Рациональное использование водных ресурсов

Истощение ресурсов гидросферы. Загрязнение воды. Нормирование параметров качества воды.

Гидросфера — одна из важнейших составляющих нашей планеты, объединяющая все свободные воды. Она занимает около 70% поверхности земного шара. Общие запасы воды в свободном состоянии составляют 1386 млн. км³. Если бы этой водой равномерно покрыть земной шар, то ее слой составил бы 3700 м. В то же время 97−98% воды — это соленые воды морей и океанов. И лишь 2−3% - пресная вода, необходимая для жизни. 75% пресной воды на Земле находится в виде льда, значительную часть ее составляют подземные воды, и лишь 1% доступен для живых организмов.

Вода входит в состав всех элементов биосферы. Это составная часть не только водоемов, но и воздуха, почвы, живых существ.

Вода — это источник жизни, без нее невозможно существование ни животных, ни растений, ни человека. Она входит в состав клеток и тканей любого животного и растения. Сложнейшие реакции в животных и растительных организмах могут протекать только при наличии воды. Тело человека на 65% состоит из воды. Тела животных содержат, как правило, не менее 50% воды. Растения также содержат много воды: картофель — 80%, помидор — 95% и т. д.

Под влиянием солнечной энергии и сил гравитации воды Земли могут переходить из одного состояния в другое и находятся в непрерывном движении. Круговорот воды увязывает воедино все части биосферы, образуя в целом замкнутую систему; океан — атмосфера — суша.

Гидросфера играет решающую роль в формировании особых черт планеты. Она имеет большое значение в процессах обмена кислородом и углекислым газом с атмосферой, способствует поддержанию относительно неизменного климата, что позволило жизни воспроизводиться в течение более 3 млрд. лет. Климат на Земле во многом зависит от водных пространств и содержания водяного пара в атмосфере. Океаны и моря оказывают смягчающее, регулирующее воздействие на температуру воздуха, накапливая тепло летом и отдавая его атмосфере зимой. В океане происходит циркуляция и перемешивание теплых и холодных вод.

В гидросфере протекает основное количество химических реакций, обусловливающих производство биомассы и химическую очистку биосферы. Факторы самоочищения водоемов многочисленны и многообразны. Условно их можно разделить на три группы: физические, химические и биологические.

Среди физических факторов первостепенное значение имеют разбавление, растворение и перемешивание веществ. Этому способствует интенсивное течение рек. Кроме того, на процесс очистки влияют оседание в воде нерастворимых осадков, а также отстаивание загрязненных вод. Важным физическим фактором самоочищения является ультрафиолетовое излучение Солнца. Под его влиянием гибнут бактерии, вирусы, микробы.

Из химических факторов самоочищения следует отметить окисление органических и неорганических веществ кислородом, растворенным в воде.

Активную роль в самоочищении гидросферы играет совокупная деятельность всех населяющих водоемы организмов. В процессах жизнедеятельности они окисляют (разлагают) органические загрязнители.

Кроме всего указанного выше, гидросфера является важным источником продовольствия для людей и других обитателей суши, источником получения ценного сырья и топлива. Океаны, моря, реки и другие водоемы представляют собой природные пути сообщения и имеют рекреационное значение.

Водоемкость всего человеческого хозяйства в XX столетии увеличилась в 12 раз и достигла около 5 тыс. км в год. Это почти 14% годового стока всех рек мира. Реки остаются преобладающим источником водоснабжения в мире.

Около 70% мирового водопотребления приходится на сельское хозяйство, 13% - на промышленность, 10?/о — на коммунально-бытовые нужды, 7% - на собственные нужды водного хозяйства (гидроэнергетика, судоходство, рыбное хозяйство и др.).

Главными источниками антропогенного загрязнения гидросферы служат:

сточные воды промышленных Предприятий;

сточные воды коммунального хозяйства городов и других населенных пунктов;

стоки систем орошения, поверхностные стоки с полей и других сельскохозяйственных объектов;

атмосферные выпадения загрязнителей на поверхность водоемов и водосборных бассейнов;

преднамеренное захоронение на дне морей и океанов различных токсических отходов (в том числе радиоактивных);

утечка и аварийные выбросы загрязняющих веществ с судов и из подводных трубопроводов.

