Проблема загрязнения воды. Основные источники загрязнения гидросферы

Общее количество природной воды на Земле составляет 1386 млн к м 3 , из них количество пресной воды - 35 млн к м 3 , т.е. около 2,5%. Объем потребления пресной воды в мире достигает 3900 млрд м 3 /год. Около половины этого количества потребляется безвозвратно, а другая половина превращается в сточные воды.

Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока; разнообразные природные явления; индустрия; промышленное и коммунальное строительство; транспорт; хозяйственная и бытовая деятельность человека.

Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, не свойственных ей веществ - загрязнителей, ухудшающих качество воды.

Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют в зависимости от подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют химическое, биологическое и физическое загрязнения.

Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической, так и органической природы.

Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды, - соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора.

Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ большое значение для обитателей водной среды имеют органические химические соединения. Вынос в океан органического вещества оценивается в 300...380 млн т/год. Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заиливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность донных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. Наличие суспензий затрудняет также проникновение света в глубь воды и замедляет процессы фотосинтеза. Вредное действие оказывают все загрязнения, которые так или иначе содействуют снижению содержания кислорода в воде. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) - жиры, масла, смазочные материалы - образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности воды кислородом.

В связи с быстрыми темпами урбанизации и несколько замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и почва загрязняются бытовыми отходами. Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой для патогенных организмов. Вода, загрязненная органическими отходами, становится практически непригодной для питья и других надобностей.

Биологическое загрязнение связано с присутствием в питьевой воде биологических примесей, т.е. микроорганизмов, вызывающих заболевания.

Физические примеси - это присутствующие в воде нерастворимые частицы различного происхождения.

Одним из главных источников загрязнения водоемов являются промышленные сточные воды. Наиболее опасные загрязнители воды - это соли тяжелых металлов, фенолы, органические яды, нефтепродукты, насыщенная бактериями биогенная органика, синтетические моющие средства.

Важное значение имеет загрязнение гидросферы нефтепродуктами. Благодаря своим физико-химическим свойствам нефтепродукты быстро распространяются по поверхности воды, образуя тончайшие пленки толщиной до долей миллиметра, сохраняющие, особенно на спокойной поверхности, высокую устойчивость. Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане.

Основные источники, из которых нефть активно попадает в гидросферу:

транспортирование из районов добычи;

аварийные ситуации на нефтенативном транспорте;

слив танкерами за борт промывочных и балластных вод;

потери при добыче из морских скважин (за последние 30 лет начиная с 1964 г. пробурено около 2000 скважин в Мировом океане, из них только в Северном море - 1000);

бытовые и ливневые стоки.

Детергенты (синтетические поверхностно-активные вещества - СПАВ) относятся к группе веществ, понижающих поверхностное натяжение воды. Они входят в состав синтетических моющих средств (СМС), широко применяемых в быту и промышленности. Присутствие СПАВ в сточных водах промышленности связано с использованием их в таких процессах, как флотационное обогащение руд; разделение продуктов химических технологий; получение полимеров; улучшение условий бурения нефтяных и газовых скважин; борьба с коррозией оборудования; в сельском хозяйстве в составе пестицидов.

Канцерогенные вещества - это химически однородные соединения, проявляющие трансформирующую активность и способность вызывать канцерогенные, тератогенные (нарушение процессов эмбрионального развития) или мутагенные изменения в организме.

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк) относятся к числу распространенных и весьма токсичных веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединений тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу.

Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. Свинец активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека - выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу. С континентальной пылью океан получает (20...30) 10 3 т свинца в год.

Многие страны, имеющие выход к морю, проводят захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных работах, бурового шлама, отходов промышленности, строительного мусора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных отходов. Объем захоронений составил около 10% всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан.

Тепловое загрязнение поверхности водоемов и прибрежных морских акваторий возникает в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и другими промышленными производствами. Сброс нагретых вод во многих случаях обуславливает повышение температуры воды в водоемах на 6...8°С. Площадь пятен нагретых вод в прибрежных районах достигает 30 км 2 . Более устойчивая температурная стратификация препятствует водообмену между поверхностным и донным слоем. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление его возрастает, поскольку с ростом температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество.

Уровень загрязнения рек, озер, морей и океанов с каждым годом возрастает. Особую и едва ли не самую серьезную роль в загрязнении водных объектов играет сброс отработанных промышленных вод. Они загрязняют более 1/3 всего речного стока. Например, в США за 70 лет загрязненность рек выросла в 10 раз, что привело к запрещению купания в реке Миссисипи и ее притоках. Не лучшим образом обстоит дело и с водоемами, расположенными в Европейской части России. Так, концентрация аммонийного и нитритного азота увеличилась в 1,5 раза, количество взвешенных и органических веществ достигает от 2 до 12 ПДК, содержание фенолов -- от 10 до 41 ПДК, тяжелых металлов -- от 8 до 24 ПДК.

