Антропогенные воздействия на гидросферу

                        

      Рис. 5. Антропогенное воздействие на круговорот органического

      вещества в водоеме  

      Биогены, поступающие в водоемы со сточными водами и смываемыми с полей удобрениями, стимулируют рост фитопланктона, водорослей. Данный процесс называют эвтрофизацией (рис. .6). 
 

      12

      Водоросли окрашивают воду в различные цвета  и поэтому данный

      процесс называют и «цветением» водоемов. Под влиянием водорослей изменяется вкус воды, приобретается неприятный запах. В водоеме при отмирании водорослей развиваются гнилостные процессы. Бактерии, окисляющие органические вещества водорослей, потребляют кислород, создавая тем самым его дефицит в водоеме. Вода начинает гнить, испускать аммиачное и метановое зловоние, на дне скапливаются черные липкие сероводородные отложения. В процессе разложения отмирающие водоросли выделяют также фенол, индол и другие ядовитые вещества. От недостатка кислорода, пищи и убежищ гибнут рыба, моллюски, ракообразные. Вода в таких водоемах становится непригодна для питья и даже для купания. 

        

      Рис. 6. Процессы эвтрофизации  

      Ртуть давно известна как яд. Главными симптомами заболевания являются сужение поля зрения и расстройство координации движений. В легких случаях отравление у людей вызывает бессонницу, неспособность воспринимать критику, страхи, головную боль, депрессию и неадекватные эмоциональные реакции. Ртуть поступает в природные воды из многих источников (рис. 7) 

      13

      Во  время дождя ртуть вымывается из воздуха, куда она попадает при  сгорании ископаемого топлива, дождевая вода смывает в водоемы, содержащие ртуть пестициды, попадает с бытовыми и промышленными сточными водами, а также в результате утечек со свалок, куда выбрасываются отработанные элементы питания, переключатели и другое оборудование. Далее ртуть, попавшая в озеро много лет назад, накапливается в слоях донного ила и грязи, где она медленно превращается бактериями в ядовитую метиловую ртуть и затем включается в пищевые цепи.

      Нужно учитывать, что при попадании  соединений ртути в водные экосистемы происходит, во-первых, ее трансформация, во-вторых, биологическое накопление, например в рыбе и моллюсках до уровней во много раз выше, чем в воде озера. 

      

                           Ртуть, попавшая в озеро  много лет назад 

                           с предприятий, производящих хлор и едкий

                            натр, а также с бумажных  фабрик 

      Рис. 7. Загрязнение озера ртутью  

      Возможность этих двух процессов — трансформации веществ в окружающей среде и избирательного накопления их живыми организмами — всегда должна учитываться при решении вопроса об опасности того или иного химического загрязнения.

      К одному из видов загрязнения природных вод относится и тепловое загрязнение.  
 
 

      14

      Промышленные  предприятия, электростанции нередко  сбрасывают в водоемы (водохранилища) подогретую воду, приводящую к повышению  в них температуры. В водоемах с повышением температуры уменьшается содержание кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие, происходит смена видового состава организмов, например, водорослей (рис. .8).

      С повышением температуры в загрязненной воде наблюдается бурное размножение болезнетворных вирусов и микроорганизмов.

      Важным  источником пресной воды в ряде регионов России являются подземные воды. Однако подземные воды в последние годы так же подвергаются техногенному загрязнению из-за сильного загрязнения земли и наземных водотоков. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них непригодна для питья. 
 
 
 
 

                         

           Рис.8. Последовательность смены видового состава

           и формирования сообщества водорослей,

           вызываемая тепловым загрязнением  

      Большую озабоченность вызывает судьба Мирового океана, являющегося великим транспортным путем, «жизненным пространством» для многих растительных и животных организмов, источником несметных богатств для человечества. Загрязнение Мирового океана и многих морей приняло угрожающие размеры. В морские и океанские экосистемы попадает в год только свыше 10 млн. т нефти при ее транспортировке, во время катастроф нефтеналивных танкеров и т. д. (рис. 9).

      15

        

      Рис. 9. Распределение потерь нефти в процентах от общей суммы мировых потерь в океане за год (общие потери нефти 0,23% мировой добычи). 
 

      Озабоченность вызывает загрязнение морей, окружающих Европу: Балтийского, Северного, Средиземного, Черного, где антропогенная нагрузка очень значительна, а сменяемость массы воды происходит сравнительно медленно. Так, только в Средиземное море ежегодно выбрасывается 120 т минеральных масел, 100 т ртути, 3800 т олова, 2400 т хрома, 21 000 т цинка и еще десятки других вредных веществ.

      В последние годы возникла опасность  загрязнения вод Мирового океана и морей радиоактивными отходами, пестицидами. Пестициды и другие вредные вещества, в первую очередь агрохимикаты, под влиянием течений распространяются довольно быстро. Они обнаруживаются в различных районах Балтийского, Северного, Ирландского морей, в Бискайском заливе, у западных побережий Англии, Исландии, Португалии, Испании. Это отрицательно сказывается на живых организмах, особенно на рыбных запасах. Все больше загрязняются моря промышленными отходами и сточными водами, содержащими значительное количество органических отходов. Нередко реки играют роль продолжения канализации и выносят большую часть стоков в моря. Так, прибрежные государства Северного моря ежегодно сбрасывают в него около 20 000 т жидких и твердых отходов. В настоящее время в Северном море известны 10 постоянных мест «свалки» отходов. Отходы, попавшие в воды морей, частично оседают на дно, частично разрушаются, но при этом они губят большое количество живых организмов, особенно страдает планктон. На него обрушиваются все поверхностные загрязнители — поверхностно-активные вещества, масла, пленки нефтепродуктов и т. д. 

