Большая поверхность Земли покрыта водой, которая в целом составляет Мировой океан. На суше есть источники пресной воды – озера. Реки являются жизненными артериями многих городов и стран. Моря кормят большое количество людей. Все это говорит о том, что жизни на планете без воды быть не может. Однако человек пренебрежительно относится к главному ресурсу природы, что привело к огромному загрязнению гидросферы.
Вода необходима для жизни не только людям, но животным и растениям. Расходуя воду, загрязняя ее, под удар ставится вся жизнь на планете. Запасы воды на планете неодинаковы. В одних частях света есть достаточное количество водоемов, а в других ощущается большой дефицит воды. Более того ежегодно умирает 3 миллиона людей от заболеваний, вызванных употреблением воды плохого качества.
Причины загрязнения водоемов
Поскольку поверхностные воды являются источником воды многим населенным пунктам, то основная причина загрязнения водоемов это антропогенная деятельность. Основные источники загрязнения гидросферы:
- бытовые сточные воды;
- работа гидростанций;
- плотины и водохранилища;
- использование агрохимии;
- биологические организмы;
- сток промышленных вод;
- радиационное загрязнение.
Конечно, данный список можно продолжать до бесконечности. довольно часто водные ресурсы используются для каких-либо целей, но сбрасывая стоки в воду, они даже не очищаются, а загрязняющие элементы распространяют радиус действия и углубляют ситуацию.
Охрана водоемов от загрязнения
Состояние многих рек и озер мира является критическим. Если не остановить загрязнение водоемов, то многие аквасистемы перестанут функционировать – самоочищаться и давать жизнь рыбам и другим обитателям. В том числе у людей не останется никаких запасов воды, что неминуемо приведет к гибели.
Пока не поздно, водоемы нужно взять под охрану. Важно контролировать процесс сброса вод и взаимодействия промышленных предприятий с водоемами. Необходимо каждому человеку экономить водные ресурсы, поскольку чрезмерный расход воды способствует использованию ее большего количества, а, значит, загрязнятся водоемы будут интенсивнее. Охрана рек и озер, контроль использования ресурсов – это необходимая мера для того, чтобы сохранить на планете запасы чистой питьевой воды, необходимой для жизни всем без исключения. Кроме того, требует более рациональное распределение водных ресурсов между различными населенными пунктами и целыми государствами.
Долгое время проблема загрязнения воды не была острой для большинства стран. Имеющихся ресурсов хватало для того, чтобы удовлетворять потребности местного населения. По мере роста промышленности, увеличения количества используемой воды человеком ситуация кардинально изменилась. Теперь вопросами её очистки и сохранения качества занимаются на международном уровне.
Способы определения степени загрязнения
Под загрязнением воды принято понимать изменение её химического или физического состава, биологических характеристик. Это определяет ограничения при дальнейшем использовании ресурса. Большого внимания заслуживает загрязнение пресных вод, потому что их чистота неразрывно связана с качеством жизни и здоровьем человека.
Для того чтобы определить состояние воды, измеряется целый ряд показателей. Среди них:
- цветность;
- степень мутности;
- запах;
- pH уровень;
- содержание тяжёлых металлов, микроэлементов и органических веществ;
- титр кишечной палочки;
- гидробиологические показатели;
- количество растворённого в воде кислорода;
- окисляемость;
- наличие патогенной микрофлоры;
- химическое потребление кислорода и др.
Практически во всех странах существуют надзорные органы, которые должны с определённой периодичностью в зависимости от степени важности пруда, озера, реки и пр. определять качество из содержимого. В случае обнаружения отклонений выявляются причины, которые могли спровоцировать загрязнение воды. Затем принимаются меры к их устранению.
Что провоцирует загрязнение ресурсов?
Причин, которые могут вызвать загрязнение воды, очень много. Это не всегда связано с деятельностью человека или промышленных предприятий. Природные катаклизмы, которые происходят периодически на различных территориях, также могут нарушить условия среды. Наиболее распространёнными причинами принято считать:
- Бытовые и промышленные сточные воды. Если они не проходят систему очистки от синтетических, химических элементов и органических веществ, то, попадая в водоёмы, способны провоцировать водно-экологическую катастрофу.
- . Об этой проблеме говорят не так часто, чтобы не провоцировать социальную напряжённость. Но отработанные газы, попадающие в атмосферу после выбросов автомобильного транспорта, промышленных предприятий, вместе с дождями оказываются на земле, загрязняя окружающую среду.
- Твёрдые отходы, которые способны не только изменить состояние биосреды в водоёме, но и само течение. Часто это приводит к разливам рек и озёр, затруднению течения.
- Органические загрязнения, связанные с деятельностью человека, естественным разложением умерших животных, растений и т. д.
- Промышленные аварии и техногенные катастрофы.
- Наводнения.
- Тепловое загрязнение, связанное с производством электрической и прочей энергии. В некоторых случаях происходит нагрев воды до 7 градусов, что вызывает гибель микроорганизмов, растений и рыб, для которых нужен иной температурный режим.
- Сходы лавин, селей и т. д.
В некоторых случаях природа способна сама со временем произвести очистку водных ресурсов. Но период химических реакций будет большим. Чаще всего гибель жителей водоёмов и загрязнение пресных вод невозможно предотвратить без вмешательства человека.
Процесс перемещения загрязнителей в воде
Если речь не идёт о твёрдых отходах, то во всех остальных случаях загрязнители могут существовать:
- в растворённом состоянии;
- во взвешенном состоянии.
