Водные ресурсы РФ

Реферат

«Водные ресурсы РФ» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

студент 1 курса 
 

Проверила:  
 
 
 
 
 
 

Технические средства защиты водных ресурсов.

Вода.

Вода - бесцветная жидкость, не имеющая ни вкуса, ни запаха, активный растворитель, обладающий большим поверхностным натяжением. Смачивание и поверхностное натяжение лежат в основе явления, которое называется капиллярностью. В природе капиллярность поддерживает жизнедеятельность растений, давая им возможность "высасывать" водные растворы из почвы. Малая теплопроводность и большая теплоёмкость воды позволяет использовать её в качестве теплоносителя. Это свойство используют садоводы во время заморозков, опрыскивая цветы плодовых деревьев: замерзая, вода отдаёт цветам своё тепло и защищает их от обморожения. В промышленности широко используют способность воды забирать тепло от окружающей среды, на этом основано действие теплообменных устройств.

Вода входит в состав минералов, содержится в  клетках растений и животных, влияет на формирование климата, участвует  в круговороте веществ в природе, способствует отложению осадочных пород и образованию почвы, является источником получения дешёвой электроэнергии: её используют в промышленности, сельском хозяйстве и для бытовых нужд.

Вода многолика, она встречается в природе в связанном состоянии и в свободном виде, её минеральный состав чрезвычайно разнообразен. Свободная вода может менять свои свойства в широком диапазоне: она может вытягиваться в жгут, быть эластичной, как резина, быть скользкой настолько, что предметы, движущиеся через неё, увеличивают свою скорость в 2 раза и более, она может стать сухой, целебной. 

Ресурсы пресной воды.

Водные ресурсы  Земли слагаются из вод морей  и океанов, ледников, рек, озёр, подземных  вод и исчисляются приблизительно в 1500 миллионов кубических километров. На долю пресной воды приходится всего 30 миллионов километров кубических,94,2% всех водных ресурсов составляют солёные воды морей и океанов.

Все воды Земли  непрерывно участвуют в круговороте, образуя замкнутую систему океан - атмосфера - суша. Скорость водообмена колеблется в широких пределах. Медленнее всего возобновляются подземные воды (около 5 тысяч лет),а обмен речных вод происходит 32 раза в течение года.

В нашей стране ресурсы пресной воды неравномерно распределены по территории России. Свыше 86% поверхностных вод сосредоточено в северных и восточных районах страны.

Промышленность, сельское хозяйство, коммунально-бытовое  хозяйство городов являются потребителями  большого количества воды. В Москве с учётом потребностей промышленности расход воды на одного человека составляет 650 литров в сутки. Во многих местах земного шара пресная вода становится дефицитом.

С каждым годом  всё большее значение в водоснабжении  отраслей хозяйства начинают приобретать  подземные воды. Запасы этих вод на планете огромны, но не все воды легко доступны человеку. Те подземные воды, которые в настоящее время доступны для использования, различаются по температуре и химическому составу. Есть горячие воды с температурой свыше 100-150 градусов по Цельсию и холодные, с температурой ниже 20 градусов по Цельсию, пресные, содержащие менее одного грамма солей на литр воды, рассолы, содержащие более 100 грамм растворённых веществ на литр воды и используемые для получения ценных элементов брома, йода и др. Подземные воды служат источником питания рек, водоснабжения городов и промышленных предприятий, орошения и обводнения пастбищ. Термальные воды подземных источников можно использовать для теплоснабжения городов, создания рыбоводных предприятий, геотермических станций и так далее.

В Средней Азии и Западно-Сибирской низменности  находятся большие запасы пресных  вод, которые широко используют.

Пресную воду можно  получать из солёной морской воды. Опреснением воды человечество занимается уже давно. Более 100 лет назад построена крупнейшая промышленная опреснительная установка в Чили. В 1968 году установок было более 80,а к 1973 году только в США было разработано около 330 промышленных установок суммарной мощностью примерно 20000 кубических метров воды в сутки.

В СССР в 1973 году была введена в эксплуатацию атомная электростанция на полуострове Мангышлак, большую часть энергии которой используют для опреснения солёной воды.