Наибольший вклад в загрязнение водных объектов сточными водами вносят такие отрасли промышленности, как черная и цветная металлургия, химическая, нефтеперерабатывающая, целлюлозно-бумажная и пищевая.

В зависимости от технологических особенностей производств сточные воды можно разделить на:

1. реакционные воды, загрязненные как исходными веществами, так и продуктами реакции;
2. воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах;
3. воды после промывки сырья, продуктов, тары, оборудования;
4. водные экстрагенты и абсорбенты;
5. бытовые воды из туалетов, после мытья помещений, душевых;
6. воды, стекающие с территории промышленных предприятий, загрязненные различными химическими веществами.

Промышленные сточные воды могут иметь кислую, нейтральную или щелочную среду, что приводит к изменению естественного рН в водоемах, в которые сбрасываются эти воды.

В шлаках промышленных производств присутствуют разнообразные органические вещества и соединения тяжелых металлов; в бытовых отходах содержание органических веществ составляет 32-40%. Эти вещества, попадая в почву, создают в грунтах устойчивую восстановительную среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов.

Нефть и нефтепродукты, попадая в водоемы, создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде. Нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается кол-во кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды.

Еще одним источником загрязнения природных вод являются атмосферные воды, несущие в себе вымываемые из воздуха загрязняющие вещества промышленного происхождения. При стекании по поверхности земли атмосферные и талые воды увлекают за собой органические и минеральные вещества из почвы. В первую очередь это касается территорий санитарно неблагоустроенных населенных пунктов, сельскохозяйственных объектов и угодий, особенно в период весеннего паводка, что приводит к сезонному ухудшению качества питьевой воды.

Городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки, которые содержат большое количество поверхностно-активных моющих средств, также являются источниками загрязнения природных вод. Наличие в стоках поверхностно-активных моющих средств губительно сказывается на флоре и фауне. Например, 10-25 мг моющих химических средств на 1 л воды ядовиты для водной флоры. При концентрации моющих средств 1 мг/л гибнет планктон, при 3 мг/л -- дафнии, 15 мг/л -- рыбы. Кроме того, в городских сточных водах может содержаться в среднем (мг/л): 1б,9 -- калия, 0,5 -- меди; 0,5 -- свинца; 0,8 -- железа; 23,2 -- натрия; 0,2 -- цинка; 6,6 -- фосфора, 4,53 -- жиров. Разложение большого количества органических веществ в стоках приводит к дефициту кислорода и накоплению сероводорода, в результате чего со временем такие водоемы «умирают».

Большое значение для организации водопотребления и водопользования имеет состояние подземных вод, которое может нарушаться проведением мелиоративных и гидротехнических работ, строительством городов и поселков, сооружением и эксплуатацией шахт и рудников. В результате уровень грунтовых вод может меняться на обширных территориях. Так, в районе Курской магнитной аномалии осуществление работ в местах добычи полезных ископаемых вызвало появление депрессионных воронок, а затем заметное изменение водного режима и характера растительности на расстоянии 50-60 км от карьеров. Интенсивная откачка из глубин нефти, газа или воды может повлечь за собой оседание почвы на больших территориях, изменение путей подземных потоков и их скоростей, что может привести к разрушению первичных структур. Кроме того, откачка подземных вод из шахт, рудников и карьеров и сброс их на поверхность ведут к загрязнению рек и водоемов.

Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение вредных веществ. Объем таких захоронений составляет около 10% всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан. Основанием для использования морей и океанов в качестве полигонов для захоронения различных отходов послужила способность морской воды к переработке большого количества органических и неорганических веществ. Однако эта способность не беспредельна. Поэтому такой подход можно рассматривать как вынужденную меру, подтверждающую несовершенство технологий по переработке и уничтожению отходов производства и потребления. В результате аварий судов, промывки резервуаров танкеров, утечек нефти при добыче ее в шельфовой зоне ежегодно в воды Мирового океана попадает до 15-106 т нефти. Каждая 1 т нефти покрывает тонкой пленкой примерно 12 км2 поверхности и загрязняет до 1 млн т морской воды.

Особо следует остановиться на захоронении в морях и океанах радиоактивных отходов. Захоронение радиоактивных отходов (РАО) в море рассматривается как изоляция этих опасных веществ от среды обитания человека на период, достаточный для физического распада радионуклидов. Захоронение жидких радиоактивных отходов (ЖРО) и твердых радиоактивных отходов (ТРО) осуществлялось многими странами, имеющими атомный флот и атомную промышленность. Первые захоронения РАО в морях были произведены в 1946 г США в северо-восточной части Тихого океана на расстоянии 80 км от побережья Калифорнии. С 1947 г сбросы стали производиться Великобританией и др. До 1983 г практиковался сброс ТРО в открытое море. Однако, установлено, что морская вода способна разъедать контейнеры, их опасное содержимое распространяется в воде. Последствия радиоактивного загрязнения от неправильного захоронения отходов сказались в Ирландском море, где радиоактивными изотопами были заражены планктон, рыбы, водоросли, а также пляжи.