Они могут представлять собой капельки или мелкие частицы. Биозагрязнители наблюдаются в виде живых микроорганизмов или вирусов.
Если в воду попадают твёрдые частицы, то необязательно они осядут на дне. В зависимости от течения, штормовых явлений они способны подниматься на поверхность. Дополнительным фактором является состав воды. В морской подобным частицам опуститься на дно практически невозможно. В результате течения они легко перемещаются на большие расстояния.
Эксперты обращают внимание на то, что из-за смены направлений течения в прибрежных зонах традиционно уровень загрязнения выше.
Независимо от типа загрязнителя, он способен попасть в организм рыб, которые обитают в водоёме, или птиц, ищущих себе пропитание в воде. Если это не приводит к прямой гибели существа, то способно сказаться на дальнейшей пищевой цепочке. Существует высокая вероятность того, что именно так загрязнение воды отравляет людей и ухудшает состояние их здоровья.
Основные результаты влияния загрязнённости на окружающую среду
Независимо от того, попадает ли загрязнитель в организм человека, рыбы, животного, срабатывает защитная реакция. Некоторые виды токсинов могут быть обезврежены иммунными клетками. В большинстве случаев живому организму требуется помощь в виде лечения, чтобы процессы не приняли серьёзный характер и не привели к гибели.
Учёные определяют в зависимости от источника загрязнения и его влияния следующие показатели отравления:
- Генотоксичность. Тяжёлые металлы и другие микроэлементы способы повредить и изменить структуру ДНК. В результате наблюдаются серьёзные проблемы в развитии живого организма, повышается риск заболеваний и т. д.
- Канцерогенность. Проблемы онкологии тесно связаны с тем, какую воду употребляет человек или животные. Опасность заключается в том, что клетка, превратившись в раковую, способна быстро переродить остальные в организме.
- Нейротоксичность. Многие металлы, химические вещества способны влиять на нервную систему. Всем известно явление выброса китов, которое провоцируется подобными загрязнениями. Поведение морских и речных обитателей становится неадекватным. Они не только способны убить себя, но и начать пожирать тех, кто раньше им был неинтересен. Попадая с водой или пищей из таких рыб и животных в организм человека, химические вещества могут провоцировать замедление реакции мозга, разрушение нервных клеток и т.д.
- Нарушение энергообмена. Воздействуя на клетки митохондрии, загрязнители способны изменять процессы выработки энергии. В результате организм перестаёт осуществлять активные действия. Недостаток энергии может вызвать смерть.
- Репродуктивная недостаточность. Если гибель живых организмов загрязнение воды вызывает не так часто, то повлиять на состояние здоровья оно способно в 100 процентах случаев. Учёные особенно озабочены тем, что утрачивается их способность воспроизводить новое поколение. Решить эту генетическую проблему бывает непросто. Требуется искусственное обновление водной среды.
Как работает контроль и очистка вод?
Понимая, что загрязнение пресных вод ставит под угрозу существование человека, государственные органы на национальном и международном уровне создают требования к осуществлению деятельности предприятий и поведению людей. Эти рамки находят отражение в документах, регламентирующих процедуры контроля воды и работы систем очистки.
Выделяют следующие способы очистки:
- Механическая или первичная. Её задача – предотвратить попадание в водоёмы крупных предметов. Для этого на трубах, по которым идут стоки, устанавливают специальные решётки и фильтры, задерживающие их. Требуется своевременно проводить очистку труб, иначе засор может стать причиной аварии.
- Специализированная. Призвана улавливать загрязнители какого-то одного типа. Например, существуют ловушки для жиров, нефтяных пятен, хлопьевидных частиц, которые осаждаются с помощью коагулянтов.
- Химическая. Подразумевает, что сточные воды будут использованы повторно в замкнутом цикле. Поэтому, зная их состав на выходе, подбирают химические вещества, которые способны вернуть воду в первоначальное состояние. Обычно это техническая вода, а не питьевая.
- Третичная очистка. Чтобы воду можно было использовать в быту, сельском хозяйстве, в пищевой промышленности, её качество должно стать безупречным. Для этого её обрабатывают специальными составами или порошками, способными в процессе многоэтапной фильтрации задержать тяжёлые металлы, вредные микроорганизмы и другие вещества.
В быту всё больше людей старается устанавливать мощные фильтры, которые избавляют от загрязнения, причиной которого становятся старые коммуникации и трубы.
Болезни, которые может провоцировать грязная вода
Пока не стало понятно, что с водой в организм могут попадать возбудители инфекций и бактерии, человечество сталкивалось с . Ведь эпидемии, наблюдавшиеся периодически в той или иной стране, уносили жизни сотен тысяч людей.
К наиболее распространённым заболеваниям, к которым может привести плохая вода, относятся:
- холера;
- энтеровирус;
- лямблиоз;
- шистосомоз;
- амебиаз;
- врождённые уродства;
- психические аномалии;
- кишечные расстройства;
- гастрит;
- поражение кожи;
- ожоги слизистых;
- онкологические заболевания;
- снижение репродуктивной функции;
- эндокринные нарушения.
Приобретение бутилированной воды и установка фильтров является средством профилактики заболеваний. Некоторые используют серебряные предметы, которые также частично обеззараживают воду.
