Водные ресурсы и их охрана

2. Охрана  вод от загрязнения
1. Источники и пути загрязнения вод

Источники загрязнения водных объектов чрезвычайно  многообразны. Прежде всего, это стоки городов и промышленных предприятий. В последние годы в ряде районов с ними «конкурируют» стоки животноводческих комплексов и воды, поступающие с ирригационных массивов и богарных земель. Сказываясь на состоянии водных объектов, загрязнение наносит ущерб и экономике, так как, например, со стоками промышленных предприятий теряются ценные продукты.

Во многих регионах мира загрязнение вод все  больше связывается с атмосферными осадками. Определенную роль в ухудшении  качества воды играет изменение режима рек и озер. Загрязнение водосборной  площади, закачка промышленных стоков в подземные горизонты, фильтрация и утечка вод из различных отстойников  и накопителей приводят к загрязнению  и подземных вод.

Наиболее  распространенным, опасным и повсеместным источником загрязнения воды являются нефтепродукты. Этому способствуют широкое использование нефти  и нефтепродуктов в различных  отраслях народного хозяйства, добыча нефти в прибрежных районах и  на шельфах внутренних морей, транспортировка  ее водным, железнодорожным и автомобильным  транспортом, а также по трубопроводам. Попав в водоем, 1 т нефти растекается  по поверхности площадью 12 км³. Особо сильные бедствия народное хозяйство терпит во время тех или иных аварий при добыче и транспортировке нефти.

В сточных  водах химических предприятий находится  много фенолов, которые придают  воде резкий, неприятный запах, нарушают биологические процессы. Стоки многих предприятий, а также шахтные  и рудничные воды содержат значительное количество цинка и меди. В последние  десятилетия появившиеся в сточных  водах синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) резко ухудшают биохимическую  очистительную способность воды. Даже относительно небольшие концентрации СПАВ ведут к прекращению роста водной растительности, усилению неприятного запаха, нередко образуют стойкие скопления пены.

Тепловые  и атомные электростанции, потребляющие огромные количества воды и сбрасывающие в водоемы подогретые воды, ведут  к тепловому загрязнению водоемов, что нарушает термический, гидрохимический  и гидробиологический режимы водных объектов.

Существенный  источник загрязнения воды - коммунальное хозяйство населенных пунктов. В  составе коммунальных стоков наряду с фекальными водами, которые содержат особо опасные для здоровья человека яйца гельминтов, а также болезнетворные микробы и вирусы, имеется много  вредных соединений, сбрасываемых предприятиями  пищевой промышленности, автомобильного транспорта, общественного питания, торговли. Причем, если в настоящее  время по количеству отводимых в  водные объекты стоков на первом месте  стоит промышленность, то в перспективе, при повышении культуры производства и по мере роста благоустройства  населенных пунктов и их числа, это  соотношение будет изменяться, и количество бытовых сточных вод возрастет. Ливневые стоки с городских территорий, общая площадь которых составляет многие десятки тысяч квадратных километров, включают значительное количество нефти, органических продуктов. В отличие от бытовых и промышленных, они большей частью не подвергаются очистке.

Одним из источников загрязнения вод является сельское хозяйство. Основными загрязняющими  ингредиентами в поверхностном  стоке с сельскохозяйственных угодий выступают частицы почвы, органическое вещество (гумус), удобрения и пестициды, вредные микроорганизмы. Из внесенных  на склоновые земли удобрений  вымывается до 20% азота, 2-5% фосфора и 10-70% калия. Вынос пестицидов с богарных земель достигает 1%, с орошаемых - до 4% от внесенного количества. Поскольку  стоки с полей невозможно пропустить через очистные сооружения, опасность  загрязнения вод удобрениями и пестицидами трудно переоценить. Биогенные вещества способствуют интенсивному «цветению» воды, вызывают прогрессирующую эвтрофикацию водных объектов и приводят к нарушению процессов самоочищения.