Для удаления запахов  водорослей воду пропускают через активированный уголь, фильтруют через фильтры  с мраморной крошкой для обогащения карбонатом кальция, затем её фторируют и разбавляют минерализованной водой. После этих процедур вода идёт на нужды города.

В настоящее  время существует много способов опреснения воды: искусственное вымораживание, биологические методы с применением микробов, выборочно поглощающих различные соли, и так далее. Особый интерес представляет получение пресной воды с помощью магнитов. При этом вода становится не только пресной, но и приобретает особые свойства: увеличивается скорость химических реакций, улучшается слипание твёрдых частиц, кристаллизация минеральных примесей происходит настолько быстро, что приводит к уменьшению частиц накипеобразующих солей, что позволяет применять воду многократно в замкнутых технологических процессах, увеличивать срок службы водогрейных котлов, удалять из воды трудноосаждаемые тонкие взвеси. 

Загрязнение природных вод.

Отработанные  воды промышленных предприятий, насыщенные примесями, возвращаются в водные бассейны. Эти примеси могут быть твёрдыми, жидкими, находиться в растворённом, взвешенном и коллоидном состоянии. Сброс органических веществ (углеводородов) в чрезмерно больших количествах приводит к обеднению воды кислородом и отравлению её продуктами разложения. Отходы нефтепереработки образуют плёнку на поверхности воды, препятствующую проникновению в неё кислорода воздуха. Среди продуктов распада под действием анаэробных бактерий имеются вредные вещества, содержащие амины, метан, серу и фосфор. Соли меди, цинка, свинца, никеля, цианиды, фтористые соединения, содержащие в отработанных водах химической промышленности, чёрной и цветной металлургии, действуют на всё живое в воде водоёмов. Они снижают интенсивность окислительных реакций, останавливают различные биохимические процессы, вызывая нарушение координации движений и удушье водных организмов.

Очень опасно загрязнение  моющими синтетическими средствами, которые снижают способность  вод к насыщению кислородом, парализуют деятельность бактерий, разрушающих  органические вещества.

Ежегодно в  реки сбрасывается до 160 кубических километров промышленных сточных вод, которые загрязняют до 2000 кубических километров природной воды. В Англии загрязнены почти все реки. В Японии в реку Дзицу были сброшены сточные воды, загрязнённые кадмием. Крестьяне, не зная об этом, использовали отравленную воду для орошения полей, и появилась странная болезнь "больно-больно". Люди умирали в страшных мучениях, так как кадмий обладает способностью накапливаться в организме и вызывать размягчение костных тканей. Достаточно было заболевшему кашлянуть, чихнуть, чтобы вызвать переломы костей. В сельском хозяйстве США ежегодно применяют около 400 тысяч килограммов ртути доя борьбы с вредителями сельского хозяйства. Особенно пострадали от этого жители города Аламагордо (штат Нью-Мексико).Стоки отравили рыбу, пастбища, и в результате ртуть попала в организм людей.

Загрязнение природной  среды радиоактивными веществами может  быть в результате ядерных (термоядерных) взрывов, работы энергетических ядерных  установок, научных учреждений, ведущих исследования радиоактивных веществ, а также при работе предприятий, где добывают, перерабатывают радиоактивное вещество. Количество и состав радиоактивных отходов разнообразен. По агрегатному состоянию различают газообразные, жидкие и твёрдые радиоактивные отходы. Загрязнения радиоактивными веществами, которые содержатся в твёрдых отходах, весьма малы, и могут быть лишь при грубых нарушениях санитарного законодательства, например при сбросах отходов в овраги. Газообразные отходы строго регламентированы и находятся под контролем, поэтому практическая значимость загрязнения невелика. Наибольшую опасность представляют жидкие радиоактивные отходы.

Однако в результате совершенствования технологии сточные  воды подвергаются многократной обработке, и они не представляют серьёзной угрозы.

Искусственные и естественные радиоактивные изотопы  встречаются в атмосфере, в почвах, в водах морей и океанов, рек  и озёр, в растениях и в организме  животных и человека в ничтожно малых  количествах. Повышение содержания радиоактивных изотопов в отдельных частях биосферы или изменение их качественного состава оказывает неблагоприятные воздействия на протекающие в природе жизненные процессы. Поэтому необходимо знать степень радиоактивности внешней среды. Решение этой задачи связано с определением в различных объектах малых концентраций радиоактивных веществ.

