Характеристика гидроресурсов и сточных вод.
Гидросфера – водная оболочка Земли – совокупность, океанов, морей, озер, прудов, болот и подземных вод, это самая тонкая оболочка нашей планеты, составляющая лишь 10–3 % от общей ее массы.
Роль воды во всех жизненных процессах общеизвестна. Например, человек без воды не может прожить более 8 суток, а за год он на свои нужды расходует около 1 тонны воды. Основной потребитель пресной воды – сельское хозяйство: она идет на мелиорацию, обслуживание животноводческих комплексов и т.п. Для выращивания 1 т пшеницы необходимо воды 1500 т , 1 т риса – 7000 т, 1 т хлопка – 10 000 т.
Вода необходима практически всем отраслям промышленности. На производство 1 т чугуна требуется воды 50 –150 т, 1 т пластмасс – 500 –1000 т, 1 т цемента – 4500 т, 1 т бумаги – 100 000 т. На электростанциях мощностью 300 тыс. кВт расход воды составляет 300 млн. т/год.
Перечисленные производства потребляют только пресную воду. Расчеты же показывают, что пресная вода на планете составляет всего 2,5% от всех запасов воды, 85% – соленая вода морей и океанов, содержащая до 35 г/л солей. Запасы пресной воды на Земле распределены крайне неравномерно: 72,2% – льды; 22,4% – грунтовые воды; 5,05% – устойчивый сток рек и вода озер; 0,35% – атмосферная вода. В свою очередь, на долю пресной воды, которую человечество может использовать, приходится всего 10–2% пресной воды на Земле.
Наблюдается постоянный рост водопотребления как на производственные, так и на бытовые нужды людей. В среднем в городах с населением более 1 млн. человек потребляется воды: в Москве – 400, в Лондоне – 170, в Санкт –Петербурге – 500, в городах США – 200, в Париже – 130, в Берлине – 250, в Брюсселе – 85 л/сутки на человека.
Интенсивная хозяйственная деятельность человека привела к деградации гидросферы – загрязнению и истощению поверхностных и подземных вод.
Истощение вод – недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или уменьшение минимально допустимого стока (для поверхностных). И то и другое приводит к неблагоприятным экологическим последствиям, нарушает сложившиеся связи в системе человек – биосфера.
Практически во всех крупных городах мира, где подземные воды длительное время эксплуатировались мощными водозаборами, возникли значительные депрессионные воронки (понижения) с радиусами 20 км и более, их образование может, в свою очередь, вызывать медленное оседание и деформацию земной поверхности. В Москве глубина депрессии достигает в отдельных районах города 110 м.
По данным Государственного водного реестра, в 90-е гг. в России подземные водозаборы достигали 125 млн. м3/сутки. В результате на значительных территориях резко изменились условия взаимосвязи подземных вод с другими компонентами природной среды, нарушилось функционирование наземных экосистем: сокращение речного стока, высыхание родников, ручьев и небольших рек, осушение заболоченных территорий с большим видовым разнообразием растительности, гибель лесов, влаголюбивой растительности – гигрофитов и др.
Истощение поверхностных вод проявляется в прогрессирующем снижении их минимально допустимого стока. Этот процесс объясняют уменьшением уровня водности и чистоты малых рек (длиной не более 100 км), наиболее уязвимого звена в речных экосистемах. Именно они оказались восприимчивыми к антропогенному воздействию. В настоящее время состояние малых рек и озер, особенно в Европейской части России, катастрофическое. Сток малых рек снизился более чем наполовину, качество воды в них неудовлетворительное. Многие полностью прекратили свое существование.
Истощение вод (поверхностных и подземных) обусловлено изъятием на хозяйственные нужды большого ее количества. Примером может служить трагедия Аральского моря вследствие недопустимо высокого забора воды на орошение из Амударьи и Сырдарьи. Осушенное дно Арала стало сегодня крупнейшим источником пыли и солей, а изменение приаральского ландшафта можно охарактеризовать как опустынивание; человек “своими руками” создает на Земле новую пустыню.
К другим значительным видам воздействия человека на гидросферу следует отнести создание крупных водохранилищ, которые коренным образом меняют природную среду на прилегающих территориях. Это затопление значительных площадей плодородных земель, изменение режима подземных вод, разрушение берегов (оползни, карст), активация сейсмической деятельности, подтопление близлежащих территорий, прекращение естественного воспроизводства многих ценных пород рыб и т.д.
Под загрязнением водоемов понимают снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ. Оно проявляется в изменении физических и органолептических свойств (снижение прозрачности, появление окраски, запаха, привкуса), увеличении содержания солей (сульфатов, хлоридов, нитратов, тяжелых и радиоактивных элементов и т.д.), появлении болезнетворных микроорганизмов, сокращении растворенного в воде кислорода и т.п.
Так, в результате минерализации воды количество солей в водах постоянно растет, даже в такой объемной водной системе, как бассейн реки Волги с ее притоками Камой и Окой. В ряде небольших рек, например в Северном Донце, вода уже не пресная, а солоноватая. Средняя минерализация рек Украины составляет 2 – 3 г/л. В Каму поступают промышленные стоки с минерализацией 1,5 – 5,0 г/л. В настоящее время многие реки Урала не могут быть использованы как источники водоснабжения.
Основная причина засоленности вод – истребление лесов, распашка степей, выпас скота. Вода слабее задерживается в почве, не увлажняет ее, не пополняет почвенные источники, а скатывается через реки в море. Для снижения засоленности рек следует проводить посадку лесов. Другая причина – дренажные воды, объем их сброса к 2005 г. составит 40 – 45 км3. Системы орошения потребляют обычно 1 – 2 тыс. м3/га, их минерализация составляет до 20 г/л.
