Защита гидросферы

Содержание

Введение		2
1.	Гидросфера. Её роль на Земле	4
	Основные источники загрязнения гидросферы	8
	Виды загрязнения воды	11
2.	Защита гидросферы	13
	2.1. Экозащитные мероприятия	15
	2.2. Показатели качества  воды	16
	2.3. Методы очистки сточных вод	17
3.	Расчёт выпусков сточных вод в водоёмы	20
Заключение		22
Список используемой литературы		24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Тема моего реферата «Защита гидросферы. Расчёт сточных вод в водоёмы». В нём я рассмотрю проблемы загрязнения гидросферы, основные виды и источники загрязнения, способы очистки сточных вод и мероприятия по защите гидросферы.

Вода - одно из самых удивительных веществ на нашей планете. Мы можем видеть её в твёрдом (снег, лёд), жидком (реки, моря) и газообразном (пары воды в атмосфере) состояниях. Вся живая природа не может обойтись без воды, которая присутствует во всех процессах обмена веществ. Все вещества, поглощаемые растениями из почвы, поступают в них только в растворённом состоянии. Вообще вода – инертный растворитель, то есть растворитель, который не изменяется под воздействием веществ, которые растворяет. Именно в воде когда-то зародилась жизнь на нашей планете. Благодаря мировому океану происходит терморегуляция на нашей планете. Без воды не может жить человек. Наконец, в современном мире вода – один из важнейших факторов, определяющих размещение производственных сил, а очень часто и средство производства. Итак, важность воды и гидросферы – водной оболочки Земли, невозможно переоценить.

В настоящее время проблема загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод и т.д.) является наиболее актуальной, т.к. всем известно выражение - «вода - это жизнь». Без воды человек не может прожить более трех суток, но, даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами. Ткани живых организмов на 70% состоят из воды, и поэтому В.И.Вернадский определял жизнь как живую воду. Воды на Земле много, но 97% - это солёная вода океанов и морей, и лишь 3% - пресная. Из них три четверти почти недоступны живым организмам, так как эта вода «законсервирована» в ледниках гор и полярных шапках (ледники Арктики и Антарктики). Это резерв пресной воды.

Цикл воды в биосфере до развития цивилизации был равновесным, океан получал от рек столько воды, сколько расходовал при её испарении. Если не менялся климат, то не мелели реки и не снижался уровень воды в озёрах. С развитием цивилизации этот цикл стал нарушаться, в результате полива сельскохозяйственных культур увеличилось испарение с суши. Реки южных районов обмелели, загрязнение Мирового океана, и появление на его поверхности нефтяной плёнки уменьшило количество воды, испаряемой океаном. Всё это ухудшает водоснабжение биосферы. Более частыми становятся засухи, возникают очаги экологических бедствий, например, многолетняя катастрофическая засуха в зоне Сахеля. Кроме того, и сама пресная вода, которая возвращается в океан и другие водоёмы с суши, часто загрязнена, практически не пригодной для питья стала вода многих рек России. Прежде неисчерпаемый ресурс - пресная чистая вода - становится исчерпаемым. Сегодня воды, пригодной для питья, промышленного производства и орошения, не хватает во многих районах мира.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Гидросфера. Её роль на Земле.

Гидросфера (от греч. hydor - вода и sphaira - шар) - прерывистая водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и твёрдой земной корой (литосферой) и представляющая собой совокупность океанов, морей и поверхностных вод суши. В более широком смысле в состав гидросферы включают также подземные воды, лёд и снег Арктики и Антарктики, а также атмосферную воду и воду, содержащуюся в живых организмах. Гидросфера покрывает около 70,8% земной поверхности. Объем гидросферы — 1370,3 млн. км3, что составляет примерно 1/800 объема планеты. 98,3% массы гидросферы сосредоточено в Мировом океане, 1,6% — в материковых льдах.

Основная масса воды гидросферы сосредоточена в морях и океанах, второе место по объёму водных масс занимают подземные воды, третье — лёд и снег арктических и антарктических областей. Поверхностные воды суши, атмосферные и биологически связанные воды составляют доли процента от общего объёма воды гидросферы (см.табл.1).