Загрязнение воды способно изменить планету и сделать качество жизни совершенно другим. Именно поэтому вопрос сохранения водоёмов постоянно поднимается экологическими организациями и научно-исследовательскими центрами. Это позволяет привлечь внимание предприятий, общественности, государственных органов к существующим проблемам и простимулировать начало активных действий по предотвращению катастрофы.
Воды нашей планеты расположены на поверхности и под землей. Поверхностные воды на 98% состоят из океанов. Площадь океанов почти в 2,5 раза больше, чем поверхность земли. Большая часть воды в океанах соленая со средней температурой 3,7 градуса. Поверхностные и прибрежные воды обладают меньшей соленостью и более высокой температурой. Ниже 60 метров вода начинает снижать уровень кислорода. Загрязнение воды и способы ее очистки сегодня рассматриваются во всех сферах человеческой деятельности.
Подземные источники могут содержать соленую, менее соленую или пресную воду. Так же отдельно выделяют геотермальные источники, в которых температура воды выше 30 градусов.
Человек использует только пресные источники, которых менее 3 % на нашей планете. Только 0,4% этой воды легко добывается, а для остальной необходимо специальное оборудование разного назначения. Много пресной воды содержится в снегах и льдах Южного полюса. Источниками пресной воды выступают реки и подземные источники. Но на российской территории большинство речных стоков находятся на севере, где земли неплодородны и малозаселённые.
Если рядом нет пресной воды, то используют морскую, которая подвергается гиперфильтрации для удаления солей. Для этого используют мембраны из полимера с мелкими порами, которые не пропускают молекулы солей. Но процесс довольно затратный и используется редко. Предпочтение отдают отбуксированных к берегам айсбергов и подвергают таянию. Способ обеспечения пресной воды в два раза менее энергоемкий. Однако 80% инфекционных болезней передаются этой водой.
Загрязнение вод
Вода лежит в основе земной жизни. Огромные загрязнения атмосферы причинили вред почвам, рекам, водохранилищам. Большинство веществ из воздуха оседает на земную поверхность. Но это только часть проблемы. Загрязнения воды происходит при непосредственном попадании отходов в водоисточники. Сельскохозяйственные поля сегодня в больших объемах обрабатываются пестицидами, удобрениями. Создаются многочисленные свалки. Сточные воды предприятий промышленности сливаются в реки.
Загрязняется основной источник пресной воды – подземные воды. Опасные вещества в воде возвращается к людям и отравляют их организм.
Что за воду использует человек? Природная вода всегда обогащена газами, солями и твердыми примесями. Пресные источники содержат до 1 грамма в 1 литре солей.
Загрязнения сокращают источники питьевой воды
Пресная вода природе поступает благодаря круговороту воды. Каждый год выпаривается более 500 кубических метров воды, из них 86% — соленой. Некоторое количество возвращается в океан в виде осадков, а друга – переноситься воздушными массами на земную поверхность и пополняет реки и озера, подземные воды и ледники.
Только на 2 % гидросфера состоит из пресной воды, которая все время обновляется. Именно скорость определяет доступный ресурс пресной воды.
85% пресной воды расположено в ледниках и льдах на полюсе. Там водообмен происходит за 8 тыс. лет. Для сравнения, в реках период обновления составляет до 12 суток.
Сегодня реки выступают не только источником жизненно важной воды, но и переносчиком вредных отходов . Промышленные сточные воды собираются на территориях и по руслу реки идут в моря и океаны.
Все время количество и уровень очистных сооружений не успевает расти за развитием промышленности. Но это не главная проблема. Самые хорошая очистка загрязненной воды не способно удалить растворенные вещества и десятую часть органики. Для повторного использования воду необходимо разбавлять большим объемом новой. Для людей важную роль играет абсолютный объем сточных вод.
Сегодня 1/5 всего объема пресной воды идет на разбавление очищенной сточной. Это значит, что ресурс скоро иссякнет. Объемы и качество пресной воды с каждым годом уменьшается.
Человек должен найти другие способы водопользования. Антропогенный цикл воды нужно изолировать от природного. То есть нужно обеспечить замкнутый цикл использование воды. Технологии должны быть малоотходные или вообще безотходные со снижением количества потребляемой воды.
Пресной воды много. Однако неправильное отношение к ней приведет к истощению любого источника. Ежегодно на планете количество подобных мест увеличивается в разы. Сейчас 1/5 часть городского населения и ¾ сельского испытывают дефицит пресной воды. Каждый человек потребляет 3-700 литров воды каждый день. Индивидуальная потребность зависит от уровня жизни и места проживания.
Больше всего пресной воды идет на сельскохозяйственные нужды. Орошаемые земли дают 50% урожая, занимая только 15% сельскохозяйственных земель.
Сегодня измене сток рек и много воды не возвращается обратно в реки. Она испаряется и образует растительную массу: при синтезе водяной водород образует органические вещества. На территории России для решения проблемы построено около 1,5 тыс. водохранилищ. Но они решают проблему только 9% рек.
Загрязнения воды стоками различного происхождения
Выделяют промышленные, сельскохозяйственные и бытовые стоки. Они разлагаются под влиянием микроорганизмов, которые нуждаются в кислороде, растворенном в воде. При достаточной его концентрации аэробные бактерии перерабатывают опасные примеси в безвредные вещества. При недостатке наблюдается гибель аэробных бактерий и гниение воды. Так же страдают рыбы, особенно в период нереста.
