Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3 Архитектура Биология География Другое Иностранные языки Информатика История Культура Литература Математика Медицина Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Программирование Психология Религия Социология Спорт Строительство Физика Философия Финансы Химия Экология Экономика Электроника

2. Распространение и состояние воды.

Оглавление

Введение

Известны четыре среды обитания: наземно-воздушная (атмосфера), водная (гидросфера), почвенная (эдафическая) и живые организмы. Данные методические указания касаются загрязнения гидросферы.

Настоящие методические указания предназначены для студентов технических вузов всех специальностей. Государственные образовательные стандарты предусматривают изучение курса «Экологии» и вопросов, связанных с охраной окружающей среды студентами всех специальностей. Освоению дисциплины отводится один семестр - лекционный и практический курс из 34 аудиторных часов. Методические указания позволят студентам наиболее эффективно изучить вопросы, касающиеся загрязнения гидросферы, а также вопросы защиты водных объектов.

Экологическое воспитание и решение вопросов охраны окружающей среды должно пронизывать процесс формирования специалиста лю­бого профиля. Гла­в­ное при этом, чтобы все специалисты, выпускаемые высшей шко­лой, вме­сте с основательными юридическими и практическими знаниями по­лучали высокий нравственный заряд и умение решать задачи охраны природы применительно к своей профессиональной области.

Интенсивное развитие промышленности, транспорта, перенаселение ряда регионов планеты привели к значитель­ному загрязнению гидросферы. По данным ВОЗ (Всемирная организация здоровья), около 80 % всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетво­рительным качеством питьевой воды и нарушениями сани­тарно-гигиенических норм водоснабжения. Загрязнение по­верхности водоемов пленками масла, жиров, смазочных ма­териалов препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает насыщенность воды кислородом и оказывает отрицательное влияние на состояние фитопланктона и яв­ляется причиной массовой гибели рыбы и птиц.

По данным ООН, в мире выпускается до 1 млн. наимено­ваний продукции, из которых 100 тыс. являются химически­ми соединениями, в том числе 15 тыс. - потенциальными токсикантами. По экспертным оценкам, до 80 % всех хими­ческих соединений, поступающих во внешнюю среду, рано или поздно попадает в водоисточники.

Подсчитано, что ежегодно в мире сбрасывается более 420 км³ сточных вод, которые в состоянии сделать непригод­ной к употреблению около 7 тыс. км³ чистой воды.

1. СВОЙСТВА ВОДЫ

Водные запасы на Земле огромны, они образуют гидросферу - одну из мощных сфер нашей планеты. Гидросфера, литосфера, атмосфера и биосфера взаимосвязаны, проникают одна в другую и находятся в постоянном, тесном взаимодействии. Все сферы в своем составе имеют воду. Водные ресурсы слагаются из статиче­ских (вековых) запасов и возобновляемых ресурсов. Гидросфера объединяет Мировой океан, моря, реки и озера, болота, пруды, водохранилища, полярные и горные ледники, подземные воды, почвенную влагу и пары атмосферы.

Вода - химическое соединение водорода и кислорода (Н₂О) - жидкость без запаха, вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая); плотностью 1 г/см³ при температуре 3,98 °С. При 0 °С вода превраща­ется в лед, при 100°С - в пар. Молекулярная масса воды 18,0153. По В.И.Вернадскому, химический состав воды может быть представлен формулой Н_2nО_n при значении n, равном 1-6. Не все молекулы воды одинаковы: наряду с обычными молекулами, имеющими массу 18, присутствуют молекулы с молекулярной массой 19, 20, 21 и даже 22. Вода - уникальное вещество по своим физическим и химическим свойствам. Полярность молекул воды и наличие между ними «водородных» связей определяют ее уникальные свойства. Плотность воды наибольшая при температуре 3,98 °С, дальнейшее охлаж­дение приводит к переходу ее в лед и сопровождается уменьшением плотности. Уменьшение объема вместо расширения происходит при плавлении (таянии) льда. Летучесть воды небольшая. У воды аномально высокие теплота плавления и удельная теплоемкость, при плавлении льда теплоемкость увеличивается более чем вдвое. Теплоемкость воды с повышением температуры до 27 °С уменьша­ется, а затем вновь начинает возрастать. Вязкость воды (при темпе­ратуре от 0 до 30 °С) уменьшается с повышением давления.

2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ И СОСТОЯНИЕ ВОДЫ

Вода - наиболее распространенное на Земле вещество. Она на­ходится в трех фазах: газообразной (пары воды), жидкой и твердой. Различают воду атмосферную, поверхностную и подземную.

В атмосфере вода встречается в парообразном состоянии в воздушной оболочке, окружающей Землю, в капельно-жидком состоянии - в облаках, туманах и в виде дождя, твердом - в виде снега, града и кристалликов льда высоких облаков.

В жидком состоянии вода находится в гидросфере: вода океанов, морей, озер, рек, болот, прудов и водохранилищ. В твердом состоя­нии вода в виде льда и снега находится у полюсов планеты, на гор­ных вершинах, зимой покрывает водоемы на значительных площа­дях. Су­ществует капиллярная, гравитационная, кристаллизационная вода.

Общая площадь океанов и морей в 2,5 раза больше площади суши, а объем воды на Земле составляет 1,5-109 км³. Более 95 % воды - соленая. Запасы воды и их соотношение приведены в таблице 1. Мировой океан занимает площадь 361 млн. км², что составля­ет 70,8 % поверхности Земли. При средней глубине океана в 3800 м общий объем воды достигает 1370 млн. км³. При расчете ресурсов подземных вод полагают, что в мантии Земли содержится 0,5 % воды, общий объем которой составляет примерно 13-15 млрд. км³ воды. Возможный приток глубинных вод в земную кору и на по­верхность планеты составляет в среднем 1 км³ в год. При среднем абсолютном возрасте Земли в 3,5 млрд. лет объем поверхностных вод должен составить около 3,3 млрд. км³ (Макаренко, 1966). Объем свободной воды в земной коре (подземные воды) В.И. Вернадский оценивал в 60 млн. км³.

Таблица 1- Суммарные мировые запасы воды

Россия омывается водами 12 морей, принадлежащих трем океа­нам. На территории России находится свыше 2,5 млн. больших и малых рек, более 2 млн. озер. Водные ресурсы России слагаются из статических (вековых) и возобновляемых. Первые считаются отно­сительно постоянными в течение длительного времени, возобнов­ляемые водные ресурсы оцениваются объемом годового стока рек. Речной сток формируется за счет таяния снега и дождевых осад­ков, источниками питания рек служат болота и подземные воды. Суммарные водные ресурсы России приведены в таблице 2.

В социально-экономическом развитии страны из поверхност­ных пресных вод речной сток имеет приоритетное значение. По объему речного стока Россия стоит на втором месте после Брази­лии. Реки являются основой водного фонда. Почти 65 % крупных городов России (Москва, С.-Петербург, Нижний Новгород, Ека­теринбург, Пермь и другие) используют для питьевых и технических нужд поверхностные, в основном речные воды.