В настоящее  время известны некоторые методы сбора проб радиоактивных продуктов, попадающих в различные объекты  внешней среды.

В России расчёт ДК радиоактивных веществ в воде поверхностных водоёмов проводят по исходному значению предела годовой дозы, установленной отечественным санитарным законодательством для отдельных групп населения. При обосновании ДК учитывают пути воздействия и их совокупность, сочетание внутреннего и внешнего облучения. Контроль за радиологической чистотой ведут на станции планирования, проектирования и строительства предприятий, которые потенциально могут быть источниками загрязнения водоёмов радиоактивными веществами и в процессе эксплуатации.

Текущий контроль включает оценку загрязнения сточных вод, состояние, поверхности водоёма, атмосферы, сельскохозяйственных культур местного производства и так далее. Методика контроля зависит от формирования жидких радиоактивных отходов, применяемых способов их обезвреживания, путей удаления, качественной и количественной характеристики, поэтому в каждом отдельном случае контроль за сточными водами состоит в определении химического состава, их количества и ритма удаления. Существенное значение представляет выявление в процессе контроля масштабов возможного распространения радиоактивных загрязнении по реке, на прибрежной территории. Действенный контроль за соблюдением санитарного законодательства, которое регламентирует содержание радиоактивных загрязнении, является основным способом, обеспечивающим безопасность населения и охрану окружающей среды от загрязнений.

В результате поступления  в воду водоёмов отработанных подогретых вод тепловых и атомных электростанций может возникнуть явление теплового  загрязнения. Повышение температуры природных вод в районах сброса отработанных тёплых вод активизирует биологические процессы водоёма,

увеличивает содержание в нём органических веществ за счёт вспышки в развитии фото- и  зоопланктона. Резкое повышение температуры  воды в водоёме может привести даже к гибели водных организмов. Особенно чувствительны к изменению температуры воды тропические организмы, икра и молодь рыб. Предложены методы расчёта теплового баланса отработанных вод, которые позволят при проектировании ТЭС предупредить тепловое загрязнение водоёмов. В перспективе отработанные тёплые воды энергетических установок можно широко использовать для искусственного разведения рыбы.

В воды Мирового океана со стоком рек ежесекундно  вливается около 1 миллиона кубических метров пресных вод. Сточные воды, сброшенные в реки, в конечном счёте также попадают в воду морей и океанов.

Окислительные процессы в морской воде протекают  медленнее, чем в пресной. Продуцирующая  деятельность океана ограничивается пятидесятиметровым слоем воды, где кислород, потребляемый при дыхании, компенсируется вырабатываемым здесь кислородом а процессе фотосинтеза. Плотность морской воды выше, чем плотность сточных вод, поэтому сточные воды растекаются по поверхности моря и тонким слоем распределяются на большие расстояния. Особенно сильное загрязнение сточными водами наблюдается в прибрежной полосе, где процессы сомоочищения протекают очень медленно, так как микробы-минерализаторы, попадающие в море со сточными водами, погибают, а патогенные (болезнетворные) микробы, встречая благоприятные условия, наоборот, размножаются.

Особенно опасны для биологических ресурсов морей  и океанов нефть и нефтепродукты, оказывающие вредное воздействие  на морские организмы. Некоторые  планктонные водоросли в воде, содержащей нефть и нефтепродукты, теряют способность к размножению и гибнут. Из-за загрязнения нефтью ежегодно гибнет большое количество птиц и рыбы. Взрослые рыбы могут избегать места сильного загрязнения, но даже после непродолжительного пребывания в таких районах они теряют свои товарные качества и не могут быть использованы в пищу из-за неприятного запаха и привкуса.

Мировой океан  превращается в гигантскую свалку. В северной части Тихого океана плавает 35 миллионов пустых бутылок и  сосудов из пластмассы. Со сточными водами в моря и океаны попадают пестициды (химические средства, используемые для борьбы с вредителями),отрицательно влияющими на жизнедеятельность морских организмов. Загрязнение вод Мирового океана продуктами радиоактивного распада особенно опасно, так как они концентрируются в растениях, тканях рыб и моллюсков. Содержание стронция 90 и цезия 137 в них может быть в 20-30 раз, а в растениях в 1200 раз больше, чем в окружающей морской воде. Употребление в пищу заражённых рыб, растений и моллюсков представляет большую опасность для человека.