Вирусы и опасные микроорганизмы попадают в воду со сточных бытовых и животноводческих вод. Если не организовать очистку загрязненной воды, то наблюдаются вспышки эпидемий. Сегодня в развитых странах эпидемии редко возникают по вине водопроводной воды. Так же отравляются овощи и фрукты, которые поливали сточными водами. Обитатели загрязненных морей и океанов, которые люди любят употреблять в пищу, являются источниками заражения брюшного тифа.
Нитраты и нитриты в пресных водах вызывают эвтрофикацию, которая ведет к снижению концентрации кислорода в воде. Он так же оказывают плохое влияние на организм человека.
Сегодня в воде повышенная концентрация металлов, нефтепродуктов, ядохимикатов, фенолов и синтетических моющих средств. Многие вещества не распадаются в воде или разлагаются очень долго, что приводит к накоплению их в пищевой цепочке.
Данные осадки являются гидрологическим последствиям роста городов. Сельское хозяйства ведется по нарушенным технологиям, уничтожение лесов, нарушение стока рек, что провоцирует эрозию почв. Нарушается равновесия в окружающей среды, страдают донные организмы.
Тепловое загрязнение
К тепловому загрязнению относятся теплые воды от промышленных и теплоэлектростанции. При искусственном повышении температуры в природе уменьшается концентрация кислорода в воде и меняется обмен веществ. Наблюдается гибель многих обитателей водоемов или подавление в их развитии.
Еще 10-20 лет назад загрязнения были расположены на локальных участках. Сегодня оно представляет один массив на огромной территории.
Загрязнение нефтепродуктами
Загрязнения нефтепродуктами — сегодня самые частые в мировой практике. Два самых больших океана, Тихий и Атлантический, сегодня на 4% постоянно покрыты пленкой из нефти. Основные источники – ее транспортировка и разработка. С континентов нефть попадает по речным водам. Каждый год это около 2 млн. тонн нефтепродуктов.
Нефть образует на поверхности сантиметровую пленку. Позже начинает образовываться эмульсия воды и нефти, появляются долгоживущие комочки мазуты, к которым липнут маленькие морские обитатели. Они становятся легкой добычей для хищников. Однако кроме пищи в организм попадают и нефтепродукты, отравляющие организм рыбы. Ее нельзя использовать в пищу из-за плохого вкуса и запаха.
Сообщество морских обитателей скуднеет и сильно изменяется. Начинают активно развиваться микроорганизмы, для которых нефтепродукты являются основной пищей. Для многих обитателей это ядовитая биомасса.
Подводным камнем является то, что нефтяные углеводороды растворяют пестициды, металлы. Все это становиться более токсичным и ядовитым.
Ароматическая фракция приводит к мутации морской среды. Если употреблять пищу с ними, то повышается риск мутации человеческих клеток – рак.
Нефть отравляет поверхностные воды. А ведь они считаются «детским садом» большинства популяций. Нарушается газообмен воды и атмосферы, теплообмен.
У птиц нефть склеивает перья, что не дает ей плавать и наладить правильную теплоизоляцию.
Сырая нефть в океане или море не представляет большой опасности в долгосрочной перспективе для обитателей водной среды. Опаснее являются нефтепродукты – дизель, бензин и т.д. Так же вред наносит большое содержание нефти в приливно-отливной зоне.
Другие виды загрязнения воды
Уже несколько десятков лет нашло большое распространение хлорирование. Хлор используется в сельском и лесном хозяйствах, на городских очистительных сооружений для борьбы с инфекциями. Сегодня в Мировом океане достаточно высокая концентрация этого химического элемента, который приносится реками и атмосферой. Даже в Антарктиде и Арктике обнаружены ДДД.
Полихлорбифенилы являются легкорастворимым веществом в жирах. Он собирается в органах обитателей морской среды. Так как они имеют искусственное происхождение, то в природе нет существ, потребляющих их в пищу. Ксенобиотики не разлагаются, а только накапливаются в природе, в том числе и Мировом океане. Они являются токсичными, негативно сказываются на кровеносной системе и ферментной активности, страдает наследственность.
Речной сток несет в океаны и тяжелые металлы, некоторые из которых токсичны. Ежегодно в Мировой океан поступает около 2 млн. тонн свинца, 10 тыс. тонн ртути, 20 тыс. тонн кадмия.
Треть ртути и половина свинца оказываются в океане из атмосферы.
Последствия загрязнения сточных вод
Инфекционные заболевания
Сточная канализационная вода является основным источником патогенных заражений. Больные животные и люди выделяют множество яиц и патогенов. Встречаются случаи, когда человек даже не подозревает о своей болезни. Если происходит загрязнение питьевой воды, источников пищи или мест купания канализационными стоками, то заражается множество людей. Иногда болезнетворные бактерии передаются по пищевой цепочке от морских обитателей.
Патогенный организм в среднем живет только сутки вне хозяина. Развитие инфекционного заболевания зависит от их численности. При незначительной плотности перенос и передача инфекции значительно мал. В густонаселенных городах люди подвержены большему риску.
Во многих странах введены обязательные санитарно-гигиенические нормы, которые предусматривают:
- дезинфекция воды методом хлорирования или др.;
- соблюдение гигиены и санитарии во время работы с продуктами;
- правильный сбор и очистка загрязненной воды.
Снижение концентрации кислорода
Органические составляющие в канализационной воде потребляются микроорганизмами, которые для дыхания используют кислород, растворенный в воде. Большое количество организмов не дает восполняться кислороду естественным путем. Для бактерий кислород не так важен, так как они способны к анаэробному дыханию, брожению. Страдают существа, котором без кислорода не обойтись.