Загрязнение водоемов характеризуется следующими признаками: появление плавающих веществ на поверхности воды и отложение на дне осадка; изменение физических свойств воды, как-то: прозрачности и цветности, появление запахов и привкусов; изменение химического состава воды (реакции, количества органических и минеральных примесей, появление ядовитых веществ и др.), уменьшение растворенного в воде кислорода; изменение видов и количества бактерий и появление болезнетворных бактерий за счет поступления их со сточными водами.

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 отмирания внесенных бактерий. Агентами самоочищения являются бактерии, грибы и водоросли. Установлено, что в ходе бактериального самоочищения через 24 ч остается не более 50% бактерий, через 96 ч - 0,5%. Процесс бактериального самоочищения сильно замедляется зимой, так что через 150 ч сохраняются еще до 20% бактерий.

Чтобы обеспечить самоочищение загрязненных вод, необходимо их многократное разбавление чистой водой.

Если же загрязнения настолько велики, что самоочищение воды не происходит, существуют специальные методы и средства для ликвидации загрязнений, поступающих со сточными водами.

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.

На речном транспорте наибольшее значение имеет борьба с потерями нефтепродуктов при погрузке, выгрузке и транспортировке на судах речного флота, оборудование судов емкостями для сбора загрязненных вод.

При лесном сплаве основными методами борьбы с засорением рек является строгое соблюдение технологии сплава леса, очистка русел рек от затонувшей древесины, прекращение молевого сплава леса на реках, имеющих рыбохозяйственное значение.

Темпы развития индустрии сегодня настолько высоки, что одноразовое использование для производственных нужд запасов пресной воды - недопустимая роскошь.

Поэтому ученые заняты разработкой новых бессточных технологий, что практически полностью решит проблему защиты водоемов от загрязнения. Однако разработка и внедрение безотходных технологий потребует определенного времени, до реального перехода всех производственных процессов на безотходную технологию еще далеко. Чтобы всемерно ускорить создание и внедрение в народнохозяйственную практику принципов и элементов безотходной технологии будущего, необходимо решить проблему замкнутого цикла водоснабжения промышленных предприятий. На первых этапах надо внедрить технологию водообеспечения с минимальным потреблением свежей воды и сбросом, а также ускоренными темпами строить очистные сооружения.

При строительстве новых предприятий на отстойники, аэраторы, фильтры уходит иногда четверть и более капиталовложений. Сооружать их, конечно, необходимо, но радикальный выход в коренном изменении системы водопользования. Надо перестать рассматривать реки и водоемы как мусоросборники и перевести промышленность на замкнутую технологию.

При замкнутой технологии предприятие использованную и очищенную затем воду возвращает в оборот, а из внешних источников только пополняет потери.

Во многих отраслях промышленности до недавних пор сточные воды не дифференцировались, объединялись в общий поток, локальные сооружения очистки с утилизацией отходов не строились. В настоящее время в ряде отраслей промышленности уже разработаны и частично реализованы замкнутые водооборотные схемы с локальной очисткой, что значительно снизит удельные нормы водопотребления.

Введение.

Лекция 3. Защита гидросферы.

Вода играет решающую роль во многих процессах, протекающих в природе, и в обеспечении жизнедеятельности человека. В промышленности воду используют как сырье и источник энергии, как хладоагент, растворитель экстрагент, для транспортиро-вания сырья и материалов.

Бурное развитие промышленности вызывает необходимость в предотвращении отрицательного воздействия производственных сточных вод на водоемы. Многие со-временные технологические процессы связаны со сбросом сточных вод в водные объ-екты.

В связи с чрезвычайным разнообразием состава, свойств и расходов сточных вод промышленных предприятий необходимо применение специфических методов, а также сооружений по их локальной, предварительной и полной очистке.

В составе инженерных коммуникаций каждого промышленного предприятия име-ется комплекс канализационных сетей и сооружений, с помощью которых осуществля-ется отведение с территории предприятия отработанных вод (дальнейшее использова-ние которых либо невозможно по техническим условиям, либо нецелесообразно по технико-экономическим показателям), а также сооружений по предварительной обра-ботке сточных вод и извлечению из них ценных веществ и примесей.

Одним из основных направлений научно-технического прогресса является созда-ние малоотходных и безотходных технологических процессов. В области очистки сточных вод таким направлением является разработка канализационных систем с ми-нимальным сбросом сточных вод в водоем или без сброса - бессточных систем.

Наиболее рациональный способ сокращения объема сточных вод - это создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения, исключающий сброс воды в водоемы. При таком водоснабжении предусматривается необходимая очистка сточной воды, ох-лаждение оборотной воды, обработка и повторное использование сточной воды.

Создание замкнутых систем технического водоснабжения с извлечением ценных компонентов в первую очередь предусматривается при строительстве новых и реконст-рукции действующих предприятий. Переход на бессточные системы, канализации или системы с минимальным сбросом сточных вод может быть осуществлен путем много-кратного использования отработанных вод и замены водяного охлаждения на воздуш-ное. При переводе ряда отраслей промышленности на безводные технологические про-цессы исключается образование сточных вод.

Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние:

Условия формирования поверхностного или подземного водного стока;

Разнообразные природные явления;

Индустрия;

Промышленное и коммунальное строительство;

Транспорт;

Хозяйственная и бытовая деятельность человека.

Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвой-ственных ей веществ - загрязнителей, ухудшающих качество воды.

Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют по разному, в за-висимости от подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют химическое, биоло-гическое и физическое загрязнения.

Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорга-нической, так и органической природы.

Во-первых, это неорганические химические вещества. Основными неорганиче-скими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнооб-разные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соеди-нения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попа-дает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам.

Во-вторых, это органические химические соединения в растворимом состоянии. Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ, большое значение для обитате-лей водной среды имеют органические остатки.

Вынос в океан органического вещества оценивается в 300…380 млн.т./год. Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворен-ное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов. Осаждаясь, сус-пензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедея-тельность донных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении донных осадков могут образовываться вредные соединения и отравляющие вещества, такие как сероводород, которые приводят к загрязнению всей воды в реке. Наличие суспензий затрудняют также проникновение света в глубь воды и замедляет процессы фотосинтеза. Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества кислорода. Вред-ное действие оказывают все загрязнения, которые так или иначе содействуют сниже-нию содержания кислорода в воде. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) - жиры, масла, смазочные материалы - образуют на поверхности воды пленку, которая пре-пятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности воды кислородом. Значительный объем органических веществ, большинство из кото-рых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах.

В связи с быстрыми темпами урбанизации и несколько замедленным строитель-ством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бас-сейны и почва загрязняются бытовыми отходами. Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным течением или непроточных (водохранилища, озера).

Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой для пато-генных организмов. Вода, загрязненная органическими отходами, становится прак-тически непригодной для питья и других надобностей.

Биологическое загрязнение связано с присутствием в питьевой воде биологиче-ских примесей, то есть микроорганизмов, вызывающих заболевания.

Бытовые жидкие отходы опасны не только тем, что являются источником не-которых болезней человека (брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что требу-ют для своего разложения много кислорода. Если бытовые сточные воды поступают в водоем в очень больших количествах, то содержание растворимого кислорода может понизиться ниже уровня, необходимого для жизни морских и пресноводных организ-мов.

В начале нашего столетия был сделан существенный шаг вперед в повышении ка-чества очистки воды путем хлорирования. Благодаря хлорированию воды и пастериза-ции молока стало возможным резкое снижение смертности при заболевании брюшным тифом.

Физическое загрязнение - это присутствующие в воде нерастворимые частицы различного происхождения.

Важное значение имеет загрязнение гидросферы нефтепродуктами. Благодаря своим физико-химическим свойствам, нефтепродукты быстро распространяются по по-верхности воды, образуя тончайшие пленки толщиной до долей миллиметра, сохра-няющие, особенно на спокойной поверхности, высокую устойчивость.

Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в Мировом океане. Нефть представляет собой вязкую маслянистую жид-кость, имеющую темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией. Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифатических и ароматических уг-леводородов. Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98 %) - подразделяют-ся на 4 класса:

а) парафины (алкены). - (до 90 % от общего состава) - устойчивые вещества, мо-
лекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие
парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.

б) циклопарафины (30…60 % от общего состава) - насыщенные циклические со-
единения с 5-6 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в
нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти
соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

в) ароматические углеводороды. - (20…40 % от общего состава) - ненасыщенные
циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода
меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молеку-
лой в виде одинарного кольца (бензол, толуол, ксилол), затем бициклические (нафта-
лин), полициклические (пирен).

г) олефины (алкены). - (до 10 % от общего состава) - ненасыщенные нецикличе-
ские соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в мо-
лекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.

Среди источников из которых нефть активно попадает в гидросферу необходимо назвать:

Транспортировка из районов добычи;

Аварийные ситуации на нефтеналивном транспорте;

Слив за борт танкерами промывочных и балластных вод;

Потери при добычи из морских скважин (за последние 30 лет, начиная с 1964 года, пробурено около 2000 скважин в Мировом океане, из них только в Северном море 1000);

Большие массы нефти поступают в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками.

Попадая в морскую среду, нефть:

а) сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной толщины и изме-
няет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света;

б) смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов:

Прямую "нефть в воде", составленную капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивую и характерную для нефти, содержащую поверхностно-активные вещества;

Обратную "вода в нефти", которая может сохраняться на поверхности, перено-ситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.

Вместе со сточными водами СПАВ попадают в материковые воды и морскую среду. СМС содержат:

Полифосфаты натрия, в которых растворены детергенты;

Ряд добавочных ингредиентов, токсичных для водных организмов: ароматизи-рующие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты, пербораты), кальцини-рованная сода, карбоксиметилцеллюлоза, силикаты натрия.