Количество пресных вод в гидросфере, доступных для использования, около 0,3%, однако речные и пресные подземные воды зоны водообмена интенсивно возобновляются в процессе общего круговорота воды, что позволяет при рациональной эксплуатации использовать их неограниченно долгое время. Наиболее быстро обновляются биологические воды, входящие в состав растений и живых организмов и атмосферные воды. Наиболее продолжительный период (тысячи, десятки и сотни тысяч лет) приходится на возобновление ледников, глубоко залегающих подземных вод, вод Мирового океана.

Современная гидросфера - результат длительной эволюции Земли и дифференциации её вещества. Гидросфера - незамкнутая система, между водами которой существует тесная взаимосвязь, обусловливающая единство гидросферы как природной системы и взаимодействие её с другими геосферами. Поступление воды в гидросферу из атмосферы и литосферы происходит непрерывно, также как и удаление воды из гидросферы. Захоронение вод в литосфере распространяется на целые геологические периоды (десятки млн. лет). В гидросфере происходят также разложение и синтез воды. Благодаря круговороту воды различных масштабов и продолжительности (океан - материк, внутриматериковый круговорот, круговороты в пределах отдельных бассейнов рек, озёр, ландшафтов и т.д.) она представляет собой единое целое. Все формы круговорота воды составляют единый гидрологический цикл.

Управление круговоротом воды, его использование для нужд народного хозяйства - важная научная проблема, имеющая большое экономическое значение. Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, тем не менее, играют важнейшую роль в жизни нашей планеты, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения.

Таблица 1. Виды вод гидросферы

Виды вод	Название	Объём, млн. км3	Количество по отношению к общему объёму гидросферы, %
Морские воды	Морская	1370	94
Подземные (за исключением почвенной) воды	Грунтовая	61,4	4
Лёд и снег (Арктика, Антарктика, Гренландия, горные ледниковые области)	Лёд	24,0	2
Поверхностные воды суши: озёра, водохранилища, реки, болота, почвенные воды	Пресная	0,5	0,4
Атмосферные воды	Атмосферная	0,015	0,01
Воды, содержащиеся в живых организмах	Биологическая	0,00005	0,0003

 

 

В гидросфере впервые зародилась жизнь на Земле. Лишь в начале палеозойской эры началось постепенное переселение животных и растительных организмов на сушу.

Многие учёные высказывают суждение о том, что кровь человека и животных повторяет химический состав той среды, из которой в далёком прошлом произошла жизнь. Вода является важной составной частью всех компонентов биосферы и одним из необходимых факторов существования живых организмов, все без исключения живые существа содержат в своём организме приблизительно 80% воды (по весу). Подавляющая часть воды, входящей в живые организмы (биологической воды), проходит через живые организмы в результате обмена веществ – метаболизма. Без воды жизни нет: при обезвоживании организма на 10% человек теряет сознание, а на 12 - 20% - погибает (без воды человек может жить не более 5 суток). По выражению французского естествоиспытателя Э. Реймон-Дюбуа, "живые организмы есть не что иное, как "одушевлённая вода".

Вода является обязательным компонентом практически всех технологических процессов как сельскохозяйственных, так и промышленных производств. Она выступает то как сырьё, то как теплоноситель, то как транспортная система, то как растворитель и как среда, удаляющая отходы производства. Вода - самое распространенное неорганическое соединение на нашей планете, основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода в главном движущем процессе на Земле – фотосинтезе. Вода как "жизненный" растворитель, то есть растворитель, в котором осуществляются все жизненно важные процессы, отвечает трём необходимым требованиям:

- амфотерности (способность проявлять кислотные и основные свойства);

- химической активности без изменения природы растворяемого вещества;

- высокой диэлектрической проницаемости (электропроводность), огромной теплоемкости и теплопроводности.

Другого такого растворителя в природе не существует.

Мировой океан является лёгкими планеты, поскольку продуцирует своим фитопланктоном половину всего кислорода атмосферы. Мировой океан является регулятором климата на нашей планете: холодные воды на полюсах поглощают углекислый газ из воздуха и отдают его в нагретых тропических и экваториальных водах. Мировой океан является самым сильным поглотителем солнечной энергии (поглощает в 2-3 раза больше, чем суша); от поверхности океана отражается всего 8% падающей энергии. Как следствие, средняя температура поверхности океана на 3,6 0С больше температуры поверхности земли.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Основные источники загрязнения гидросферы.

Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водоёмах в связи со сбрасыванием в них жидких, твердых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду данных водоёмов опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения. Подсчитано, что ежегодно в мире сбрасывается более 420 км3 сточных вод.

Загрязнение рек, озёр, морей и даже океанов происходи с нарастающей  
скоростью, так как в водоёмы поступает огромное количество взвешенных и растворённых веществ (неорганических и органических).  
    Основными источниками загрязнения природных вод являются:

1. атмосферные  воды,  несущие  вымываемые  из  воздуха  поллютанты  
   (загрязнители) промышленного происхождения. При стекании по склонам атмосферные  и  талые  воды  дополнительно  увлекают  с  собой  органическое  и минеральное  вещество. Особенно  опасны  стоки  с  городских  улиц,  промышленных площадок, несущие нефтепродукты, мусор, фенолы, кислоты и др.
2. городские  сточные  воды,  включающие  преимущественно  бытовые  
   стоки,  содержащие  фекалии,  детергенты (поверхностно-активные  моющие средства), микроорганизмы, в том числе патогенные.
3. промышленные  сточные  воды,  образующиеся  в  самых  разнообразных отраслях производства, среди которых наиболее активно потребляют воду черная металлургия, химическая, лесохимическая, нефтеперерабатывающая промышленности.

С развитием промышленности и увеличением потребления воды растет и  количество жидких  отходов –  сточных  вод.  Еще  в 60-х годах XX века ежегодно  в мире образовывалось около 700 млрд. м3 сточных вод. Примерно 1/3 из них – промышленные сточные воды, загрязненные различными веществами. Только половина  промышленных  жидких  отходов  подвергалась  очистке  тем  или иным  способом.  Другая  половина  сбрасывалась  в  водоемы без какой-либо очистки.

 

    При технологических  процессах появляются следующие основные виды вод: 
       1. Реакционные  воды,  загрязненные  как исходными  веществами,  так и     

      продуктами  различных реакций;

2. Воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах (свободная или связанная вода);
3. Промывные воды – после промывки сырья, продуктов, оборудования;
4. Водные экстрагенты и абсорбенты;
5. Охлаждающие воды, не соприкасающиеся с технологическими продуктами и использующиеся в системах оборотного водоснабжения;
6. Бытовые воды из предприятий питания, прачечных, душевых, туалетов, после мытья помещений и т.д.;
7. Атмосферные осадки, стекающие с территорий промышленных предприятий, загрязнённые различными химическими веществами.

В сточных водах гидролизной промышленности присутствуют спиртовые  и фурфурольные (альдегидные)  компоненты,  последрожжевая  бражка,  сивушные, эфироно - альдегидные и скипидарные фракции, различные кислоты.

Источником загрязнения водных экосистем является и сельское хозяйство. Во-первых, повышение урожайности, продуктивности  земель неизбежно связано с применением удобрений и ядохимикатов (пестицидов). Попадая на поверхность почвы, они смываются с нее и оказываются в водоемах. Во-вторых, животноводство  связано  с  образованием больших масс мертвой  органики (навоза, подстилки), мочевины, которые опять-таки могут оказываться в водных объектах. Эти отходы неядовиты, но их массы огромны (вспомним, что получение 1 кг мяса «стоит» 70-90 кг кормов) и, несмотря на их нетоксичность,  они  ведут  к  тяжелым  последствиям  для  водных  экологических систем.

Большую  опасность  представляют  загрязнения  вод  радиоактивными веществами.  Взвешенные  твердые  частицы  способствуют  образованию  стабильных  водных  суспензий,  при  этом  ухудшаются  прозрачность  и  внешний вид воды, снижается активность фотосинтеза водных растений.  
     Загрязняют воду  теплые  сточные воды от предприятий  теплоэнергетики, поскольку при этом меняется температурный режим в водном объекте, а затем может возникать несоответствие его санитарным требованиям. 
     Загрязнение рек, озер, морей и даже океанов принимает  такие размеры, что во многих районах превышает их способность к самоочищению. Уже сейчас в некоторых странах начинает ощущаться нехватка пресной воды.  
    Загрязнение  водных  систем  представляет  большую  опасность,  чем  загрязнение атмосферы, по следующим причинам:

• процессы регенерации, или самоочищения, протекают в водной среде гораздо медленнее, чем в воздухе;
• источники загрязнения водоемов более разнообразны.