Увеличивается риск микробного заражения: анаэробная среда благоприятна для многих патогенных организмов.
Сбор и очистка сточной воды
Организация первичных стоков
Санитарная канализационная система собирает сточные трубы и изолирует сточную воду от раковин, ванн и др. Большое потребление чистой воды или просто открытый кран приводит к малой концентрации отходов в вое – 0,1%. Если учесть ливневую воду, то цифра еще будет меньше.
Выделяют три группы загрязнителей первичных стоков:
- песок и мусор (мусор попадает из туалетов, а песок — ливнестоков);
- живая и неживая органика: бумага, ткань, пища, экскременты и т.д.
- растворенные вещества: фосфор, азот, калий, марганец т др.
Этапы очистки
Для полной очистки следует обеспечить удаления всех перечисленных загрязнителей.
Песок и мусор легко удаляется на предварительной очистки.
Первичная и вторичная очистка необходима для устранения коллоидных органических соединений. От биогенов предусмотрена специальная доочистка.
Следует знать, что сточные воды не всегда проходят все этапы очистки. Можно встретить места, где в воду сбрасывают неочищенные стоки или только после первичной очистки. В других городах могут проводить вторичную очистку и иногда доочистку.
Предочистка
Песок и мусор препятствуют продвижению сточных вод по системе. Их устранение считается предварительным этапом очистки.
Мусор удаляется с помощью стрежневых решеток: стержни закреплены через 2,5 см. Мусор собирается и сжигается в печи.
Первичная очистка
Вода проходит через первичные отстойники – баки большого размера. Пару часов она вообще не движется. На дно оседает 35-55% тяжелых частиц, в том числе и органического происхождения. Одновременно жиры и масла поднимаются на поверхность. Их сливают подобно сливкам. Собранные загрязнения называют ил-сырец.
Первичная очистка требует минимум затрат при высокой эффективности. Но в воде остаются 45-65% биогена и коллоидов.
Вторичная очистка
Вторичная очистка удаляет оставшуюся органику, но не растворенные вещества. Ее еще называют биологической очисткой. Применяют редуценты и детритофаги, которые «поедают» органику и вырабатывают углекислый газ и воду. Чаще используют активный ил и капельный биофильтр.
В капельных биофильтрах применяется разбрызгивание воды по стенки из камней. Образуется естественная экосистема с бактериями, детритофагами, червями и т.д. Потом вода попадает во вторичные отстойники, что бы удалить смытые организмы. После капельного фильтра вода на 90% очищена от органики.
Другим способом является активный ил. Вода идет в резервуар, где добавляется смесь из детритофагов. В процессе погружения происходит обогащение воды аэрирование и размножение полезных микроорганизмов. Они поедают органику, патогенные организмы и т.д. После вода должна отстояться для удаления детритофагов. Они собираются группами, легко удаляются и снова используются. Эффективность очистки загрязненной воды – 95%.
Но вторичная очистка не удаляет биогены. Еще 20 лет назад человек не задумывался про них. Вода просто обрабатывалась хлором и спускалась в водоемы. Где-то такой метод очистки сохранился и сегодня. Но большие города начинают вводить дополнительные методы очистки – доочистка.
Доочистка
Удалить биогены можно различными способами. Например, микрофильтрация или дистилляция, которые эффективны на 100%. Но это сильно дорого. Сегодня работают над новыми способами очистки оды. К примеру, фосфаты удаляют известью: кальций и фосфат образуют нерастворимое вещество, легко отфильтрованное из воды. Но при большой концентрации фосфатов метод будет неэффективным.
Правильная доочистка может сделать воду питьевой. Некоторым становиться неприятно мысль, что мы пьем очищенную сточную воду. Но ведь в природе вода все время совершает круговорот. Может оказаться так, что вода после доочистки намного качественней, чем с рек, в которые сбрасывались неочищенные канализационные сточные воды.
Дезинфекция
Как бы не очищалась вода, ее стремятся продезинфицировать перед выбросом в водоем. Только так можно убить патогенные организмы. Используют хлор. Однако он сильно ядовит, а его доставка угрожает людям. От хлора страдают рыбы. Если он реагирует с органикой, то образуются нерастворимые соединения, которые не разлагаются и очень токсичны. Они вызывают рак, нарушения развития эмбриона и работу половой системы.
Безопасным является озон, который убивает микроорганизмы и образует при их разложении кислород. Но он так же токсичен и может вызвать взрыв.
Новыми методами считаются УФ излучение, которое не имеет побочных явлений.
Для обезжелезивания необходимо использовать комплексный подход. Универсальных правил не существует. Выделяют реагентные и безреагентные способы очистки. Прибегают к следующим методам:
- аэрация – обеспечения интенсивного окисления при большой подаче воздуха;
- обработка сильными окислителями – хлор, марганцовка, озон и т.д.;
- модифицированная загрузка – специальные материалы, удаляющие механическим и химическим путем все железо в воде.
Наличие железа в воде легко определяется по обседаемому осадку и металлическому привкусу воды. Страдают бытовые приборы, поверхности раковин и ванн, системы отопления и т.д.
Удаление солей жесткости
О жесткой воде знает каждая хозяйка. Она оставляет налет на нагревательных элементах, не дает пениться моющим средствам. Жесткие воды не пригодны для пищевой промышленности. Во всем виновата гидрокарбонаты магния и кальция, которые при кипячении меняют форму на нерастворимую.
