Защита воды и почвы от загрязнений

   Качество  поверхностных вод может устанавливаться  также по индексу загрязнения  вод (ИЗВ), которому соответствует семь классов разной степени загрязненности вод: от очень чистой (ИЗВ=0.3) до чрезвычайно грязной (ИЗВ>10). ИЗВ определяется как отношение 1/6 суммы средней концентрации загрязняющих веществ.

Средства  защиты гидросферы.

   В 1995 г. был принят закон, разработанный специалистами-экологами РФ, который регулирует правовые отношения в области использования и охраны водных объектов. Закон направлен на охрану вод от загрязнения, засорения и истощения. Разработка этого закона была обусловлена рядом причин, одна из которых – рост объемов сточных вод, источников загрязнения компонентов гидросферы приводящих к качественному истощению пресных вод.

   К средствам защиты компонентов гидросферы в первую очередь относится комплекс водоохранных мероприятий, включая  очистные сооружения с каскадом отстойников и высокоэффективными фильтрами. Кроме этого, в настоящее время все шире используются специальные лесные насаждения для перехвата и последующей очистки вод (в природных условиях), поступающих с определенных территорий – с полей, дорог, населенных пунктов. Для этих целей наиболее приемлемы высокопродуктивные, с мощной лесной подстилкой и многоярусные (с кустарниками) хвойно-лиственные лесонасаждения. Такие лесонасаждения способны аккумулировать, очищать, а затем переводить в подземный сток огромные массы воды. Искусственные лесонасаждения по берегам рек, водоемов препятствуют размыву почвы после дождей или во время весенних паводков, предохраняя от загрязнения компоненты гидросферы. Аналогичные искусственные лесонасаждения производятся и вблизи родников, истоков малых рек. При этом любая хозяйственная деятельность людей, населения в таких лесонасаждениях запрещена, а также и при наличии естественных, природных лесов.

   Большой вред природе в течение последних 50–70 лет нанесли войны, начиная со Второй мировой, кончая локальными в разных частях Земли.

   Защита  компонентов гидросферы напрямую зависит  от состояния загрязнения атмосферного воздуха. Как известно, кислотные  дожди выпадают не только над полями и лесами, но и над водоемами, а  в сухую погоду производственная пыль от выбросов промышленных предприятий  оседает также на поверхность водоемов.

   Исходя  из взаимосвязанности загрязнения  атмосферного воздуха и компонентов  гидросферы в России в 2002 г. был разработан и принят Закон РФ «Об охране окружающей природной среды». Этот закон предусматривает проведение комплекса мероприятий по защите гидросферы с внедрением новейших технологий и оборудования по очистке сточных вод. Из бюджетов всех уровней на указанные мероприятия выделяются необходимые финансовые средства.

Специальные методы очистки воды.

   Существует  много специальных методов выделения  солей из природных и сточных вод:

  1) Дистилляция (выпаривание) – хорошо освоенный и широко применяемый метод. Мощность выпарных установок составляет 15–30 тыс. м³ в сутки. Одни из самых мощных выпарных установок располагаются на предприятиях атомной энергетики, где необходимо опреснение морской воды, например, в г. Шевченко (реактор на быстрых нейтронах). Основным недостатком этого способа является большой расход энергии – 0,020 Гкал/т. Геоопреснительные установки невелики по мощности (<20м³/с.), а стоимость опреснения велика.

  2) Вымораживание. При медленном охлаждении соленой воды из нее в первую очередь выделяются кристаллики льда, практически не содержащие солей. По сравнению с дистилляцией вымораживание имеет энергетические, технологические, конструкционные преимущества.

  3) Мембранный метод. Это электродиализ и гиперфильтрация, или обратный осмос. Электродиализ – современный метод деминерализации и концентрирования растворов. Он основан на направленном переносе ионов диссоциированных солей в поле постоянного тока через ионселективную мембрану из естественного или синтетического материала. За рубежом этот метод получил широкое распространение для обессоливания морской воды..

   Метод обратного осмоса – это процесс  разделения водных растворов путем  их фильтрования через полупроницаемую  мембрану под действием давления выше осмотического (до 6–8 МПа).

   Процесс характеризуется небольшими энергозатратами. За рубежом освоено производство установок производительностью  до 1 тыс. м³/с. У нас работают установки меньшей мощности, но есть разработки и проекты на большие мощности. Основные трудности этих методов – в создании полупроницаемых мембран и давления.