В последнее  время моря и океаны интенсивно вовлекаются  в сферу мирового производства. В  связи с удорожанием некоторых  ресурсов суши растут темпы освоения ресурсов океана. Около 30 стран ведут  нефтегазовый промысел непосредственно  в море. Ресурсы морей и океанов нельзя отнести к неисчерпаемым, особенно, если только брать и загрязнять. Загрязнение европейских морей промышленными и коммунальными отходами в последнее время приобрело катастрофические масштабы.

Это привело  к исчезновению в них некоторых видов полезной флоры и фауны. 
 

Характеристика  сточных вод.

Сточные воды подразделяют на хозяйственно-бытовые, ливневые (атмосферные) и промышленные.

Хозяйственно-бытовые  сточные воды образуются при мытье  посуды, уборке помещений, приготовлении пищи, стирке белья и так далее. В них содержатся органические и неорганические примеси, патогенные организмы.

Атмосферные, или  ливневые, воды в основном загрязнены пылью, песком, а в больших городах  мазутом, бензином и другими нефтепродуктами.

Промышленные сточные воды образуются на заводах, фабриках при промывке, охлаждении оборудования, при использовании воды в технологических процессах. Промышленные сточные воды некоторых производств требуют индивидуальной очистки, так как в них могут содержаться ядовитые вещества, которые оказывают губительное действие на активный ил аэротенков и затрудняют биологическую очистку.

Сточные воды на машиностроительных предприятиях подразделяются на:

а) чистые воды, которые можно использовать в  оборотных системах без очистки;

б) химически  загрязнённые, которые требуют специальной  очистки в зависимости от состава  загрязнений (тяжёлые металлы, концентрированные  растворы кислот, щелочей и так  далее); повторное использование  этих сточных вод возможно, например, для мойки территорий, машин, орошения скрубберов при пылеулавливании и для других целей;

в) сточные воды, загрязнённые нефтепродуктами и  взвешенными веществами; после очистки  их можно использовать в производстве повторно.

В сточные воды машиностроительных заводов попадает большое количество смазочно-охлаждающих  жидкостей (СОЖ),которые содержат минеральные  масла, спирты, мыла, соду и требуют  обязательную цикловую очистку на производстве по следующей приблизительной схеме: механические примеси отделяются магнитным способом, свободные масла - в отстойниках. После обезвреживания хлористым кальцием доочистку можно производить на биологических сооружениях.

Отработанные  травильные растворы металлообрабатывающей  промышленности загрязняют почву, грунтовые воды, кроме того, безвозвратно теряется серная кислота и другие ценные продукты, поэтому предварительная очистка непосредственно на предприятии обязательна.

На заводе стальных конструкций в городе Волжске  построена промышленная установка по получению микроудобрений из травильных растворов. Для этого шлаки перемешивают с травильными растворами с целью перевода содержащихся в них кальция, магния, никеля и других веществ в сульфиды. Массу сушат и получают микроудобрения, хорошо усваиваемые растениями.

Контроль  за качеством вод.

Водоёмы используют для водоснабжения населения, промышленности, сельского хозяйства, для разведения  рыбы, перевоза грузов водным транспортом, выработки электроэнергии и отдыха. Кроме того, водоёмы служат естественными приемниками хозяйственно-бытовых, промышленных и сельскохозяйственных сточных вод.

Питьевая вода должна быть безвредна для человека, иметь хорошие органолептические  свойства, которые характеризуются  интенсивностью допустимого изменения  запаха, вкуса и цвета. Концентрация химических веществ, попадающих в источники со стоками, не должна превышать допустимых норм, установленных Министерством здравоохранения РФ для источников централизованного водоснабжения.