Для умягчения воды используют следующие методы:
- термический – нагревание воды;
- вымораживание;
- с использованием реагентов;
- ионообменный;
- обратный осмос;
- электродиализ;
- комбинированный.
Существуют предприятия, которые сбрасывают в канализацию опасные сточные воды с ртутью, свинцом, хромом, органикой и т.д. Иногда полностью очистить сточные воды от всех примесей не получается: нет финансовых или технических возможностей. Примеси начинают мешать биологической очистке, убивая нужные микроорганизмы.
При использовании в сельском хозяйстве неочищенной воды портятся почвы и вырастают вредные продукты.
Сегодня законодательство не способно контролировать соблюдения всех норм и правил по очистки загрязненной воды.
Загрязнение воды
Наиболее известным источником загрязнения воды, являются бытовые (или коммунальные) сточные воды. Почти вся использованная вода поступает в канализацию. Поскольку ежедневно в сточные воды попадает огромный объем фекалий, главной задачей городских служб при переработке бытовых стоков в коллекторах очистных установок является удаление патогенных микроорганизмов. При повторном использовании недостаточно очищенных фекальных стоков содержащиеся в них бактерии и вирусы могут вызвать кишечные заболевания (тиф, холеру и дизентерию), а также гепатит и полиомиелит.
В растворенном виде в сточных водах присутствуют мыло, синтетические стиральные порошки, дезинфицирующие средства, отбеливатели и другие вещества бытовой химии. Из жилых домов поступает бумажный мусор, включая туалетную бумагу и детские подгузники, отходы растительной и животной пищи. С улиц в канализацию стекает дождевая и талая вода, часто, с песком или солью, используемыми для ускорения таяния снега и льда на проезжей части улиц и тротуарах.
В индустриально развитых странах главным потребителем воды и самым крупным источником стоков является промышленность. Промышленные стоки в реки по объему в 3 раза превышают коммунально-бытовые.
С промышленными стоками сбрасывается громадное количество разнообразных органических и неорганических веществ. Более половины стоков, поступающих в водоемы, дают четыре основные отрасли промышленности: целлюлозно-бумажная, нефтеперерабатывающая, промышленность органического синтеза и черная металлургия (доменное и сталелитейное производства). Из-за растущего объема промышленных отходов нарушается экологическое равновесие многих озер и рек, хотя большая часть стоков нетоксична и несмертельна для человека.
Тепловое загрязнение. Наиболее масштабное однократное употребление воды – производство электроэнергии, где она используется главным образом для охлаждения и конденсации пара, вырабатываемого турбинами тепловых электростанций. При этом вода нагревается в среднем на 7° С, после чего сбрасывается непосредственно в реки и озера, являясь основным источником дополнительного тепла, который называют «тепловым загрязнением».
Сельское хозяйство. Вторым основным потребителем воды является сельское хозяйство, использующее ее для орошения полей. Стекающая с них вода насыщена растворами солей и почвенными частицами, а также остатками химических веществ, способствующих повышению урожайности. К ним относятся инсектициды; фунгициды, которые распыляют над фруктовыми садами и посевами; гербициды, знаменитое средство борьбы с сорняками; и прочие пестициды, а также органические и неорганические удобрения, содержащие азот, фосфор, калий и иные химические элементы.
Кроме химических соединений, в реки попадает большой объем фекалий и других органических остатков с ферм, где выращиваются мясо-молочный крупный рогатый скот, свиньи или домашняя птица. Много органических отходов также поступает в процессе переработки продукции сельского хозяйства (при разделке мясных туш, обработке кож, производстве пищевых продуктов и консервов и т.д.).
Влияние загрязнения. Чистая вода прозрачна, бесцветна, не имеет запаха и вкуса, населена множеством рыб, растений и животных. Загрязненные воды мутные, с неприятным запахом, не пригодны для питья, часто содержат огромное количество бактерий и водорослей. Система самоочистки воды (аэрация проточной водой и осаждение на дно взвешенных частиц) не срабатывает из-за переизбытка в ней антропогенных загрязнителей.
Уменьшение содержания кислорода. Органические вещества, содержащиеся в сточных водах, разлагаются ферментами аэробных бактерий, которые поглощают растворенный в воде кислород и выделяют углекислый газ по мере усвоения органических остатков. Общеизвестными конечными продуктами распада являются углекислый газ и вода.
В водах, содержащих фекальные массы, растительные или животные остатки, поступающие с предприятий пищевой промышленности, бумажные волокна и остатки целлюлозы от предприятий целлюлозно-бумажной промышленности, процессы разложения протекают практически одинаково.
В мелких водотоках с быстрым течением, где вода интенсивно перемешивается, поступающий из атмосферы кислород компенсирует истощение его запасов, растворенных в воде. Одновременно углекислый газ, образующийся при разложении содержащихся в сточных водах веществ, улетучивается в атмосферу. Таким образом сокращается срок неблагоприятного воздействия процессов разложения органики. И наоборот, в водоемах со слабым течением, где воды перемешиваются медленно и изолированы от атмосферы, неизбежное уменьшение содержания кислорода и рост концентрации углекислого газа влекут за собой серьезные изменения. Когда содержание кислорода уменьшается до определенного уровня, происходит замор рыбы и начинают погибать другие живые организмы, что, в свою очередь, приводит к увеличению объема разлагающейся органики.