  4) Ионный обмен. Метод широко применяется во всех странах мира. До настоящего времени этот метод является основным для приготовления глубоко обессоленной воды для АЭС и ТЭС с котлами сверхвысокого и критического давления. Кроме того, метод ионного обмена широко используется в водооборотных циклах на предприятиях для концентрирования и извлечения из сточных вод ценных компонентов (например, тяжелых металлов). Основной недостаток общепринятых технологических схем ионного обмена – избыток растворов солей после регенерации ионообменных фильтров. Велик расход воды на собственные нужды (20–60% от производительности). Существует необходимость удаления органических веществ, чтобы избежать отравления ионитами. Поэтому ионный обмен с большим допущением можно назвать методом обессоливания сточных вод, скорее это технологический прием получения воды высокой степени очистки. Широкое применение этот метод нашел в практике умягчения воды, т. е. избавления ее от солей постоянной жесткости.

Удаление  остаточных органических веществ.

   После биохимической очистки могут  остаться органические вещества, плохо  усваиваемые микроорганизмами. Лучший способ их удаления – адсорбция активированным углем, который затем регенерируется при нагревании. Обычно сточные воды пропускают через колонки с активированным углем, где обеспечен контакт с ним в течение 20 – 40 мин. Это весьма эффективный метод, позволяющий очистить сточные воды

   Адсорбция активированным углем эффективна для  большинства органических соединений и используется для очистки бытовых  стоков, жидких отходов перегонки  нефти, фенолов и других ароматических  соединений. С целью перехода на более рациональное потребление воды и сокращения сброса загрязнений в водные объекты разработаны оптимальные нормы и укрупнены удельные показатели водопотребления и водоотвода для различных отраслей народного хозяйства с учетом совершенствования технологических процессов. Введены в эксплуатацию замкнутые системы водного хозяйства на заводах.

  Почва.

   Почва является важным компонентом биосферы, неотъемлемой частью любого наземного  биогеоценоза. При этом она выполняет ряд экологических функций, в том числе глобальных биосферных, обеспечивающих стабильность биосферы и саму возможность существования жизни на Земле.

   Почва – особое природное образование, обладающие рядом свойств, присущих живой и неживой природе, сформировавшееся в результате длительного преобразования поверхностных слоев литосферы под совместным взаимообусловленным взаимодействием гидросферы, атмосферы, живых и мертвых организмов. Почвенный покров принадлежит к саморегулирующейся биологической системе, являющейся важнейшей частью биосферы в целом. Почвенный покров, являясь неотъемлемым компонентом биосферы, выполняет ряд биосферных функций:

1. это среда обитания – аккумулятор и источник вещества и энергии для организмов суши;
2. сопряжение большого геологического и малого биологического круговоротов веществ на земной поверхности;

3. регулирование химического состава атмосферы и гидросферы;
4. защитный барьер биосферы;
5. обеспечение существования жизни на Земле.

   Кроме экологических функций, по отношению  непосредственно к человеку почва  осуществляет еще одну функцию –  сельскохозяйственную. Земельные ресурсы планеты позволяют обеспечивать продуктами питания больше населения, чем имеется в настоящее время. Вместе с тем, в связи с ростом населения, особенно в развивающихся странах, деградацией почвенного покрова, загрязнения, эрозии и т.д.; а также вследствие отвода земель под застройку городов, поселков и промышленных предприятий количество пашни на душу населения резко сокращается. Особое свойство почвенного покрова – его плодородие, под которым понимается совокупность свойств почвы, обеспечивающих урожай сельскохозяйственных культур. Естественное плодородие почвы связано с запасом питательных веществ в ней и ее водным, воздушным и тепловым режимами. Почва обеспечивает потребность растений в водном и азотном питании, являясь важнейшим агентом их фотосинтезирующей деятельности. Плодородие почвы зависит также от величины аккумулированной в ней солнечной энергии. Растительность аккумулирует ежегодно большое количество солнечной энергии в ходе фотосинтеза и создания биомассы.

Загрязнение почвы.

   Почвы загрязняются различными химическими  веществами, пестицидами, отходами сельского  хозяйства, промышленного производства и коммунально-бытовых предприятий. Поступающие в почву химические соединения накапливаются и приводят к постепенному изменению химических и физических свойств почвы, снижают  численность живых организмов, ухудшают ее плодородие. Загрязнение почв и нарушение нормального круговорота веществ происходит в результате недозированного применения минеральных удобрений и пестицидов. В ряде отраслей сельского хозяйства пестициды применяют в больших количествах для защиты растений и борьбы с сорняками. Ежегодное их применение, часто по несколько раз в сезон, приводит к их накоплению в почве и ее отравлению. Вместе с навозом и фекалиями в почву нередко попадают болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через продукты питания попадают в организм человека. Почву загрязняют нефтепродуктами при заправке машин на полях и в лесах, на лесосеках и т.д. Наибольшей трансформацией подвергается самый верхний, поверхностный горизонт литосферы. Суша занимает 29,2% поверхности земного шара и включает земли различной категории, из которых важнейшее значение имеет плодородная почва. При неправильной эксплуатации почвы безвозвратно уничтожаются в результате эрозии, засоления, загрязнения промышленными и иными отходами. Под влиянием деятельности людей возникает ускоренная эрозия, когда почвы разрушаются в 100 – 1000 раз быстрее, чем в естественных условиях. В результате такой эрозии за последнее столетие утрачено 2 млрд. га плодородных земельных угодий, или 27% земель сельскохозяйственного использования. Поступающие в почву химические соединения накапливаются и приводят к постепенному изменению химических и физических свойств почвы, снижают численность живых организмов, ухудшают ее плодородие. Загрязнение почв связано с загрязнением атмосферы и воды. В почву попадают различные твердые и жидкие отходы промышленного производства, сельского хозяйства и коммунально-бытовых предприятий. Основными загрязняющими почву веществами являются металлы и их соединения, радиоактивные вещества, удобрения и пестициды. Главными источниками загрязнения являются:

