Экология и здоровье человека

     Деградация  природных вод связана в первую очередь с увеличением солесодержания. Количество минеральных солей в  водах постоянно растет, даже в  такой большой водной системе, как  бассейн реки Волги с ее притоками  Камой и Окой. В ряде небольших  рек, например, в Северном Донце, вода уже не пресная, а соленая. Средняя  минерализация рек Украины составляет 2–3 г/л. В настоящее время многие реки Урала не могут быть использованы как источники водоснабжения. Так, в Каму поступают промышленные стоки  с минерализацией 1,5–5,0 г/л.

     Основная  причина засоленности вод – истребление  лесов, распашка степей, выпас скота. Вода при этом не задерживается в  почве, не увлажняет ее, не пополняет  почвенные источники, а скатывается  через реки в море. В качестве мер, принятых в последнее время  для снижения засоленности рек, используется посадка лесов, предпринимаемая, например, в Саратовской области.

     Громаден  объем сброса дренажных вод. К 2000 г. он составит 25–35 км³. Системы орошения потребляют обычно 1–2 тыс. м³/га, их минерализация составляет до 20 г/л. Огромен вклад в минерализацию воды сброса промышленных стоков. По данным за 1996 г. в России объем промстоков был равен стоку такой большой реки, как Кубань.

     Наблюдается постоянный рост водопотребления как на производственные, так и на бытовые нужды. В среднем в городах с населением 1 млн человек, по данным США, потребляется 200 л/сутки воды на человека, по другим городам, л/с. (литр/сутки):

     Москва  – 400                              Лондон – 170

     С.-Петербург    – 500        Париж – 130

     Берлин  – 250                               Брюссель   –   85

     Водоемы (в частности, пруды) представляют собой  сложную экологическую систему, которая создавалась в течение  длительного времени. В них непрерывно протекает процесс изменения  состава примесей, приближающийся к  состоянию равновесия. Значительные отклонения от состояния равновесия могут привести к гибели популяций  водных организмов, т. е. к невозможности  возврата к состоянию равновесия, а это приводит к гибели экосистемы. Процессы, связанные с возвращением экосистемы к первоначальному состоянию, называются процессами самоочищения. К важнейшим из них относятся:

• осаждение грубодисперсных и коагуляция коллоидных примесей;
• окисление (минерализация) органических примесей;
• окисление минеральных примесей кислородом;
• нейтрализация кислот и оснований за счет буферной емкости воды водоема;
• гидролиз солей тяжелых металлов, приводящий к образованию малорастворимых гидроксидов и выделению их из раствора и др.

     Основные  характеристики сточных вод, влияющие на состояние водоемов: температура, минералогический состав примесей, содержание кислорода, мл, рН (водородный показатель), концентрация вредных примесей. Особенно большое значение для самоочищения водоемов имеет кислородный режим. Условия спуска сточных вод в водоемы регламентируются «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами». Сточные воды характеризуются следующими признаками:

• мутность воды – определяется с помощью мутномера: исследуемую воду сравнивают с эталонным раствором, который приготовлен из каолина (или из инфузорной земли) на дистиллированной воде, выражается в мг/л;
• цветность воды – определяется сравнением интенсивности окраски испытуемой воды со стандартной шкалой. Выражается в градусах цветности. В качестве стандартного раствора применяют раствор солей кобальта;
• сухой остаток – масса солей и веществ, которые остаются после выпаривания воды (мг/л);
• кислотность – измеряется в единицах рН. Природная вода обычно имеет щелочную реакцию (рН > 7);
• жесткость – зависит от содержания солей Са²⁺ и Mg²⁺. Различают три вида жесткости воды: общая, обусловленная содержанием солей кальция и магния независимо от содержания анионов; постоянная, обусловленная содержанием ионов С1^- и SO после кипячения в течение 1 ч (она не удаляется); устранимая (временная) – устраняется кипячением: Са (НСО₃) ₂ → СаСО₃ + СО₂ + Н₂О. Жесткость измеряется в мг-экв/л солей магния и кальция (1 мг-экв соответствует 28 мг СаО) и в градусах (1° – количество солей кальция и магния, соответствующее 10 мг СаО в 1 л воды). 1° жесткости = 10 мг-экв = 2,8° жесткости;
• растворимый кислород – зависит от температуры воды и барометрического давления, измеряется в мг/л;
• биологическая потребность в кислороде (БПК) – количество кислорода, поглощаемое микроорганизмами в сточных водах. За критерий оценки БПК принята величина уменьшения количества растворенного кислорода в воде в течение 5 или 20 суток при температуре 20°С.