В зависимости от природы и структуры гидрофильной части молекулы СПАВ делятся на:

Анионактивные;

Катионоактивные;

Амфотерные;

Неионогенные.

Последние не образуют ионов в воде. Наиболее распространенными среди СПАВ являются анионактивные вещества. На их долю приходится более 15 % всех произво-димых в мире СПАВ.

Присутствие СПАВ в сточных водах промышленности связано с использованием их в таких процессах, как:

Флотационное обогащение руд;

Разделение продуктов химических технологий;

Получение полимеров;

Улучшение условий бурения нефтяных и газовых скважин;

Борьба с коррозией оборудования;

В сельском хозяйстве СПАВ применяется в составе пестицидов.

Канцерогенные вещества - это химически однородные соединения, проявляющие

трансформирующую активность и способность вызывать канцерогенные, тератогенные (нарушение процессов эмбрионального развития) или мутагенные изменения в орга-низме.

В зависимости от условий воздействия они могут приводить:

К ингибированию роста;

Ускорению старения;

Нарушению индивидуального развития и изменению генофонда организмов. К веществам, обладающим канцерогенными свойствами, относятся:

Хлорированные алифатические углеводороды;

Винилхлорид;

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).

Максимальное количество ПАУ в современных донных осадках Мирового океана (более 100 мкг/кг массы сухого вещества) обнаружено в тектонически активных зонах, подверженным глубинному термическому воздействию.

Основные антропогенные источники ПАУ в окружающей среде - это пиролиз органических веществ при сжигании различных материалов, древесины и топлива.

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк) относятся к числу распространенных и весьма токсичных веществ. Они широко применяются в различ-ных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, со-держание соединений тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу.

Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть пере-носится в океан с материковым стоком и через атмосферу. При выветривании осадоч-ных и изверженных пород ежегодно выделяется 3,5 тыс.т. ртути. В составе атмосфер-ной пыли содержится около 12 тыс.т. ртути, причем значительная часть - антропоген-ного происхождения. Около половины годового промышленного производства это-го металла (910 тыс.т./год) различными путями попадает в океан. В районах, за-грязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях силь-но повышается. При этом некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную метилртуть.

Свинец - рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свинец активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйствен-ной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внут-реннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу. С континентальной пылью океан получает (20…30) . 10 3 т. свинца в год.

Многие страны, имеющие выход к морю, проводят захоронение различных мате-риалов и веществ, в частности, грунта, вынутого при дноуглубительных работах, буро-вого шлама, отходов промышленности, строительного мусора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных отходов. Объем захоронений со-ставил около 10 % от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан.

В шлаках промышленных производств присутствуют разнообразные органиче-ские вещества и соединения тяжелых металлов. Во время сброса при прохождении материала сквозь столб воды, часть загрязняющих веществ переходит в раствор, из-меняя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси и переходит в донные от-ложения. Одновременно повышается мутность воды. Наличие органических веществ часто приводит к быстрому расходованию кислорода в воде и нередко к его полному исчезновению, растворению взвесей, накоплению металлов в растворенной форме, появлению сероводорода. Присутствие большого количества органических веществ создает в грунтах устойчивую восстановительную среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов.

В случае образования поверхностных пленок, содержащих нефтяные углеводо-роды и СПАВ, нарушается газообмен на границе воздух - вода. Загрязняющие вещест-ва, поступающие в раствор, могут аккумулироваться в тканях и органах гидробио-нтов и оказывать токсическое воздействие на них.

Тепловое загрязнение поверхности водоемов и прибрежных морских акваторий возникает в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и другими промышленными производствами. Сброс нагретых вод во многих случаях обуславли-вает повышение температуры воды в водоемах на 6…8 о С. Площадь пятен нагретых вод в прибрежных районах достигает 30 кв.км. Более устойчивая температурная стра-тификация препятствует водообмену между поверхностным и донным слоем. Раство-римость кислорода уменьшается, а потребление его возрастает, поскольку с ростом температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество. Усиливается видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорос-лей.

Одним из главных источников загрязнения водоемов являются промышленные сточные воды. Наиболее опасные загрязнители воды – это соли тяжелых металлов, фе-нолы, органические яды, нефтепродукты, насыщенная бактериями биогенная органика, синтетические моющие средства.

Анализ сточных вод, образующихся на современных предприятиях, показал, что в сбрасываемых в водоемы водах содержатся в основном продукты, которые не относят-ся к категории сильнотоксичных: хлориды, сульфаты, нитраты и фосфаты натрия, ка-лия, кальция, аммония, магния, железа, меди, органические продукты, взвешенные ве-щества, масла, нефтепродукты, отходы древесины, зола, отходы рудообогащения и т.д. Однако от ряда производств, таких как производство хлора и каустика, минеральных удобрений, полимерных материалов, химических волокон, красителей, коксохимиче-ское производство, целлюлозно-бумажные предприятия, энергетические предприятия и др., в водоемы вместе со стоками поступают соединения ртути, фтора, мышьяка, селе-на, хрома, никеля, меди, кадмия, циана, а также кислоты, щелочи, фенолы, метанол и другие вещества, содержание которых в воде строго лимитировано.

