Загрязнение гидросферы. Методы её защиты

   В связи с интенсификацией животноводства все более дают о себе знать стоки предприятий данной отрасли сельского хозяйства.

   Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясомолочной, консервной и кондитерской промышленности, являются причиной органических загрязнений водоемов.

   В сточных водах обычно около 60% веществ  органического происхождения, к  этой же категории органических относятся биологические (бактерии, вирусы, грибы, водоросли) загрязнения в коммунально-бытовых, медико-санитарных водах и отходах кожевенных и шерстомойных предприятий.

   Серьёзной экологической проблемой является то, что обычным способом использования воды для поглощения тепла на тепловых электростанциях является прямая прокачка пресной озерной или речной воды через охладитель и затем возвращение её в естественные водоёмы без предварительного охлаждения. Для электростанции мощностью 1000 МВт требуется озеро площадью 810 га, глубиной около 8,7 м.

   Электростанции  могут повышать температуру воды по сравнению с окружающей на 5-15 С. В естественных условиях при медленных повышениях или понижениях температур, рыбы и другие водные организмы постепенно приспосабливаются к изменениям температуры окружающей среды. Но если в результате сброса в реки и озёра горячих стоков с промышленных предприятий быстро устанавливается новый температурный режим, времени для акклиматизации не хватает, живые организмы получают тепловой шок и погибают.

   Тепловой  шок - это крайний результат теплового  загрязнения. Результатом сброса в  водоёмы нагретых стоков могут быть иные, более коварные последствия. Одним из них является влияние на процессы обмена веществ.

   В результате повышения температуры воды содержание в ней кислорода падает, тогда, как потребность в нём живых организмов возрастает. Возросшая потребность в кислороде, его нехватка вызывают жестокий физиологический стресс, и даже смерть. Искусственное подогревание воды может существенно изменить и поведение рыб - вызвать несвоевременный нерест, нарушить миграцию

   Повышение температуры воды способно нарушить структуру растительного мира водоёмов. Характерные для холодной воды водоросли заменяются более теплолюбивыми и, наконец, при высоких температурах полностью ими вытесняются, при этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей - так называемого “цветения воды”. Все перечисленные выше последствия теплового загрязнения водоёмов наносят огромный вред природным экосистемам и приводят к пагубному изменению среды обитания человека. Ущербы, образовавшиеся в результате теплового загрязнения, можно разделить на: - экономические (потери вследствие снижения продуктивности водоёмов, затраты на ликвидацию последствий от загрязнения); социальные (эстетический ущерб от деградации ландшафтов); экологические (необратимые разрушения уникальных экосистем, исчезновение видов, генетический ущерб).

   Загрязняются  реки и во время сплава, при гидроэнергетическом строительстве, а с началом навигационного периода увеличивается загрязнение судами речного флота.

   Мировое хозяйство сбрасывает в год 1500 куб. км сточных вод разной степени  очистки, которые требуют 50-100-кратного разбавления для придания им естественных свойств и дальнейшего очищения в биосфере. При этом не учитываются воды сельскохозяйственных производств. Мировой речной сток (37,5-45 тыс. куб. км в год) недостаточен для необходимого разбавления сточных вод. Таким образом, в результате промышленной деятельности пресная вода перестала быть возобновляемым ресурсом.

   2. Методы очистки сточных вод

   В реках и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно-бытовые сбросы были невелики, реки сами справлялись с ними. В наш индустриальный век в связи с резким увеличением отходов водоемы уже не справляются со столь значительным загрязнением. Возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать отходы.

   Очисткой  сточных вод называется их обработка  с целью разрушения или удаления из них вредных веществ. Методы очистки  можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические. Когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода, в каждом конкретном случае, определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.