     В зависимости от условий образования  сточные воды делятся на три группы:

• бытовые сточные воды – стоки душевых, прачечных, бань, столовых, туалетов, от мытья полов и т.д. Их количество в среднем составляет 0,5–2 л/с. с 1 га жилой застройки города, они содержат примерно 58% органических и 42% минеральных веществ;
• атмосферные сточные воды, или ливневые, их сток неравномерен: 1 раз в год – 100–150 л/с. с 1 га; 1 раз в 10 лет – 200–300 л/с. с 1 га. Особенно опасны ливневые стоки на промышленных предприятиях. Из-за их неравномерности затруднены сбор и очистка этих стоков;
• промышленные сточные воды – жидкие отходы, которые возникают при добыче и переработке сырья. Расход воды при этом исчисляют из удельного водопотребления на единицу продукции.

     Самым важным условием, необходимым для  того, чтобы биохимические процессы в водоеме протекали правильно  и обеспечивали самоочищение воды, является наличие в ней растворенного  кислорода. Если кислорода недостаточно, то высшие организмы погибают. Органические соединения вместо окисления подвергаются анаэробному разложению с выделением сероводорода, углекислого газа, метана и водорода, создающих вторичные загрязнения водоема.

     По  санитарным нормам (СНИП) значение БПК  в зависимости от типа природных  водоемов не должно превышать 3–6 мг О₂/лН₂О. В сточных водах БПК составляет от 200 до 3000 мг/л, поэтому при сбросе в водоемы промстоков необходимо их чистить или сильно разбавлять.

     Главным критерием качества воды и атмосферы  в нашей стране являются ПДК. Но они  установлены далеко не для всех веществ. Спуск в водоемы новых веществ, ПДК которых не определены, в нашей  стране запрещен. Кроме того, часто  используют значения ПДК не для сточных  вод, а для водоема. Таким образом, появляется возможность достичь  установленного ПДК простым разбавлением сточных вод, чем часто пользуются. Около половины сточных вод на Земле не подвергается специальной очистке перед сбросом в водоемы. Их обезвреживание заключается лишь в разбавлении чистой водой и самоочищении водоемов. Например, сточные воды заводов по производству полиэтилена и полистирола надо разбавлять в 30 раз; сточные воды от производства синтетического каучука – в 185 раз.

     В России ежегодно образуется около 21 км³ сточных вод, из них 16 км³ сливаются в Волгу или ее притоки. Выбросы Си, Zn, Сг превышают ПДК. Поэтому принято специальное постановление по защите окружающей среды в бассейнах Волги и Урала.

     Сбросы  сточных вод регламентируются также  величиной ПДС (предельно-допустимого  сброса) предприятия. В 90-х годах  в мире использовали 2000–3000 км³ пресных вод, т. е. примерно 30% устойчивого мирового стока рек. Чтобы не погибнуть, чистить воду придется всем странам. Кроме того, пресная вода, удобная для использования, распределена крайне неравномерно. В Европе и Азии, где проживает 70% населения Земли, мировых запасов речных вод очень мало. Гидроресурсы нашей страны велики, однако более 80% речного стока приходится на малонаселенные районы Севера и Востока. На Европейской части России проживает около 80% населения и на них приходится всего 20% гидроресурсов.

     Таким образом, влияние хозяйственной  деятельности человека на кругооборот  воды в природе привело к:

• сокращению количества воды в водоемах суши;
• росту водопотребления;
• исчерпанию самоочищающей способности водоемов;
• деградации природных вод.

