Инженерная экозащита гидросферы

Гидросфера представляет собой водную оболочку нашей планеты, состоящую из вод суши и мирового океана. Её объём составляет 1454,7 млн.куб.км. Площадь гидросферы составляет 70,8% от площади земной поверхности. Объём гидросферы равен примерно 0,1% объёма земного шара. Самое большое по площади водохранилище – Акасомбо на реке Вольта в Гане (площадью около 8,5 тыс.кв.км). По объёму воды самое большое водохранилище – Братское море на Ангаре. Оно имеет объём 169,4 куб.км. Самое крупное в мире болото – Большое Васюганское болото в Западной Сибири – площадью более 500 тыс.кв.км. Объём воды (в тыс.куб.км) подземных вод составляет 60 млн., ледников – 24 млн., озёр – 280, почвенная влага – 85, пары атмосферы – 1,2. Кроме воды в названных частях гидросферы в ней содержится вода, сконцентрированная в живых организмах, которая составляет около 2 тыс.куб.км. Вода гидросферы находится в непрерывном кругообороте «океан-атмосфера-суша-океан». Полная смена воды в различных элементах гидросферы составляет от нескольких часов (в организме) до 2 560 лет (Мировой океан).

Количество воды в водоёмах суши устойчиво уменьшается, а уровень мирового океана увеличивается примерно на 1,2 мм в год. Причиной этого является вырубка лесов, осушение болот, уменьшение количества осадков на суше.

Роль воды в происходящих в биосфере процессах огромна. Без неё не возможен обмен веществ в живых организмах, протекание биологических и биофизических процессов в организмах. Гидросфера создаёт условия для протекания процесса фотосинтеза, способствует геологическому преобразованию поверхности почвы, разрушая твёрдые породы, водяной пар в атмосфере фильтрует солнечную радиацию, вода на поверхности смягчает действие высоких и низких температур, гидросфера является глобальным аккумулятором органических и неорганических веществ, образующихся в водоёмах и переносящихся реками и атмосферными потоками и др.

Из вышеназванного становится понятным на сколько важно защитить воду от загрязнения и потреблять её высокого качества,

Качество воды – это характеристика состава и свойств воды, определяющая возможность её использования для целей хозяйственно-питьевого (Х/б), культурно-бытового (К/б), рыбохозяйственного (Р/х), технического назначения, а также поливная, энергетическая, охлаждающая, технологическая и др. и должны соответствовать требованиям, которые регламентированы ГОСТ и нормируются условиями её применения.

Для оценки качества воды анализируются ей физические свойства, химический состав и санитарно-биологические показатели. Анализы выполняют гидрохимические лаборатории Госкомприроды в соответствии с действующими стандартами и другими нормативными документами. В водных объектах Х/п и К/б назначения состав и свойства воды должны соответствовать нормам в створах, расположенных на расстоянии 1 км выше по течению водотока от ближайшего пункта водопользования. В Р/х водоёмах показатели качества воды не должны превышать установленных нормативов не далее чем в 500 м ниже по течению от места выпуска сточных вод, при выпуске сточных вод в пределах населённого пункта – в месте их выпуска.

К физическим показателям качества природной воды относят температуру (в град.С), содержание взвешенных и плавающих веществ, определяющих прозрачность и мутность воды (по Шрифту в сантиметрах), а также цветность (в град. Специальной платиново-кобальтовой шкалы, не более 20град), запахи (опред. Сбросом промышленных отходов) и привкусы (опред. Присутствием железа и марганца, сероводорода и др. веществ) – соленый, горький, кислый и сладкий.

Химический состав воды характеризуется: ионным составом, жесткостью, щёлочностью, окисляемостью, рН, сухим остатком, общим солесодержанием, содержанием растворённого кислорода, свободной углекислоты, сероводорода, активного хлора.

Защита поверхностных вод

С целью защиты поверхностных вод от загрязнения предусматривается ряд мероприятий, в частности развитие безотходных и безводных технологий, а также систем оборотного (замкнутого) водоснабжения, очистки сточных вод (промышленных, коммунально-бытовых и других; очистка и обеззараживание воды, используемой для питьевого водоснабжения и других целей.

Организация водоохранных зон, которые соответствуют экологическим требованиям, исключают загрязнение, засорение и истощение поверхностных вод и сохраняет среду обитания животных и растений. Ими являются территории, примыкающие к акватории рек. Большое значение в деле охраны вод от засорения и загрязнения имеют водоохранные лесные насаждения вокруг водоёмов. Кроме того могут устанавливаться зоны и округа санитарной охраны водных объектов.

Очистка бытовых сточных вод. При очистке сточных вод (СВ) производится разрушение или извлечение из них вредных веществ. Для этого строятся специальные канализационные комплексы инженерно-технических сооружений, которые обеспечивают сбор и удаление за пределы населённых пунктов и предприятий загрязняющих СВ, их очистку, обезвреживание и обеззараживание.

Принципиальную схему очистки городских СВ можно представить следующим образом:

городская зона -> сооружения механической очистки -> станция биологической очистки -> установка обеззараживания -> река;

промышленная зона -> локальные очистные сооружения -> станция биологической очистки -> установка обеззараживания -> река.

Очистка бытовых и СВ может осуществляться механическими и биологическими методами. При механической очистке СВ разделяют на жидкую и твёрдую части. Жидкая часть далее подвергается биологической очистке, которая может быть естественной и искусственной. Естественная биологическая очистка СВ осуществляется на земледельческих полях орошения и фильтрации, а также в биологических прудах. Искусственная биологическая очистка проводится на специальных сооружениях (биофильтрах, аэротенках). Образующийся при этом ил обрабатывается на иловых площадках или в специальных устройствах – метатенках.

Производственные СВ предварительно проходят локальные очистные сооружения (ЛОС), где освобождаются от взвешенных частиц или специфических токсичных компонентов с использованием механических, химических или физико-химических методов очистки.

На практике применяется несколько видов систем орошения: сплошной залив, залив по бороздам и полосам, дождевание, подпочвенное орошение. Последний способ наиболее удовлетворяет санитарно-техническим, эпидемиологическим, агроэкономическим, водохозяйственным и эстетическим требованиям.

Биологические пруды предназначены для глубокой очистки бытовых и производственных СВ, предварительно прошедших очистку на ЛОС.

Сооружения искусственной биологической очистки. В основе биологической очистки лежит процесс биологического окисления (БО) органических соединений, содержащихся в СВ. БО осуществляется сообществом микроорганизмов, который включает множество различных бактерий, простейших, водорослей, грибов и др., связанных между собой в единый комплекс взаимоотношений (метабиоз, симбиоз и антогонизм).

Биофильтры находят широкое применение при суточных расходах бытовых и производственных СВ до 20-30 тыс.куб.метров/сут. Они представляют собой резервуар, который заполняется загрузочным материалом (гравий, керамзит, шлак). СВ подаётся выше загрузочного материала,, равномерно над ней распределяется через загрузочный материал, на поверхности которого образуется биологическая плёнка (биоценоз).

Обеззараживание СВ проводят газообразным хлором, хлорной известью и гипохлоритом натрия или УФО-лучей.

Место выпуска сточных вод населённого пункта должно быть расположено ниже его границы по течению водотока на основании разрешений, выдаваемых органами по охране ОПС и согласованных с органами государственного санитарного надзора.

Очистка производственных сточных вод

Методы очистки производственных сточных вод подразделяются на механические, химические, физико-химические и биологические.

Для механической очистки применяют: решётки, на которых задерживаются грубые примеси размером 5 мм, сита, задерживающие примеси СВ размером до 5 мм, посколовки, служащие для задержания минеральных загрязнений СВ (песка), жироловки, маслоловушки, нефтеловушки, смолоуловители и отстойники.

Принцип действия песколовки основан на удалении частиц, вес которых больше, чем удельный вес воды. От направления движения воды песколовки различают на горизонтальные, вертикальные и круглые с винтовым (поступательно-вращательным) движением воды.

Путём процеживания, отстаивания и фильтрования удаляется до 90% различных примесей, а из бытовых СВ – до 60%.

Химические методы применяются для очистки производственных СВ. Основными приёмами являются нейтрализация и окисление-восстановление. Производственные технологические процессы проходят в кислых (избыток ионов Н⁺), так и в щелочных (избыток ОН^-) средах, что приводит к появлению соответствующих стоков. Сбалансировать количество ионов Н и ОН – в этом состоит суть метода нейтрализации при очистке СВ.

В целях нейтрализации кислых вод применяют щелочные реагенты: известь СаО, гашёную известь Са(ОН), кальцинированную соду, каустическую соду, аммиачную воду, а также фильтрование через нейтрализующие материалы (известняк, доломит, магнезит, мел).

Для нейтрализации щелочных вод наиболее часто применяются кислоты: серная, соляная, азотная, реже уксусная. Возможно использование дымовых газов, содержащих СО₂, SO₂, NO₂.

Окисленный метод используется при очистке промышленных СВ от токсичных цианидов, сульфидов, мркаптанов, фенолов, крезолов и т.д. Реагентами являются хлор и его производные (гипохлориты, диоксид, хлораты), кислород, озон, перманганаты, хроматы и биохроматы, пероксид водорода.

Восстановленный метод применяется дляочистки СВ от нитритов и нитратов, хроматов и биохроматов, хлоратов и перхлоратов, сульфатов, броматов, иодатов. Восстановителями в этом случае служат окисленные переменновалентные элементы, содержащиеся в сульфитах, сульфидах, солях двухвалентного железа, диоксиды серы (из дымовых газов).

Физико-химические методы также применяются для очистки производственных и городских СВ. К ним относятся, в частности, коагуляция, флокуляция,флотация, сорбция, адсорбция, экстракция, ионный обмен при помощи ионитов, анионитов, а также катионитов.

Биологический метод является наиболее чистым из всех методов. Один из основных принципов экологии 0 «природа знает лучше» - реализуется здесь микробными сообществами путём превращения сложных экологически опасных веществ в простые, безопасные.