Источниками загрязнения признаются объекты, с которых осуществляется сброс или иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающих качество вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов.

Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы:

- механическое - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;
- химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия;
- бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;
- радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;
- тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.

Основными источниками загрязнения и засорения водоемов является недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников, обработке и сплаве лесоматериалов; сбросы водного и железнодорожного транспорта; отходы первичной обработки льна, пестициды и т.д. Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, привкусов и т.д.); в изменении химического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.

Сточные воды разделяют на три группы:

1) фановые , или фекальные;
2) хозяйственно-бытовые , включающие стоки от камбуза, душей, прачечных и др.;
3) подсланевые , или нефтесодержащие.
- Для фановых сточных вод характерно высокое бактериальное загрязнение, а также органическое загрязнение(химическое потребление кислорода достигает1500-2000мг/л.). объём этих вод сравнительно невелик.
- Хозяйственно бытовые сточные воды характеризуются невысоким органическим загрязнением. Эти сточные воды обычно сбрасываются за борт судна по мере образования. Сброс их запрещён только в зоне санитарной охраны.
- Подсланевые воды образуются в машинных отделениях судов. Они отличаются высоким содержанием нефтепродуктов.

Производственные сточные воды загрязнены в основном отходами и выбросами производства, их делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси, в т.ч. и токсические, и содержащие яды.

К первой группе относятся сточные воды содовых, сульфатных, азотно-туковых заводов, обогатительных фабрик свинцовых, цинковых, никелевых руд и т.д., в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства воды.

Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятия органического синтеза, коксохимические и др. В стоках содержатся разные нефтепродукты, аммиак, альдегиды, смолы, фенолы и другие вредные вещества. Вредоносное действие сточных вод этой группы заключается главным образом в окислительных процессах, вследствие которых уменьшается содержание в воде кислорода, увеличивается биохимическая потребность в нем, ухудшаются органолептические показатели воды.

Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки (дезинфицирующая жидкость) .

На жизнь населения водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного количества кислорода, что приводит к гибели икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства.

Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов, вод и морей, Мирового океана. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные в воде нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции, что приводит к гибели животных и растений. Изменяется запах, вкус, окраска, вязкость воды, уменьшается количество кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека. 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды.

Атомные электростанции радиоактивными отходами загрязняют реки. Радиоактивные вещества концентрируются мельчайшими планктонными микроорганизмами и рыбой, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут.

Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек и озер болезнетворными бактериями и гельминтами. В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом.

В связи с интенсификацией животноводства все более дают о себе знать стоки предприятий данной отрасли сельского хозяйства. Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясомолочной, консервной и кондитерской промышленности, являются причиной органических загрязнений водоемов.

В сточных водах обычно около 60% веществ органического происхождения, к этой же категории органических относятся биологические (бактерии, вирусы, грибы, водоросли) загрязнения в коммунально-бытовых, медико-санитарных водах и отходах кожевенных и шерстомойных предприятий.

Серьёзной экологической проблемой является то, что обычным способом использования воды для поглощения тепла на тепловых электростанциях является прямая прокачка пресной озерной или речной воды через охладитель и затем возвращение её в естественные водоёмы без предварительного охлаждения. Электростанции могут повышать температуру воды по сравнению с окружающей на 5-15 С. В естественных условиях при медленных повышениях или понижениях температур рыбы и другие водные организмы постепенно приспосабливаются к изменениям температуры окружающей среды. Но если в результате сброса в реки и озёра горячих стоков с промышленных предприятий быстро устанавливается новый температурный режим, времени для акклиматизации не хватает, живые организмы получают тепловой шок и погибают.

Тепловой шок - это крайний результат теплового загрязнения. Результатом сброса в водоёмы нагретых стоков могут быть иные, более коварные последствия. Одним из них является влияние на процессы обмена веществ.

В результате повышения температуры воды содержание в ней кислорода падает, тогда как потребность в нём живых организмов возрастает. Возросшая потребность в кислороде, его нехватка вызывают жестокий физиологический стресс и даже смерть. Искусственное подогревание воды может существенно изменить и поведение рыб - вызвать несвоевременный нерест, нарушить миграцию.

Повышение температуры воды способно нарушить структуру растительного мира водоёмов. Характерные для холодной воды водоросли заменяются более теплолюбивыми и, наконец, при высоких температурах полностью ими вытесняются, при этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей - так называемого “цветения воды”. Все перечисленные выше последствия теплового загрязнения водоёмов наносят огромный вред природным экосистемам и приводят к пагубному изменению среды обитания человека.

Ущербы, образовавшиеся в результате теплового загрязнения, можно разделить на:

- экономические (потери вследствие снижения продуктивности водоёмов, затраты на ликвидацию последствий от загрязнения);
- социальные (эстетический ущерб от деградации ландшафтов);
- экологические (необратимые разрушения уникальных экосистем, исчезновение видов, генетический ущерб).