Таблица 2- Суммарные водные ресурсы России

По территории России протекает свыше 120 тыс. рек длиной более 10 км и общей протяженностью свыше 2,3 млн. км. Около 90 % годового речного стока России приходится на бассейны Се­верного Ледовитого и Тихого океанов и лишь 8 % - на бассейны Каспийского и Азовского морей. Однако именно в бассейнах этих морей проживает более 80 % населения России, сосредоточена основная часть хозяйственной инфраструктуры.

В России насчитывается более 2 млн. пресных и соленых озер. Среди них самое глубокое пресноводное озеро Байкал и наи­больший по площади замкнутый солоноватый водоем Каспийское море. Основная часть ресурсов озерных пресных вод сосредоточе­на в озерах: Байкал (23 тыс. км³, или 20 % мировых и 90 % нацио­нальных запасов), Ладожское (903 км³), Онежское (285 км³), Чудско-Псковское (35,2 км³). В крупнейших водохранилищах России на­ходится около 450 км³ пресной воды.

Ледники являются существенным аккумулятором воды, они со­средоточены в основном в приполюсных районах: в Антарктиде, на арктических островах, в том числе российского сектора Арк­тики, и в горных районах.

Подземные воды вместе с поверхностными водами рек, озер и прудов являются основой водного фонда России, служат для питье­вых целей. Естественные ресурсы пресных подземных вод состав­ляют 787,5 км³/год, прогнозируемые пригодные для использова­ния - свыше 300 км³/год. Минеральные и лечебные подземные воды используются на 450 месторождениях санаторно-курортными и оздоровительными учреждениями, а также заводами по розливу минеральных лечебных вод. Потенциальные ресурсы минеральных вод оцениваются в 800 тыс. м³/сут. Теплоэнергетические (термаль­ные, пароводяная смесь с температурой от 40 до 200 ° С ) подземные воды используются для теплоснабжения и получения электриче­ской энергии. Значительные их ресурсы (более 7081,5 млн. м³/сут) сосредоточены на Северном Кавказе и Дальнем Востоке. Ресурсы промышленных подземных вод составляют более 4 млн. м³/сут (гидроминеральное сырье). Они являются источником получения йода, брома и ряда других редких элементов и металлов. Крупные месторождения промышленных подземных вод находятся в Крас­нодарском крае, на Урале и в Западной Сибири.

3. РОЛЬ ВОДЫ В ПРИРОДЕ

Вода играет исключительно важную роль в природе. Она соз­дает благоприятные условия для жизни растений, животных, мик­роорганизмов. Вода остается жидкостью в температурном интер­вале, наиболее благоприятном для их жизненных процессов, для огромной массы организмов она является средой обитания. Уни­кальные свойства воды представляют неповторимую ценность для жизнедеятельности организмов. В водоемах вода замерзает сверху вниз, что имеет большое значение для обитающих в них организ­мов.

Аномально высокая удельная теплоемкость воды благоприятст­вует аккумуляции колоссального количества тепла, способствует медленному нагреванию и охлаждению. Обитающие в воде орга­низмы защищены от резких спонтанных колебаний температуры и состава, так как постоянно приспосабливаются к медленным рит­мическим колебаниям - суточным, сезонным, годовым и так далее. Вода оказывает смягчающее влияние на погодно-климатические условия. Она постоянно перемещается во всех сферах Земли, вместе с цир­куляционными потоками атмосферы - на большие расстояния. Циркуляция воды в океане (морские течения) приводит к плане­тарному тепло- и влагообмену. Известна роль воды как мощного геологического фактора. Экзогенные геологи­ческие процессы на Земле связаны с деятельностью воды как эро­дирующего агента. Размыв и разрушение горных пород, эрозия почв, перенос и отложение веществ - важные геологические про­цессы, связанные с водой.

Большинство органических веществ биосферы представляют собой продукты фотосинтеза, в результате которого в растениях, использующих световую энергию Солнца, образуются органиче­ские вещества из углекислого газа и воды. Вода - единственный источник кислорода, выделяемого в атмосферу при фотосинтезе. Вода необходима для биохимических и физиологических процес­сов, происходящих в организме. Живые организмы, в том числе человек, состоящий на 80 % из воды, не могут обойтись без нее. Потеря 10-20 % воды приводит их к гибели.

Вода играет огромную роль в жизнеобеспечении человека. Она используется им непосредственно для питья и хозяйственных нужд, как средство передвижения и сырье для получения промышленных и сельскохозяйственных продуктов, имеет рекреационное значение, велика ее эстетическая значимость. Таково далеко не полное пере­числение роли воды в природе и жизни человека.

В природе вода не встречается в химически чистом виде. Она представляет собой растворы сложного состава, которые вклю­чают газы (О₂, CO₂, Н₂S, СН₄ и другие), органические и минеральные вещества. В движущихся потоках воды присутствуют взвешенные частицы. В природных водах найдено подавляющее большинство химических элементов. Воды океанов содержат в среднем 35 г/дм³ (34,6-35,0 ‰) солей. Их основную часть составляют хлориды (88,7%), сульфаты (10,8 %) и карбонаты (0,3 %). Наименее минера­лизованы воды атмосферных осадков, ультрапресные воды гор­ных потоков и пресных озер.

В зависимости от содержания растворенных минеральных ве­ществ различают воды: пресные с содержанием растворенных солей до 1 г/дм³, солоноватые - до 1-25 г/дм³, соленые - более 25 г/дм³. Граница между пресными и солоноватыми водами принята по среднему нижнему пределу вкусового восприятия человека. Гра­ница между солоноватыми и солеными водами установлена на том основании, что при минерализации 25 г/дм³ температура за­мерзания и максимальной плотности количественно совпадает.

4. КРУГОВОРОТ ВОДЫ В ПРИРОДЕ

Вода постоянно находится в движении - циркуляции. Ее перемещение происходит в результате механического движе­ния - потоки воды в реках, течения в толще океана; в результате изменения фазового состава - вода испаряется и попадает в атмо­сферу посредством диффузионного и конвективного потоков. По­следние характерны для почв и горных пород. В северных рай­онах наблюдается очень редкий способ передвижения воды путем возгонки. Снег (твердая фаза воды), испаряясь, сразу превращает­ся в пар и попадает в атмосферу. Без энергетических затрат вода передвигается только вниз и только под действием сил гравита­ции (силы тяжести). В остальных же случаях на передвижение во­ды затрачивается много энергии, в основном солнечной. Ежегод­но земная поверхность получает от Солнца около 13,4-1020 ккал тепла, из них 22 % (или 3-1020 ккал) всей достигающей поверхно­сти Земли энергии расходуется на испарение воды с поверхности суши, почвы, растительности и другое.

