10.9 Охрана вод

Гидросфера – прерывистая водная оболочка Земли, расположенная на по­верхности и в толще земной коры, и представляющая собой совокупность оке­анов, морей и водных объектов суши (рек, озёр, болот, подземных вод и пр.), включающая водные пары атмосферы и скопления льда. Загрязнение гидросфе­ры – это поступление в неё загрязнителей в количествах и концентрациях, спо­собных нарушить нормальные условия среды гидробионтов.

Выделяют три основных типа загрязнения природных вод: химическое, физическое и биологическое.

Химическое загрязнение вод связано со сбросом стоков, смывов почвы с прилегающих территорий, поступлением загрязняющих веществ из атмосферы с осадками. При водопотреблении использованные воды сбрасываются обратно в водоём в виде стоков. Стоки всегда содержат растворимые или взвешенные вещества. Различают бытовые и производственные стоки.

Физическое загрязнение часто связано с использованием водоёмов в ка­честве охладителей для АЭС, что приводит к поступлению в них вместе со сточными водами радиоактивных изотопов, которые быстро поглощаются вод­ными организмами и донными осадками.

Одной из своеобразных форм физического загрязнения является тепло­вое, которое происходит в результате сброса в водоёмы нагретых вод, прошед­ших через системы водяного охлаждения тепловых станций и промышленных пред­приятий.

Биологическое загрязнение – проникновение в экосистемы и технические устройства чуждых им растений, животных и микроорганизмов, вызывающих тяжёлые заболевания.

Под влиянием загрязнений в водных объектах происходят первичные из­менения (преобразуется состав и свойства вод, изменяется их температура, га­зовый режим и др.), вторичные (образуются новые вещества, отрицательно вли­яющие на водные организмы, происходит гниение донных отложений и наруше­ние процессов самоочищения воды) и третичные изменения (нарушаются тро­фические цепи и биогеохимические циклы водных экосистем, гибнут рыбы и другие гидробионты).

Основными источниками загрязнения являются:

- сточные промышленные воды (деревообработка, электроэнергетика, ма­шиностроение, металлургия, химическая, угольная и нефтеперерабатывающая промышленность);

- хозяйственно-бытовые сточные воды;

- дренажные воды оросительных систем;

- поверхностный сток с урбанизированных, техногенных и сельскохо­зяйственных территорий.

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения вредными вещест­вами предусматривает комплекс мер:

1) разработка соответствующих законодательных актов;

2) организацию мониторинга водных объектов;

3) охрану поверхностных и подземных вод, включая очистку промыш­ленных и бытовых стоков;

4) подготовку воды, используемую для питьевых и хозяйственных целей;

5) государственный контроль за использованием и охраной водных ресур­сов.

В основе повышения эффективности использования воды лежит че­тыре принципа: водосбережение (борьба с утечками, водосберегающие методы, устройства и тарифы, отбивающие желание впустую лить воду); стабильность (применение технологий, обеспечивающих исправное состояние водохозяйст­венных систем); водооборот и информация общественности.

В целях разработки комплексных мероприятий по удовлетворению пот­ребностей в воде населения и народного хозяйства в сочетании с охраной вод, составляются генеральные, бассейновые и терри­то­риальные схемы.

Генеральные схемы комплексного использования и охраны вод опреде­ляют принципиальные направления развития водного хозяйства страны. На их основе разрабатываются бассейновые схемы для бассейнов рек и других вод­ных объектов.

Территориальные схемы, разрабатываемые на основе генеральной и бас­сейновой схем, охватывают конкретные экономические районы страны и субъ­екты Российской Федерации.

Распространёнными методами контроля за состоянием загрязнения вод служат определения химического и биохимического потребления кисло­рода.

Химическое потребление кислорода (ХПК) – это количество кислорода, необходимое для окисления органических и восстановительных неорганичес­ких (NH₄, сульфиды и т.д.) веществ.