Важнейшая и очень сложная проблема - защита вод от загрязнения . С этой целью предусматривают следующие мероприятия:

- развитие безотходных и безводных технологий, внедрение систем оборотного водоснабжения, утилизация отходов;
- очистка промышленных, коммунально-бытовых и др. сточных вод;
- передача сточных вод на другие предприятия, предъявляющие менее жесткие требования к качеству воды и если, содержащиеся в ней примеси, не оказывают вредного воздействия на технологический процесс этих предприятий, а наоборот улучшают качество выпускаемой продукции (например, передача сточных вод химических предприятий на предприятия строительного производства);
- канализование и санитарная очистка городов;
- очистка поверхностного стока городских, промышленных территорий;
- создание водоохранных зон.

Методы очистки сточных вод

В виду огромного разнообразия состава сточных вод существуют различные способы их очистки:

- механический,
- физико-химический,
- химический,
- биологический и др.

В зависимости от характера загрязнения и степени вредности очистка сточных вод может производиться каким-либо одним методом или комплексом методов (комбинированный способ).

При механической очистке путем процеживания, отстаивания и фильтрования удаляют нерастворимые механические примеси. Для этой цели используют решетки, песколовки, песчаные фильтры, отстойники различных типов. Вещества, плавающие на поверхности сточных вод (нефть, смолы, масла, жиры, полимеры и др.), задерживают нефте и жиро ловушками или другого вида уловителями, путем слива верхнего слоя, содержащего плавающие вещества. загрязнение вода очистка засорение

Химические и физико-химические способы используют для очистки промышленных сточных вод.

При химической очистке в сточные воды вводят специальные реагенты (известь, кальцинированную соду, аммиак и др.), которые взаимодействуют с загрязнителями и выпадают в осадок.

При физико-химической очистке используют методы коагуляции, сорбции, флотации и др.

Для очистки коммунально-бытовых, промышленных стоков целлюлозно-бумажных, нефтеперерабатывающих, пищевых предприятий после механической очистки используют биологический метод . Этот метод основан на способности природных микроорганизмов, использовать для своего развития, органические и некоторые неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах. Очистку производят на искусственных сооружениях (аэротенках, метантенках, биофильтрах и др.) и в естественных условиях (поля фильтрации, поля орошения, биологические пруды и др.). При очистке сточных вод образуется осадок, который удаляют для подсушивания на иловые площадки, а потом используют как удобрение. Однако при биологической очистке коммунально-бытовых сточных вод совместно с промышленными сточными водами, которые содержат тяжелые металлы и другие вредные вещества, эти загрязнители накапливаются в осадках и использование их в качестве удобрений исключается.

Важную защитную роль на любом водном объекте выполняют водоохранные зоны - это специальные зоны, устраиваемые вдоль берегов рек, озер, водохранилищ. Основное назначение - защита водных объектов от загрязнения, засорения, эрозионных наносов поверхностным стоком. Ширина водоохранных зон может составлять от 100 до 300 м и более. В пределах водоохраной зоны почва должна быть закреплена растительностью, высажены защитные лесные полосы, запрещается хозяйственная деятельность: распашка земель, выпас скота, применение ядохимикатов, удобрений, производство строительных работ, размещение складов, гаражей, животноводческих комплексов и др.

В настоящее время промышленность очень развивается, и как следствие этого - сильно загрязняется гидросфера (реки, озёра, моря и океан в целом). Основными источниками загрязнения и засорения гидросферы (водоемов) является недостаточное очищение сточных вод промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников; сбросы водного и железнодорожного транспорта; пестициды и т.д. Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые проявляются в изменении химического состава воды, в наличии плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.

Производственные сточные воды загрязнены отходами и выбросами производства. Количественный и качественный состав зависит от отрасли промышленности и ее технологических процессов. Отходы делят на две основные группы: содержащие неорганические примеси (в том числе и токсические) и содержащие яды. К первой группе относятся сточные воды содовых, обогатительных фабрик свинцовых, никелевых руд, в которых содержатся кислоты, щелочи, ионы тяжелых металлов и др. Сточные воды этой группы в основном изменяют физические свойства воды. Сточные воды второй группы сбрасывают нефтеперерабатывающие заводы, предприятия органического синтеза и др.

Большое загрязняющие воздействие на природные воды оказывает водный транспорт , как за счет выбрасывания в них отходов бытовой и производственной деятельности, так и за счёт утечки топлива и коррозионных процессов на судах. За счёт попадания в пресные воды различных химических соединений, эти воды теряют свои потребительные качества, требуют больше затрат на свою очистку.