     Выход из положения – создание замкнутых водооборотных систем. Помимо перечисленных выше факторов это связано с экономическими соображениями. Стоимость очистки сточных вод даже после значительного разбавления очень велика. Так, если принять стоимость 90% очистки за 1 условную единицу (у. е.), то очистка на 99% дороже в 10 раз (10 у. е.), а очистка на 99,9%, которая требуется чаще всего, будет дороже уже в 100 раз, т. е. составит 100 у. е. В результате локальная очистка сточных вод только от характерных для данного вида стоков загрязнений для их повторного использования в том же производстве оказывается существенно дешевле их полной очистки в соответствии с требованиями санитарных органов.

     Для характеристики замкнутых водооборотных  систем используется критерий кратности  использования воды в обороте:

     где   – общий объем воды, потребляемый предприятием (м³/ч; м³/г сырья или продукции);

     Q₃ – забор потребления свежей воды.

     Чем больше кратность использования, Тем  совершеннее схема водоснабжения. В США в 1995 г. среднее значение кратности равнялось 7,5. В России в 1995 г. критерий кратности использования воды по отраслям составлял:

     Нефтехимия   – 7,00

     Черная  и цветная металлургия – 5,25

     Пищевая промышленность – 3,00

     Теплоэнергетика   – 2,25

     Производство  стройматериалов – 1,60

     Легкая  промышленность  – 1,30

     В нашей стране планировалось довести  этот показатель в ближайшие годы до 7,00 в среднем по предприятиям, а в США – до 27.

     Создание  экономически радикальных замкнутых  систем водного хозяйства – весьма трудная задача. Сложный химический состав сточных вод, разнообразие содержащихся в них соединений делают невозможной  разработку универсальной бессточной технологической схемы. Можно говорить лишь об общих принципах создания и проектирования бессточных схем.

     Основные  положения создания водооборотных  систем:

     1. Разработка научно обоснованных  требований к качеству воды, используемой  во всех технологических процессах  и операциях. В подавляющем  большинстве случаев нет необходимости  в использовании воды питьевого  качества.

     2. Максимальное внедрение систем  воздушного охлаждения вместо водного. Здесь большую роль сыграло бы внедрение агрегатов большой единичной мощности. При этом высокоэнергетическое тепло используется для технологических целей, а низкоэнергетическое – для обогрева. Так, например, в результате внедрения установок воздушного охлаждения на предприятиях нефтепереработки потребление воды в среднем сократилось на 110–160 млн м³/год (Омский нефтеперерабатывающий завод и др.).

     3. Размещение на промышленных площадях  комплекса производств (так называемых  территориально-производственных комплексов  – ТПК) должно обеспечить возможность  многократного (каскадного) использования  воды в технологических процессах  и операциях.

     4. Последовательное многократное  использование воды в технологических  операциях должно по возможности  обеспечить получение небольшого  объема максимально загрязненных  сточных вод.

     5. Использование воды для очистки  газов от водорастворимых соединений целесообразно только тогда, когда из газов извлекают, а затем утилизируют ценные компоненты.

     6. Применение воды для очистки  газов от твердых частиц допустимо  только в замкнутом цикле.

     Методы  очистки воды. Чистые сточные воды – это воды, которые в процессе участия в технологии производства практически не загрязняются и сброс которых без очистки не вызывает нарушений нормативов качества воды водного объекта. Нормативы едины и утверждены Правилами охраны вод от загрязнения сточными водами, принятыми Минводхозом, Минздравом и Минрыбхозом в 1974 г. В 1996 г. на базе Роскомвода и Роскомнедр было создано Министерство природных ресурсов РФ. Принят ряд новых законов Российской Федерации, которые значительно меняют сложившуюся нормативно-правовую базу и систему управления и контроля в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.

     Загрязненные  сточные воды – это воды, которые в процессе использования загрязняются различными компонентами и сбрасываются без очистки, а также сточные воды, проходящие очистку, степень которой ниже норм, установленных местными органами Государственного комитета РФ по охране окружающей среды. Сброс этих вод вызывает нарушение нормативов качества воды в водном объекте.