Естественные процессы, осуществляющиеся в водной  среде и подвергающиеся действию  загрязнений,  более  чувствительны  сами  по  себе  и  имеют  большее  значение  для обеспечения жизни на Земле, чем те, которые протекают в атмосфере.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Виды загрязнений воды.

Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют по-разному, в зависимости от подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют механическое, химическое, физическое и биологическое загрязнение:

• механическое загрязнение - повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений;
• химическое загрязнение - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксичного действия;
• бактериальное и биологическое загрязнение - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей;
• радиоактивное загрязнение - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах;
• тепловое загрязнение - выпуск в водоемы подогретых вод предприятий, тепловых и атомных ЭС.

Химическое загрязнение наиболее распространенное. Оно создает изменение естественных химических свойств воды за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые доли), так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, ПАВы, пестициды).

Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам.

Токсический эффект некоторых наиболее распространенных загрязнителей гидросферы представлен в таблице 2.

Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продукцию морских экосистем, подавляя развитие фитопланктона. Отходы, содержащие ртуть, обычно концентрируются в донных отложениях или заливах рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее включением в трофические цепи водных организмов, а затем и человека. Так, известность приобрела «болезнь Минамата», впервые обнаруженная японскими учеными у людей, употреблявших в пищу рыбу, выловят ну в заливе Минамата, в которую бесконтрольно сбрасывали промышленные стоки с техногенной ртутью.

Таблица 2.Токсический эффект некоторых загрязнителей гидросферы

Вещество	Планктон	Ракообразные	Моллюски	Рыбы
1) Медь	+++	+++	+++	+++
2) Цинк	+	++	++	++
3) Свинец	-	+	+	+++
4) Ртуть	++++	+++	+++	+++
5) Кадмий	-	++	++	++++
6) Хлор	-	+++	++	+++
7) Роданиды	-	++	+	++++
8) Цианид	-	+	++	++++
9) Фтор	-	-	+	++
10) Сульфид	-	++	+	+++

 

Примечание (степень токсичности):

- отсутствует;

+ очень слабая;

++ слабая;

+++ сильная;

++++ очень сильная;

 

Кроме перечисленных в таблице веществ, к опасным для водной среды можно отнести неорганические кислоты и щелочи, обусловливающие широкий диапазон рН промышленных стоков (1,0 -11,0), способных изменять рН водной среды до значения ниже 5,0 или выше 8,5, тогда как рыба в пресной и морской воде может существовать только в интервале рН 5,0 - 8.

 

 

2. Защита гидросферы.

В настоящее время  почти любой вопрос по отношению к воде регламентирован законодательными актами:

1. Водный кодекс Российской Федерации от 3 июня 2006 г. N 74-ФЗ (с изменениями от 4 декабря 2006 г., 19 июня 2007 г., 14, 23 июля 2008 г., 24 июля, 27 декабря 2009 г., 28 декабря 2010 г., 11, 18, 19, 21 июля, 21 ноября, 6, 7 декабря 2011 г., 25 июня, 28 июля 2012 г., 7 мая, 2 июля, 21 октября, 28 декабря 2013 г.).

2. Федеральный закон от 6 мая 1998 г. N 71-ФЗ "О плате за пользование водными объектами" (с изменениями от 30 марта 1999 г., 7 августа 2001 г., 30 декабря 2001 г., 24 декабря 2002 г., 23 декабря 2003 г., 29 июня 2004 г., 29 июня 2006г.).

3. ФЗ о питьевой воде.

4. Об усилении надзора за производством и оборотом минеральной и питьевой воды.

5. ЗАКОН РФ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» от 30 марта 1999 г. № 52-ФЗ.

6. Постановление Правительства Российской Федерации № 219 от 10 апреля 2007 г. «Об утверждении Положения об осуществлении государственного мониторинга водных объектов».

7. Постановление Правительства Российской Федерации от 23 июля 2007 г. № 469 «О порядке утверждения нормативов допустимых сбросов веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей» и т.д.