Качество воды всё время контролируется в местах забора, перед поступлением в водопроводную сеть, в процессе обработки и на очистных сооружениях. Для оценки качества воды при использовании её в промышленных целях определяют:

1) сухой остаток,  характеризующий содержание солей  и коллоидно растворённых веществ;

2) прокалённый  остаток на содержание нелетучих  веществ;

3) электропроводность, характеризующую степень загрязнённости  воды электролитами;

4) биохимическую  потребность кислорода БПК5,характеризующую пятидневный расход кислорода, необходимого для разложения и окисления содержащихся в воде веществ, или интенсивность биохимических процессов;

5) величину водородного  показателя pH; для нейтральной среды pH=7,для кислой менее 7, для щелочной более7; pH в пределах нормы равен 6,8 - 7,3; отклонения от этих значений свидетельствуют о загрязнении воды органическими соединениями;

6) количество  грубодисперсных веществ (глины,  песка и других пород);

7) наличие кремниевой  кислоты, которая способствует  образованию трудноудаляемой накипи, поэтому этот показатель важен  при использовании воды в теплообменных устройствах.

Аналитический контроль сточных вод промышленных предприятий заключается в оценке их органолептических свойств (запаха, вкуса, цвета),в определении мутности (или прозрачности) и концентрации взвешенных веществ. Кроме того, определяют общие показатели качества вод (солесодержание, жёсткость, содержание прокалённого остатка, температуру, pH, кислотность, щёлочность, бихроматную окисляемость (ХПК), перманганатную окисляемость (БПК),содержание эфирорастворимых веществ),содержание органических веществ (остаточного хлора, аммония, неорганических анионов,

кислорода, металлов, кремнекислоты),а также определяют содержание нефтепродуктов, синтетических  поверхности активных веществ и  полиакриламидов.

Для приборного анализа сточных вод используют спектрофотометр "Сатурн", позволяющий определять концентрации тяжёлых металлов (Ba,Ca,K,Pb,Co) и кварцевые спектрофотометры СФ-4,СФ-44, СФ-Ф6 и СФ-18 с автоматической записью для определения количества нефтепродуктов, красителей, фенолов. Спектрофотометрический метод анализа применяют также для определения мочевины, содержащейся в сточных водах химических предприятий.

Количество отходов  целлюлозно-бумажной промышленности (лигнин и лигносульфоновые кислоты) определяют с помощью флуорометрического метода. Газохроматография позволяет определять общий и органический углерод, нефтепродукты и пестециды. За рубежом разработаны автоматические станции "Монитор", контролирующие содержание взвешенных веществ, хлоридов, растворённого кислорода и величину водородного показателя pH.

При автоматическом контроле, обеспечивающем получение  постоянной информации, можно управлять  технологическими процессами. В случае недостаточной очистки можно  прекратить сброс сточных вод  или подачу питьевой воды потребителям. 

Методы  очистки сточных вод.

Производственные  сточные воды по своему составу разнообразны. Присутствующие в них загрязнения  могут находиться в различных  агрегатных состояниях. Для выбора методов очистки сточных вод  и оборудования примеси, содержащиеся в воде, подразделяют на четыре группы.

1 группа - грубодисперсные  примеси - частицы почвы, песка,  глины, эмульсий, которые попадают  в водоёмы с промышленных предприятий,  а также в результате смыва  почв. На поверхности таких частиц  могут находиться патогенные микроорганизмы, вирусы, радиоактивные вещества.

Для удаления примесей этой группы используют физико-химические процессы, позволяющие с помощью  специальных веществ укрупнять  частицы с последующим их осаждением, проводить процесс адгезии - прилипания примесей к поверхности инертных материалов, а также использовать метод флотации, то есть выводить примеси в пену, которую специально создают в очистных сооружениях.

2 группа - коллоидные  примеси, которые находятся в  воде в виде тонкодисперсных  образований (золей или высокомолекулярных соединений). Вещества этой группы изменяют цвет воды. Для удаления этих примесей применяют коагулянты - вещества, вызывающие слипание и укрупнение частиц.

3 группа - растворённые  в воде газы и органические  соединения. Вещества этой группы придают во-де различные запахи, привкусы, окраску. Наиболее эффективные способы очистки: аэрирование - продувка воды воздухом, введение окислителей, под действием которых разрушается большинство примесей этой группы, и адсорбция - удаление примесей с помощью активированного угля, который впитывает (сорбирует) многие примеси.