      16

        Однако проблемы, связанные с  загрязнением морей и океанов,  остаются нерешенными. По имеющимся  оценкам, к концу XX в. общая масса загрязняющих веществ, поступающих в воды морей и океанов, возрастет по сравнению с началом 80-х гг. в 1,5—3 раза.

1.6. Меры по очистке и охране вод

 

      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 отмирании 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%. Однако следует учитывать, что для обеспечения самоочищения загрязненных вод необходимо их многократное разбавление чистой водой. При сильном загрязнении самоочищения воды не происходит. В этих случаях необходимы специальные методы и средства для очистки загрязнений, поступающих со сточными водами, с отходами сельскохозяйственного производства. Сточные воды очищаются механическим, физико-химическим, биологическим и другими методами (рис. 10). 

                    

      Рис. 10. Блок-схема очистных сооружений канализации:

1 — сточная жидкость; 2 — узел механической очистки; 3 — узел биологической очистки; 4 — узел дезинфекции; 5 — узел обработки осадка; 6 — очищенная вода; 7 — обработанный осадок. Сплошной линией показано движение жидкости, пунктиром — движение осадка 

       Для ликвидации бактериального загрязнения применяется  обеззараживание, или дезинфекция, сточных вод. Сущность механического метода заключается в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. В зависимости от размеров грубодисперсные частицы улавливаются решетками и ситами различных конструкций, а поверхностные загрязнения — нефтеловушками, маслоуловителями, смолоуловителями и т. д. Механической очисткой можно достигнуть выделения из бытовых сточных вод до 60% нерастворимых примесей, а из производственных — до 95%.

       Физико-химическая очистка состоит в добавлении к сточным водам химических реагентов, вступающих в реакцию с загрязняющими веществами и способствующих выпадению нерастворимых и частично растворимых веществ. В качестве адсорбентов применяют естественные и искусственные материалы. Естественные — это глины, торф, а искусственные — активированные угли. Из физико-химических методов широко применяется очистка воды от загрязнителей хлорированием (рис .11)

      Хлор — наиболее эффективное средство для обеззараживания воды. Он убивает микроорганизмы и вступает в реакцию с аммиаком. Оставшийся в избытке хлор растворяется в воде, защищая тем самым воду от любого нового источника загрязнения.

      Физико-химический метод очистки дает возможность  уменьшить количество нерастворенных загрязняющих веществ сточных вод до 95% и растворенных до 25%.

      Загрязненные  сточные воды очищают также  электролитическим методом (пропусканием электрического тока через загрязненные воды), с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления.

      Механический  и физико-химический методы являются первыми этапами очистки сточных  вод, после чего они направляются на биологическую очистку.

      Метод биологической очистки заключается в минерализации органических загрязнений сточных вод при помощи аэробных биохимических процессов. После биологической очистки вода становится прозрачной, незагрязненной, содержащей растворенный кислород и нитраты. Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, аэротенки и биологические пруды. В биофильтрах сточные воды пропускаются через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Эта пленка является действующим началом в биофильтрах. Благодаря ней интенсивно протекают процессы биохимического окисления.

      Аэротенки — это железобетонные резервуары, обычно больших размеров, через которые медленно протекают подвергающиеся аэрации сточные воды, смешанные с активным илом (рис. 12).

      18

      Рис. 12. Схема аэротенка-вытеснителя:

1 — аэротенок; 2 — вторичный отстойник; 3 — сточная жидкость; 4 — иловая смесь; 5 — циркулирующий ил; 6 — избыточный активный ил; 7 — очищенная вода. Пунктиром показано движение ила, сплошной линией — движение воды 

      Очищающее начало аэротенков — активный ил из бактерий и микроскопических животных. Источниками питания и бурного развития организмов активного ила служат загрязнения сточных вод органическими веществами и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Мельчайшие животные (инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и др.), пожирая бактерии, не слипающиеся в хлопья, омолаживают бактериальную массу ила. Следует отметить, что уже через несколько минут после контакта ила со сточной водой обычно концентрация в ней органических веществ снижается более чем наполовину. В целом содержание органического вещества в стоках в результате прохождения через аэротенки сокращается на 90%.

      В естественных условиях для биологической  доочистки сточных вод используют биологические пруды и поля орошения или поля фильтрации.

      Биологические пруды — это неглубокие земляные резервуары, обычно 0,5—1 м, в которых происходят те же процессы, что и при самоочищении водоемов. Они работают при температуре не менее 6°С. Обычно их устраивают в виде 4—5 серий на местности, имеющей уклон. Располагают ступенями так, что вода из верхнего пруда самотеком направляется в нижерасположенный. Поля фильтрации предназначены только для биологической доочистки (очистки) сточных вод. На полях орошения одновременно с очисткой вод производится выращивание кормовых сельскохозяйственных культур или трав (рис. .13). 

      

      Рис. 13. Биологическая очистка сточных вод на полях

                         орошения.  

      Выбор схемы очистки в конкретных условиях определяется показателями очищаемых  вод, возможностью утилизации примесей и повторного использования очищенной воды для нужд производства. Отдельные виды промышленных сточных вод нуждаются в захоронении. Предоставление недр для захоронения вредных веществ, отходов производства и сброса сточных вод допускается в исключительных случаях и при соблюдении специальных требований.