Большая часть рыб гибнет из-за отравления промышленными и сельскохозяйственными стоками, но многие – и от недостатка в воде кислорода. Рыбы, как и все живые существа, поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Если кислорода в воде мало, но высока концентрация углекислого газа, интенсивность их дыхания снижается (известно, что вода при высоком содержании угольной кислоты, т.е. растворенного в ней углекислого газа, становится кислой).
Способность к биологическому разложению. Искусственные материалы, которые разлагаются биологическим путем, увеличивают нагрузку на бактерии, что, в свою очередь, влечет рост потребления растворенного кислорода. Эти материалы специально создаются таким образом, чтобы они могли легко перерабатываться бактериями, т.е. разлагаться.
Образование газов. Аммиак является основным продуктом микробиологического разложения белков и выделений животных. Аммиак и его газообразные производные амины образуются как при наличии, так и при отсутствии растворенного в воде кислорода. В первом случае аммиак окисляется бактериями с образованием нитратов и нитритов. В отсутствие кислорода аммиак не окисляется, и его содержание в воде остается стабильным. При снижении содержания кислорода образовавшиеся нитриты и нитраты превращаются в газообразный азот. Происходит это довольно часто, когда воды, стекающие с удобренных полей и уже содержащие нитраты, попадают в стоячие водоемы, где накапливаются также и органические остатки В зависимости от вида бактерий образуются углекислый газ (СО2), водород (Н2) и метан (СН4) – горючий газ без цвета и запаха, который называют также болотным газом.
Эвтрофикация, или эвтрофирование , – процесс обогащения водоемов питательными веществами, особенно азотом и фосфором, главным образом биогенного происхождения. В результате происходит постепенное зарастание озера и превращение его в болото, заполненное илом и разлагающимися растительными остатками, которое в конце концов полностью высыхает. В естественных условиях этот процесс занимает десятки тысяч лет, однако в результате антропогенного загрязнения протекает очень быстро. Так, например, в маленьких прудах и озерах под влиянием человека он завершается всего за нескольких десятилетий.
Эвтрофикация усиливается, когда рост растений в водоеме стимулируется азотом и фосфором, содержащимися в насыщенных удобрениями стоках с сельскохозяйственных угодий, в чистящих и моющих средствах и других отходах. Воды озера, принимающего эти стоки, представляют собой плодородную среду, в которой происходит бурный рост водных растений, захватывающих пространство, в котором обычно обитают рыбы. Водоросли и другие растения, отмирая, падают на дно и разлагаются аэробными бактериями, потребляющими для этого кислород, что приводит к замору рыбы. Озеро заполняется плавающими и прикрепленными водорослями и другими водными растениями, а также питающимися ими мелкими животными. Синезеленые водоросли, или цианобактерии, делают воду похожей на гороховый суп с дурным запахом и рыбным вкусом, а также покрывают камни слизистой пленкой.
Мощные электростанции заметно нагревают воды в реках и бухтах, на которых они расположены. Летом, когда потребность в электрической энергии для кондиционирования воздуха очень велика и ее выработка возрастает, эти воды часто перегреваются. Понятие «тепловое загрязнение» относится именно к таким случаям, так как избыточное тепло уменьшает растворимость кислорода в воде, ускоряет темпы химических реакций и, следовательно, влияет на жизнь животных и растений в водоприемных бассейнах.Существуют яркие примеры того, как в результате повышения температуры воды погибали рыбы, возникали препятствия на пути их миграций, быстрыми темпами размножались водоросли и другие низшие сорные растения, происходили несвоевременные сезонные изменения водной среды. Однако в некоторых случаях увеличивались уловы рыбы, продлевался вегетационный период и прослеживались иные благоприятные последствия.
Химикаты , растворенные в дождевой воде и поглощенные частицами почвы, в результате их вымывания попадают в грунтовые воды, а затем – в реки, дренирующие сельскохозяйственные угодья, где начинают накапливаться в рыбах и более мелких водных организмах. Хотя некоторые живые организмы и приспособились к этим вредным веществам, бывали случаи массовой гибели отдельных видов, вероятно, из-за отравления сельскохозяйственными ядохимикатами. Например, чайки погибали после употребления в пищу больших количеств рыбы, а некоторые другие виды птиц, питающиеся рыбой, в том числе белоголовый орлан и пеликан, оказались под угрозой вымирания вследствие снижения воспроизводства. Из-за попавших в их организм пестицидов яичная скорлупа становится настолько тонкой и хрупкой, что яйца бьются, а зародыши птенцов погибают.
Известно, что радиация разрушает ткани растений и животных, приводит к генетическим мутациям, бесплодию, а при достаточно высоких дозах – к гибели. Механизм воздействия радиации на живые организмы до сих пор окончательно не выяснен, отсутствуют и эффективные способы смягчения или предотвращения негативных последствий. Но известно, что радиация накапливается, т.е. повторяющееся облучение малыми дозами может в конечном счете действовать так же, как и однократное сильное облучение.
Влияние токсичных металлов. Ртуть, содержащаяся в промышленных стоках, осаждается в донных илистых отложениях в реках и озерах. Обитающие в илах анаэробные бактерии перерабатывают ее в ядовитые формы, которые могут приводить к серьезным поражениям нервной системы и мозга животных и человека, а также вызывать генетические мутации. Несмотря на то что рыбы не погибают, человек, съевший такую зараженную рыбу, может отравиться и даже умереть.