   1) Жилые дома и бытовые предприятия.  В числе загрязняющих веществ  преобладает бытовой мусор, пищевые  отходы, фекалии, строительный мусор,  отходы отопительных систем, пришедшие  в негодность предметы домашнего  обихода; мусор общественный учреждений  – больниц, столовых, гостиниц, магазинов  и др. Вместе с фекалиями в  почву нередко попадают болезнетворные  бактерии, яйца гельминтов и другие  вредные организмы, которые через  продукты питания попадают в  организм человека. В фекальных  остатках могут содержаться такие  представители патогенной микрофлоры, как возбудители тифа, дизентерии, туберкулеза, полиомиелита и др. Некоторые болезнетворные бактерии могут длительное время сохраняться и даже размножаться в почве и грунте. К ним относятся возбудители столбняка, газовой гангрены, сибирской язвы, ботулизма и др. Почва является одним из важных факторов передачи яиц гельминтов, определяя тем самым возможность распространения ряда гельминтозов. Некоторые гельминты – геогельминты (аскариды, трихостронгилиды власоглавы, анкилостомиды и др.) проходят одну из стадий своего развития в почве и могут длительное время сохранять жизнеспособность в ней.

   2) Промышленные предприятия. В твердых  и жидких промышленных отходах  постоянно присутствуют те или  иные вещества, способные оказывать  токсическое воздействие на живые  организмы и их сообщества. Например, в отходах металлургической промышленности  обычно присутствуют соли цветных  и тяжелых металлов. Машиностроительная  промышленность выводит в окружающую  среду цианиды, соединения мышьяка,  бериллия. При производстве пластмасс  образуются отходы бензола и  фенола. Отходами целлюлозно-бумажной  промышленности, как правило, являются  фенолы, метанол, скипидар, кубовые  остатки.

   3) Теплоэнергетика. Помимо образования  массы шлаков при сжигании  каменного угля с теплоэнергетикой  связано выделение в атмосферу  сажи, несгоревших частиц, оксидов  серы, в конце концов оказывающихся  в почве.

   4) Сельское хозяйство. Удобрения,  ядохимикаты, применяемые в сельском  и лесном хозяйстве для защиты  растений от вредителей, болезней  и сорняков. Загрязнение почв и нарушение нормального круговорота веществ происходит в результате недозированного применения минеральных удобрений и пестицидов. Пестициды, с одной стороны, спасают урожай, защищают сады, поля, леса от вредителей и болезней, уничтожают сорную растительность, освобождают человека от кровососущих насекомых и переносчиков опаснейших болезней (малярия, клещевой энцефалит и др.), с другой стороны – разрушают естественные экосистемы, являются причиной гибели многих полезных организмов, отрицательно влияют на здоровье людей. Пестициды обладают рядом свойств, усиливающих их отрицательное влияние на окружающую среду. Технология применения определяет прямое попадание на объекты окружающей среды, где они передаются по цепям питания, долгое время циркулируют по внешней среде, попадай из почвы в воду, из воды в планктон, затем в организм рыбы и человека или из воздуха и почвы в растения, организм травоядных животных и человека.

   5) Транспорт. При работе двигателей  внутреннего сгорания интенсивно  выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды и другие вещества, оседающие на поверхности почвы  или поглощаемые растениями. Каждый  автомобиль выбрасывает в атмосферу  в среднем в год 1 кг свинца  в виде аэрозоля. Свинец выбрасывается  в выхлопными газами автомобилей,  осаждается на растениях, проникает  в почву, где он может оставаться  довольно долго, поскольку слабо  растворяется. Наблюдается, что люди, живущие в городе около магистралей с интенсивным движением, подвергаются риску аккумулировать в своем организме всего за несколько лет такое количество свинца, которое намного превышает допустимые пределы. Свинец включается в различные клеточные ферменты, и в результате эти ферменты уже не могут выполнять предназначенные им в организме функции. В начале отравления отмечают повышенную активность и бессонницу, позднее утомляемость, депрессии. Более поздними симптомами отравления являются расстройства функции нервной системы и поражение головного мозга.