Приобретая такую огромную энергию, вода повышает свою энтропию. Находясь в неустойчивом равновесии, она стремится вернуться в исходное состояние. Таким образом, происходит не­прерывный замкнутый процесс циркуляции воды на Земле, име­нуемый круговоротом, или влагооборотом. Различают малый, большой и входящий в него внутриматериковый круговороты.

Вода, испарившаяся с поверхности океана, большей частью конденсируется и возвращается обратно в виде атмосферных осадков (малый, или океанический, круговорот) и частично перено­сится воздушными течениями на сушу. Атмосферные осадки, вы­павшие на сушу, просачиваясь в почву и зону аэрации, создают запасы почвенной влаги. Проникшие глубже атмосферные осадки образуют подземные воды: грунтовые, пластовые и воды глубоких горизонтов. Часть атмосферных осадков стекает по земной поверх­ности, образуя ручьи и реки, а остальная часть снова испаряется. В конце концов, вода, принесенная воздушными течениями на сушу, снова достигает океана, завершая большой круговорот воды на земном шаре. Из большого круговорота может быть выделен еще местный, или внутриматериковый, круговорот, при котором вода, испарившаяся с поверхности суши, вновь попадает на сушу в виде атмосферных осадков. Небольшая часть воды из общего объема, участвующего в круговороте, порядка 7,7 тыс. км³/год, совершает круговорот в пределах бессточных областей.

Ежегодно в круговороте на поверхности Земли участвует более 1 млн. км³ воды, что составляет около 0,1 % объема вод активного водообмена. С поверхности морей и океана ежегодно испаряется примерно 510, а с поверхности суши - около 70 тыс. км³ воды. В океан возвращается в виде осадков 90 % испарившейся с его по­верхности влаги и 1 % попадает в океан в виде речных, подземных и ледниковых вод. На сушу в виде атмосферных осадков попадает около 120 тыс. км³ воды, из которых 58 % идет на испарение, а 42 % стекает обратно в моря и океаны.

Необходимо обратить внимание на описанную выше подвиж­ность и «вездесущность» воды, которая является накопителем и транспортером многих веществ, в том числе важных для живых организмов и человека компонентов, взвешенных и растворенных в ней.

5. Основные причины загрязнения воды

и принципы борьбы с ними

Всемирная организация здравоохранения еще в 80-х годах обнародовала сведения, согласно которым в мире ежесуточно умирает 25 тыс. челове­к в результате употребления загрязненной воды. По данным американских исследователей, воз­действие единицы объема токсиканта, попавшего в воду, аналогично воздействию десяти единиц этого же токсиканта, выброшенного в воздух.

Природные воды могут быть загрязнены са­мыми различными примесями, разделяющимися на группы по их биологическим и физико-хими­ческим свойствам. К первой группе относятся вещества, растворяющиеся в воде и находящиеся там в молекулярном или ионном состоянии (это две разные подгруппы). Вторая группа - это те вещества, которые образуют с водой взвеси или коллоидные системы (это также две разные под­группы). В коллоидном состоянии могут быть минеральные или органические частицы, нера­створимые формы гумуса и отдельные вирусы. Взвесями же являются чаще всего планктон, бак­терии и нерастворимые мельчайшие твердые ча­стицы.

Содержание естественных (природных) частиц в поверхностных водах неодинаково. Минималь­ное содержание солей характерно для наших север­ных рек, а для южных, питаемых подземными водами - максимальное, до 1,5 г/л. По виду ис­ходных (природных) солей, превалирующих в воде, реки подразделяют на гидрокарбонатные (Волга, Днепр), сульфатные (Дон, Северский Донец), хло-ридные и тому подобное. Но все же состояние рек в первую очередь определяется антропогенным фактором.

Наибольшее влияние на состояние рек оказы­вает сельскохозяйственное производство. Приме­нение пестицидов (от «пест» - вред, «цидо» - убивать) во многих случаях буквально уничтожа­ет биоценоз реки, особенно при работах на землях, непосредственно примыкающих к руслу. В 1984 году, в бывшем СССР, было использовано более 23 млн. т удобрений и более 150 тыс. т гербицидов. Из-за их небрежного хранения, неправильной заделки в почву и просто халатности (например, химика­ты с самолетов-опылителей оказались в прудах Манычской системы Ростовской области) часть этих химических средств попадает в реки (в том числе с талыми и паводковыми водами).

Загрязнение рек промышленными и бытовы­ми стоками по массе стоит на втором месте, но, зачастую, по вредности является определяющим. Так, сбросы предприятий электронной и радио­промышленности, использующие хлорорганические растворители, отходы целлюлозно-бумажных комбинатов даже при сравнительно небольшой величине стоков убивают диоксинами все живое в ближайших водоемах. Для уменьше­ния этих стоков хотя бы на 15-20 % было при­нято решение перевести предприятия, сбрасыва­ющие стоки в канализацию, на голодный водный режим. В результате в реке Дон сбрасывались в ос­новном хозфекальные воды (одновременно несколь­ко увеличилось их разбавление водой из Цим­лянского водохранилища). При этом анализы по­казали значительное улучшение всех показателей качества воды (кроме органического загрязнения) в районе ниже сброса (особо - у водозабора Азова) по сравнению с нормальной работой, когда сла­боочищенные стоки предприятий вместе с кана­лизационными поступали в Дон. Такова роль пред­приятий. Следует иметь в виду, что к органическому загрязнению наши водоочистные сооружения, как правило, готовы, чего нельзя сказать о загрязнении солями металлов, диоксинами и так далее. Именно та­кое загрязнение характерно для объектов Мини­стерства путей сообщения, сбрасывающих несколько сот миллионов кубометров загрязненных стоков каждый год.

Особенно следует выделить нефтяное загряз­нение водоемов. Мало того, что продукты разло­жения нефти чрезвычайно токсичны, так нефтя­ная пленка, изолирующая воду от воздуха, приво­дит к гибели живых организмов в воде. В Мировой океан ежегодно поступает до 3-10 млн. т нефти и ее производных. Определено влияние и лодочных подвесных моторов. За один час работы лодочного мотора «Вихрь» в водоем поступает 0,5 г бензпирена. Созданы специаль­ные суда для сбора нефтяной пленки с поверхно­сти воды (одно такое судно вылавливает 250 т мазута за год). Западно-Сибирским геологораз­ведочным нефтяным институтом разработан специальный бактериальный препарат, несколь­ко граммов которого достаточно для снятия плен­ки нефти за сутки на площади в 1 га (0,01 км²). Но уже 1 т пролитой нефти требует более 1 кг этого достаточно дорогого вещества.

В последнее время в воде все чаще встречаются вредные элементы (свинец, олово, цинк, медь, ртуть, радиоактивные изотопы), вода имеет кислую сре­ду, в которой не могут жить рыбы.