Биохимическое потребление кислорода (БПХ) – это количество кисло­рода, требуемого для микробного окисления органических веществ воды (в ана­эробных условиях). Определяют, сколько кислорода израсходовано для окисле­ния органики, за пять (БПК₅), десять (БПК₁₀) и двадцать (БПК₂₀) суток, а также для полного окисления (БПК_пол.). Наблюдения ведут по установленным пунктам наблюдений различных категорий. Определяют расход, уровень и скорость течения воды; органолептические показатели (прозрачность, цветность, запах); взвешенные вещества, содержание кислорода и оксида углерода; рН; сумму ионов; содержание нефтепродуктов; синтетические поверхностно-активные ве­щества (СПАВ); пестициды; тяжёлые металлы; БПК и ХПК, и др.

Установлены ПДК для более 400 загрязняющих веществ воду.

Качество воды – это показатели состава и свойства воды, определяющие пригодность для её конкретных видов водопользования и водопотребления.

По виду водопользования и нормам качества воды все водоёмы подразде­лены на две категории:

1) питьевого и культурно-бытового назначения;

2) рыбо­хозяйственного назначения.

Вода считается чистой, если её состав и свойства по всем показателям не выходят за пределы нормативов, а содержание вредных веществ не превышает ПДК. Современные методы очистки позволяют удалить примеси на 95 %.

Главный загрязнитель поверхностных вод – сточные воды. Их очищают механическими, физико-химическими и биологическими методами. Наиболее действенным способом защиты поверхностных вод от загрязнения их сточными водами являются оборотные системы водоснабжения, что позволяет создать замкнутый цикл использования производственных и бытовых сточных вод. При таком способе водоподготовки (ряд очистных сооружений и установок) сточные воды всё время находятся в обороте и попадание их в поверхностные водоёмы полностью исключено.

Ввиду огромного многообразия состава сточных вод существуют различ­ные способы их очистки: механический, физико-химический, химический, биологический и др.

Механическая очистка предназначена для задержания нерастворенных примесей путём процеживания, отстаивания и фильтрования с использованием различных конструкций решёток, сит, песколовок, отстойников, фильтров и др.

Процеживание заключается в выделении крупных включений дерева, тряпья и пр.

В отстойниках осаждённые вещества периодически удаляют через 4-8 ча­сов под гидростатическим напором специальными иловыми насосами. Плава­ющие вещества с поверхности убирают сборными бункерами или лотками. Промстоки с минерализацией выше 1,5 г/л отстаивают в центробежном поле: на центрифугах, гидроциклонах, сепараторах.

Фильтрация – самостоятельный метод для промстоков и заключи­тельный этап очистки городских стоков. При этом выделяют частицы активного ила (биоплёнки) и взвешенные органические вещества с помощью вра­щающихся барабанных фильтров, безнапорных фильтров с зернистой загрузкой (кварцевый песок, керамзит и др.).

Физико-химические методы очистки применяются, в основном для про­изводственных сточных вод. При этом используются: коагуляция, сорбция, фло­тация.

Коагуляция – введение в сточные воды коагулянтов (солей алюминия, же­леза, меди, шламовых отходов и др.) для образования хлопьевидных осадков, которые затем легко удаляются.

Сорбция – способность некоторых веществ (бентонитовые глины, активи­зированный уголь, цеолиты, селикогель, торф и др.) поглощать загрязнение. Ме­тодом сорбции возможно извлечение из сточных вод ценных растворимых ве­ществ и последующая их утилизация.

Флотация - пропуск воздуха через сточные воды. Газовые пузырьки зах­ватывают при движении вверх поверхностно - активные вещества, нефть, мас­ла, другие загрязнения и образуют на поверхности воды легко удаляемый пенообразный слой.

Химические методы применяют для очистки производственных сточных вод. Они основаны на нейтрализации и окислительно-восстановительных про­цессах. Метод нейтрализации основан на взаимном объединении кислых и ще­лочных стоков, когда происходит сбалансирование ионов Н⁺ (кислая среда) и ОН^- (щелочная среда). Для нейтрализации кислых вод применяют щелочные реагенты (известь), кальцинированную и каустическую соду, фильтрование че­рез нейтрализующие материалы - известняк доломит, мел.