Сточные воды — это воды, использованные на бытовые, производственные или другие нужды и загрязненные различными примесями, изменившими их первоначальный химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с территорий населенных пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения атмосферных осадков или поливки улиц, В зависимости от происхождения, вида и состава они подразделяются на три основные категории:

бытовые;

производственные:

атмосферные (поверхностные).

Ежегодно в водоемы сбрасывается 160 км³ промышленных стоков, в почвы вносится свыше 500 млн. т минеральных удобрений и около 3 млн. т ядохимикатов, треть которых смывается поверхностными стоками в водоемы. 30% поверхности океана покрыто нефтепродуктами, которые затрудняют поступление кислорода из атмосферы в воду. Сюда же в огромных количествах попадают хлорорганические токсины, радионуклиды, тяжелые металлы.

Около 1,3 млрд. человек пользуются в быту только загрязненной водой, В результате — эпидемии холеры, тифа и других инфекционных заболеваний. Загрязнение рек и морей сопровождается размножением микроорганизмов, массовой гибелью рыб и других водных животных и растений.

Общая масса загрязнителей гидросферы огромна — около 15 млрд. т. в год. К наиболее опасным загрязнителям относятся соли тяжелых металлов, фенолы, пестициды и другие органические яды, нефтепродукты, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) и другие моющие средства, минеральные удобрения.

Кроме химического загрязнения, определенное значение имеют также механическое, тепловое, радиоактивное и биологическое загрязнения.

Нормирование качества воды рек, озер и водохранилищ проводится в соответствии с санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения СанПиН № 4630−88. Согласно указанным правилам, все водоемы делятся на две категории:

1) водоемы питьевого и культурно-бытового назначения;

2) водоемы рыбохозяйственного назначения.

Правила устанавливают нормируемые значения для следующих параметров воды водоемов:

содержание плавающих примесей и взвешенных веществ, органолептические показатели (запах, привкус, окраска),

температура воды, значение рН, состав и концентрации минеральных примесей, количество растворенного в воде кислорода, биохимическая потребность воды в кислороде, химическая потребность воды в кислороде, состав и предельно допустимая концентрация ядовитых, вредных веществ и болезнетворных бактерий.

ПДКв (г/м³) — предельно допустимая концентрация вещества в воде водоемов питьевого и культурно-бытового водопользования. Эта концентрация не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений, а также не должна ухудшать гигиенические условия водопользования.

Органолептическими показателями, характеризующими качество воды водоемов, являются запах, привкус, окраска.

Значение рН характеризует кислотные свойства среды. Нейтральными считаются воды с рН, находящейся в пределах от 6,5 до 8,5.

Общий уровень загрязнения водоемов может характеризоваться количеством кислорода, расходуемым на окисление загрязнителей. При этом различают биохимическую (БПК) и химическую (ХПК) потребности в кислороде.

Под БПК (мг О₂/л) понимается такое количество кислорода в воде, которое требуется живым организмам для окисления органических загрязнителей, присутствующих в воде, за определенный промежуток времени. Процесс биохимического окисления протекает медленно, поэтому БПК записывается с индексом, обозначающим количество суток, в течение которых шло окисление: БПК₅, БПК₁₀ и т. д. Причем, БПК₅ < БПК ₁₀.

С увеличением индекса БПК стремится к какой-то предельной величине, Эту максимальную величину называют полной биохимической потребностью (БПК_п). Под ХПК понимается величина, характеризующая общее содержание в воде восстановителей, реагирующих с сильными окислителями. ХПК выражается количеством кислорода, эквивалентным количеству расходуемого окислителя, необходимого для окисления всех восстановителей, содержащихся в воде. На практике в качестве окислителя могут использоваться хлор, озон и другие вещества.

Экологические факторы: абиотические, биотические, антропогенные факторы.

Экологические факторы — это такие свойства компонентов экосистемы и ее внешней среды, которые оказывают непосредственное действие на живые организмы, а также на характер их отношений друг с другом и особями других популяций.

По природе источников и характеру действия факторы среды разделяются на: абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы — это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы. К ним относятся физические и химические факторы.

Физические факторы, в свою очередь, включают космические, климатические, почвенно-грунтовые, геологические, физические поля (гравитационное, магнитное, электромагнитное), ионизирующую и проникающую радиацию, движение сред (акустические колебания, волны, течения, приливы), суточные и сезонные изменения в природе.

Космические факторы — это поступающая от Солнца энергия и периодическая смена освещенности по времени суток и года, космическая пыль, метеоритное вещество, астероиды, вещества и волны галактического пространства.