   В комплекс очистных сооружений, как  правило, входят сооружения механической очистки. В зависимости от требуемой степени очистки они могут дополняться сооружениями биологической либо физико-химической очистки, а при более высоких требованиях в состав очистных сооружений включаются сооружения глубокой очистки. Перед сбросом в водоем очищенные сточные воды обеззараживаются, образующийся на всех стадиях очистки осадок или избыточная биомасса поступает на сооружения по обработке осадка. Очищенные сточные воды могут направляться в оборотные системы водообеспечения промышленных предприятий, на сельскохозяйственные нужды или сбрасываться в водоем. Обработанный осадок может утилизироваться, уничтожаться или складироваться.

   Механическая очистка применяется для выделения из сточных вод нерастворенных минеральных и органических примесей. Как правило, она является методом предварительной очистки и предназначена для подготовки сточных вод к биологическим или физико-химическим методам очистки. Механическая очистка позволяет выделить из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных до 95%, многие из которых (как ценные материалы) используются в производстве.

   В состав сооружений механической очистки  входят решетки, различного вида уловители, отстойники, фильтры. Песколовки применяются для выделения из сточных вод тяжелых минеральных примесей (в основном песка). Обезвоженный песок при надежном обеззараживании может быть использован при производстве дорожных работ и изготовлении строительных материалов.

   Усреднители применяются для регулирования состава и расхода сточных вод. Усреднение достигается либо дифференцированием потока поступающей сточной воды, либо интенсивным перемешиванием отдельных стоков.

   Первичные отстойники применяются для выделения  из сточных вод взвешенных веществ, которые под действием гравитационных сил оседают на дно отстойника, или всплывают на его поверхность.

   Для очистки сточных вод, содержащих нефть и нефтепродукты, при концентрациях  более 100 мг/л применяют нефтеловушки. Эти сооружения представляют собой прямоугольные резервуары, в которых происходит разделение нефти и воды за счет разности их плотностей. Нефть и нефтепродукты всплывают на поверхность, собираются и удаляются из нефтеловушки на утилизацию.

   Химический  метод заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%.

   При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества. Из физико-химических методов чаще всего применяются коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д., а также электролиз. Электролиз заключается в разрушении органических веществ в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ при протекании электрического тока. Электролитическая очистка осуществляется в особых сооружениях – электролизерах. Очистка сточных вод с помощью электролиза эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной промышленности.

   Сточные воды очищают также с помощью  ультразвука, озона, ионно-обменных смол и высокого давления. Хорошо зарекомендовала  себя очистка путем хлорирования.

   Биологический метод - широко применяемый на практике метод обработки бытовых и производственных сточных вод, основанный на использовании закономерностей биохимического самоочищения рек и других водоемов. В его основе лежит процесс биологического окисления органических соединений, содержащихся в сточных водах. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов, включающим множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов-водорослей, грибов и т.д., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма).

   Используются  различные типы биологических устройств: биофильтры, биологические пруды  и аэротеки.

   В биофильтрах сточные воды пропускают через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой. Благодаря этой пленке интенсивно протекают процессы биологического окисления.

   В биологических прудах в очистке сточных вод принимают участие все организмы, населяющие водоем.

   Аэротенки - огромные резервуары из железобетона. Здесь очищающее начало - активный ил из бактерий и микроскопических животных. Все эти живые существа бурно развиваются в аэротенках, чему способствуют органические вещества сточных вод и избыток кислорода, поступающего в сооружение потоком подаваемого воздуха. Бактерии склеиваются в хлопья и выделяют ферменты, минерализующие органические загрязнения. Ил с хлопьями быстро оседает, отделяясь от очищенной воды. Инфузории, жгутиковые, амебы, коловратки и другие мельчайшие животные, пожирая бактерии (не слипающиеся в хлопья) омолаживают бактериальную массу ила.

   Перед биологической очисткой сточные  воды подвергают механической очистке, а после биологической (для удаления болезнетворных бактерий) и химической очистке, хлорированию жидким хлором или хлорной известью. Для дезинфекции используют также другие физико-химические приемы (ультразвук, электролиз, озонирование и др.). Биологический метод дает лучшие результаты при очистке коммунально-бытовых отходов, а также отходов предприятий нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, производства искусственного волокна.

Ученые  из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) совместно с исследователями из Международного университета штата Флорида (Майами) и Университета Майами разрабатывают способ уничтожения вредных жидких отходов с использованием электронного ускорителя. В ходе экспериментальных исследований на заводе по обработке городских отходов в округе Дейд (штат Флорида) проводилось облучение тонкого слоя падающей загрязненной воды (при расходе 380 л/мин) с помощью сканирующего электронного луча. При этом разрушались такие опасные загрязняющие вещества, как бензол, трихлорэтилен и фенол.

       С целью уменьшения загрязнения гидросферы желательно вторичное использование в замкнутых ресурсосберегающих, безотходных процессах в промышленности, капельное орошение в сельском хозяйстве, экономное использование воды в производстве и в быту.

   3. Загрязнение гидросферы Алтайского края

    В настоящее время состояние  окружающей среды и здоровья населения Алтайского края является в значительной мере результатом широкомасштабного поднятия целинных и залежных земель (1954–1957 гг.) и испытаний ядерных устройств на Семипалатинском полигоне (1949–1963 гг.). За время существования полигона на нем было проведено 470 ядерных взрывов, в том числе 87 воздушных и 26 наземных. Первый и наиболее «грязный» взрыв состоялся в 1949 г. Интенсивное развитие промышленного производства в городах края способствовало урбанизации территории, деградации природных экосистем, оскудению многообразия, ухудшению общего состояния природной среды.

     Крайне неблагоприятное положение  в крае с питьевым водоснабжением. Практически все рассредоточенные  поверхностные сточные воды поступают  в реки без очистки. По данным органов здравоохранения, 30–35 % заболеваний населения в крае связано с загрязнением атмосферного воздуха и питьевой воды.

       По статистическим данным, в 2005 г. на предприятиях края функционировало  16 339 стационарных источников выброса  вредных веществ, из них 3 453 неорганизованных, в 2006 г. — 16 273 стационарных источника, из них 3 616 неорганизованных.

       В сельских районах практически  нет централизованного канализирования.  Очистка сточных вод отдельных  объектов осуществляется на полях  фильтрации. Из 100 очистных сооружений с полями фильтрации удовлетворительно эксплуатируются 10 %. В основном на селе используют выгребную систему — имеется около 10 000 выгребов. Их эксплуатация обеспечена автотранспортом лишь на 40 %. Часто из-за несвоевременного вывоза сточных вод из выгребов происходит затопление жилых и производственных территорий, сетей водопроводов. Свыше 300 децентрализованных источников загрязнения расположены в водоохранных зонах водоемов.

     Анализ образования отходов на 8 предприятиях Смоленского района в 2006 г. показал, что в наибольшем количестве образуется навоз — 110 755 т/год. Другие крупнотоннажные отходы: золошлаковые — 4 395 т/год; отходы переработки зерна — 3 627 т/год; птичий помет — 1 044 т/год; отходы деревообработки — 554 т/год.

    Определенный опыт утилизации  отходов в крае уже имеется.  Однако эффективная система управления  отходами отсутствует. 

     Коллектив кафедры «Безопасность жизнедеятельности» АлтГТУ занимается вопросами защиты воздушного бассейна от загрязнения выбросами промышленных предприятий и автотранспорта, а также проблемами обращения с промышленными отходами. Эти направления выделились из общей программы работ в области охраны окружающей среды, сформированной на кафедре «Технология рекуперации вторичных материалов промышленности», которая была создана проф. Ю. Н. Гарбером около 30 лет назад. Научный коллектив разрабатывает методы оценки экологической ситуации в промышленных центрах на основе базы данных по выбросам в атмосферу загрязняющих веществ, а также средства и методы снижения экологического риска.