ионов тяжелых металлов;
4. Снижается концентрация минеральных солей.

Мероприятия по защите гидросферы

Чтобы защитить поверхностные воды от загрязнения, которые являются частью гидросферы, предусмотрен целый ряд мероприятий:

1. Внедрение безотходных и безводных технологий;
2. Создание замкнутого цикла, т.е. оборотного водоснабжения. Данный цикл заставляет сточные воды всё время находиться в обороте и попадание их в поверхностные водоёмы исключается;
3. Качественная очистка сточных вод;
4. Обеззараживание и очистка вод для водоснабжения.

В основном поверхностные воды загрязняются сточными водами, а это значит, что их очистка с экологической точки зрения, является очень важной.

Существуют 3 основных способа очистки сточных вод:

1. Механическая очистка;
2. Физико-химическая очистка;
3. Биологическая очистка.

Механическая очистка предусматривает 4 процесса:

1. Процеживание загрязненной воды;
2. Отстаивание загрязненной воды;
3. Обработка воды в поле действия центробежных сил;
4. Фильтрование загрязненной воды.

Для того чтобы удалить из сточных вод крупные и волокнистые включения процеживание осуществляют в решетках и волокноуловителях. Ширина зазоров в них составляет $10$-$20$ мм.

При отстаивании происходит оседание примесей, плотность которых $p > p$ воды или их всплытие с $p фильтрования. Фильтры при этом могут быть $2$-х типов – зернистые и тканевые.

Физико-химическая очистка помогает удалить растворимые примеси, а иногда и взвешенные вещества из сточных вод.

Существует несколько способов этой очистки:

1. Метод флотации. В сточную воду подаются мелкие пузырьки воздуха, которые обволакивают частицы примесей и поднимают их на поверхность, где образуется слой пены.
2. Метод коагуляции. Суть этого физико-химического процесса заключается в укрупнении коллоидных и дисперсных частиц, что происходит под действием сил молекулярного притяжения.
3. Реагентный метод. Сточные воды при данном методе обрабатываются реагентами, т.е. химическими веществами. Растворенные токсичные примеси вступают в химическую реакцию и образуют нетоксичные или нерастворимые осадки. Гидроксид кальция, хлорид кальция, например, применяют для очистки фторсодержащих вод. Токсичные соединения фтора, вступая в химическую реакцию, образуют плохо растворимый фторид кальция $CaF_2$, который можно удалить их воды отстаиванием.
4. Метод нейтрализации является разновидностью реагентного метода.
5. Метод экстракции. Примеси сточных вод перераспределяют в смеси взаимонерастворимых жидкостей. Для выделения используются фенол, жирные кислоты, цветные металлы – медь, никель, цинк, кадмий и др.
6. Метод ионообменной очистки. Сточные воды пропускают через ионообменные смолы. Поскольку смолы содержат ионы, способные к обмену, то при прохождении через них происходит замена подвижных ионов смолы на ионы токсичных примесей соответствующего знака.
7. Биологическая очистка. В данном случае используется способность микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические и неорганические соединения как источник питания. Данную очистку проводят в естественных условиях – поля фильтрации, например, или в специальных сооружениях искусственного типа – аэротенках – открытых резервуарах и биофильтрах. Биофильтры представляют собой специальные сооружения, которые заполняются загрузочным материалом – шлаком, щебнем, гравием и др. На поверхности этого материала из микроорганизмов происходит развитие биологической пленки.