Климатические факторы — температура, влажность и прозрачность атмосферного воздуха, движение воздушных масс, атмосферное давление, количество осадков и т. п.

К почвенно-грунтовым факторам относятся почвы различной плодородности и вода различной степени прозрачности, кислотности и наличия растворенных веществ.

Химические факторы — это компонентный состав воздуха, воды, почвы, примеси промышленного происхождения.

Биотические факторы — это вся совокупность влияния жизнедеятельности одних организмов на другие. Воздействие происходит как внутри видов, так и между видами. Каждый организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние других существ, вступает в связь с представителями своего вида и других видов, зависит от них и сам оказывает воздействие. К этому типу факторов относятся совместная охота и защита от врагов, борьба за пищу и территорию, хищничество, симбиоз и т. п.

Особую роль в биосфере играют антропогенные факторы, порожденные деятельностью человека и человеческого общества в целом. Часть их связана с хозяйственным изъятием природных ресурсов, нарушением естественных ландшафтов — это вырубка лесов, промысел растений, рыб, птиц и зверей, замена природных комплексов сооружениями, коммуникациями, свалками и пустырями. Другие антропогенные воздействия обусловлены загрязнением природной среды (воздуха, водоемов, земли) побочными продуктами, отходами производства и потребления.

Преобладающая часть антропогенных факторов, связанная с производством, применением техники, машин, с влиянием промышленности, транспорта, строительства на природные экологические системы, носит название техногенных факторов. Нетехногенная часть антропогенных факторов связана, в основном, бытом и поведением человека в природе. Следует подчеркнуть, что значимость разнообразия для природных систем в значительной мере действительна и для социальных структур. Всякое стремление к упрощению социальной структуры общества, перевод ее на однообразие, авторитаризм может дать кратковременный положительный результат, за которым неминуемо проявляются отрицательные последствия.

Рациональное использование водных ресурсов. Защита гидросферы от загрязнений.

Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения запрещают сбрасывать в водоемы сточные воды, если этого можно избежать, используя более рациональную технологию, безводные процессы и системы повторного и оборотного водоснабжения, а также если сточные воды содержат ценные отходы, которые можно утилизировать. Широкое распространение получило повторное (последовательное) использование водных ресурсов, При этой системе водоснабжения вода используется последовательно в нескольких производственных процессах или в оборудовании без дополнительной обработки и очистки или после соответствующей очистки (рис, 8а). Особенно часто такой способ встречается в отделочном производстве при промывке или крашении продукции. В ряде отраслей промышленности 90−95% сточных вод используется в системах оборотного водообеспечения (рис. 86), предназначенных для многократного использования воды в технологических процессах. При оборотном водоснабжении предусматривается очистка сточной воды, охлаждение оборотной воды, обработка и повторное использование сточной воды. Применение оборотного водоснабжения позволяет в 10−50 раз уменьшить потребление природной воды.

Основным направлением уменьшения сброса сточных вод и загрязнения ими водоемов является создание замкнутых систем водного хозяйства. Под замкнутой системой водного хозяйства промышленного предприятия понимается система, в которой вода используется в производстве многократно без очистки или после соответствующей обработки, исключающей образование каких-либо отходов и сброс сточных вод в водоем (рис. 8в). Создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения - наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды. Для защиты гидросферы от загрязнения применяют различные методы очистки производственных и бытовых сточных вод. Их можно разделить на пять групп; механические, биохимические (биологические), физико-химические, химические, термические.

Загрязнение и деградация почв. Классификация твердых отходов

Почва — главный фундамент жизни. Это уникальное и, в тоже время, легкоуязвимое природное образование. Человек разрушает почву на глубину 1 см всего за 3 года. Основные причины потерь и деградации почв;

ветровая и водная эрозия при механической обработке;

отведение земель под строительство городов, предприятий, дорог и т. п.;

затопление при строительстве ГЭС;

загрязнение отходами производства и быта;

закисление кислотными дождями;

засоление при неграмотной агротехнике и мелиорации;

химическое и радиационное загрязнение;

потери при авариях.

Загрязнение земель может осуществляться путем непосредственного внесения в них избыточного количества минеральных удобрений, ядохимикатов, твердых отходов, а также опосредованно через воздушную или водную сред) выхлопными газами автотранспорта, осадками, сточными водами и т. п. Актуальной проблемой для Беларуси является радиоактивное загрязнение местности, вызванное аварией на Чернобыльской АЭС, которому подвержено 22% территории республики.

Рис. 1. Схемы водообеспечения промышленных предприятий:

а) повторно-последовательная; б) оборотная; в) замкнутая ПП — производственный процесс: ОС — очистные сооружения; ОУ — охладительные установки; Q_Ист — вода, подаваемая от источника; Q_пот — вода, безвозвратно потребляемая предприятием; Q_шл - вода, удаляемая со шламом; Q_сбр — вода, сбрасываемая в водоем: Q_об1 — оборотная вода после очистки; Q_об2 — оборотная вода после охладительных установок; Q_{подпитки} — вода, подаваемая от источника на восполнение ее потерь в процессе использования; Q_замк.1 — вода, возвращаемая в процесс после очистки; Q_замк.2— вода, возвращаемая в процесс после охлаждения Поверхность земли испытывает самую значительную по массе и очень опасную антропогенную нагрузку. Ежегодно на землю попадает примерно 85 млрд. т антропогенных отходов. Преобладающая часть этого количества химически инертна. Однако, чтобы разместить его на земле, требуется уничтожить природные экосистемы на значительной площади.

На каждого жителя Земли приходится в среднем за год 0,12 т отходов потребления и около 14 т отходов переработки сырья, По РБ эти цифры несколько отличаются от мировых: отходов потребления на одного человека приходится около 0,2 т, отходов производства — 2,3 т.

Согласно классификации, все твердые отходы делятся на отходы производства, отходы потребления и опасные (токсичные) отходы.

Отходы производства — остатки сырья, материалов и полуфабрикатов, образующиеся в процессе производства продукции или выполнения работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства, а также сопутствующие вещества, образующиеся в процессе производства и не находящие применения в производстве.

Отходы потребления — изделия и материалы, утратившие свои потребительские качества вследствие физического либо морального износа. К отходам потребления принадлежат и твердые бытовые отходы, образующиеся в результате жизнедеятельности людей.

Опасные отходы — отходы, которые в результате реакционной способности или токсичности создают непосредственную или потенциальную опасность для здоровья человека или состояния окружающей среды самостоятельно либо при вступлении в контакт с другими веществами (отходами) и окружающей средой.

Опасные отходы, в свою очередь, включают токсичные и радиоактивные отходы.

Основные положения концепции безотходного производства. Основные направления создания безотходных производств.

Безотходная технология — это такой способ производства (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используется сырье и энергия в цикле: сырьевые ресурсы — производство — потребление — вторичные сырьевые ресурсы таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования, связи с этим можно выделить следующие основные положения концепции безотходного производства.

I. Безотходная технология должна быть практически замкнутой системой, организованной по аналогии с природными экологическими системами. Основу безотходного производства должен составлять сознательно организованный и регулируемый человеком техногенный круговорот сырья, продукции и отходов. Общая схема названного круговорота представлена на рисунке 1.

Рис. 2. Техногенный круговорот сырья, продукции и отходов.

С — первичное сырье, П — продукция. Р — рассеивание в окружающей среде газообразных и жидких отходов, О — твердые отходы, BMP ~ вторичные материальные ресурсы, ВСвторичное сырье, НО — неутилизируемые отходы.

Вторичные материальные ресурсы — совокупность отходов производства и потребления.

Вторичное сырье — часть вторичных материальных ресурсов, которая в настоящее время может повторно использоваться в хозяйстве.

Неутилизируемые отходы — часть вторичных материальных ресурсов, для которой в настоящее время отсутствуют условия использования.

2. Основой безотходных производств является комплексная переработка сырья с использованием всех его компонентов. При этом должно быть обеспечено максимально возможное использование потенциала энергетических ресурсов.

Сырье следует использовать полностью. Между «основным» и «побочным» продуктами не должно быть принципиальных отличий

3. Составной частью концепции безотходного производства является сохранение или ненарушение нормального функционирования окружающей среды.

Теория безотходного производства в рамках основных законов природопользования базируется на 2-х предпосылках:

1) исходные природные ресурсы должны добываться один раз для всех возможных продуктов, а не каждый раз для отдельных;

2) создаваемые продукты после использования по прямому назначению должны относительно легко превращаться в исходные элементы нового производства. Определение безотходной технологии подразумевает не только производственный процесс, но затрагивает и конечную продукцию, которая должна характеризоваться:

* долгим сроком службы изделий;

* возможностью многократного использования;

* простотой ремонта;

* легкостью возвращения в производственный цикл или перевода в эко логически безопасную форму после выхода из строя.

Создание безотходного производства — длительный процесс, требующий решения сложнейших взаимосвязанных технологических, экономических, организационных, психологических и других задач. Поэтому в качестве промежуточного этапа для практических целей используется понятие малоотходного производства.

Малоотходная технология — это такой способ производства (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами; при этом по техническим, организационным, экономическим или другим причинам часть сырья и материалов переходит в отходы и направляется на длительное хранение или захоронение.

Основные направления создания безотходных производств.

Разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и совершенствование существующих технологических процессов получения традиционных видов продукции, позволяющих исключить или сократить технологические стадии, на которых происходит образование основного количества отходов.

Повышение комплексности использования материальных и топливно-энергетических ресурсов, разработка и внедрение систем переработки отходов производства и потребления, которые рассматриваются как вторичные материальные ресурсы.

Разработка и внедрение замкнутых водои газооборотных циклов.

Комбинирование и кооперирование производств на базе комплексной переработки сырья и использования отходов; организация и развитие территориально-производственных комплексов.

Основная:

1. Шимова, О. С. Основы экологии и экономика природопользования:

Учебник / О. С. Шимова, Н. К. Соколовский. — Мн.: БГЭУ, 2001 -367 с.

2. Акимова, Т. А. Экология: Учебник для вузов / Т. А. Акимова, ВЛЗ. Хаскин. — М: ЮНИТИ, 1998, — 445 с.

З.Маврищев, В. В. Основы общей экологии: Учеб. пособие / В. В, Маврищев. — Мн.: Выш. шк., 2000, — 317 с.

4. Экология: Учебное пособие / Общая ред. С. А. Боголюбова. — М: Знание, 1997.-288 с.

5. Экология и безопасность жизнедеятельности: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Л. А. Муравья. — М. ЮНИТИ-ДАНА, 2000. — 447 с.

6.Кормилицын В. И. Основы экологии: Учеб, пособие / В. Ц. Кормилицын. — М.: Интерстиль. 1997. — 368 с.

7. Реймерс, Н. Ф. Охрана природы и окружающей человека среды: Словарь-справочник / Н. Ф. Реймерс. — М: Просвещение, 1992. — 320 с,

8. Охрана окружающей среды: Учеб, для техн. спец, вузов / Под ред. СЗ. Белова. — М.: Высшая школа, 1991. — 319 с.

Дополнительная:

1. Маглыш, С. С. Основы экологии и экономика природопользования: Пособие / С. С. Маглыш. — Гродно: ГрГУ, 2002 ~ 126 с.

2.Шимова, О. С. Основы экономики природопользования: Учеб. пособие / О. С. Шимова, Н. К. Соколовский. -Мн: НКФ «Экоперспектива' 1995. — 127 с.

3.Шимова, О.С. Эколого-экономическое регулирование: Учеб. пособие / О. С. Шимова. — -Мн., 1998. -НО с.

4.Бобылев, С. Н. Экономика природопользования: Учеб. пособие / С. Н. Бобылев, А. Ш. Ходжаев. — М: ТЕИС, 1997. — 272 с.

5.Неверов, А. В. Экономика природопользования: Учеб. пособие для вузов инж.-экон спец. / А. В, Неверов. — Мн., 1990. — 215с.

6.Экономика природопользования: Учебник / Под ред. Т. С. Хачатурова. -М/. Изд. МГУ, 1991.-271 с, Т. Глухов, В. В. Экономические основы экологии: Учебник / В. В. Глухов. -СПб: Специальная литература, 1997. — 304 с.

8.Боголюбов, С. А. Экологическое право: Учебник для вузов / С. А, Боголюбов. — М.: НОРМА: ИНФА., 1999. — 448 с.

9. Челноков, А. А. Основы промышленной экологии: Учеб. пособие / А. А, Челноков, Л. Ф, Ющенко. — Мн.: Выш, шк, 2001. — 343 с.

10. Донской. Н. П. Основы экологии и экономика природопользования:

Учеб. пособие для экон. спец. вузов / Н. П. Донской, С А. Донская. — Мн.: УП

«Технопринт», 2000. — 308 с