Другим хорошо известным ядом, поступающим в растворенном виде в водотоки, является мышьяк. Он был обнаружен в малых измеримых количествах в моющих средствах, содержащих водорастворимые ферменты и фосфаты, и красителях, предназначенных для окрашивания косметических салфеток и туалетной бумаги. С промышленными стоками в акватории попадают также свинец (используемый в производстве металлических изделий, аккумуляторных батарей, красок, стекла, бензина и инсектицидов) и кадмий (используемый главным образом в производстве аккумуляторных батарей).
Другие неорганические загрязнители .Образуется ржавчина на поверхности железа и его соединений. Растворимые формы этих металлов существуют в разных типах сточных вод: они были обнаружены в водах, просочившихся из шахт и со свалок металлолома, а также из естественных болот. Соли этих металлов, окисляющиеся в воде, становятся менее растворимыми и образуют твердые окрашенные осадки, выпадающие из растворов. Поэтому вода приобретает цвет и становится мутной. Так, стоки железорудных шахт и свалок металлолома окрашены в рыжий или оранжево-коричневый цвет из-за присутствия оксидов железа (ржавчины).
Неорганические загрязнители, как хлорид и сульфат натрия, хлорид кальция не могут быть переработаны биологическим или химическим путем. Хотя сами эти вещества не трансформируются, они оказывают влияние на качество вод, в которые сбрасываются стоки. Во многих случаях нежелательно использовать «жесткую» воду с высоким содержанием солей, так как они образуют осадок на стенках труб и котлов.
Неорганические вещества- цинк и медь, поглощаются илистыми донными осадками водотоков, принимающих сточные воды, а затем вместе с этими тонкими частицами транспортируются течением. Их токсическое действие сильнее в кислой среде, чем в нейтральной или щелочной. В кислых сточных водах угольных шахт цинк, медь и алюминий достигают концентраций, смертельных для водных организмов. Некоторые загрязнители, будучи в отдельности не особенно токсичными, при взаимодействии превращаются в ядовитые соединения (например, медь в присутствии кадмия).
Контроль и очистка. Практикуются три основных метода очистки сточных вод. Первый существует давно и наиболее экономичен: сброс сточных вод в крупные водотоки, где они разбавляются пресной проточной водой, аэрируются и нейтрализуются естественным образом. Очевидно, что этот метод не отвечает современным условиям. Второй метод во многом базируется на тех же естественных процессах, что и первый, и заключается в удалении и снижении содержания твердых и органических веществ механическим, биологическим и химическим способами. Его в основном используют на коммунальных очистных станциях, которые редко располагают оборудованием для переработки промышленных и сельскохозяйственных стоков. Широко известен и достаточно распространен третий метод, состоящий в сокращении объема сточных вод путем изменения технологических процессов; например, в результате вторичной переработки материалов или использования естественных методов борьбы с вредителями вместо пестицидов и т.д.
Очистка сточных вод. Хотя сейчас многие промышленные предприятия пытаются очистить свои стоки или сделать производственный цикл замкнутым, а производство пестицидов и других токсичных веществ запрещено, самым радикальным и быстрым решением проблемы загрязнения воды будет строительство дополнительных и более современных очистных сооружений.
В мире существует лишь несколько предприятий, которые могут проводить полную очистку сточных вод.
Загрязнение рек происходит уже более двух тысяч лет. И если ранее эту проблему люди не замечали, то сегодня она достигла глобального масштаба. Сложно сказать, остались ли на планете реки с более-менее чистой водой, пригодной для использования без предварительного очищения.
Источники загрязнения рек
Основная причина загрязнения рек – это активный рост и развитие социально-экономической жизни на берегах водоемов. Впервые было установлено в 1954 году, что причиной заболеваний людей стала загрязненная вода. Тогда был найден источник плохой воды, что стало причиной эпидемии холеры в Лондоне. В целом источников загрязнения существует большое количество. Остановимся на наиболее существенных из них:
- сточные бытовые воды населенных городов;
- агохимия и пестициды;
- порошки и чистящие средства;
- бытовые отходы и мусор;
- промышленные сточные воды;
- химические соединения;
- утечка нефтепродуктов.
Последствия загрязнения рек
Все вышеуказанные источники существенно меняют химический состав воды, уменьшают количество кислорода. В зависимости от различных загрязнений, в реках увеличивается количество водорослей, которые в свою очередь вытесняют животных и рыбу. Это становится причиной изменения местопребывания популяций рыб и других речных обитателей, но многие виды просто умирают.
Грязная вода рек плохо очищается, прежде чем попадать в водопроводы. Ее используют в качестве питьевой. В результате увеличиваются случаи заболевания людей, потому что они пили неочищенную воду. Регулярное употребление загрязненной воды способствует появлению некоторых инфекционных и хронических заболеваний. Иногда некоторые люди могут и не знать, что причина проблем со здоровьем – это грязная вода.
Очищение воды в реках
Если проблему загрязнения рек так и оставить, то многие водоемы могут перестать самоочищаться и существовать. Очистительные мероприятия должны проводится на государственному уровне многих стран, устанавливая различные очистительные системы, проводя специальные мероприятия по очистке воды. Однако свою жизнь и здоровье можно обезопасить тем, чтобы пить только чистую воду. Для этого многие люди используют очистительные фильтры. Основное, что может сделать каждый из нас – это не бросать мусор в реки и помочь сбережению экосистем водоемов, меньше использовать чистящие средства и стиральные порошки. Следует помнить, что очаги жизни зародились в бассейнах рек, поэтому нужно всячески способствовать процветанию этой жизни.