Основные меры борьбы с загрязнением водо­емов:

1. Установление прибрежных защитных полос и водоохранных зон в соответствии с Водным кодексом РФ. В прибрежных защитных полосах (шириной 10-50 м от уреза реки) запрещаются любые работы - от распашки земли до выпаса скота, применение пестицидов, размещение пред­приятий и ферм. В водоохранной зоне - до 300 м от уреза воды - запрещается размещение любых объектов, которые могут оказать влияние на со­стояние реки, не допускается вырубка насаждений и тому подобное. Зоны устанавливаются на основании тщательных обследований и закрепляются спе­циальным проектом, учитывающим рельеф мес­тности и уже существующие объекты. Они либо ликвидируются, либо надзорными органами уста­навливается особый режим водопользования. При ограничении этих зон вдоль реки Темерник (прито­ка реки Дон) установлены особые режимы водополь­зования для некоторых животноводческих и при­усадебных ферм, ряда заводов города Ростова-на-Дону, садовых участков, жилых домов и гаражей. Под­твержден большой ущерб реке за счет вырубки прибрежных лесополос строителями и садовода­ми. Водоохранная зона обозначается специаль­ными знаками. Работы в ней, в особых случаях, могут проводиться лишь по согласованию с госу­дарственными органами.

2. Отказ от чрезвычайно ядовитых сельскохо­зяйственных пестицидов, прежде всего - хлорсодержащих.

3. Уменьшение сбросов промышленных предприятий за счет снижения водоемкости производства и применения оборотных (замкнутых, полузамкнутых) систем водоснабжения.

4. Разделение промышленных и хозяйствен­но-бытовых стоков. Обеспечение их очистки пе­ред сбросами в водоемы. Для Ростова-на-Дону, например, в канализационных стоках сбросы промпредприятий или смывы с промплощадок состав­ляют примерно пятую часть. При этом большая доля стоков поступает на очистные сооружения канализации, способные утилизировать лишь чи­сто бытовые воды. Поэтому в Дон поступают сла­бо очищенные воды. Ввиду недостаточной про­пускной способности канализационной сети до10 % всех городских стоков напрямую подается насосами в реку Темерник, приток Дона. Все это губительно сказывается на нижней части Дона, хотя общая водность Темерника на 2-3 поряд­ка меньше. Для исправления положения пришлось объединить усилия властных структур области, города и привлечь ресурсы Мирового банка.

5. Снижение опасности загрязнения водоемов нефтью и нефтепродуктами как за счет повыше­ния надежности танкеров, так и мер организационно-правового характера. Особенно страдают от нефтяного загрязнения пойменные части круп­ных рек. Так, затопляемая пойма Нижнего Дона - уникальное природное явление, источник природ­ных кормов и воспроизводства рыбной молоди - в последние годы является приемником нефтесмывов южных нефтебаз (Батайской, Матвеево-Курганской и других), разлива нефти в результате аварий на нефтепроводах и судах.

6. ПРОБЛЕМА НЕДОСТАТКА ПРЕСНОЙ ВОДЫ

Пресные воды составляют ничтожную (около 2 % гидросферы) долю от общих запасов воды в природе. Пресная вода, доступная для использования, находится в реках, озерах и подземных водах. Ее доля от всей гидросферы составляет 0,3 %. Ресурсы пресной воды распределены крайне неравномерно, часто обилие воды не совпадает с районами повышенной хозяйст­венной деятельности. В этой связи возникает проблема недостат­ка пресной воды. Она усугубляется все возрастающими объемами ее использования. Сейчас потребление воды в народном хозяйстве в количественном отношении превышает суммарное использова­ние всех иных природных ресурсов, так как производство в ос­новных отраслях промышленности затрачивает огромное количе­ство пресной воды. Так, для переработки 1 т нефти необходимо затратить около 60 т воды, для изготовления 1 т условной ткане­вой продукции - 1 100 т, синтетического волокна - до 5000 т воды. Для выращивания и получения 1 т зерна пшеницы затрачивается 2 т, а риса - свыше 25 т воды. Вода превращается в самое драго­ценное сырье, заменить которое невозможно. Запасы и доступ­ность водных ресурсов диктуют размещение новых производств, а проблема водоснабжения становится одной из важных в жизни и развитии человеческого общества.

Причины недостатка пресной воды. Проблема недостатка пре­сной воды возникает по нескольким причинам, основные из кото­рых: неравномерное распределение воды во времени и простран­стве, рост ее потребления человечеством, потери воды при транс­портировке и использовании, ухудшение качества воды и ее за­грязнение. К антропогенным причинам истощения и загрязнения пресной воды относятся следующие: отбор поверхностных и под­земных вод; водоотлив из шахт, штолен; разработка месторожде­ний - твердых полезных ископаемых, нефти и газа, промышлен­ных вод, выплавка серы; урбанизация - жилая застройка, энергетические объекты (АЭС, ТЭЦ). Сильно загрязняют пресные воды предприятия промышленности: химической, пищевой, целлюлозно-бумажной, черной и цветной металлургии, нефтеперерабатываю­щей, строительных материалов, машиностроительной. Загрязнения в водоемы поступают при строительстве котлованов, тоннелей, метро, гидротехнических сооружений, при дренажных работах. Загрязняют воды транспорт (автомобильный, железнодорожный, воздушный, водный), водо-, тепло-, газокоммуникации, канализа­ция, ЛЭП. Важнейшим загрязнителем вод является сельскохозяй­ственное производство: земледелие, мелиорация земель (орошение, осушение, обводнение), животноводство. Опасность загрязнения пресных вод связана со складированием сырья, бытовых, про­мышленных и радиоактивных отходов, минеральных удобрений, ядохимикатов, нефтепродуктов. Загрязнение вод происходит при закачке в недра газов и жидкостей, заводнении нефтяных залежей, захоронении высокотоксичных отходов. Не учитывают возмож­ного загрязнения пресных вод грандиозные проекты преобразо­вания природы: переброска стока рек, мелиорация, полезащитные лесополосы. Загрязнение пресных вод связано с военными уче­ниями, испытаниями и ликвидацией ядерного, химического и дру­гих видов оружия.

Происходит изменение количества и качества пресной воды во времени. Различают сезонное (внутригодовое), многолетнее и ве­ковое распределение ресурсов. Сезонное распределение ресурсов пресных вод связано с годовым метеорологическим циклом. В ве­сенний и осенне-зимний периоды приток воды и инфильтрационное питание становятся преобладающими. В результате весеннего снеготаяния и осенних дождей увеличивается сток рек, пополня­ются запасы поверхностных водоемов (озер, прудов, водохрани­лищ), подземных и почвенных вод. В летний период преобладаю­щим становится расход воды (испарение, отток), ресурсы пресных вод уменьшаются. Многолетнее и вековое распределение ресурсов пресных вод связывают с глобальными изменениями климата, эндо­генными процессами, сейсмической активностью, солнечно-зем­ными процессами. Многолетние ритмические изменения ресурсов пресных вод состоят из циклов различной длительности (3, 7, 11, 22-25 лет и т.д.). С этими периодами связаны дефицит или избы­ток ресурсов пресных вод.