4 группа - примеси  ионной степени дисперсности. Соли, кислоты, основания при поступлении  в воду распадаются на ионы. Очистка от примесей этой группы  сводится к связыванию ионов; можно применять также вымораживание и другие методы.

Эта классификация  позволяет обоснованно и целенаправленно  выбирать и компоновать очистные сооружения, применять вычислительные машины для решения сложных задач  водообработки.

Сточные воды очищают механическим, биологическим, обеззараживающим (дезинфекцией) и физико-химическим методами.

Для механической очистки применяют решётки, песколовки, отстойники, септики. Принцип удаления взвешенных веществ основан на различии удельных весов примесей и воды. Песколовки предназначены для осаждения песка, мелкого гравия и других минеральных примесей. Песколовки облегчают дальнейшую очистку сточных вод от органических загрязнений в остойниках, метантенках и других сооружениях.

Отстойники применяют  для выделения из сточных вод нерастворённых механических примесей и частично коллоидных загрязнений минерального и органического происхождения. Отстойники могут применять для предварительной очистки сточных вод с последующей биологической очисткой, а также и как самостоятельные сооружения, если по санитарным условиям достаточно отделение только механических примесей.

В последнее  время получили распространение  радиальные отстойники, которые представляют собой неглубокие резервуары диаметром  от 18 до 54 метров.

Септиками называют сооружения, в которых происходит осветление (отстаивание) и длительное хранение (от 6 до 12 месяцев) осадка, выпавшего из сточных вод, до полного его перегнивания. Септики имеют очень большие размеры, вода в них часто загрязняется сероводородом, поэтому применение их весьма ограничено.

Для биологической  очистки применяют аэротенки, биологические  фильтры, аэрофильтры, метантенки. Аэротенки  представляют собой глубокие проточные  резервуары длиной до 150 метров с отстойником. В аэротенках происходит постепенное уменьшение количества органических веществ, азота, аммонийных солей, нитритов за счёт разрушения их микроорганизмами - минерализаторами. Продолжительность пребывания сточной жидкости в аэротенке колеблется от 6 до 12 часов и зависит от количества подаваемого воздуха, микроорганизмов, находящихся в активном иле, который в виде хлопьев пронизывает всю толщу воды, и от степени загрязнённости сточной воды.

Биологические фильтры представляют собой сооружения (ёмкости) с засыпкой сыпучих материалов, через которые пропускают воду. Растворённые и коллоидные вещества сточных вод адсорбируются и разрушаются преимущественно аэробно, то есть с помощью микробов, которые могут жить только при наличии кислорода. На кусках шлака, щебня и других материалах вырастает биологически активная плёнка. В верхнем слое до 10 сантиметров развиваются инфузории, личинки насекомых, жгутиковые, на неорошаемых участках  сооружения разрастаются водоросли, на глубине свыше 15 сантиметров зона червей, которые прорывают ходы в шлаке, разрыхляют биологическую плёнку, переваривают и разлагают клетчатку, хитин.

В последнее  время всё чаще находят применение аэрофильтры, которые экономичнее  аэротенков, просты в эксплуатации, взрывобезопасны, их легко автоматизировать. Однако аэрофильтры восприимчивы к составу сточных вод и требуют большого количества воздуха для аэрации.

Очистительные пруды представляют собой неглубокие, до 1 метра, водоёмы, последовательно  соединённые между собой. Тысячи мельчайших организмов минерализуют органические соединения, зеркальный карп и утки предохраняют пруды от зелени (ряски).Очистительные пруды чувствительны к температуре, поэтому рационально их применять в южных районах.

Почвенные методы очистки проводят на полях орошения. При почвенной очистке помимо бактерий в очистке участвуют простейшие беспозвоночные микроорганизмы. Бактерии минерализуют органические вещества, простейшие организмы уничтожают излишнее количество бактерий, беспозвоночные, дождевые черви, личинки, клещи разрыхляют почву и перерабатывают труднорасщепляемые органические вещества (целлюлозу, хитин).После почвенной очистки вода не содержит яиц гельминтов, обеднена бактериями, поэтому не надо проводить фильтрование воды через песчаные фильтры для очистки от гельминтов.