Тема 5. Водні ресурси і їхня охорона

Гідросфера – переривчаста водяна оболонка планети, що представляє сукупність морів, океанів, континентальних вод (у т.ч. підземних), крижаних покривів; займає 2/3 поверхні земної кулі.

Гідросфера має поверхневі, атмосферні і підземні складові.

Всі області господарства стосовно водяних ресурсів розділяють на дві групи: споживачі і користувачі води. Споживачі забирають воду з джерела, використовують її для виробництва промислової і сільськогосподарської продукції, повертають же обсяги води меншої кількості і низької якості (в абсолютній більшості випадків). Користувачі воду з джерела не забирають, а використовують її як середовище (водяний транспорт, рибальство, спорт і т.п.). Проте, їхня діяльність так само негативно позначається на стані водяних ресурсів, наприклад, перевезення нафти і нафтопродуктів танкерами.

Основним джерелом водопостачання для людства є річковий стік. Для водопостачання використовують як поверхневі, так і підземні джерела. Поняття «підземні води» містить у собі ґрунтові, підгрунтові, міжпластові, напірні, безнапірні води, трещінні води і води карстових порожнеч у гірських породах, що легко руйнуються: вапняку, гіпсі і т.д.

Для оцінки промислового водоспоживання використовується поняття водоємність виробництва. Під водоємністю розуміють кількість води, необхідне для виробництва 1 т готової продукції.

По виду водоспоживання системи водопостачання можуть бути господарсько-питними, технічними, протипожежними.

По способі використання системи поділяються на:

- прямоточні – уся вода, що забирається, використовується один раз, після чого скидається в каналізаційні чи системи водойми.

- оборотні – у цьому випадку передбачається багаторазове використання води без скидання її в природні водяні об'єкти; кондиціонування використаної води; підживлення систем водопостачання при необхідності. Відповідно до сучасних вимог системи водопостачання промислових підприємств повинні бути, як правило, з оборотом води для всього підприємства чи у виді замкнутих циклів для окремих цехів чи ділянок. Це дозволяє заощаджувати чисту свіжу воду, запобігає забрудненню гідросфери.

- з поворотним використанням – використання води в декількох послідовних процесах.

З розвитком промисловості, урбанізацією всі складові гідросфери випробують антропогенне навантаження.

Води, що відводяться після використання в побутовій і промисловій діяльності людини, називають стічними. Ці води піддаються різним видам забруднення.

Під забрудненням водяних ресурсів розуміється будь-яка зміна фізичних, хімічних, біологічних властивостей води, що робить воду небезпечної для здоров'я населення.

Звичайно водяні ресурси піддаються комплексному забрудненню, з якого можна виділити в різних поєднаннях:

Механічне забруднення – при цьому виді забруднення спостерігається підвищений зміст різних механічних (нерозчинних) домішок, суспензій.

Хімічне забруднення – відбувається в результаті надходження у водойми зі стічними водами різних домішок органічної і неорганічної природи.

Бактеріальне і біологічне забруднення. Цей вид забруднень характеризується наявністю у воді різних патогенних мікробів, грибів, водоростей, хвороботворних бактерій і гельмінтів.

У природних водяних об'єктах відбувається природний процес самоочищення води. Самоочищення – розведення забруднених вод, випадання в опади твердих забруднювачів, хімічні, фізичні, біологічні процеси, що приводять до повернення води в первісний стан. Здатність будь-якої водойми до самоочищення кінцева.

Очищення стічних вод – обробка стічних вод з метою руйнування чи видалення з них шкідливих речовин. Звільнення стічних вод від забруднення – складний, найчастіше пролонгований у часі процес.

Методи очищення можна розділити на механічні, фізичні, фізико-механічні, фізико-хімічні і біологічні. Застосування того чи іншого методу в кожнім конкретному випадку визначається характером забруднення і ступенем шкідливості домішок. У випадку застосування декількох видів очищення і знешкодження стічних вод метод називається комбінованим.

Механічний метод – дозволяє видаляти до 75 % нерозчинних домішок твердих і масляних забруднень. Механічне очищення провадиться відстоюванням, проціджуванням, фільтрацією, дистиляцією.

Прикладами фізико-механічного методу очищення води є флотація, зворотний осмос.

Хімічне очищення полягає у використанні реагентів, що вступають у реакцію з забруднюючими речовинами. У результаті утворюються речовини, що видаляються зі стічних вод легше, ніж вихідні.

Фізико-хімічний метод заснований на зміні фізичного стану забруднення, що полегшує їхнє видалення зі стічних вод. У цьому випадку використовуються реагенти.

Метод коагуляції – заснований на злипанні дрібнодисперсних часток під впливом коагулянтів, що додаються спеціально в стічні води, у результаті чого відбувається збільшення розмірів і інтенсивне осадження часток. Коагулянти – солі алюмінію, заліза, магнію, вапно.

Сорбція – процес поглинання шкідливих речовин зі стічних вод твердим тілом чи рідиною – сорбентом – золою, торфом, активними глинами. Пристосування з використанням сорбенту для витягу зі стічних вод забруднювачів звичайно виготовляють у виді фільтрів.

Використовується три види сорбційних процесів очищення забруднених вод:

Хемосорбція – процес поглинання забруднення сорбентом, при якому відбувається утворення нового компонента на поверхні розділу середовищ: забруднювач – сорбент.

Абсорбція – процес поглинання забруднення всією масою речовини, що сорбує.

Адсорбція – поглинання забруднення поверхневим шаром сорбенту завдяки взаємодії молекулярних сил у системі сорбент – забруднювач.

Екстракція - додавання в стічні води спеціальних речовин – екстрагентів для витягу зі стічних вод забруднюючих речовин. Забруднюючі речовини в них розчиняються краще, ніж у воді. Екстрагенти повинні відповідати таким вимогам: селективність, мала розчинність у воді, нетоксичність, невелика теплота випарювання.

Іонний обмін – процес витягу зі стічних вод коштовних речовин (хром, цинк, мідь), що протікає завдяки обміну іонами між домішками і іонообмінними смолами (іонітами) на поверхні розділу фаз розчин – смола. Основна якість іонітів – їх велика поглинаюча здатність – обмінна ємність. Іоніти можуть бути як природними, так і синтетичними. Знаходять застосування іоніти з целюлози, вугілля, алюмосилікатів.

Електроліз – руйнування органічних речовин у стоках і витягу металів, кислот і інших неорганічних речовин. Електролітичне очищення здійснюється в особливих спорудженнях – електролізерах.

Біохімічне очищення засноване на використанні закономірностей біохімічного і фізіологічного самоочищення рік. Цей процес протікає завдяки здатності деяких мікроорганізмів руйнувати органічні і деякі неорганічні сполуки (наприклад, сульфіди і солі амонію), перетворюючи їх у нешкідливі сполуки – продукти окислювання – воду, двоокис вуглецю, нітрат- і сульфатіони.

У залежності від організмів, що беруть участь у руйнуванні забруднюючих сполук, розрізняють два методи біологічного очищення стічних вод: аеробний і анаеробний.

Аеробний здійснюється бактеріями при наявності у воді кисню і є основним способом біоочистки. Існує кілька видів пристроїв, що використовують аеробний принцип.

Анаеробний здійснюється бактеріями, що не вимагають кисню, і полягає у зброджувані забруднюючих речовин у закритих апаратах без доступу повітря – метатенках і може застосовуватися для попередньої підготовки стоків, з великим вмістом органічних опадів.