Наибольший след в минерализации воды оставляет сброс промышленных стоков. По данным 2000 г., их объем в России был равен объему стока такой большой реки, как Кубань.
Для характеристики сточных вод существуют следующие показатели (условия спуска сточных вод в водоемы регламентируются “Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами”):
мутность воды – масса дисперсных частиц (мг), взвешенных в 1 л воды (мг/л); измеряется с помощью мутнометра. В нем исследуемую воду сравнивают с эталонным раствором, приготовленным из каолина (сорт глины) или инфузорной земли в дистиллированной воде;
цветность воды – показатель качества воды, определяемый сравнением интенсивности окраски испытуемой воды со стандартной шкалой, выражается в градусах цветности;
сухой остаток – масса вещества (мг), которое остается после выпаривания 1 л воды (мг/л);
кислотность воды измеряется в единицах рН; природная вода обычно имеет щелочную реакцию (рН > 7);
жесткость воды – содержание солей в воде, в основном кальция и магния. Различают три вида жесткости: общую, обусловленную присутствием солей кальция и магния (Са2+ и Mg2+); постоянную, связанную с содержанием ионов Сl- и SO2-4 (кипячение воды в течение 1 ч не устраняет ее); устранимую (временную), предотвращаемую кипячением воды; при этом протекает реакция:
Са(НСО3)2СаСО3 + СО2 + Н2О.
Жесткость измеряется в мг-экв/л солей магния и кальция (1 мг-экв соответствует 28 мг СаО) и в градусах (1° – количество солей кальция и магния, соответствующее 10 мг СаО в 1 л воды);
растворимый кислород – это концентрация растворенного в воде кислорода (мг/л), зависящая от температуры воды и барометрического давления. Чем выше температура воды и ниже атмосферное давление, тем меньше растворимого в воде кислорода;
биологическая потребность в кислороде – количество кислорода, поглощаемое микроорганизмами в сточных водах, она численно равна уменьшению количества растворенного в воде кислорода в течение 5 или 20 суток при температуре 20°С.
В зависимости от условий образования сточные воды делятся на:
бытовые – стоки душевых, прачечных, бань, столовых, туалетов, стоки от мытья полов и т.п. Их объем в среднем составляет 0,5 – 2 л/с с 1 га жилой застройки города, они содержат ~ 58% органических и ~42% минеральных веществ;
атмосферные или ливневые стоки; по статистике 1 раз в год происходит ливневый сток 100 – 150 л/с с 1 га; 1 раз в 10 лет – 200 – 300 л/с с 1 га. Особенно опасны ливневые стоки для промышленных предприятий: из-за неравномерности и непредсказуемости сбор и очистка их затруднены;
промышленные – жидкие отходы, которые возникают в процессе промышленного производства.
Водоемы – сложные экологические системы, которые создавались в течение длительного времени. В ходе биотического круговорота и хозяйственной деятельности человека в них постоянно поступают органические и неорганические вещества естественного и антропогенного происхождения. Поэтому в водоемах идут процессы, возвращающие экосистемы к первоначальному состоянию, – процессы самоочищения. Важнейшие из них:
– коагуляция и осаждение взвешенных в воде частиц;
– окисление (минерализация) органических примесей;
– окисление минеральных примесей растворенным в воде кислородом;
– нейтрализация кислот и оснований за счет буферной емкости воды водоема;
– гидролиз солей тяжелых металлов, приводящий к образованию малорастворимых гидроксидов и выделению их из воды и др.
Если поступление веществ в водоемы не превышает их естественной очистительной способности (емкости), то водная экосистема способна находиться в состоянии равновесия – гомеостазе. Если же очистительная способность водоемов будет превышена, то отклонения от состояния равновесия в экосистеме будут столь сильными, что произойдет гибель популяций водных организмов. В таких условиях возврат к исходному состоянию равновесия уже невозможен, а следовательно, экосистема в целом погибает.
Самое важное условие правильного протекания биохимических процессов в водоемах и обеспечения ими самоочищения воды – оптимальная концентрация растворенного кислорода. Если кислорода недостаточно, то высшие организмы погибают. Органические соединения вместо окисления подвергаются анаэробному разложению с выделением сероводорода, углекислого газа, метана и водорода, а оно создает вторичное загрязнение водоема.
Основной критерий качества воды в нашей стране – сравнение с предельно допустимой концентрацией веществ (ПДК) (в настоящее время вместо ПДК используют ВДУ – временно допустимые уровни (загрязнения)), содержащихся в воде. Если концентрации веществ в воде не превышают ПДК, то качество воды считается хорошим. При этом сброс в водоемы новых веществ, ПДК которых не определены, запрещен.
Но ПДК установлены далеко не для всех веществ, кроме того, в справочниках имеются значения не для сточных вод, а для водоемов. У хозяйственников по этой причине появляется желание достичь заданного ПДК простым разбавлением сточных вод, что часто они и делают. Около половины объема сточных вод на Земле перед сбросом в водоемы вообще не подвергается специальной очистке. Их обезвреживание состоит лишь в разбавлении чистой водой и самоочищении водоемов. Так, сточные воды заводов по производству полиэтилена и полистирола разбавляют в 30 раз, синтетического каучука – в 185 раз. Выход из создавшегося положения – образования замкнутых водооборотных систем.
<< Предыдущая - Следующая >>