Рост потребления пресной воды населением на планете опре­деляется в 0,5-2 % в год. В начале следующего столетия общий водозабор ожидается в объеме 12-24 тыс. км³. Потребление воды увеличивается в связи с ростом благосостояния, это видно на сле­дующем примере. Потребление воды одним городским жителем южных районов России составляет: в доме без канализации 75, в доме с канализацией 120, с газовым водонагревателем 210 и со всеми удобствами 275 л/сут.

Потери пресной воды растут с ростом ее потребления на душу населения и связаны с использованием воды на хозяйственные нужды. Чаще всего это объясняется несовершенством технологии промышленного, сельскохозяйственного производства и коммунальных служб. Потери воды из водонесущих коммуникаций в городах России составляют 30-35 %. В городах областного значе­ния потери воды составляют примерно 10-15 млн. т в год и удваи­ваются через каждые 5 лет. Большие потери пресной воды проис­ходят при разработке месторождений полезных ископаемых, при строительном осушении городских территорий.

В ряде случаев недостаток пресной воды связан с непредска­зуемостью негативных последствий деятельности человека. Так, строительство каналов (Волга-Чограй, Волга-Урал), каскадов водохранилищ, орошение и обводнение пастбищ, осушение болот и так далее не привели к ожидаемым положительным эффектам, напро­тив, эти проекты закончились потерей и загрязнением водных ре­сурсов. Печальные свидетельства игнорирования законов приро­ды подтверждают необходимость бережного отношения к ресур­сам пресных вод при их дефиците. Еще одно подтверждение не­благополучия населения - заброшенные поселки и города в рай­онах истощения источников пресных вод.

Потери воды во многом связаны с недостаточным знанием природных условий (геолого-литологических и гидрогеологиче­ских, климатических и метеорологических, биологических свойств), внутренних закономерностей и механизмов развития экосистем. При создании водохранилищ не всегда учитываются увеличение фильтрации в их борта и увеличение испарения при увеличении водной поверхности. Создание каскада прудов на реках наносит ущерб речному стоку. Осушение болот ведет к уменьшению запа­сов подземных вод, нарушает веками установившийся баланс вла­ги и ее циркуляцию, изменяет видовой состав биоценозов и так далее. Строительство и использование каналов способствуют резкому засолению почв, заболачиванию и огромным потерям пресной воды.

Ухудшение качества воды связано с попаданием продуктов дея­тельности человека как непосредственно в воду рек и другие по­верхностные водоемы, подземные воды, так и через атмосферу и почвы. Ухудшение качества пресных вод наиболее опасно и ста­новится угрожающим для здоровья людей и распространения жизни на Земле. Его крайним состоянием является катастрофиче­ское загрязнение вод.

Ухудшение качества и загрязнение воды, истощение водных ре­сурсов происходят постоянно. Это объясняется соприкосновением с водой и переносом различных веществ. Изменения носят цикли­ческий, реже спонтанный характер: они связаны с извержениями вулканов, землетрясениями, цунами, наводнениями и другими ката­строфическими явлениями. В антропогенных условиях такие из­менения состояния воды носят однонаправленный характер: ино­родные вещества, попавшие в воду, накапливаются в ней, ухудшая ее органолептические свойства. Загрязнение воды происходит, когда количество содержащихся в воде инородных веществ, осо­бенно тех, которые оказывают неблагоприятное влияние на чело­века, животных и растения, достигает критических значений.

Источниками загрязнения являются многие объекты хозяйст­венной деятельности человека. Основные загрязняющие вещества: промышленные и коммунальные отходы, нефть и нефтепродукты, выбросы автотранспорта, отходы сельского хозяйства и животно­водческих комплексов, в том числе пестициды и минеральные удобрения, радиоактивные вещества.

Основными видами загрязнений считаются: физическое (опре­деляемое по запаху, цвету); химическое (повышенная минерализация - наличие хлоридов, сульфатов, нитратов, ионов тяжелых ме­таллов, растворенного сероводорода и других газов); органическое (углеводороды - нефть и нефтепродукты, фенол); биологиче­ское (кишечная палочка, бактерии и другие микроорганизмы); радиоактивное, тепловое, механическое (мутность, наличие не­смешивающихся жидкостей). Следует учитывать, что многие ве­щества накапливаются в организмах, увеличивается их концен­трация у животных, находящихся на вершинах трофических пи­рамид.

Таким образом, хозяйственная деятельность человека сущест­венно влияет на истощение водных ресурсов. Рост отбора и по­требления воды, сброс воды без очистки при строительном дре­наже и шахтном водоотливе служат важнейшими причинами рас­тущего истощения водных ресурсов.

7. Нормирование качества воды

Качество воды оценивается по многочисленным параметрам, величины которых зависят от ее на­значения. Они устанавливаются требованиями Сан-ПиНов ГОСТов, ОСТов, постановлениями прави­тельства, решениями администраций субъектов РФ и постоянно корректируются. Вместе с тем остается неизменным основное требование к воде, которое должно быть обеспечено соблюде­нием стандартов: безопасность воды в эпидеми­ческом и паразитарном отношении, безвредность по химическому составу и благоприятность по органолептическим свойствам.

Несмотря на различные величины параметров для каждого вида воды основные требования можно объединить в следующие группы:

1. К основным физико-химическим показате­лям, определяющим органолептические свойства воды, относят привкус, запах, мутность, цветность, а также ПДК компонентов, которые ухудшают органолептические свойства воды. Привкус, за­пах, цветность определяются по специальным шкалам. Для питьевой воды, к примеру, эти пока­затели «на глаз» не должны ощущаться. Мут­ность для той же воды - не более 1,5 мг/л (для сравнения: мутность речной воды в реке Сыр-Дарья достигает 1500 мг/л, в реке Дон - до 50 мг/л). Пе­речень веществ, влияющих на органолептические свойства воды, постоянно расширяется. В настоя­щее время к нему относ-т железо, марганец, медь, сульфаты, хлориды, фенолы, хлор и другое. Так, для питьевой воды сухой остаток - не более 1000 мг/ л, хлориды - 350 мг/л, железо - 0,3 мг/л, цинк - 5 мг/л, общая жесткость - 7 мг-экв/л.

2. Органолептические свойства воды во мно­гом связаны с ее кислотностью или щелочнос­тью. Степень кислотности (или щелочности) дол­жна быть не слишком велика, то есть реакция воды - близка к нейтральной. Это оценивается величи­ной водородного показателя рН. Для питьевой воды он должен лежать в пределах от 6 до 9.

Химическое разъяснение

Водородный показатель характеризует степень диссоциации воды на ионы Н⁺ и ОН", соотноше­ние между которыми определяет кислотность, ще­лочность или нейтральность воды (слабого элект­ролита). Концентрация ионов Н⁺ определяет кис­лотность, а ОН^- - щелочность среды. Чаще всего концентрация оценивается в грамм-ионах на 1 литр воды. При концентрации Н⁺ в 10^-7 г-ионов/л ра­створ нейтральный (то есть содержит столько же грамм-ионов ОН^-). Если же ионов Н⁺ больше чем 10^-7 (например 10^-6 или 10^-5), то среда кислая. При меньших концентрациях Н⁺ среда щелоч­ная. Водородный показатель рН и есть показа­тель степени величины концентрации Н⁺, взятый со знаком плюс. Более строгое определение: это отрицательный десятичный логарифм концент­рации водородных ионов, то есть рН = -lgH⁺. Для ориентации: рН лимонного сока 2-3, уксуса сто­лового 2,4-3,3, кислого виноградного вина до 3,5; очень кислых атмосферных осадков 2-2,1, нор­мальных 5,6.

3. Безопасность воды в эпидемическом отноше­нии определяется косвенными показателями: ко­личеством микробов в 1 мл воды (общее микроб­ное число для питьевой воды - до 100) и содержа­нием бактерий группы кишечной палочки (палочек Коли) в 1 литре. Последний параметр называется Коли-индекс (для питьевой воды в водопроводе - до 3; в водоемах зон рекреации - до 10000). Величина, обратная Коли-индексу, называется Коли-титр (для питья - не менее 300 мл на одну палочку).

4. Показатели токсичности воды приводятся в виде ПДК тех веществ, которые могут встретиться в исходной воде или добавляться в нее искусст­венно. Это достаточно широкий перечень как неор­ганических, так и органических компонентов, к которым относятся алюминии, барий, бериллий, ртуть, свинец, хлороформ, дихлорэтан, бензпирен. Для питьевой воды, например, содержание в мг/л долж­но быть не более: бериллия - 0,0002; свинца - 0,05; ртути - 0,001 и так далее. Причем при обнаруже­нии в воде нескольких веществ однонаправленного действия их концентрация С проверяется по ПДК_i и суммируется так же, как и для воздуха при опре­делении ПДВ_i.

5. Паразитологические показатели оценивают количеством патогенных микроорганизмов (от ди­зентерийных амеб до холерных вибрионов, виру­сов лептоспироза). Они не должны обнару­живаться в 25 литрах питьевой воды.

6. Органическое загрязнение воды определя­ют косвенным путем - по количеству кислоро­да, необходимого для окисления органических примесей в одном литре воды. Чем больше тре­буется кислорода, тем грязнее вода. Применя­ются два показателя: биологическая потребность в кислороде за определенное время - БПК (БПК₅ - за 5 суток, БПК₂₀ - за 20 суток) и хи­мическая потребность в кислороде - ХПК. При­чем ХПК - более полная оценка загрязнения, при определении которой вовлекаются в реак­цию даже трудноокисляемые органические ве­щества. Величины ВПК и ХПК особенно важно учитывать для сточных вод. Если БПК/ХПК меньше 0,5, то сточные воды считаются пере­насыщенными трудноокисляемыми (а значит и трудноудаляемыми) соединениями. По между­народным стандартам 1982 года, при ХПК 100 мг/ л вода считается чрезвычайно загрязненной.

Качество воды, во многом зависящее от коли­чества растворенного в ней кислорода, можно оце­нить двояко: по насыщению воды кислородом в процентах от максимально возможного при дан­ной температуре и по содержанию кислорода в одном литре. По международным стандартам вода высокого качества должна иметь эти величины не менее 60 % и 4 мг/л соответственно. Во многих стандартах последних лет этот пара­метр не оговаривался, так как при норме парамет­ров предыдущих пяти групп кислородные по­казатели выполняются практически всегда.

Нормирование качества воды поверхностных водоемов также производится по параметрам, ко­торые описаны выше. Но оно имеет ряд особеннос­тей. Так, в соответствии с Санитарными правила­ми и нормами «Охрана поверхностных вод от заг­рязнений» (СанПиН 4630-88) установлено две категории водоемов (или их участков): а) питьевого и культурно-бытового назначения; б) рыбохозяйственного назначения.

Для первой категории вода должна соответство­вать нормативам на расстоянии не менее 1 км от места водозабора. Для второй категории вода дол­жна быть нормативной везде, кроме района сброса сточных вод (но не далее 500 м от него).

Ввиду многообразия вредных и токсичных ве­ществ в водоемах их объединяют в группы и каж­дую нормируют по лимитирующему показателю вредности - ЛПВ. Для водоемов первой категории выделяют три вида ЛПВ: санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический. Они примерно соответствуют описанным выше груп­пам (токсичность - группа 3; органолептика - группа 2). Для рыбохозяйственных водоемов используют еще два вида ЛПВ: токсикологический и рыбохозяйственный. Причем здесь многие параметры, которые в первой категории водоемов относятся к общесанитарным, являются токсикологическими (цинк, например) или рыбохозяйственными (фо­нолы, например), так как значительно влияют на жизнь в водоемах.

Требованиями СанПиН запрещается сбрасывать в водоемы сточные воды, если технологически этого можно избежать; если сточные воды содержат вещества, для которых не установлены ПДК.

Что может быть с водоемами, в которые канали­зационные и промышленные стоки сбрасывают­ся вопреки требованиям нормативов, можно ви­деть на примере не только нижней части рек Темерник и Дон, но и тех прибрежных частей морей, куда сбрасываются стоки городов Владиво­сток, Одесса и другие.

Сказывается это и на подземных водах. Так, почти во всех родниках города Ростова-на-Дону Коли-индекс на несколько порядков выше нормативов.

Каждый потребитель предъявляет к воде свои особые требования, которые оговорены соответ­ствующими гостами. Эти требования достаточно жесткие, их все труднее удовлетворять в услови­ях, когда потребность в воде растет и увеличива­ется загрязнение сбросами, что трудно совместить. Например, в воде для приготовления пива не дол­жно быть сульфатов, а в питьевой воде их может быть до 500 мг/л, для воды на сахарном произ­водстве не допускается присутствие соли.

Охрана водных ресурсов как составная часть охраны окружаю­щей природной среды представляет собой комплекс мер (техноло­гических, биотехнических, правовых, экономических, администра­тивных, международных, просветительных), направленных на рациональное использование ресурсов, их сохранение, пред­упреждение истощения, восстановление природных взаимосвязей, равновесия между деятельностью человека и средой. Важными принципами охраны вод являются следующие:

- профилактика - предупреждение негативных последствий возможного истощения и загрязнения вод;

- комплексность водоохранных мер - конкретные водоохран­ные меры должны быть составной частью общей природоохран­ной программы;

- повсеместность и территориальная дифференцированность;

- ориентированность на специфические условия, источники и причины загрязнения;

- научная обоснованность и наличие действенного контроля за эффективностью водоохранных мероприятий.

