Самоочищение водоемов

Попадая в воду (водоем), различные вредные вещества (и даже не вредные, такие как фосфор и азот) загрязняют водоем. Каждый водоем – это экосистема, основу которой составляют бактерии, водоросли, высшие водные растения, различные беспозвоночные и позвоночные животные. Они не остаются безучастными к попадающим в водоем примесям, а пытаются очистить водоем и сохранить свойственную им всем среду обитания. В условиях естественной среды процесс самоочищения протекает быстро. Отсюда и важнейшая природоохранная задача – поддерживать способность экосистем к самоочищению.

Факторы самоочищения водоемов достаточно многообразны. Условно их можно разделить на три группы: физические, химические и биологические.

1. Физические факторы самоочищения. Среди них первостепенное значение имеет разбавление, растворение и перемешивание поступающих загрязнений. Хорошее перемешивание и снижение концентраций взвешенных частиц обеспечивается интенсивным течением рек. Процессы оседания и отстаивания загрязненных вод происходят в заводях, в озерах. Микроорганизмы, опускаясь на дно, подвергаются воздействию других факторов и могут быстро отмирать. Сдерживает этот процесс снижение температуры воды, благоприятствующее сохранению попавших в водоем бактерий и вирусов. Обеззараживанию воды способствует ультрафиолетовое излучение солнца.

2. Из химических факторов самоочищения водоемов следует отметить окисление органических и неорганических веществ (БПК основано на этой характеристике). Отмиранию микрофлоры могут способствовать и некоторые химические вещества. Но при этом кроме патогенных бактерий и вирусов могут отмирать и микроорганизмы, играющие существенную роль в самоочищении водоемов.

В водной среде химические вещества могут под влиянием тех же факторов трансформироваться. Способность к трансформации зависит от степени устойчивости его форм в водной среде, температуры воды, концентрации водородных ионов, инсоляции, растворенного кислорода, водной микрофлоры.

Как правило, трансформация химических веществ в водной среде приводит к образованию менее токсичных и опасных продуктов. Однако иногда могут образовываться и более опасные. Например, метилирование в водной среде металлической ртути приводит к образованию метилртути – вещества более опасного, чем сама ртуть.

Метилртуть: HCHg

Гидролиз в водной среде малотоксичного уротропина приводит к образованию формальдегида, обладающего высокой токсичностью.

H

Формальдегид: H C

O

3. К биологическим факторам самоочищения относятся: работа живых организмов, населяющих водоем – различных микроорганизмов, водорослей, плесневых и дрожжевых грибков, моллюсков. Микроорганизмы разлагают многие химические соединения, в том числе нефтепродукты. Водоросли уменьшают содержание нитратов, нитритов, фосфора и некоторых других элементов в морской и пресной воде. Моллюски – прекрасные фильтраторы. Каждый моллюск профильтровывает в сутки более 30 л воды.

Но сейчас объемы сточных вод таковы, что экосистемы пресных водоемов не способны справиться с ними на основе самоочищения. Человеку необходимо самому решать эту проблему. Каковы пути решения этой проблемы? Как и в других случаях существуют технические или технологические аспекты охраны вод, правовые и организационные.

I. Технологические.

Прежде всего, следует отметить, что защита атмосферы от загрязнений – это и защита воды. Защита почвы – это и защита воды. Поэтому для сохранения качества воды все мероприятия по защите атмосферы и почвы имеют непосредственное значение и улучшение состояния первых двух сред сразу же находит отражение и в степени загрязнения вод суши.

Но, тем не менее, очень большое количество загрязнений поступает в водные объекты со сточными водами как бытовыми, так и промышленными. Какие существуют пути уменьшения загрязнения водных объектов сточными водами:

1. Уменьшение объема сточных вод за счет совершенствования технологии производства.

В промышленности наиболее прогрессивным является перевод промышленных предприятий на безотходные безводные или малоотходные и маловодные технологические процессы, которые позволяют резко снизить масштабы водопотребления и загрязнение воды.

Большое потребление воды и, следовательно, большой объем сточных вод – это объективный показатель несовершенства технологии. Точно также очень большие показатели потребления воды в хозяйственно-бытовой сфере на душу населения – это свидетельство больших утечек в водопроводной системе и показатель использования воды для каких-то иных целей, помимо хозяйственно-бытовых.

1.1. Основной базой маловодного водопользования является оборотное или замкнутое водоснабжение. Разработкой его занимаются во всем мире.

Деминерализация довольно сложный процесс, поэтому обогащенный сток стали использовать как носитель свежего химиката – сульфата натрия взамен привозного сухого сульфата натрия, сократив потребности привозного сульфата натрия в 2 раза. При этом часть сульфата натрия уходит через газовые выбросы. Их планируется очищать, что будет способствовать еще большему сокращению использования нового сульфата в производстве. Эта технология после реализации не давала сбоя в течение, по крайней мере, первых 1,5 лет (замкнутый цикл ни разу не разомкнулся).