Кроме них различные функции управления водными ресурсами страны осуществляют Государственные комитеты по гидрометеорологии, охране окружающей среды, горному надзору, министерства геологии, рыбного хозяйства, здравоохранения, морского флота, республиканские министерства речного флота и жилищно-коммунального хозяйства, а также ряд других министерств и ведомств, деятельность которых в той или иной степени связана с водными ресурсами. Но, не смотря на обилие законодательных актов и различных комитетов по защите водных ресурсов, состояние гидросферы на нашей планете находится не в лучшем, если не сказать в плачевном, состоянии. Обладающие правами управлять, контролировать, планировать, финансировать, использовать и охранять водные объекты и ресурсы, не могут согласовать действия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1 Экозащитные мероприятия.

Для защиты поверхностных вод от загрязнения предусматриваются следующие экозащитные мероприятия:

• развитие безотходных и безводных технологий, внедрение систем оборотного водоснабжения – создание замкнутого цикла использования производственных и бытовых сточных вод, когда сточные воды все время находятся в обороте, и попадание их в поверхностные водоемы исключено;

• очистка сточных вод;

• очистка и обеззараживание поверхностных вод, используемых для водоснабжения и других целей.

Главный загрязнитель поверхностных вод – сточные воды, поэтому разработка и внедрение эффективных методов очистки сточных вод является актуальной и экологически важной задачей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Показатели  качества воды.

Состав природных вод оценивается физическими, химическими и санитарно-бактериологическими показателями.

Физические показатели:

·         температура;

·         цветность – показатель, обусловленный наличием в воде гуминовых кислот, присутствием соединений железа;

·         запахи и привкусы – органолептические показатели качества воды. Запахи вызывают летучие пахнущие вещества. Мутность обусловлена присутствием нерастворенных и коллоидных веществ неорганического (глина, песок) и органического (ил, нефтепродукты, микроорганизмы) происхождения.

Химические показатели:

·         ионный состав – общее солесодержание природных вод определяется в большинстве случаев катионами Na+, K+, Ca2+, Mg2+ и анионами SO42–, HCO3–, Cl–;

·         содержание железа и марганца;

·         щелочность;

·         жесткость;

·         рН среды: вода хозяйственно-питьевого назначения имеет рН = 6,5–8,5;

·         содержание растворенных газов О2, СО2, Н2S и др.

Санитарно-биологические показатели:

·         коли-индекс – число бактерий Е.Coli в 1 л воды (≤3);

·         коли-титр – наименьший объем воды (в мл), содержащий 1 кишечную палочку;

·         микробное число – общее число аэробных сапрофитов, служит для оценки загрязненности органическими веществами.

 

 

 

 

 

2.3 Способы  очистки сточных вод.

Существует три основных способа очистки воды:

• механический;
• физико-химический;
• биологический.

Механическая очистка

Используется для удаления из сточных вод взвешенных веществ (песок, глинистые частицы, волокна и т.д.). В основе механической очистки лежат четыре процесса:

• процеживание,
• отстаивание,
• обработка в поле действия центробежных сил,
• фильтрование.

Процеживание реализуют в решетках и волокноуловителях; применяют для удаления из сточных вод крупных и волокнистых включений (сточные воды целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности).

Отстаивание основано на свободном оседании примесей с плотностью ρ > ρ воды или всплытии примесей с ρ < ρ воды. Процесс реализуется в песколовках, отстойниках, жироулавливателях. Песколовки используют для очистки сточных вод от частиц металла и песка размером более 250 мкм. Отстойники используют для очистки сточных вод от более мелких взвешенных частиц или жировых веществ, нефтепродуктов.

Очистка сточных вод в поле действия центробежных сил осуществляется в гидроциклонах и центрифугах. Механизм действия аналогичен механизму действия газоочистных циклонов.

Фильтрование используют для очистки сточных вод от тонкодисперсных примесей с малой их концентрацией. В основном используется два типа фильтров:

-  зернистые – в качестве фильтроматериала применяют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, сульфоуголь и др.;

- тканевые – фильтровальные перегородки изготавливаются из шерстяных, керамических, хлопчатобумажных материалов.

Физико-химическая очистка

Применяются для удаления из сточных вод растворимых примесей, а в ряде случаев – для удаления взвешенных веществ.