Запас качественных пресных вод на Земле постоянно сокращается. Большой урон гидросфере наносят аварии на предприятиях, находящихся на берегах рек. Сильно загрязняют гидросферу и сельскохозяйственные предприятия, особенно крупные животноводческие комплексы и агропромышленные комплексы по выращиванию и переработке сельскохозяйственной продукции. Нерациональное использование удобрений, средств защиты растений и животных, добавок, повышающих продуктивность сельского хозяйства, ухудшает качество природных вод, делает эти воды непригодными для использования без специальной очистки. Кроме химических загрязнений в воды водоёмов попадают биологические загрязнители-микроорганизмы, в том числе и болезнетворные, которые при благоприятных условиях интенсивно размножаются и являются источником эпидемий.

Один из опаснейших загрязнителей водоёмов является нефть . Установлено, что в мировом океане поступает 1% от всей транспортируемой нефти. Одна тонна нефти покрывает тончайшей плёнкой 12 кв. км. поверхности, делая ее непригодной для жизнедеятельности планктона. Легкие фракции нефти образуют подвижную плёнку, средние (по массе) - взвешенную эмульсию, а тяжёлые (мазут) - оседают на дно и токсически воздействуют на бентосные формы водных организмов.

Опаснейшими загрязнителями гидросферы являются радиоактивные вещества , попадающие в воды океана при авариях подводных лодок с ядерными боеголовками, за счет аварии ядерных реакторов и в результате подводных ядерных взрывов. К сожалению, воды океана используются для захоронения вредных отходов, в том числе и ядерных. Вещества, обладающие радиоактивностью опасны тем, что их отрицательное воздействие носит долговременные характер, приводит к появлению уродств вследствие мутаций и т.д.

Значительное засорение и загрязнение оказывает молевой сплав леса , так как массы плывущего леса наносят рыбам ранения, преграждают им путь нерестилищам; за счет эктрамирования веществ, содержащихся в древесине, происходит загрязнение воды этими веществами.

Загрязнения, поступившие в воду, могут попадать через пищевые цепи, особенно через рыбу, в организм человека. Впечатляющий пример опасности, который подвергает здоровье и жизнь человека из-за загрязнения воды, представляет так называемый болезнь Минаматы. На берегах бухты Минамата, на юге Японии, раньше считавшейся «Морским садом» благодаря богатству и разнообразию морских организмов, в 1956 г. Впервые отметили ранее неизвестную болезнь. Она выражалась в нарушении зрения, слуха и осязания у человека, а также в отключениях его поведения. До конца 1972 г. Обнаружилось 292 случая болезни, из них 62 закончились смертью. Лишь в 1969 удалось окончательно доказать, что причина заболевания - соединения метил-ртуть, которые многие годы поступало в бухту со сточной канавы водами фабрики «Ниппон чиссо» («Японский азот»). Ядовитое вещество попадало с мелкими морскими организмами и мелкой рыбой к более крупным рыбам, которые вылавливались местными жителями и использовались в пищу. Болезнь поражала преимущественно бедных рыбаков, которые питались ежедневно рыбой.

Вредные вещества из загрязненных водоемов могут попадать в наш организм не только по пищевым цепям. Вредным может оказаться купание в сильно загрязненных озерах, реках и морях.

Источники загрязнения литосферы

Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере.

Несовершенство сельскохозяйственных приёмов приводит к быстрому истощению почв, а применение крайне вредных, но дешёвых ядохимикатов для борьбы с вредителями растений и в целях повышения урожайности усугубляет эту проблему. Не менее важной является экстенсивное использование пастбищ, превращающее в пустыни огромные участки земли.

Огромный вред почвам наносит вырубка лесов. Так, если под влажными тропическими лесами вследствие эрозии теряется ежегодно 1 кг почвы с гектара, то после вырубки этот показатель увеличивается в 34 раза.

С вырубкой лесов, а также с крайне неэффективными методами ведения сельского хозяйства связано такое угрожающее явление как опустынивание. В Африке наступление пустыни составляет порядка 100 тыс. га в год, на границе Индии и Пакистана полупустыня Тар надвигается со скоростью 1 км в год. Из 45 выявленных причин опустынивания 87% являются результатом хищнического использования ресурсов.

Так же существует проблема возрастающей кислотности атмосферных осадков и почвенного покрова. (Кислотными называют любые осадки - дожди, туманы, снег, - кислотность которых выше нормальной. К ним также относят выпадение из атмосферы сухих кислых частиц, более узко называемых кислотными отложениями.) Районы кислых почв не знают засух, но их естественное плодородие понижено и неустойчиво; они быстро истощаются и урожаи на них низкие. Кислотность с нисходящими потоками воды распространяется на весь почвенный профиль и вызывает значительное подкисление грунтовых вод. Дополнительный ущерб возникает в связи с тем, что кислотные осадки, просачиваясь сквозь почву, способны выщелачивать алюминий и тяжёлые металлы. Обычно присутствие этих элементов в почве не создает проблем, так как они связаны в нерастворимые соединения и, следовательно, не поглощаются организмами. Однако при низких значениях pH их соединения растворяются, становятся доступными, и оказывают сильное токсичное воздействие, как на растения, так и на животных. Например, алюминий, довольно обильный во многих почвах, попадая в озёра, вызывает аномалии развития и гибель эмбрионов рыб.

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства