ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.07.2020
Просмотров: 252
Скачиваний: 4
1 Природная вода и ее распространение.
Природная вода и ее распространение
Вода
- химическое соединение водорода и
кислорода (Н2О) - жидкость без запаха,
вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая);
плотностью 1,000 г/см3 при температуре
3,98 °С. При 0°С вода превращается в лед,
при 100°С - в пар. Молекулярная масса воды
18,0153. Вода - уникальное вещество по своим
физическим и химическим свойствам.
Полярность молекул и наличие между ними
«водородных» связей определяет уникальные
свойства воды. Наибольшая плотность
воды при температуре 3,98 °С, при дальнейшем
охлаждении вода переходит в лед, что
сопровождается уменьшением ее плотности.
Уменьшение объема вместо расширения
происходит при плавлении (таянии) льда.
Летучесть воды небольшая. У нее очень
высокие теплота плавления и удельная
теплоемкость: при плавлении льда
теплоемкость увеличивается более чем
вдвое. Теплоемкость воды с повышением
температуры до 27 °С уменьшается, а затем
вновь начинает возрастать. Вязкость
воды (при температуре от 0 до 30 °С)
уменьшается с повышением давления.
Вода
- наиболее распространенное на Земле
вещество. В природе она находится в трех
фазах: газообразной (пары
воды), жидкой и твердой.
Различают воду атмосферную, поверхностную
(гидросфера) и подземную.
В горных
породах литосферы она
присутствует в различных состояниях:
пленочная, гигроскопическая, гравитационная,
капиллярная, кристаллизационная, а
также в виде пара.
Наибольшие запасы
поверхностных вод сконцентрированы
в Мировом
океане.
Большие
запасы поверхностных вод сосредоточены
в ледниках, (рис) озерах (рис) и
реках (рис).
Из
всех видов поверхностных пресных вод
приоритетное практическое значение
имеет речной сток. По объему речного
стока Россия стоит на втором месте после
Бразилии. Реки являются основой водного
фонда нашей страны. Почти 65% крупных
городов России (Москва, Санкт-Петербург,
Нижний Новгород, Екатеринбург, Пермь,
Красноярск и др.) используют для питьевых
и технических нужд поверхностные, в
основном речные воды.
Подземные воды
также входят в основу водного фонда
страны. Подземные воды так называемой
зоны активного водообмена - пресные и
используются для питьевых и хозяйственных
целей. Минеральные лечебные подземные
воды используются санаторно-курортными
и оздоровительными учреждениями, а
также заводами розлива, теплоэнергетические
(с температурой от 35 до 200 °С) подземные
воды - для теплоснабжения и получения
электрической энергии; подземные воды,
содержащие ценные компоненты (йод, бром,
соли калия, магния, натрия) - для их
промышленной добычи.
2 Круговорот воды природе (малый и большой круговорот)
Источником движения воды на Земле является энергия Солнца. Солнечные лучи попадают на поверхность Земли, передают свою энергию воде и нагревают ее, превращая в пар. В среднем каждый час с 1 квадратного метра водной поверхности испаряется 1 килограмм воды! Теоретически за 1000 лет почти вся вода Мирового океана может побывать в виде пара.
Природная паровая машина планеты создает огромные объемы атмосферной воды, переносит их на значительные расстояния и изливает на Землю в виде атмосферных осадков. Атмосферные осадки попадают в реки, которые несут свои воды в Мировой океан. Так осуществляется круговорот воды в природе.
Различают малый и большой круговорот. Малый круговорот связан с выпадением атмосферной воды в виде осадков в Мировой океан, большой круговорот – в виде осадков на суше.
Ежегодно на суше выпадает около 100 тыс. кубических километров воды. Эти воды пополняют реки и озера, проникают в горные породы. Часть этих вод возвращается в моря и океаны, часть испаряется, а часть используется растениями и живыми организмами для питания и роста, т.е. для доставки питательных веществ из почвы к клеткам, а также для регулирования своей температуры. При этом происходит испарение воды в атмосферу огромные количества воды.
Основная масса воды сосредоточена в океанах. Испараяющаяся с его поверхности вода дает живительную влагу естественным и искусственным экосистемам суши, чем ближе район к океану, тем больше выпадает осадков. Суша постоянно возвращает воду океану, часть воды испаряется, особенно лесами, часть собирается реками, в которые поступают дождевые и снеговые воды после их таяния.
Обмен влагой между океаном и сушей требует очень большого количества энергии: на это затрачивается до 1/3 того, что Земля получает от Солнца. Цикл воды в биосфере до развития цивилизации был равновесным, океан получал от рек столько воды, сколько расходовал при ее испарении. Если бы не менялся климат, то не мелели бы реки, и не снижался уровень воды в озерах.
Увы! С развитием цивилизации этот цикл стал нарушаться, в результате полива сельскохозяйственных культур увеличилось испарение с суши. Реки южных районов обмелели (например, в последние 30 лет реки Сырдарья и Амударья настолько мало несли воды в Аральское море, что оно наполовину уже исчезло), загрязнение Мирового океана и появление на его поверхности нефтяной пленки уменьшило количество воды, испаряемой океаном.
Все это значительно ухудшает водоснабжение биосферы. И не только в южных регионах!
Все более частыми становятся засухи, возникают очаги экологических бедствий. Например, наступившие буквально 3-4 года жаркие летние месяцы в прежде отличавшейся мягким климатом Западной Европе, которые приводят к многочисленным лесным пожарам.
3
Роль воды в природе и хозяйственной
деятельности человека
|
|
Р
|
4
Загрязнение водных ресурсов
Истощение и загрязнение водных ресурсов
Пресные
воды составляют ничтожную (около 2%
гидросферы) долю от общих запасов воды
в природе. Пресная вода, доступная для
использования, находится в реках, озерах
и подземных водах.
Ее доля от всей
гидросферы составляет 0,3%. Ресурсы
пресной воды распределены крайне
неравномерно, часто обилие воды не
совпадает с районами повышенной
хозяйственной деятельности. В этой
связи возникает проблема недостатка и
истощения водных ресурсов и особенно
пресной воды. Она усугубляется все
возрастающими объемами ее
использования.
Проблема истощения
водных ресурсов возникает по нескольким
причинам, главные из которых: неравномерное
распределение воды во времени и
пространстве, рост ее потребления
человечеством, потери воды при
транспортировке и использовании,
ухудшение качества воды и как крайний
случай - ее загрязнение (рис).
Основные
причины загрязнения и истощения
пресной воды антропогенные.
Рост
потребления пресной воды населением
на планете определяется в 0,5 - 2 % в год.
В начале XXI столетия общий водоотбор
достиг объема в 12-24 тыс.
км3. Потери пресной воды увеличиваются
с ростом ее потребления на душу населения
и связаны с использованием воды для
хозяйственных нужд. Чаще всего это
объясняется несовершенством технологии
промышленного, сельскохозяйственного
производства и коммунальных служб.
В
ряде случаев недостаток пресной воды
связан с негативными последствиями
деятельности человека Потери воды
и истощение водных ресурсов во многом
связаны с недостаточным знанием природных
условий (геолого-литологических
и гидрогеологических, климатических и
метеорологических, биологических),
внутренних закономерностей и механизмов
развития экосистем.
Ухудшение качества
и загрязнение воды связано с попаданием
в реки и другие поверхностные водоемы
загрязняющих веществ, продуктов
деятельности человека. Этот вид истощения
пресных вод наиболее опасен и становится
все более угрожающим для здоровья людей
и состояния жизни на Земле. Его крайнее
проявление - катастрофическое загрязнение
вод.
Естественные изменения, в том
числе ухудшение качества воды, связанные
с соприкосновением с водой и переносом
различных веществ, происходят постоянно.
Они носят циклический, реже спонтанный,
характер: они бывают при извержениях
вулканов, землетрясениях (рис),
цунами, наводнениях и других катастрофических
явлениях. В антропогенных условиях
такие изменения состояния воды
имеют однонаправленный
характер.
За последнее время большую
тревогу вызывает загрязнение вод морей
и Мирового океана в целом (фоновое
загрязнение). Основными источниками их
загрязнения служат бытовые и промышленные
сточные воды (в прибрежных районах
находится 60% крупных городов), нефть и
нефтепродукты, радиоактивные вещества.
Особую опасность представляют загрязнения
нефтью (рис) и радиоактивными
веществами. Предприятия приморских
городов выбрасывают в море тысячи тонн
различных, как правило, неочищенных
отходов, в том числе канализационные
стоки. В моря выносятся загрязненные
речные воды.
Загрязнение воды является
причиной гибели морских животных:
ракообразных и рыб, водоплавающих птиц,
тюленей. Известны случаи гибели около
30 тыс. морских уток, массовой гибели
морских звезд в начале 1990-х годов в Белом
море. Нередки случаи закрытия пляжей в
связи с опасными концентрациями
загрязняющих веществ в морской воде,
вызванными многочисленными авариями
судов, которые перевозят нефть и
нефтепродукты. Весьма опасны для
окружающей среды несанкционированные
или аварийные сбросы промышленных и
хозяйственных отходов (Черное море в
районе Одессы, 1999 г.; р. Тиса, Румыния,
2000 г.; р. Амур, Хабаровск, 2000 г.). В результате
подобных аварий происходит быстрое
загрязнение речных вод вниз по потоку.
Загрязненные канализационные воды
могут попасть в водозаборные
сооружения.
Степень загрязнения
морской воды в значительной степени
зависит от отношения к этой проблеме
государств, граничащих с морями и
океанами. Все внутренние и окраинные
моря России испытывают мощный антропогенный
пресс, включая многочисленные плановые
и аварийные сбросы загрязняющих веществ.
Уровень загрязнения российских морей
(за исключением Белого моря), поданным
Государственного доклада «О состоянии
окружающей среды Российской Федерации»,
в 1998 г. превышал предельно допустимые
концентрации (ПДК) по содержанию
углеводородов, тяжелых металлов, ртути,
фенолов, поверхностно активных веществ
(ПАВ) в среднем в 3-5 раз
5
Основные загрязняющие вещества
|
Загрязнение природных вод Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления, индустрия, промышленное и коммунальное строительство, транспорт, хозяйственная и бытовая деятельность человека. Последствием этих влияний является привнесение в водную среду новых, несвойственных ей веществ - загрязнителей , ухудшающих качество воды. Загрязнения, поступающие в водную среду, классифицируют по разному, в зависимости от подходов, критериев и задач. Так, обычно выделяют химическое, физическое и биологические загрязнения. Химическое загрязнение представляет собой изменение естественных химических свойств вода за счет увеличения содержания в ней вредных примесей как неорганической (минеральные соли, кислоты, щелочи, глинистые частицы), так и органической природы (нефть и нефтепродукты, органические остатки, поверхностноактивные вещества, пестициды). Неорганическое загрязнение Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, кадмия, ртути, хрома, меди, фтора. Большинство из них попадает в воду в результате человеческой деятельности. Тяжелые металлы поглощаются фитопланктоном , а затем передаются по пищевой цепи более высокоорганизованным организмам. Токсический эффект некоторых наиболее распространенных загрязнителей гидросферы представлен в таблице:
Степень
токсичности (примечание): Кроме перечисленных в таблице веществ, к опасным заразителям водной среды можно отнести неорганические кислоты и основания, обуславливающие широкий диапазон промышленных стоков (1,0 -11,0) и способных изменять рН водной среды до значений 5,0 или выше 8,0 , тогда как рыба в пресной и морской воде может существовать только в интервале рН 5,0 - 8,5 . Среди основных источников загрязнения гидросферы минеральными веществами и биогенными элементами следует упомянуть предприятия пищевой промышленности и сельское хозяйство. С орошаемых земель ежегодно вымывается около 16 млн.т. солей. К 2000 году возможно увеличение их массы до 112 млн.т./год. Отходы, содержащие ртуть, свинец, медь локализованы в отдельных районах у берегов, однако некоторая их часть выносится далеко за пределы территориальных вод. Загрязнение ртутью значительно снижает первичную продукцию морских экосистем, подавляя развитие фитопланктона. Отходы, содержащие ртуть, обычно скапливаются в донных отложениях заливов или эстуариях рек. Дальнейшая ее миграция сопровождается накоплением метиловой ртути и ее включением в трофические цепи водных организмов. Так, печальную известность приобрела болезнь Минамата, впервые обнаруженную японскими учеными у людей, употреблявших в пищу рыбу, выловленную в заливе Минамата, в который бесконтрольно сбрасывали промышленные стоки с техногенной ртутью. Органическое загрязнение Среди вносимых в океан с суши растворимых веществ, большое значение для обитателей водной среды имеют не только минеральные, биогенные элементы, но и органические остатки. Вынос в океан органического вещества оценивается в 300 - 380 млн.т./год. Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность данных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении данных осадков могут образовываться вредные соединения и отравляющие вещества, такие как сероводород, которые приводят к загрязнению всей воды в реке. Наличие суспензий затрудняют также проникновение света в глубь воды и замедляет процессы фотосинтеза. Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней необходимого количества кислорода. Вредное действие оказывают все загрязнения, которые так или иначе содействуют снижению содержания кислорода в воде. Поверхностно-активные вещества - жиры, масла, смазочные материалы - образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщенности воды кислородом. Значительный объем органических веществ, большинство из которых не свойственно природным водам, сбрасывается в реки вместе с промышленными и бытовыми стоками. Нарастающее загрязнение водоемов и водостоков наблюдается во всех промышленных странах. Информация о содержании некоторых органических веществ в промышленных сточных водах предоставлена ниже:
В связи с быстрыми темпами урбанизации и несколько замедленным строительством очистных сооружений или их неудовлетворительной эксплуатацией водные бассейны и почва загрязняются бытовыми отходами. Особенно ощутимо загрязнение в водоемах с замедленным течением или непроточных (водохранилища, озера). Разлагаясь в водной среде, органические отходы могут стать средой для патогенных организмов. Вода, загрязненная органическими отходами, становится практически непригодной для питья и других надобностей. Бытовые отходы опасны не только тем, что являются источником некоторых болезней человека (брюшной тиф, дизентерия, холера), но и тем, что требуют для своего разложения много кислорода. Если бытовые сточные воды поступают в водоем в очень больших количествах, то содержание растворимого кислорода может понизится ниже уровня, необходимого для жизни морских и пресноводных организмов. Проблема загрязнения Мирового океана (на примере ряда органических соединений). Нефть и нефтепродукты Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией. Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифатических и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%) - подразделяются на 4 класса;
Нефть
и нефтепродукты являются наиболее
распространенными загрязняющими
веществами в Мировом океане. К
Нефтяная
пленка изменяет состав спектра и
интенсивность проникновения в воду
света.П |
началу 80-ых годов в океан ежегодно
поступало около 16 млн.т. нефти, что
составляло 10,23% мировой добычи.
Наибольшие потери нефти связаны с ее
транспортировкой из районов добычи.
Аварийные ситуации, слив за борт
танкерами промывочных и балластных
вод, - все это обуславливает присутствие
постоянных полей загрязнения на
трассах морских путей. В период за
1962-79 годы в результате аварий в морскую
среду поступило около 12 млн. т.нефти.
За последние 30 лет, начиная с 1964 года,
пробурено около 2000 скважин в Мировом
океане, из них только в Северном море
1000 и 350 промышленных скважин оборудовано.
Из-за незначительных утечек ежегодно
теряется 10,1 млн.т. нефти. Большие массы
нефти поступают в моря по рекам, с
бытовыми и ливневыми стоками. Объем
загрязнений из этого источника
составляет 12,0 млн.т./год. Со стоками
промышленности ежегодно попадает
10,5 млн.т. нефти. Попадая в морскую
среду, нефть сначала растекается в
виде пленки, образуя слои различной
мощности. По цвету пленки можно
определить ее толщину:
ропускание
света тонкими пленками сырой нефти
составляет 1-10% (280 нм), 60-70% (400нм). Пленка
толщиной 30-40 мкм полностью полностью
поглощает инфракрасное излучение.
Смешиваясь с водой, нефть образует
эмульсию двух типов: прямую "нефть
в воде" и обратную "вода в нефти".
Прямые эмульсии, составленные
капельками нефти диаметром до 0,5 мкм,
менее устойчивы и характерны для
нефтей, содержащих поверхностно-активные
вещества. При удалении летучих фракций,
нефть образует вязкие обратные
эмульсии, которые могут сохраняться
на поверхности, переноситься течением,
выбрасываться на берег и оседать на
дно.
6
Определение степени загрязнения
Определение
степени загрязнения воды
Степень
и характер загрязнения природных вод
определяют по показателям загрязнения,
среди которых
различают: физические, химические, бактериологические,гидробиологические т.
д. С помощью гидробионтов главным образом
определяют зараженность бактериями,
например кишечной палочкой, и другими
микроорганизмами, растущими на нефти;
проводят санитарно-химические анализы
(ВПК и ХПК).
Для
определения степени загрязнения воды,
предназначенной для питьевых целей,
используется количественный показатель
- предельно допустимые концентрации
(ПДК).
существуют
определенные требования к качеству
питьевых вод, которые содержатся в
утвержденных нормативах предельно
допустимых концентраций веществ в воде,
стандартах качества воды, изложенных
в ГОСТах,
технических условиях, стандартах,
требованиях.
Рекомендуемые
предельно допустимые концентрации
компонентов в питьевых водах согласно
санитарным правилам и нормам (СанПиН)
и Всемирной организации здравоохранения
(ВОЗ) приведены в табл.
В
таблице перечислены основные компоненты,
содержание которых регламентируется
в питьевых водах. По состоянию на начало
2000 г. этот перечень достигает 1700 названий!
Определять содержание всех их технически
нереально. В связи с этим разработаны
перечни так называемых приоритетных
компонентов, определяемых в первую,
вторую очередь и т. д. Признаками
загрязнения воды считается прежде всего
превышение норм для минерализации,
жесткости и наиболее распространенных
веществ: нитритов, нитратов, железа.
Вблизи объектов, где возможно загрязнение
другими компонентами, они также подлежат
определению. Аналитические методы
определения концентрации каждого
компонента также устанавливаются
ГОСТами.
Загрязнение
воды по-разному сказывается на видовом
разнообразии водных биоценозов. Одни
виды нуждаются в органических веществах,
другим они противопоказаны. Около 800
обитателей пресных водоемов очень
чувствительны к органическим веществам
и служат индикаторами благополучия
водных экосистем. Для биологической
диагностики степени загрязнения воды
используют сообщества сапробных
организмов (животных, растений, водорослей,
грибов и др.), живущих при разной степени
ее загрязнения органическими вецествами.
7
Очистные сооружения (Промышленные
стоки, бытовые стоки)
Очистные сооружения - очистка стоков
ЗАО
"Акваметосинтез" производит очистные
сооружения для
следующих целей:
- очистка
хозяйственно-бытовых стоков;
- очистка
поверхностных (ливневые, дождевые,
талые) сточных вод;
- очистка промышленных
сточных вод.
Среди изготавливаемых
нашей компанией установок для очистки
стоков, заметную долю составляют
установки, работающие по технологии
МБР (мембранный
биореактор).
ЗАО "Акваметосинтез" является
практически единственной компанией на
российском рынке, имеющей опыт
практического применения данной
технологии для решения широкого класса
задач по очистке хозяйственно-бытовых
стоков и близких к ним по составу
промышленных сточных вод.