Животноводческие  комплексы и фермы, как правило, располагаются на берегах водоемов и рек. При отсутствии жижесборников  и навозохранилищ их отходы смываются  ливневыми стоками или спускаются в водные объекты. Эти отходы содержат яйца гельминтов и патогенные микроорганизмы. В России в год животноводческими  комплексами и фермами спускается в водоемы более 1 млрд м³ отходов, что соответствует по степени загрязнения биогенными элементами количеству бытовых вод от городов с суммарной численностью населения около 300 млн. человек. Общий годовой сток крупных птицефабрик в 1,5 раза превышает объем сточных вод животноводства.

Водный  транспорт представляет угрозу для  чистоты водоемов и водотоков  в случае прямого сброса в них  отходов, особенно подсланевых вод, сильно загрязненных нефтепродуктами. Значительное количество нефти попадает в водные объекты при перевозке  ее танкерами, сливании балластной воды, которой заполняются танкеры  для придания им устойчивости во время  холостых ходов и которую нередко  сбрасывают в водоемы, чтобы не терять время на станциях промывки. Аварии же танкеров приводят к неисчислимым бедствиям, губят флору и фауну, нарушая условия водоснабжения  населенных пунктов и выводя из строя  пляжи.

Многие  реки нашей страны, преимущественно  на севере и в горных районах, загрязняются при сплаве леса, прежде всего на тех участках, где имеется молевой  сплав. До 10% бревен тонут и остаются лежать на дне; на дно же оседает  и кора. Затонувшая древесина, медленно разлагаясь, поглощает кислород и  отравляет воду фенолами и др. вредными веществами. Особенно большой ущерб  молевой лесосплав наносит рыбному  хозяйству, разрушая нерестилища, травмируя  рыбу и кормовые организмы.

Такой источник загрязнения водных объектов, как атмосферные осадки, содержит промышленные выбросы. Ежегодно в атмосферу  Земли поступает более 53 млн. т  оксидов азота, 200 млн. т оксида углерода, около 150 млн. т диоксида серы, 200-250 млн. т пыли и 120 млн. т золы. Твердые  частицы перемещаются воздушными потоками на большие или меньшие расстояния и нередко выпадают непосредственно  на водную поверхность. Газообразные выбросы, растворяясь в атмосферной влаге, выпадают на поверхность Земли в  виде «кислотных» дождей иногда на расстоянии многих сотен километров от мест их зарождения. От «кислотных»  дождей особенно сильно страдают озера  и леса.

В ряде районов водные объекты загрязняются при добыче полезных ископаемых, торфоразработках. За последние десятилетия существенным источником загрязнения рек и  водоемов стала рекреация, особенно такие ее виды, как массовое купание  и маломерный флот. Все большую  роль в загрязнении водоемов и  водотоков играет гидротехническое строительство. Зарегулирование стока  рек и создание водохранилищ привело  к значительному замедлению водообмена, в частности в Волге примерно в 10 раз. Уменьшение скорости водообмена явилось одной из причин массового  развития сине-зеленых водорослей. Среди подземных вод в наибольшей степени от загрязнения страдают грунтовые, поскольку артезианские водные горизонты, перекрытые водоупорными породами, находятся в более благоприятных условиях. Отмечается как бактериальное, так и химическое загрязнение подземных вод. Основными источниками бактериального загрязнения подземных вод служат поля ассенизации и фильтрации, скотные дворы, разного рода выгребные ямы, неисправные канализационные сети.

Итак, деятельность человека существенно изменила объем  и скорость массоэнергетических  потоков, в результате чего водные объекты  теряют возможность самоочищения или превращаются в мертвые.

2. Самоочищение

Одним из наиболее ценных свойств природных  вод является их способность к  самоочищению. Самоочищение вод - это  восстановление их природных свойств  в реках, озерах и других водных объектах, происходящее естественным путем в  результате протекания взаимосвязанных  физико-химических, биохимических и  других процессов (турбулентная диффузия, окисление, сорбция, адсорбция и  т. д.). Способность рек и озер к самоочищению находится в тесной зависимости от многих других природных факторов, в частности физико-географических условий, солнечной радиации, деятельности микроорганизмов в воде, влияния водной растительности и особенно гидрометеорологического режима. Наиболее интенсивно самоочищение воды в водоемах и водотоках осуществляется в теплый период года, когда биологическая активность в водных экосистемах наибольшая. Быстрее оно протекает на реках с быстрым течением и густыми зарослями тростника, камыша и рогоза вдоль их берегов, особенно в лесостепной и степной зонах страны. Полная смена воды в реках занимает в среднем 16 суток, болотах - 5, озерах - 17 лет.

Уменьшение  концентрации загрязняющих водные объекты  неорганических веществ происходит путем нейтрализации кислот и  щелочей за счет естественной буферности природных вод, образования труднорастворимых  соединений, гидролиза, сорбции и  осаждения. Концентрация органических веществ и их токсичность снижаются  вследствие химического и биохимического окисления. Эти природные способы  самоочищения нашли отражение в  принятых методах очистки загрязненных вод в промышленности и сельском хозяйстве.

Для поддержания  в водоемах и водотоках необходимого природного качества вод большое  значение имеет распространение  водной растительности, которая выполняет  в них роль своеобразного биофильтра. Высокую очищающую способность  водных растений широко используют на многих промышленных предприятиях как  в нашей стране, так и за рубежом. Для этого создают разнообразные искусственные отстойники, в которых сажают озерную и болотную растительность, хорошо очищающую загрязненные воды.

В последние  годы получила распространение искусственная  аэрация - один из эффективных способов очищения загрязненных вод, когда процесс  самоочищения резко сокращается  при дефиците растворенного в  воде кислорода. Для этого специальные  аэраторы устанавливают в водоемах и водотоках или ан станциях аэрации  перед сбросом загрязненных вод.

3. Охрана  водных ресурсов от загрязнения

Охрана  водных ресурсов заключается в запрещении сброса в водоемы и водотоки неочищенных  вод, создании водоохранных зон, содействии процессам самоочищения в водных объектах, сохранении и улучшении  условий формирования поверхностного и подземного стока на водосборах.

Несколько десятилетий назад реки, благодаря самоочищающей функции, справлялись с очищением вод. Теперь же в наиболее обжитых районах страны в результате строительства новых городов и промышленных предприятий створы водопользования расположены столь плотно, что нередко места сброса сточных вод и водозаборы находятся практически рядом. Поэтому разработке и внедрению эффективных методов очистки и доочистки сточных вод, очистки и обезвреживания водопроводной воды уделяется все больше внимания. На некоторых предприятиях операции, связанные с водным хозяйством, играют все большую роль. Особенно высоки затраты на водоснабжение, очистку и отведение стоков в целлюлозно-бумажной, горнодобывающей и нефтехимической промышленности.

Последовательная  очистка сточных вод на современных  предприятиях предполагает проведение первичной, механической очистки (удаляются  легко осаждающиеся и всплывающие  вещества) и вторичной, биологической (удаляются биологически разрушающиеся  органические вещества). При этом осуществляются коагуляция - для осаждения взвешенных и коллоидных веществ, а также  фосфора, адсорбция - с целью удаления растворенных органических веществ  и электролиз - для снижения содержания растворенных веществ органического  и минерального происхождения. Обеззараживание  сточных вод проводится посредством  их хлорирования и озонирования. Важный элемент технологического процесса очистки - удаление и обеззараживание  образующегося осадка. В некоторых  случаях заключительной операцией  является дистилляция воды.

Наиболее  совершенные современные очистные сооружения обеспечивают освобождение сточных вод от органических загрязнений  только на 85-90% и лишь в отдельных  случаях - на 95%. Поэтому и после  очистки необходимо 6 -12-кратное, а  часто и большее разбавление  их чистой водой для сохранения нормальной жизнедеятельности водных экосистем. Дело в том, что естественная самоочищающая  способность водоемов и водотоков  очень незначительна. Самоочищение наступает только в том случае, если сбрасываемые воды прошли полную очистку, а в водном объекте они  были разбавлены водой в соотношении 1:12-15. Если же в водоемы и водотоки сточные воды поступают в большом объеме, а тем более и неочищенными, постепенно теряется устойчивое природное равновесие водных экосистем, нарушается их нормальное функционирование.