Для нейтрализации щелочных вод используют серную, соляную, азотную кислоты или дымовые газы, содержащие СО₂, SO₂, NO₃.

Окислительный метод применяют для очистки стоков от токсичных суль­фатов, фенолов и т.д. Реагентами выступают хлор и его производные, кислород, озон, хроматы и т.п.

Восстановительный метод используется для очистки сточных вод от нит­ратов, хроматов, бихроматов и др.

Биологический (биохимический) метод применяется для очистки ком­мунально-бытовых протоков целлюлозно-бумажных, нефтеперера-батывающих, пищевых предприятий. Он основан на использовании микроорганизмов, кото­рые в процессе своей жизнедеятельности разрушают органические соединения, т.е. минерализуют их.

Микроорганизмы используют органические вещества в качестве источни­ка питательных веществ и энергии. Сооружения биологической очистки делят на два типа: сооружения, в которых процессы протекают в условиях, близких к естественным (поля фильтрации, биологические пруды) и т.д., в которых очист­ка происходит в искусственно созданных условиях (биофильтры и аэротенки).

Поля фильтрации - это земельные участки, разделённые на секции, по ко­торым равномерно распределяется сточная вода, фильтрирующаяся через поры грунта. Профильтрованная вода, собираясь в дренажных трубах и канавах, сте­кает в водоёмы. На поверхности почвы образуется биологическая плёнка из микроорганизмов, способных минерализовать органические вещества.

Биологические пруды - неглубокие водоёмы, где происходят биохимичес­кие процессы самоочищения воды в аэробных и анаэробных условиях.

Биофильтры - сооружения, в которых создаются условия для интенсифи­кации естественных биохимических процессов. Это резерват с фильтрирующим материалом, дренажем и устройством для распределения воды.

Аэротенк - это резервуар, в который поступает сточная вода после меха­нической очистки, активный ил и непрерывно воздух. Хлопья активного ила представляют собой биоценоз аэробных микроорганизмов. Из аэротенка сточ­ная вода поступает во вторичные отстойники, где ил осаждается.

В последние годы активно разрабатываются новые эффективные мето­ды, способствующие экологизации процессов очистки сточных вод: электрохи­мические, мембранные процессы очистки, магнитная обработка, радиационная очистка, озонирование, внедрение новых селективных типов сорбентов.

Меры борьбы с загрязнением подземных вод подразделяются на про­филактические и специальные, задача которых локализовать или ликвидировать очаг загрязнения.

Ликвидировать очаг загрязнения очень сложно, могут уйти годы, поэтому профилактические меры являются главными в природоохранных мероприятиях.

Для этого совершенствуют методы очистки сточных вод, чтобы исклю­чить попадание загрязнённых стоков в подземные воды. Внедряют производст­ва с бессточной технологией, тщательно экранируют чаши бассейнов про­мышленными стоками, снижают опасные газодымовые выбросы на пред­приятиях, регламентируют использование пестицидов и удобрений на сельхоз­работах и т.д.

Важнейшей мерой предупреждения загрязнения в районах водозаборов яв­ляется устройство вокруг них зон санитарной охраны, т.е. территорий, создава­емых для исключения возможности загрязнения подземных вод. Состоят они из трёх поясов. Первый пояс 30-50 м от водозабора (запрещено присутствие пос­торонних и проведение работ, не связанных с эксплуатацией водозабора); вто­рой пояс – предназначен для защиты водоносного горизонта от бактериальных загрязнений; третий – от химических загрязнений.

Границы поясов определяются специальными расчётами. Специальные мероприятия по защите подземных вод от загрязнения направлены на перехват загрязнённых вод с помощью дренажа, а также изоляцию источников загрязне­ния. Перспективным является создание искусственных геохимических барь­еров, основанных на переводе загрязняющих веществ в малоподвижные формы.