Важнейшими технологическими и биотехническими мерами охра­ны водных ресурсов являются совершенствование технологий про­изводства, внедрение безотходных технологий. В настоящее время применяется и совершенствуется оборотная система водоснабжения, или повторное использование воды.

Поскольку избежать полностью загрязнения воды невозможно, применяются биотехнические меры охраны водных ресурсов – очистка сточных вод от загрязнения. Основные методы очистки мы рассмотрим далее.

Правовые, экономические и административные меры охраны вод­ных ресурсов регулируются законодательством Российской Феде­рации о недрах (подземные воды являются как полезным иско­паемым, так и водными объектами) и водным законодательством, а также рядом правительственных и ведомственных нормативных актов (инструкций, положений, базовых и государственных норма­тивов). Водное законодательство представлено Водным кодексом Российской Федерации и принимаемыми в соответст­вии с ним федеральными законами и иными нормативными пра­вовыми актами, а также законами и нормативными правовыми актами ее субъектов, регулирующими водные отношения. Водное законодательство Российской Федерации регулирует отношения в области использования и охраны водных объектов в целях:

- обеспечения прав граждан на чистую воду и благоприятную
среду;

- поддержания оптимальных условий водопользования;

- поддержания качества поверхностных и подземных вод в со­стоянии, отвечающем санитарным и экологическим требованиям;

- защиты водных объектов от загрязнения, засорения и исто­щения;

- предотвращения или ликвидации вредного воздействия вод, а также сохранения биологического разнообразия водных экосистем.

Закон «О недрах» регулирует отношения, связан­ные с геологическим изучением, использованием и охраной под­земных вод как полезного ископаемого. Он «содержит правовые и экономические основы комплексного рационального использова­ния и охраны недр, обеспечивающие защиту интересов государства и граждан Российской Федерации, а также пользователей недр».

Требования к качеству питьевых вод содержатся в утвержден­ных нормативах предельно допустимых концентраций (ПДК) ве­ществ в воде, стандартах качества воды, изложенных в ГОСТах, Технических условиях, Требованиях. Это ГОСТ 27-61 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора»; СанПиН 2.1.4.1175-02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников»; СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».

Рекомендуемые в этих документах предельно допустимые концентрации компонентов в питьевых водах приведены в таблице 3.

ГОСТом предусмотрена определенная система сертификации питьевой воды, материалов, технологических процессов и обору­дования, применяемых в хозяйственно-питьевом водоснабжении, основные положения утверждены постановлением Госстандарта России и Госкомсанэпиднадзора России (28.04.1995 г. № 8/5). Пользование водами регулируется лицензиями, которые имеют решительный характер.

Права и обязанности владельца водным объектом, цели и сроки его использования и так далее оговорены в «Положении о порядке лицензирования пользования недрами» (утвер­ждено постановлением Совета Министров Российской Федерации 15.07.92 № 3314-1), в Инструкции по применению «Положения о порядке лицензирования пользования недрами» к участкам недр, предоставляемым для добычи подземных вод, а также других под­земных ископаемых, отнесенных к категории лечебных» (зарегист­рирована в Министерстве юстиции Российской Федерации. Регист­рационный номер 583 от 26.05.94.).

Международный комплекс мер по охране водных ресурсов со­стоит в сотрудничестве соседних стран и согласовании их мероприятии по использованию и охране природных вод. При этом заключаются двух- и многосторонние соглашения и конвенции.

Таблица 3 - Предельно допустимые концентрации компонентов в питьевых водах, мг/л

8. Методы очистки воды

Очистка воды предназначена для доведения всех параметров, характеризующих ее качество, до нормативных показателей. Существенно отлича­ется очистка воды для питьевых нужд, в техноло­гических целях (как из поверхностных водоемов, так и подземных вод) и очистка сточных вод.

Причем далее для промышленных стоков, сбра­сываемых в водоемы или на грунт и сливаемых в систему канализации, нормативы и требования к очистке различные. И они постоянно ужесточа­ются. Считается, что суммарные затраты на очи­стку сточных вод современных предприятий в среднем составляют от 15 до 40 % их общей сто­имости.

Методы очистки воды при всем их многообра­зии можно подразделить на три группы: механи­ческие, физико-химические и биологические.

Механическая очистка применяется, прежде всего, для отделения твердых и взвешенных ве­ществ. Наиболее типичными в этой группе явля­ются способы процеживания, отстаивания, инер­ционного разделения, фильтрования и нефтеулавливания (как разновидность отстаивания).

Процеживание -первичная стадия очистки сточных вод - вода пропускается через специ­альные металлические решетки с шагом 5-25 мм, установленные наклонно. Периодически они очищаются от осадка с помощью специальных по­воротных приспособлений.

Отстаивание происходит в специальных емкос­тях, которые по направлению движения воды делят на горизонтальные, вертикальные, радиальные и ком­бинированные. Общими для них являются выход очищенной воды в верхней части отстойника и гравитационный принцип осаждения частиц, которые собираются внизу. Разновидностью отстойника яв­ляются песколовки, применяющиеся для выделе­ния частиц песка в стоках литейных цехов, окалины - в стоках кузнечно-прессовых и прокатных цехов. Как правило, время нахождения воды в пес­коловках намного меньше, чем в отстойниках, где оно доходит до 1,5 часов (для сточных вод).

Инерционное разделение осуществляется в гид­роциклонах, принцип действия которых аналоги­чен циклонам для очистки газов. Различают откры­тые и напорные гидроциклоны, причем первые имеют большую производительность и малые по­тери напора, но проигрывают в эффективности очистки (особенно от мелких частиц).

Фильтрование осуществляется чаще всего че­рез пористые связанные или несвязанные мате­риалы. Как правило, фильтры очищают воду от тонкодисперсных примесей даже при небольших концентрациях. Фильтроматериалы достаточно разнообразны: кварцевый песок, гравий, антрацит, частички металлов и др. Песчаные фильтры - основные очистители при водоподготовке. Нефтеловушки в самом простом исполнении представляют собой отстойники, в которых вы­ход очищенной воды происходит снизу, а нефтя­ная пленка собирается сверху.

Физико-химическая очистка обеспечивает отделение как твердых и взвешенных частиц, так и растворенных примесей. Она включает множе­ство разных способов, важнейшими из которых являются экстракция, флотация, нейтрализация, окисление, сорбция, коагуляция, ионообменные методы.

Экстракция - процесс разделения примесей в смеси двух нерастворимых жидкостей (экстрагента и сточной воды). Например, в специальных колонках (пустотелых.или заполненных насад­ками) стоки смешиваются с экстрагентом, отбира­ющим вредные вещества: так бензолом удаляет­ся фенол.

Флотация - процесс всплывания примесей (чаще всего маслопродуктов) при обволакивании их пу­зырьками воздуха, подаваемого в сточную воду. В некоторых случаях между пузырьками и приме­сями происходит реакция. Разновидность мето­да - электрофлотация, при которой вода дополни­тельно обеззараживается за счет окислительно-восстановительных процессов у электродов.

Нейтрализация - обработка воды щелочами или кислотами, известью, содой, аммиаком и т. п. с це­лью обеспечения заданной величины водородного показателя рН. Самый простой способ нейтрализа­ции сточных вод - смешение кислых и щелочных стоков, если они имеются на предприятии.

Окисление - применяется как при водоподготовке, так и при обработке сточных вод для обез­зараживания воды и уничтожения токсичных биологических примесей. Наиболее распростра­ненный способ - хлорирование - чреват, как указывалось ранее, появлением диоксинов (осо­бенно при вынужденном повышении дозы хлора летом или в период паводка, так называемом ги­перхлорировании). Необходимо постепенно пере­ходить на другие способы, например, на комбина­цию озонирование и хлорирование. Озо­нирование - дорого и более кратковременного действия, но оно перспективнее. В настоящее время отрабатываются комбинации реагентов с ультра­фиолетовой обработкой воды.

Сорбция, как и при обработке газовых выбросов, способна обеспечивать эффективную очистку воды от солей тяжелых металлов, непредельных угле­водородов, частичек красящих веществ. Лучшим сорбентом и здесь является активиро­ванный уголь, это относится и к различным ми­нералам (шунгиту, цеолиту и др.), специально обработанным опилкам, саже, частичкам титана и др. На этих сорбентах работают многие быто­вые фильтры для воды: «Родничок», «Роса».

Коагуляция - обработка воды специальными реагентами с целью удаления нежелательных растворенных примесей. Широко распростране­на при водоподготовке. Обработка ведется соеди­нениями алюминия или железа, при этом обра­зуются твердые нерастворимые примеси, отделяемые обычными способами. Для сточных вод ши­роко применяется электрокоагуляция, при кото­рой вблизи электродов образуются ионы (резуль­тат анодного растворения материала электродов), реагирующие с примесями. Так отделяют тяже­лые металлы, цианы и др.

Ионообменные методы достаточно эффектив­ны для очистки от многих растворов и даже от тяжелых металлов. Очистка производится син­тетической ионообменной смолой и, если ей пред­шествует механическая очистка, позволяет полу­чить выделенные из воды металлы в виде срав­нительно чистых концентрированных солей.

В последнее время за рубежом (особенно для водоподготовки) используют установки обрат­ного осмоса. В них вода продавливается через набор специальных микропленок при высоком давле­нии (до 30 МПа). Эти установки чрезвычайно эффективны в качестве последних ступеней (т. е. для тонкой очистки). Но они достаточно дороги и энергоемки.

Биологическая очистка возможна в естествен­ных условиях и в искусственных сооружениях. И в том, и в другом случае органические примеси обрабатываются редуцентами (бактериями, про­стейшими, водорослями) и превращаются в минеральные вещества. В естественных усло­виях очистка производится на полях фильтра­ции или орошения (через почву) или в биологи­ческих прудах. Последние могут быть с подду­вом воздуха (с искусственной аэрацией). В качестве искусственных сооружений могут применяться аэротенки, окситенки, метатенки и биофильтры. В тенках (аэро- с подачей воздуха; окси- с пода­чей кислорода; мета- без доступа воздуха) сточ­ные воды обрабатываются микроорганизмами. Но для их нормального функционирования необхо­димы определенные условия по температуре, рН и отсутствию многих солей. Поэтому разновид­ности этих сооружений чаще всего применяются на тех очистных сооружениях канализации, куда не поступают промстоки. На промышленных очи­стных сооружениях чаще применяются биофиль­тры, в которых активная биологическая среда образуется на специальной загрузке (шлак, ке­рамзит, гравий). Эта биологическая среда (пленка) менее чувствительна к колебаниям па­раметров среды и сточных вод. Активность био­пленки увеличивается при поддуве воздуха, пода­ваемого обычно противотоком.

Выбор способов очистки и обеззараживания воды зависит от многих параметров и требований, важ­нейшие из которых: необходимая степень очист­ки и исходная загрязненность воды, потребные расходы и время очистки, наличие очистителей и энергии и, конечно, экономические возможности. Но при всех методах очистки следует обращать внимание на вопрос утилизации осадка, образую­щегося при обработке воды (особенно токсичных промстоков). Как правило, осадок обезво­живается и вывозится на специальные полиго­ны для захоронения. Или обрабатывается в биологических сооружениях. Достаточно эффективны для переработки осадков (в том числе токсичных) некоторые рас­тения типа гиацинтов, тростника. Суще­ствуют специальные печи для сжигания токсич­ных отходов с очень высокой полнотой сгорания (за счет создания взвешенного слоя сгорающего вещества, тангенциальной подачи топлива), и четырехступенчатой очисткой газовых выбросов (печи канадско-американской фирмы профессора Ормстона). Есть и отечественные разработки по сжи­ганию этого осадка в металлургических, специаль­но оборудованных печах с получением сравнительно безвредного строительного материала.

9. Расчет стоков с промышленной площадки

Расчет производят с целью установления допу­стимых сбросов для каждого загрязняющего вещества при учете категории водоема или требова­ний приема в канализационную систему (если сброс производится туда). Рассчитываемая величина называется предельно допус­тимыми сбросами - ПДС, причем зависит не только от условий сброса, но и от показателей воды в водоеме и так далее. Так, допустимая концентрация взвешенных веществ в сточных водах определяется из условия, установленного нормативами превышения исходной концен­трации в водоеме:

, (1)

Где - допускаемое увеличение концентра­ции в месте сброса для данной категории водоема и его проточности; n - кратность разбавления сточных вод в водоеме.

Кратность разбавления определяется соотноше­нием расходов, участвующих в смешении; харак­теристикой места выпуска (извилистость берега, скорость течения и другое); его конструктивными параметрами и тому подобное.

Именно из этой концентрации определяется допустимое количество выбросов (ПДС) по взве­шенным веществам.

Для растворенных токсичных и вредных ве­ществ допустимая концентрация определяется через ПДК для данного i-го компонента из усло­вия разбавления:

, (2)

Отсюда:

, (3)

Очевидно, что если в реке уже достигнута вели­чина то не может быть больше этой величины.

Формулы (2), (3) легко анализируются с уче­том зависимости кратности разбавления п от ко­эффициента смешения а, расхода сточных вод q и расхода воды в реке (водоеме) Q;

, (4)

Коэффициент а показывает, какая часть воды водоема участвует в смешении. Определяется для каждого конкретного случая по достаточно слож­ным зависимостям. Очевидно, что чем меньше расход сточных вод , тем больше в них (так, при , ) и наоборот.

Кроме допускаемых концентраций необходи­мо грамотно определить величину фактической концентрации , при этом учитывается не только расход чистых промстоков , но и смывы с промплощадки дождевыми и талыми водами .

, (5)

Причем величины определяются так: