2 Загрязнение водных ресурсов

Санкт-Петербургский Политехнический Университет Петра Великого

Выполнил: студент з3733802/90003гр. Эркинов Оллоёртура Максуд угли

Реферат по теме:

Гидросфера: состав, основные процессы, источники загрязнения, нормативно-законодательная база.

содержание:

1. Использования водных ресурсов.

2. Состав гидросферы.

3. Загрязнение водных ресурсов.

Введение:

Гидросфера – водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, реки, озера, подземные воды и ледники, снеговой покров, а также водяные пары в атмосфере. Гидросфера Земли на 94% представлена солеными водами океанов и морей, более 75% всей пресной воды законсервировано в полярных шапках Арктики и Антарктиды (таблица 1).

Таблица 1 - Распределение водных масс в гидросфере Земли

Часть гидросферы	Объем воды, тыс. км³	Доля в общем объеме вод, %
Мировой океан	1 370 000	94, 1
Подземные воды	60 000	4, 1
Ледники	24 000	1, 7
Озера	280	0, 02
Вода в почве	80	0, 01
Пары атмосферы	14	0, 001
Реки	1, 2	0, 0001

Вода на Земле присутствует во всех трех агрегатных состояниях, однако наибольший объем ее приходится на жидкую фазу, которая весьма значима для формирования других особенностей планеты. Весь природный водный комплекс функционирует как единое целое, находясь в состоянии непрерывного движения, развития и обновления. Поверхность Мирового океана, занимающая около 71% земной поверхности, расположена между атмосферой и литосферой. Поперечник Земли, т. е. ее экваториальный диаметр, составляет 12 760 км, а средняя глубина океана в его современном ложе – 3, 7 км. Следовательно, толщина слоя воды в жидком состоянии в среднем составляет лишь 0, 03% земного диаметра. В сущности, это тончайшая водяная пленка на поверхности Земли, но, как озоновый защитный слой, играющая исключительно важную роль в биосферной системе.

Без воды не могло бы быть человека, животного и растительного мира, так как большинство растений и животных состоит в основном из воды. Кроме того, для жизни необходимы температуры в диапазоне от 0 до 100° С, что соответствует температурным пределам жидкой фазы воды. Для многих живых существ вода служит средой обитания. Таким образом, главнейшей особенностью гидросферы является изобилие жизни в ней. Велика роль гидросферы в поддержании относительно неизменного климата на планете, поскольку она, с одной стороны, выступает как аккумулятор тепла, обеспечивая постоянство средней планетарной температуры атмосферы, а с другой – за счет фитопланктона продуцирует почти половину всего кислорода атмосферы. Водная среда используется для лова рыбы и других морепродуктов, сбора растений, добычи подводных залежей руды (марганца, никеля, кобальта) и нефти, перевозки грузов и пассажиров. В производственной и хозяйственной деятельности человек применяет воду для очистки, мытья, охлаждения оборудования и материалов, полива растений, гидротранспортировки, обеспечения специфических процессов, например выработки электроэнергии и т. п. Важным обстоятельством, присущим водной среде, является то, что через нее в основном передаются инфекционные заболевания (примерно 80% всех заболеваний). Простота процесса затопления по сравнению с другими видами захоронения, недоступность глубин для человека и кажущаяся изолированность воды привели к тому, что человечество активно использует водную среду для сброса отходов производства и потребления. Интенсивное антропогенное загрязнение гидросферы ведет к серьезным изменениям ее геофизических параметров, губит водные экосистемы и потенциально опасно для человека. Экологическая угроза гидросфере поставила перед международным сообществом задачу принятия срочных мер по спасению среды обитания человечества. Их особенностью является то, что ни одно государство в отдельности даже с помощью строгих мер не способно справиться с экологической угрозой. Поэтому необходимо международное сотрудничество в этой области, принятие оптимальной экологической стратегии, включающей концепцию и программу совместных действий всех стран. Эти меры должны соответствовать принципам современного международного права.
1 Использование водных ресурсов

В зависимости от того, каким образом используют водные ресурсы, все отрасли народного хозяйства подразделяют на две категории:

1) водопользователи – это отрасли, которые используют водоемы для различных целей, но безвозвратный водозабор не ведут. К ним относятся гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хозяйство, местные органы, использующие воду для целей и нужд населения, т. е. службы хозяйственно-питьевого потребления.

2) водопотребители – это отрасли, которые берут воду из водоемов, причем часть ее используется безвозвратно. Крупнейшими водопотребителями являются теплоэнергетика (особенно АЭС), сельское хозяйство, а из промышленности - химическая и металлургическая. Современный город с населением 1 млн человек потребляет в сутки 300 тыс. м³ воды, из которых 75-80% превращаются в сточные воды.

Существует следующая классификация пресных вод по целевому назначению (рисунок 1).

Рисунок 1 - Классификация природных вод по целевому назначению

Вода питьевая – вода, в которой бактериологические, органолептические показатели и показатели токсических химических веществ находятся в пределах норм питьевого водоснабжения.

Вода минеральная – вода, компонентный состав которой отвечает лечебным требованиям.

Вода промышленная – вода, компонентного состава и ресурсов которой достаточно для извлечения этих компонентов в промышленных масштабах.

Вода теплоэнергетическая – термальная вода, теплоэнергетические ресурсы которой могут быть использованы в любой отрасли народного хозяйства.

Вода техническая – любая вода, кроме питьевой, минеральной и промышленной, пригодная для использования в народном хозяйстве. При этом различают:

- хозяйственно-бытовые воды – воды, используемые для бытовых и санитарно-гигиенических целей населением, а также прачечными, банями, столовыми, больницами и т. д.;

- поливную воду, используемую для орошения земель и полива сельскохозяйственных растений.

- энергетическую воду, используемую для получения пара и нагревания помещений, оборудования и сред, а также для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах, а твердых тел – непосредственно; может быть оборотной и подпиточной (добавочной).

Воду весьма часто используют для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах. В этом случае она не соприкасается с материальными потоками и не загрязняется, а лишь нагревается. В промышленности 65-80% расхода воды потребляется для охлаждения.

Технологическую воду подразделяют на средообразующую, промывочную и реакционную. Средообразующую воду используют для растворения и образования пульп, при обогащении и переработке руд, гидротранспорте продуктов и отходов производства; промывочную – для промывки газообразных (абсорбция), жидких (экстракция) и твердых продуктов и изделий, а также реакционную – в составе реагентов, при отгонке и аналогичных процессах. Таким образом, технологическая вода непосредственно контактирует с продуктами и изделиями. Наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды – это создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения, что позволяет в 10-50 раз уменьшить потребление природной воды.

Основные пути решения проблемы обеспечения чистой водой:

очистка сточной воды от загрязнений;
очистка пресной воды, поступающей к потребителю;
обеспечение режима и регулирование качества воды в водных объектах.

1.
Последствия нерационального использования водных ресурсов

При нерациональном использовании водных ресурсов могут наступить следующие последствия:

a.
Перерасход поверхностных вод.

При долгосрочном планировании следует учитывать неизбежные засушливые годы, когда речной сток падает до аномально низкого уровня. Считается, что нельзя использовать больше 30% среднегодового речного стока без риска испытать недостаток воды. На ряде рек потребности в воде превышают 90% среднегодового стока. Экологические последствия перерасхода поверхностных вод затрагивают не только саму реку, а весь биоценоз связанный с рекой (пересыхание болот, гибель растительности и животных и т. д. ).

б) Перерасход грунтовых вод.

Подземные водохранилища, как любые другие, истощаются, если потребление из них воды идет быстрее пополнения. Проблема стоит особенно остро в регионах с низким количеством осадков, где скорость пополнения очень невелика, а потребность в воде высока из-за недостатка поверхностных водоемов. Падение уровня грунтовых вод влияет на поверхностные водоемы, т. к. это падение приводит к сокращению родников и связанных с ними поверхностных водоемов, что усугубляет их экологические проблемы.

в) Просадка грунта.

Грунтовые воды вымывают в недрах земли полости, которые заполняются водой. Вода сама отчасти поддерживает вышележащие породы и почвы. Когда уровень грунтовых вод падает, эта опора исчезает, и может происходить постепенное опускание поверхности суши называемое просадкой грунта. Скорость ее может составлять 15-30 см в год. Особый вид просадки грунта – образование карстовых воронок – может быть внезапным и вести к катастрофическим последствиям.

г) Подток соленой воды.

Из-за истощения запасов грунтовых вод возникает еще одна проблема - подток соленой воды. Понижение уровня грунтовых вод или большая скорость их потребления могут снизить давление в водоносном горизонте, что позволит проникать в него, а, следовательно, и в колодцы и артезианские скважины соленой воде.

д) Загрязнение вод.

2 Загрязнение водных ресурсов

Наиболее угрожают чистоте водоемов нефтяные масла. Для очистки от нефти требуется улавливание не только плавающей по поверхности пленки, но и осаждение нефтяной эмульсии. Весьма опасны как загрязнители сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Стоки этих предприятий поглощают кислород за счет окисления органических веществ, засоряют воду нерастворимыми веществами и волокнами, придают воде неприятный вкус и запах, изменяют цвет, способствуют развитию грибных обрастаний по дну и берегам. Особенно загрязняют водоемы и губительно отражаются на развитии водных организмов сточные воды разнообразных химических заводов. Сбросы ТЭЦ обычно бывают подогреты на 8-10° С выше в сравнении с водой водоемов. При повышении температуры водоемов в них происходит усиление развития микро- и макропланктона, " цветение" воды, изменяются ее запах и цвет. Сильно загрязняет и засоряет реки молевой сплав леса. Массы плывущего леса наносят рыбе ранения, преграждают путь к нерестилищам, рыба большей частью покидает обычные места нереста. Кора, сучья, ветки засоряют дно водоемов. Из бревен и древесных отходов выделяется в воду смола и другие вредные для рыбного населения продукты. Экстрагированные из древесины вещества разлагаются в воде, поглощая кислород, вызывая гибель рыб. Особенно в первые сутки сплава от недостатка кислорода гибнут икра и мальки рыб, а также кормовые беспозвоночные. Усиливает засорение рек сброс в них отходов лесозаводов – опилки, кора и др., скапливающиеся большей частью в заводях и протоках. Часть леса тонет, число бревен увеличивается из года в год. Гниющая древесина и кора отравляют воду, она становится " мертвой".

Источником загрязнения вод во многих случаях являются коммунальные сточные воды (канализация, бани, прачечные, больницы и др. ).

Растет численность населения, расширяются старые и появляются новые города. К сожалению, не всегда постройка очистных сооружений успевает за темпами жилищного строительства. Положение осложняется тем, что за последние годы в составе сточных вод резко увеличилось содержание биологически активных и стойких примесей, таких, как новые виды моющих средств, продуктов органического синтеза, радиоактивных веществ и др. В ряде районов наблюдается загрязнение подземных вод, связанное с просачиванием в водоносные горизонты загрязнений с поверхности. Наибольшую же угрозу жизни водоемов и здоровью людей представляют радиоактивные отходы атомной промышленности. Источником радиоактивного загрязнения водоемов являются заводы по очистке урановой руды и по переработке ядерного горючего для реакторов, атомные электростанции, реакторы. В настоящее время сточные воды повышенной радиоактивности порядка 100 кюри/л и выше подвергаются захоронению в подземные резервуары или закачиваются в подземные бессточные бассейны. Установлено, что морская вода способна разъедать контейнеры, их опасное содержимое распространяется в воде. Последствия радиоактивного загрязнения от неправильного захоронения отходов сказались в Ирландском море, где радиоактивными изотопами были заражены планктон, рыбы, водоросли, а также пляжи. Спуск радиоактивных отходов в моря и реки, как и захоронение их в верхних водонепроницаемых слоях земной коры, нельзя считать разумным решением этой важной современной проблемы. Требуются дополнительные научные исследования способов нейтрализации радиоактивных загрязнений в водоемах. В организмах растений и животных происходят процессы биологической концентрации радиоактивных веществ на протяжении цепей питания. Концентрированные мелкими организмами эти вещества затем попадают к другим животным, хищникам, где образуют опасные концентрации. Радиоактивность некоторых планктонных организмов может в 1000 раз превышать радиоактивность воды. Некоторые пресноводные рыбы, представляющие собой одно из высших звеньев в цепи питания, в 20-30 тыс. раз радиоактивнее воды, в которой они живут. Загрязнения сточных вод делят в основном на две группы: минеральные и органические, в том числе – биологические и бактериальные. К минеральным загрязнениям относятся сточные воды металлургических и машиностроительных предприятий, отходы нефтяной, нефтеобрабатывающей и горнодобывающей промышленности. Эти загрязнения содержат песок, глинистые и рудные включения, шлак, растворы минеральных солей, кислот, щелочей, минеральные масла и др. Органические загрязнения вод производятся городскими фекально-хозяйственными стоками, водами боен, отходами кожевенных, бумажно-целлюлозных, пивоваренных и других производств. Органические загрязнения бывают растительного и животного происхождения. К растительным относятся остатки бумаги, растительные масла, остатки плодов, овощей и др. Основным химическим веществом этого рода загрязнений является углерод. К загрязнениям животного происхождения относятся: физиологические выделения людей, животных, остатки жировых и мускульных тканей, клеевые вещества, и пр. Они характеризуются значительным содержанием азота. Бактериальные и биологические загрязнения представляют собой различные живые микроорганизмы: дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли и бактерии, в том числе – возбудители тифа, паратифа, дизентерии, яйца гельминтов, поступающие с выделениями людей и животных и пр. Бактериальную загрязненность сточных вод характеризуют величиной коли-титра, т. е. наименьшим объемом воды в миллиметрах, в котором содержится одна кишечная палочка (бактерия " коли" ). Так, если коли-титр равен 10, это значит, что в 10 мл найдена 1 кишечная палочка. Этот вид загрязнений свойствен бытовым водам, а также сточным водам боен, кожевенных заводов, шерстомоек, больниц и др. Общий объем бактериальной массы достаточно велик: на каждые 1000 м³ сточных вод – до 400 л. Загрязнения большей частью содержат около 42% минеральных веществ и до 58% органических.

При рассмотрении вопроса о составе сточных вод одним из важных понятий является концентрация загрязнения, т. е. количество загрязнений в единице объема воды, исчисляемом в мг/л или г/м³.

Концентрацию загрязнений сточных вод определяют химическими анализами. Большое значение имеет рН сточных вод, особенно при процессах их очистки. Оптимальной средой для биологических процессов очистки являются воды с рН около 7-8. Бытовые сточные воды имеет слабощелочную реакцию, производственные - от сильнокислой до сильнощелочной. Загрязнение водоемов характеризуется следующими признаками: появление плавающих веществ на поверхности воды и отложение на дне осадка; изменение физических свойств воды, как-то: прозрачности и цветности, появление запахов и привкусов; изменение химического состава воды (реакции, количества органических и минеральных примесей, появление ядовитых веществ и др. ), уменьшение растворенного в воде кислорода; изменение видов и количества бактерий и появление болезнетворных бактерий за счет поступления их со сточными водами. Вода обладает чрезвычайно ценным свойством непрерывного самовозобновления под влиянием солнечной радиации и самоочищения. Оно заключается в перемешивании загрязненной воды со всей ее массой и в дальнейшем процессе минерализации органических веществ и отмирания внесенных бактерий. Агентами самоочищения являются бактерии, грибы и водоросли. Установлено, что в ходе бактериального самоочищения через 24 ч остается не более 50% бактерий, через 96 ч – 0, 5%. Процесс бактериального самоочищения сильно замедляется зимой, так что через 150 ч сохраняются еще до 20% бактерий. Чтобы обеспечить самоочищение загрязненных вод, необходимо их многократное разбавление чистой водой. Если же загрязнения настолько велики, что самоочищение воды не происходит, существуют специальные методы и средства для ликвидации загрязнений, поступающих со сточными водами. В промышленности – это главным образом строительство цеховых и общезаводских сооружений по очистке сточных вод, совершенствование технологического процесса производства и строительство утилизационных установок для извлечения ценных веществ из сточных вод.

На речном транспорте наибольшее значение имеет борьба с потерями нефтепродуктов при погрузке, выгрузке и транспортировке на судах речного флота, оборудование судов емкостями для сбора загрязненных вод. При лесном сплаве основными методами борьбы с засорением рек является строгое соблюдение технологии сплава леса, очистка русел рек от затонувшей древесины, прекращение молевого сплава леса на реках, имеющих рыбохозяйственное значение.

Гидросфера – это прерывистая водная оболочка Земли, совокупность океанов, морей, континентальных вод и ледяных покровов.

В гидросфере содержится 1386 млн. кубических километров воды. Из них: Мировой океан составляет примерно 97%. Средняя глубина мирового океана – 3, 7 км. Глубины 3–6 км составляют 75% мирового океана. Наибольшая глубина – Мариинская впадина – 11036 метров.

Мировой океан – это:

1) гигантская кладовая биологических ресурсов;

2) источник природных ископаемых;

3) неисчерпаемый источник энергии будущего (волны, приливы, течения, термальный градиент);

4) транспортное значение (более 70% мирового грузооборота приходится на Мировой океан).

Пресная вода составляет не более 2, 5–3% от всей воды на Земле. Половина пресной воды сосредоточена в РФ (22% содержит Байкал). Большая часть пресной воды труднодоступна. Порядка 70% – это ледниковые покровы полярных стран и горных ледников. Пресные воды залегают до глубины 150–200 метров. Ниже идут солоноватые воды, далее – рассолы. Более 60% городов России используют для водоснабжения подземные воды, порядка 20% – смешанные, остальные – поверхностные источники. Подземные воды лучше защищены от загрязнения и испарения, не испытывают сезонных и многолетних колебаний.

Биологическая вода – вода, содержащаяся в живых организмах и растениях.

Важнейшее свойство гидросферы – единство всех видов природных вод. Взаимосвязь между ними осуществляется в процессе круговорота, движущими силами которого являются тепловая энергия солнца и сила тяжести, обеспечивающие перемещение и возобновление природных вод. Под воздействием тепловой энергии солнца с поверхности мирового океана ежегодно испаряется 577 кубических км воды, т. е. слой 1, 13 метра перемещается воздушными массами. Часть воды возвращается в виде атмосферных осадков. Поглощая огромное количество тепловой энергии, вода служит регулятором климата.

Главное свойство гидросферы – незаменимость воды.

Другим из важнейших свойств воды является способность к самоочищению под влиянием естественных факторов (солнечная радиация, газообразные вещества, растительные организмы, бактерии, животные). Различают три вида самоочищения:

1) физическое – это разбавление, растворение и перемешивание, способствующие снижению концентрации вредных веществ;

2) химическое – это окисление органических и минеральных веществ в результате окислительно–восстановительных процессов в водоёмах;

3) биологическое – участвуют водоросли, плесневые и дождевые грибы и некоторые живые организмы (устрицы, мидии и т. д. ).

Следующее свойство – активность водообмена – скорость возобновления отдельных водных ресурсов в годах. Для полярных ледников – 8000 лет, подземных вод – 5000 лет, мирового океана – 3000 лет, рек и озёр – 11–14 лет.

Вода, обязательное условие и среда жизни, присутствует на нашей планете в очень большом количестве. Поверхность океанов и морей занимает более 70% всей поверхности земного шара. Объем воды на Земле составляет более 1, 3 миллиарда кубических километров. Более 96% всей ее массы содержится в Мировом океане, остальное составляют преимущественно подземные воды и ледниковый лед. Содержание воды в озерах, реках, в атмосфере и в живых организмах вместе составляет доли процента от общего количества воды на Земле.

По своим физико-химическим свойствам вода практически не имеет аналогов среди известных химических соединений. Молекула воды в целом нейтральна, но асимметрия связей двух атомов водорода с атомом кислорода делает каждую из них диполем. Дипольность молекул воды приводит к тому, что в жидкой и твердой фазах они взаимодействуют, более или менее упорядоченно размещаясь в пространстве и образуя между собой относительно слабые связи, называемые водородными. Этим объясняются уникальные для такого легкого окисла (молекулярный вес 18 дальтон) высокая плотность, высокие температуры плавления и кипения, большие энергии плавления и парообразования и многие другие важные для жизни свойства.

Вода — прекрасный растворитель кислот, щелочей (см. статью «Кислоты, основания и щелочи») и солей, многих газов, в том числе таких важных для жизни, как кислород и углекислый газ. В то же время вещества, не содержащие в своих молекулах заряженных или поляризованных групп, практически нерастворимы в воде. Способность взаимодействовать с водородными связями воды делит все вещества на гидрофильные — растворимые или, как минимум, смачиваемые водой, и гидрофобные — нерастворимые и даже активно, с высвобождением энергии, вытесняемые водой и водными растворами. Сочетание гидрофильных и гидрофобных свойств различных органических веществ используется живыми организмами для создания очень прочных структур ультрамикроскопических размеров — клеточных мембран и других «молекулярных конструкций», обеспечивающих протекание важнейших жизненных процессов на клеточном уровне.

Природные воды никогда не бывают абсолютно чистыми. Даже дождевая вода и вода, образующаяся при таянии высокогорных ледников, содержат некоторое количество растворенных газов — кислорода, углекислого газа, окислов азота. При загрязнении атмосферного воздуха дождевая вода, как мы уже знаем, содержит многочисленные примеси. Вода, контактирующая с самыми разнообразными веществами в реальных условиях земных водоемов, всегда содержит то или иное количество растворенных минеральных веществ. Их состав разнообразен и может сильно отличаться в разных реках и озерах. Названия «пресная», «солоноватая», «соленая» и «горько-соленая», основанные на вкусовых ощущениях, соответствуют различному содержанию и составу солей в воде. Обычно воду, содержащую менее 1 грамма солей на литр, называют пресной, единицы граммов на литр — солоноватой, десятки — соленой. Воды Мирового океана содержат около 35 г/л солей (3, 5%), представленных ионами натрия, калия, кальция, магния, хлорида, сульфата и, в малых или исчезающе малых концентрациях, — практически все химические элементы.

Хотя пресная вода составляет небольшую часть всей воды на Земле, она в значительной мере определяет уровень и саму возможность жизни на суше, и ее качество имеет самое непосредственное значение для человека и его хозяйства. В зависимости от горных пород, подстилающих водоемы и водотоки, природные воды могут иметь не только различную общую соленость, но и сильно отличаться по содержанию разных элементов, по кислотности и содержанию взвешенных частиц. Это, как и отличия в температуре, сезонных изменениях состава, содержания растворенных газов и других физико-химических характеристиках природных водоемов, в значительной мере определяет как общее «количество жизни» в них, так и наличие у водных растений и животных различных приспособлений, выработанных длительной эволюцией. Эти приспособления охватывают все уровни организации жизни, от биохимических процессов на клеточном уровне и физиологической регуляции систем органов до морфологических характеристик и особенностей поведения, связанных с периодическими изменениями состояния водоемов.

Например, некоторые красные водоросли обитают на глубинах, на которые проникает только синий свет, не поглощаемый хлорофиллом. Они имеют дополнительный красный пигмент фикоэритрин — сенсибилизатор, поглощающий свет в коротковолновой части спектра. У многих рыб, обитающих в тихих теплых водоемах, где из-за обилия гниющих органических остатков очень низко содержание кислорода, например у обыкновенного линя и карася, гемоглобин крови способен связывать кислород из воды и отдавать его клеткам в достаточном количестве даже при очень низком содержании в воде этого газа. Сезонные изменения солености во многих озерах с высокой концентрацией солей ведут к изменениям плотности воды.

В соответствии с этим у разных поколений планктонного рачка артемии сильнее или слабее развиты выросты панциря, позволяющие ему «парить» в толще воды. У некоторых африканских рыб, приспособленных к жизни в пересыхающих водоемах, икра способна переносить длительное высушивание и даже переноситься с ветром. Вылупляющиеся из попавшей в воду икры мальки очень прожорливы, они быстро растут, в течение одного влажного сезона достигают половозрелости и откладывают икру. Множество других приспособлений частично знакомы читателю или могут быть найдены в обширной зоологической и ботанической литературе