Особенно внедрение оборотного водоснабжения нашло применение в теплоэнергетике и атомных электростанциях. В развитых странах новые станции строятся только на оборотном водоснабжении и старые переводятся на него.

В США наибольшее количество воды теплоэнергетика потребляла в 1970 г. (~ 230 км³). Сейчас оно уменьшилось наполовину при значительном увеличении выработки электроэнергии. Кроме того, на всех предприятиях сейчас отделяют воду, идущую на охлаждение. Какие сложности возникают при этом:

– биологическое обрастание;

– коррозия технологического оборудования (особенно в кислых средах);

– выведение солей и других загрязняющих веществ из циркуляционной воды.

Несколько медленнее и сложнее идет этот процесс в других сферах промышленности, где вода используется как технологический продукт. Тем не менее, все эти вопросы решаются. Но замкнутое водоснабжение – это наиболее перспективный путь и в других областях. В качестве примера можно привести наш российский опыт.

Селенгинский целлюлозокартонный комбинат является крупным комбинатом, перерабатывающим 1 млн. м³ древесного сырья в год (низкосортная древесина и отходы). Он был построен в 1970-е гг. с очень неплохими очистными сооружениями. Поэтому, когда встал вопрос о прекращении сбросов в Байкал, было решено в 2 этапа перевести этот комбинат на замкнутое водообеспечение. На I этапе была поставлена задача сократить сброс сточных вод в 10 раз. II этап – полное прекращение сброса вод к 1990 г. Комбинат решил эти задачи (Табл. №__).

Таблица №__

Сбросы Селенгинского целлюлозокартонного комбината

1.2. Второй путь, обеспечивающий резкое снижение водопотребления и загрязнения, - это разработка и внедрение “сухих” технологий, благодаря которым потребность в воде для производства конечного продукта снижается во много раз.

Пример такой технологии показывает нефтеперерабатывающая промышленность, в которой за последние годы в результате изменения технологии расход воды на переработку 1 т нефти снизился в 100 раз.

В Германии расход воды на производство бумаги сократился на ⅓. Интересно, что при производстве 1 кг бумаги из древесины образуется 30,5 л стоков, а при производстве того же количества бумаги из макулатуры образуется только 8,5 л стоков.

В целлюлозной промышленности, где неочищенные сточные воды требуют 200-400-кратного разбавления, а после очистки – 20-50-кратного, сейчас разработана технология, которая снижает затраты воды по крайней мере в 6 раз, позволяет восстанавливать реагент и в 7 раз снижает выброс в сточные воды самой целлюлозы, которая как раз и не поддается очистке. Таким образом, “сухие” технологии включают и такой элемент, как облегчение регенерации воды, что сближает их с безотходными технологиями. Облегчение регенерации означает создание таких промежуточных и конечных веществ, которые легко разлагаются или восстанавливаются простыми средствами.

1.3. Начались сдвиги и в самой водоемкой технологии – орошении. Все шире используются трубопроводы, исключающие фильтрацию и потери воды на испарение в магистральных каналах. Начинают внедряться новые экономичные приемы орошения – капельное и подпочвенное орошение, которые исключают переполивы и повышение уровня грунтовых вод. Разрабатываются новые, приближенные к реальным условиям, нормы полива создаются автоматизированные системы слежения за основными метеорологическими элементами, влажностью почвы и уровнем грунтовых вод, их учет в совокупности с учетом типа почвы, выращиваемой культуры, фазы ее вегетации. Разрабатываются новые рекомендации для полива.

Прорабатываются контуры новой агротехнологии, совмещенной с биотехнологией, которые позволят выращивать многие растения в искусственной среде с замкнутым оборотом воды.

2. Наконец уменьшение использования воды в быту заставило обратить внимание на утечку воды в водопроводах.

Рассматриваются проекты использования для создания труб или внутреннего и внешнего их покрытия новых материалов с целью продления их службы и уменьшения числа аварий. Предлагаются новые типы кранов, намного более надежных и экономичных. Разрабатываются новые системы бачков и унитазов – более гигиеничных и с меньшими затратами воды (хотя здесь еще налицо инерция в мышлении). В Японии разработан способ стирки белья с помощью ультразвука, что намного снижает загрязнение воды детергентами, а главное, уменьшает потребление самой воды. Но следует отметить, что даже в Японии уровень обеспечения канализацией составляет лишь 47,5%, а четверть водоемов на территории этой страны не отвечает современным экологическим требованиям.

Дата добавления: 2015-08-13